diseño y construcción de un motor cohete que produzca 800 newton de empuje edson ali pérez ...

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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN MOTOR COHETE QUE PRODUZCA
800 NEWTON DE EMPUJE

EDSON ALI PÉREZ REINA
NORMAN BERMEO PÉREZ
DANIEL ALEJANDRO FÚQUEN

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA AERONÁUTICA
BOGOTÁ D.C.
2010
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN MOTOR COHETE QUE PRODUZCA
800 NEWTON DE EMPUJE

EDSON ALI PÉREZ REINA
NORMAN BERMEO PÉREZ
DANIEL ALEJANDRO FÚQUEN

Trabajo de grado para optar al título de
Ingeniero Aeronáutico

Asesor de Investigación
Ingeniero ARNOLD ESCOBAR

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA AERONÁUTICA
BOGOTÁ D.C.
2010
Nota de aceptación
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Presidente de jurado

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Jurado

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Jurado

Bogotá D.C., Febrero de 2010
DEDICATORIA

Este trabajo de grado está dedicado a nuestras familias, que se sacrificaron por
nosotros, y a la infinita paciencia y colaboración que nos brindaron para llegar
hasta donde estamos llegando.
AGRADECIMIENTOS

A mi mamá, por su apoyo moral y económico durante toda mi vida y mi carrera.
A mi papá, por el ejemplo que me ha ofrecido.
A mi hermanita, que siempre fue un apoyo.
A toda mi familia, que es mi fuerza y puerto seguro.
Edson Ali

A mis padres, por el apoyo tanto moral como económico que me brindaron, no
sólo durante el proyecto sino durante toda la carrera.
A Gloria Yamile, por servir de apoyo incondicional durante la carrera y ejemplo
para mí y mis hermanos.
A Edson, por ser el líder del grupo y, más que un compañero, amigo ejemplar en
la carrera.
A Ivannia, por su paciencia y motivación para el desarrollo de éste proyecto.
Norman

Primero que todo, le dedico este trabajo a Dios y le doy gracias por haberme
dado tantas Bendiciones hasta el momento: le doy gracias por concederme un
padre al que le debo la vida y a quien le dedico éste trabajo, porque gracias a sus
esfuerzos y dedicación logré terminar con éxito y gozo mi carrera; le doy gracias
por mi mamá, por su compañía y porque siempre estuvo con una palabra para
alentarme en los momentos más difíciles de este proceso; le doy gracias por mi
hija, que es la mayor Bendición y razón de mi vida en estos momentos, el motivo
para ser un hombre de éxito.
Daniel
Agradecimientos especiales del grupo de trabajo:

A Arnold, gracias por su apoyo, por luchar por nosotros y por demostrarnos que
aunque uno sueñe con cosas difíciles, todas se pueden lograr.

A Ferney y Nelson, gracias por los trabajos de todo tipo y la paciencia tenida; sin
éste apoyo, hubiera sido mucho más difícil nuestro trabajo.

Al Ingeniero Luis, gracias por la confianza en el laboratorio, ya que así fue posible
que la mezcla quemara como debía ser.

A Luis Miguel y Frank, quienes nos brindaron su ayuda incondicional en las
pruebas del motor y la mezcla del combustible.

A Junior Siloe Zambrano, por ayudarnos con el sistema de ignición.
CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 19

1.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ......................................................................... 20

1.1 ANTECEDENTES ........................................................................................... 20

1.1.1 Contexto Internacional ................................................................................. 20

1.1.2 Contexto Nacional ........................................................................................ 21

1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ............................................ 23

1.3 JUSTIFICACIÓN ..................................................................................................... 24

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................... 25

1.4.1 Objetivo general ............................................................................................ 25

1.4.2 Objetivos específicos ................................................................................... 25

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES ............................................................................... 26

1.5.1 Alcances ...................................................................................................... 26

1.5.2 Limitaciones ................................................................................................. 26

2. MARCO DE REFERENCIA ....................................................................................... 27

2.1 MARCO TEÓRICO-CONCEPTUAL ........................................................................ 27
2.1.1 Toberas ......................................................................................................... 30

2.2 ANALISIS DE LA TOBERA .............................................................................. 32

2.3 EMPUJE DEL MOTOR COHETE .......................................................................... 40

2.4 IMPULSO TOTAL ................................................................................................. 44

2.5 PROPULSOR ....................................................................................................... 45

2.6 MARCO LEGAL ................ ……………………………………………………...………. 48

3. METODOLOGÍA ....................................................................................................... 49

3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN ...................................................................... 49

3.2 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB .................................................................... 49

3.3 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN ............................................ 49

4. DESARROLLO INGENIERIL .................................................................................... 51

4.1 CÁLCULOS DEL GRANO PROPULSOR ............................................................... 54

4.1.1 Densidad de masa ................................................................................................ 54

4.1.2 Velocidad de quemado ......................................................................................... 59

4.1.3 Área de combustión del propulsor. ....................................................................... 63

4.1.4 Rata de generación de productos de la combustión ............ .………………………64
4.2. IMPULSO ESPECÍFICO ................................................................................. 65

4.3 IMPULSO TOTAL ............................................................................................ 69

4.4 FRACCIÓN DE CARGA VOLUMÉTRICA ...................................................... 72

4.5 TOBERA .................................................................................................................. 74

4.5.1 Área de la garganta .............................................................................................. 75

4.5.2 Diámetro de garganta ........................................................................................... 76

4.6 KLEMMUNG DEL MOTOR .............................................................................. 77

4.7 ÁNGULOS CONVERGENTE Y DIVERGENTE ............................................... 81

4.8 CASING ................................................................................................................... 84

4.9 CÁMARA DE COMBUSTIÓN .......................................................................... 84

4.9.1 Cálculo de presión máxima de cámara de combustión ................................ 85

4.10 SISTEMA DE IGNICIÓN ....................................................................................... 87

4.11 CARGAS SOBRE LOS TORNILLOS ............................................................ 88

4.11.1 Cargas tornillos tapón superior ........ …………………...……………………..89

4.11.2 Cargas tornillos de tobera .... ……………………………….………………….93

5. CONSTRUCCIÓN DEL MOTOR ........................................ …………………….95

5.1 PREPARACIÓN DEL COMBUSTIBLE .................…………………………….104

5.1.1 Preparación RNX 42 ..........................................…………………………….104

5.1.2 Preparación Candy 65-35 ................................. ……………………………..106
6. CONCLUSIONES ........................................................................................... 108

7. RECOMENDACIONES ................................ …………………………………….110

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS