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Científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Nanjing (China) esperan reducir drásticamente los costos de los viajes hipersónicos comerciales con un motor de detonación que logre un vuelo suave y de largo alcance a Mach 7 (siete veces la velocidad del sonido). En una prueba en tierra, un dispositivo experimental que usaba la mezcla de bajo costo de partículas de carbono y etileno produjo descargas que viajaban a más de 2.000 m/s, o Mach 6, publicaron los investigadores el 15 de septiembre en Acta Armamentarii, reporta South China Morning Post.
El motor de carbón experimental chino utiliza una explosión supersónica para generar empuje, soplando finas partículas de carbón, cada una del tamaño de una bacteria, en una cámara llena de oxígeno y encendiéndolas con chispas eléctricas. El impacto inicial, si es lo suficientemente rápido, comprime el aire y desencadena más explosiones para crear un impulso poderoso y continuo, explican los investigadores, dirigidos por el profesor Weng Chunshen.
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¿Por qué el carbón?
Weng y su equipo detallan que la idea de usar polvo de carbón como combustible para motores se inspiró en las explosiones de minas, que pueden desencadenar rápidamente una enorme fuerza destructiva. Sin embargo, el uso de carbón para propulsar vuelos hipersónicos fue propuesto por primera vez hace unos diez años por investigadores rusos, quienes también demostraron que era posible generar choques con una mezcla de polvo de carbón e hidrógeno. El desafío del carbón está en lo difícil de poder iniciar una explosión de manera controlada. “La ignición sigue siendo un gran desafío“, admite Weng.
Entra el etileno a la escena
En este punto es que los investigadores ponen su atención en el etileno. Este gas se enciende más fácilmente que las partículas de carbón, que a menudo no se queman lo suficientemente rápido como para lograr una explosión, y trabaja en estrecha colaboración para desencadenar una cadena de detonaciones.
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En experimentos en tierra, el equipo de Weng probó la mezcla de combustible de carbón y etileno frente a las condiciones desafiantes que podrían surgir durante un vuelo, como una carga eléctrica más baja de lo normal o un exceso o escasez de oxígeno. Según los resultados informados, los investigadores encontraron que el motor podía arrancar en casi todas las circunstancias y producir ondas de choque extremadamente rápidas.
Ventajas
El equipo espera que el motor logre al menos un 20 % más de eficiencia de combustible que los motores a reacción modernos, porque sus detonaciones extremadamente rápidas pueden convertir más energía química en fuerza cinética.
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“La alta densidad de energía, la seguridad y el bajo precio del polvo de carbón le dan una ventaja única cuando se usa como combustible para motores”, señala el equipo. El etileno es uno de los productos más abundantes de las refinerías de petróleo, mientras que el carbón contribuye actualmente más a la producción de electricidad en China que cualquier otra fuente de energía.
El motor se diseñará para una variedad de condiciones, desde el despegue del aeropuerto hasta el crucero hipersónico a altitudes cercanas al espacio, lo que lo hará más eficiente incluso que los ‘scramjets’ y otros motores hipersónicos tradicionales que no se activan hasta que ya están a velocidades muy altas, detallan los investigadores.
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