Rg - Constante del go»TtMPtHftTURft iFig 12.—Variación de la constante del aire con la presión y la temperaturaFig. 13.—Temperatura detrás de una onda de choque norm<strong>al</strong>.EQUILIBRIO DE TRASLACIÓN Y ROTACIÓN\ ^ EQUILIBRIO DE VIBRACIÓN\ DISOCIACIÓN DEL 0¡\ ^ DISOCIACIÓN DEL N21aoEQUILIBRIO T ERMOOINAMICOD I S T A N C I Adistribución de la Mecánica Estadística.Por el contrario, en ellos es necesarioconocer, además, la velocidadcon que esta disociación seproduce, de acuerdo con la ley deacción de masas, proceso sobre elque no se posee información suficienteen la actu<strong>al</strong>idad, como sueleocurrir en otros muchos fenómenosde Cinética, y en donde ni lastécnicas experiment<strong>al</strong>es proporcionandirectamente los datos que seprecisan, como ocurre en el estudiodel equilibrio, ni la Teoría de lasvelocidades de reacción absolutaspuede prestar todavía la mismaayuda de la Mecánica Estadística.La figura 13 muestra los efectosde relajación detrás de unaonda de choque y los puntos correspondientes<strong>al</strong> equilibrio termodinámicode los diversos grados delibertad y de los procesos de disociación,debiendo advertirse quesegún los casos puede ocurrir queese equilibrio fin<strong>al</strong> se <strong>al</strong>cance a unadistancia de la onda insignificantecon respecto a la longitud característicadel fenómeno aerodinámicoen estudio, o a una distancia muchísimomayor que ella, como demuestranlos pocos e incompletosestudios re<strong>al</strong>izados hasta el momento.Gener<strong>al</strong>mente, en un caso concreto,el estado re<strong>al</strong> se h<strong>al</strong>la comprendidoentre los dos casos límitesque corresponden, respectivamente,<strong>al</strong> equilibrio fin<strong>al</strong> y a la"congelación" de los procesos lentos,por lo que <strong>al</strong> comparar uno yotro se obtienen estimaciones pordefecto y por exceso, entre las quese h<strong>al</strong>la comprendida la solución,lo que da una medida de la posibleinfluencia de t<strong>al</strong>es efectos, auncuando a menudo éstos son tanimportantes, que no basta con elloy se requiere un estudio más aproximado.Sobre esta cuestión volveremosmás tarde, <strong>al</strong> estudiar unejemplo concreto, tomado de lacombustión.Aparte de este fenómeno de laonda de choque, el otro en que juegaun importante papel la disociaciónes el de la transmisión de c<strong>al</strong>ora través de una capa límite.12 INGENIERÍA AERONÁUTICA Y ASTRONÁUTICA
Aquí entra en juego otro nuevofactor que es la difusión de los átomosa través de las moléculas, haci<strong>al</strong>a superficie de la pared, y elresultado depende, además, de queésta sea o no cat<strong>al</strong>ítica para la recombinaciónde los átomos, puesen el primer caso acelera la formaciónde moléculas, con la consiguienteliberación de energía sobrela pared, lo que tiende a anular elbeneficioso efecto de reducción dela temperatura producida por ladisociación inici<strong>al</strong>.Gener<strong>al</strong>mente, los dos fenómenosestudiados, el de la onda dechoque y el de la transmisión dec<strong>al</strong>or a la pared, aparecen asociados,como ocurre, por ejemplo, enel caso del retorno de un proyectilo satélite del espacio exterior a laatmósfera densa, que se ilustra enla figura 14, para un número deMach relativamente pequeño (delorden de 6), lo que se ha hechocon objeto de que la onda de choqueaparezca suficientemente diferenciadadel obstáculo. La resolucióndel problema implica, en primerlugar, la determinación de laforma de la onda de choque desprendiday del correspondientecampo de presiones <strong>al</strong>rededor delproyectil, cuestión en la que se hanhecho grandes progresos en los últimosaños, a partir de la soluciónllamada de Newton para el régimenhipersónico. Por otra parte,detrás de la onda se produce, comohemos visto, una gran elevaciónde temperatura, acompañada de ladisociación y, eventu<strong>al</strong>mente, dela ionización del aire. El estadodetrás de la onda es conocido, y apartir de él y del campo de presionessobre el obstáculo, puedec<strong>al</strong>cularse, medíante la adecuadaextensión de la teoría de la cap<strong>al</strong>ímite, el c<strong>al</strong>or transmitido <strong>al</strong> proyectilen cada punto y la temperaturaque se <strong>al</strong>canza en cada momento.Estas son tan elevadas, queexigen el empleo de proas redondeadas,como la de la figura, porquees en ellas donde se dan lascondiciones de funcionamiento másseveras, lo que proporciona unbuen ejemplo de cómo el efectotérmico priva aquí sobre los de resistencia.Fig 14-Corrien;e hiperscnica <strong>al</strong>rededor de un obstáculoVemos, pues, que el régimenhipersónico conduce <strong>al</strong> desarrollode una Aerodinámica nueva de gasesdisociados, que está actu<strong>al</strong>menteen sus comienzos, y cuyo estudioexige del aerodinámico unaformación termodinámica y fisicoquímicamuy diferentes de la queprecisaba el aerodinámico clásico,e incluso de la que corresponde <strong>al</strong>régimen supersónico inferior.VIL Es indudable que la reproducciónen el laboratorio de condicionesde funcionamiento tan extremasha tenido que tropezar conenormes dificultades cuya resoluciónha exigido el empleo de nuevastécnicas experiment<strong>al</strong>es. La primerade t<strong>al</strong>es dificultades estriba,natur<strong>al</strong>mente, en conseguir el s<strong>al</strong>tode presiones necesario para <strong>al</strong>canzarcorrientes de gran velocidad, particularmenteporque, como es sabido,la recuperación de presión enlos tramos de deceleración del movimientose efectúa gener<strong>al</strong>mentecon rendimientos muy bajos, particularmenteen corrientes supersónicasy en el momento del arranque,en que no pueden utilizarselas ventajas de los difusores. Lafigura 15 ilustra este problema,mediante el s<strong>al</strong>to mínimo de presionesnecesario para arrancar untúnel supersónico, para diversosv<strong>al</strong>ores del número de Mach. Enella puede verse que para duplicaréste es necesario multiplicar pordiez el s<strong>al</strong>to de presiones, por loque para operar en el régimen hipersónicono puede pensarse en elempleo de compresores axi<strong>al</strong>es, debiendorecurrirse a otros procedimientos.De éstos, uno de los más genere<strong>al</strong>izadoses el empleo de los túnelesaerodinámicos de soplado, intermitenteso continuos, cuyo principiode funcionamiento se muestraen la figura 16. Un depósitode aire a gran presión, por ejemplo,de 200 atm., descarga en laatmósfera libre a través de una toberade forma adecuada para <strong>al</strong>canzarel régimen hipersónico, enla que se interc<strong>al</strong>a la cámara deensayos con el modelo. La presiónse consigue mediante una bateríade compresores y el funcionamientosuele ser intermitente, arrancándose<strong>al</strong> abrir una válvula automáticade accionamiento muy rápido.La duración del ensayo está limitadapor la capacidad del depósitode <strong>al</strong>ta presión y suele variar entre<strong>al</strong>gunos segundos, tiempo gener<strong>al</strong>mentesuficiente, excepto para determinadosexperimentos, y <strong>al</strong>gu-SEPT1EMBRE-OCTÜBEE 13
Change language