En esta publicación se explica el proceso que se realizó para la prueba realizada el sábado 31 de mayo del 2025 en Ciudad UP, incluyendo los cálculos necesarios, las hipótesis según los resultados de la prueba y la comparativa con otras pruebas de motor similares.
Resumen: La prueba fue exitosa
Cálculo de FOS:
Para los cálculos del factor seguridad, analizando el tubo y los tornillos utilizados, se obtuvieron los siguientes resultados:
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Factor de seguridad tornillos |
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FOS Shear |
4.83859357 |
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FOS Tear-out |
32.49875007 |
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FOS Tensile |
16.21366466 |
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FOS Bearing |
4.93524407 |
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Cálculos FOS Tubo de Motor |
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Esfuerzo |
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Esfuerzo Longitudinal |
3224.857143 |
psi |
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22.23461603 |
MPa |
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Esfuerzo Axial |
1499.558571 |
psi |
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10.33909646 |
MPa |
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Esfuerzo Von Mises |
2795.088072 |
psi |
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19.27146144 |
MPa |
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Factor de seguridad |
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FOS Longitudinal |
10.85319394 |
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FOS Axial |
23.34020202 |
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FOS Von Mises |
25.04393357 |
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Diseño del Motor:
El motor contenía los siguientes componentes:
- Tubo epóxico de 11” de alto
- Mamparo original, no sellado con tubo de epóxico pero si con aluminio
- Tobera con 50° y 15°. Sellada completamente con el motor
- 12 tornillos de acero inoxidable (distribuidos equitativamente en una fila, 6 en mamparo y 6 en tobera).
- 2 granos de combustible (KNSB)
Granos de combustible:
Se utilizó un método perfeccionado y estandarizado por los responsables del equipo de propulsión. El proceso de optimización para el motor de combustible sólido realizado es de tipo termofundido, que consiste en una mezcla de Nitrato de Potasio (KNO3) 65% y Sorbitol (C6H14O6) 35%, añadiendo un 3% extra de glicerina para facilitar su vertido en los moldes de madera. Los materiales fueron sumamente molidos, mezclados y calentados en una parrilla eléctrica por 8 minutos a una temperatura de entre 110-120°.
Para garantizar que el núcleo fuera hecho de forma idónea, conservando el grano tipo BATES (centrado, con las medidas adecuadas y con geometría homogénea) se empleó un tubo de acero y se le introdujo un condón para poder retirar con facilidad posterior a su secado y reposado.
El grano producido presentó un acabado liso y de color hueso, visualmente no se presentaron grietas, aunque se tuvieron que lijar debido a que los segmentos no entraban correctamente al ensamble (no cumplian con las medidas pese a contar con las medidas diseñadas en SolidWorks). Algunas zonas eran irregulares tras lijado, sin embargo, no presentaron burbujas, fisuras o rastro de porosidad cuando fueron fabricados (13 de mayo del 2025).
Dos semanas posterior a su realización se presentaron ligeros rastros de humedad debido a las condiciones climatológicas en la Ciudad de México y el entorno donde fueron almacenados. También se cree que el porcentaje de glicerina con el que fue elaborado y el tiempo transcurrido entre su elaboración y utilización influyeron a que se acrecentara el factor de la humedad.
Ignitor:
Para encender el motor se utilizó un “e-match” y además se añadió una capa de alcohol en gel de una lata para fondue en la parte inferior del grano, para asegurar un encendido exitoso.
Este ignitor se probó anteriormente en una prueba de quemado y se demostró que era muy eficiente. Sin embargo, durante la prueba se presentaron dificultades serias sobre su funcionamiento, ya que aún funcionando, no lograban encender la mezcla. Se cree que esto fue debido a que el nicromo se calentaba pero no llegaba a una temperatura en la que alcanzara una temperatura al rojo vivo.
Instalación del banco de pruebas:
Por seguridad, el motor completo se selló, se calibró y se amarró en la base de pruebas (en la que también se aseguró por medio de estacas afianzadas en la tierra) con el fin de obtener los resultados más certeros, apegados con la realidad y que no pusieran en riesgo la integridad de los asistentes.
La colocación del motor en la base de pruebas es como la que se muestra en la imagen:
Resultados de prueba:
Se realizaron 3 intentos para encender el motor y no fue hasta la última de ellas en la que se prendió con éxito. No se pudo emplear con el módulo remoto en ninguna de ellas, por lo cual se tuvo que realizar con la conexión directa a la batería.
La prueba duró aproximadamente 5 segundos, donde el motor expulsó gases a velocidad constante (exceptuando el ímpetu inicial donde los gases salen con mayor velocidad).
Los gases atrapados fueron desviados por la tobera de forma idónea, generando mucho ruido y fuerza en el motor.
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Parámetro |
Simulación (OpenMotor) |
Experimental |
Discrepancia |
Notas |
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Empuje máximo |
580 [N] |
1,296.91 [N] |
+223.6% |
La lectura del experimento fue reportada en masa (gramos fuerza) y convertida a fuerza (Newtons), mediante: Empuje (N)=g*0.00981 |
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Tiempo de quemado |
3.24 [s] |
5 [s] (visualmente) 14.3 [s] (los datos que registró el reporte) |
-1.76 [s] |
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Impulso total |
1,687.77 [Ns] |
1,207.22 [Ns] (para 14.3 s) 3339.45 (para los primeros 5 segundos) |
-28.47% |
Impulso=0tfEmpuje(t)dt 0tf(Empujei*t) |
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Presión de cámara |
435 [psi] |
— |
— |
Actualmente no podemos medirlo de forma experimental, sin embargo, como comentario de seguridad notamos que los tornillos empleados resisten la presión ejercida por el propelente. |
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Masa de propelente |
1.66 [kg] |
1.55 [kg] |
-0.11 [kg] |
Notas de calidad en el apartado de Granos de combustible. |
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Ideal Rocket Equation (Δu) |
Otra forma (de acuerdo a nuestros datos): u=Ispg0ln(MR) u=(103.33)(9.81)ln(6.25+3.676.25) Δu = 468.28 m/s *OJO: Otro estudio tiene un mach de salida de 2.52 |
u=Veqln(MR) *OJO: Para un mach de salida de 2 (≈ 686 m/s) u=(686)ln(6.25+3.676.25) Δu = 316.91 m/s |
-151.37 [m/s] |
u=Veqln(MR) Siendo: MR=mfme |
Pendiente por anexar:
- Comparación visual con prueba del equipo C
- Comparación con datos de motores similares
- Coincidencia de la gráfica obtenida con las que mencionó Manuel
Juanpa Castañeda es un crack. Gran documentación !