Consejos útiles

Cómo hacer combustible de caramelo: instrucciones paso a paso

La información más completa sobre este combustible se puede encontrar en el sitio web de Richard Nakki.

Discusión sobre los combustibles de caramelo en el Rocket Model Forum: combustibles de cohete sólidos de tipo caramelo.

Para hacer combustible, necesitas:

1. KNO3, nitrato de potasio. Debe secarse hasta un contenido de humedad de no más de 0.5%, para esto es suficiente calentarlo en una capa delgada sobre una bandeja para hornear en el horno a 100-150 ° C durante 2-3 horas. El contenido de humedad se puede definir de la siguiente manera: la muestra exacta se seca hasta que su peso deja de disminuir, el porcentaje de humedad se calcula a partir de la pérdida de peso.

El KNO3 seco se muele en un molinillo de café o mortero hasta un tamaño de cristal de 0.1-0.05 mm. No es necesario moler demasiado fino, es decir "al polvo" porque entonces resultará muy viscoso, absolutamente no combustible líquido. (Nota: es imposible (y no necesario) molerlo en un molinillo de café KNO3 junto con sorbitol u otros combustibles). Es necesario asegurar que se obtenga el mismo grado de molienda cada vez, de lo contrario las propiedades del combustible resultante serán diferentes cada vez, especialmente la velocidad de combustión. Para hacer esto, es necesario usar el mismo molinillo de café cada vez, cargar la misma cantidad de material de molienda y moler al mismo tiempo. Molino en un buen molinillo de café una porción de 100 g de KNO3 en dos pasos durante 30 segundos, con un descanso entre los pasos para enfriar el molinillo de café. Cuando se usa un mortero, la reproducibilidad es mucho más difícil.

2. Sorbitol. También debe verificarse el contenido de humedad, si es superior al 0,5%, debe secarse calentándolo en una capa delgada sobre una bandeja para hornear en el horno a 70-80 ° C durante varias horas. No se debe permitir la fusión del sorbitol, porque la fusión se seca mucho más lentamente que los cristales. Usé sorbitol, lo compré en una farmacia, el control mostró que estaba lo suficientemente seco, así que no lo sequé.

Después del secado, no es necesario moler sorbitol, aún se derretirá durante la fabricación del combustible.

3. Baño de calefacción. Para derretir grandes cantidades de combustible (> 0.5-1 kg), es imprescindible utilizar un baño de calentamiento para garantizar un calentamiento uniforme de toda la masa de combustible. La temperatura del refrigerante debe ser 120-130C. Cantidades más pequeñas que fundí en un dispositivo simplificado descrito en la misma página. Hice porciones de hasta 500 g, lo principal es que el combustible debe distribuirse a lo largo del fondo de la sartén con una capa delgada, no más de 1-2 cm.

Los componentes de partida se mezclan en una proporción de KNO3-sorbitol 65% -35%, se mezclan, se instalan en una casa de baños o en un azulejo, que previamente se calentaron a la temperatura estable requerida. No se puede poner combustible en una loseta fría y luego encender la calefacción, porque la loseta con el regulador primero se calienta mucho, luego se enfría y entra en un modo de temperatura constante. Desde el momento en que comienza el calentamiento hasta que se retira el combustible de la estufa, se debe monitorear de cerca. Primero, la mezcla se fusiona con las paredes, se adhiere a ellas, en este momento debe comenzar a mezclar en silencio. Luego, toda la masa comienza a unirse y gradualmente se convierte en una especie de sémola. Debe mezclar suavemente, con movimientos de frotamiento, tratando de no batir el combustible en espuma. Tan pronto como la papilla se volvió homogénea, sin grumos, el combustible está listo. En este caso, solo se derrite el sorbitol y el KNO3 permanece cristalino, por lo que no es necesario esperar hasta que todo se vuelva líquido. El combustible recién fundido tiene una temperatura de aproximadamente 110-120 ° C. Si se calienta más, entonces a 140 ° C la mezcla comienza a formar espuma y hace clic un poco, esto evapora el agua restante, siempre presente en los componentes de partida. Calentar a esta temperatura no es peligroso, pero tampoco es necesario si oye crujidos: retírelo de la calefacción y vierta combustible en el molde.

El combustible fundido no es tan líquido como el agua, pero fluye bastante bien, especialmente si lo ayudas un poco con una cuchara. El combustible se vierte fácilmente en tubos con un diámetro de 25-30 mm y más. Es más conveniente aplicar combustible a tuberías de pequeño diámetro utilizando una espátula, un cable ligeramente curvado con un extremo aplanado.

La viscosidad del combustible fundido aumenta notablemente si se calienta por encima de 120 ° C, por lo tanto, el calentamiento mínimo controlado es importante no solo desde el punto de vista de la seguridad, sino también desde el punto de vista de la conveniencia de manipular el combustible terminado. Después de verter en el molde y enfriar, el combustible permanece suave durante mucho tiempo, el curado completo se lleva a cabo dentro de 1-2 días. Este proceso debe ser observado para no deformar el combustible. Si, después de verter, se inserta una varilla en el corrector para formar el canal central, entonces debe lubricarse ligeramente con un poco de aceite y es necesario retirarlo después de 8-12 horas, cuando el combustible aún es semisólido. Primero debe girar la varilla en el combustible para que se pegue, y luego sacarla con movimientos giratorios. Si espera la cura completa, será casi imposible sacar la varilla.

Tras el enfriamiento y el curado posterior, se produce una ligera disminución en el volumen de combustible, es decir contracción En este caso, se forma una pequeña depresión en la superficie, esto no es peligroso. Pero debido a la contracción, el combustible puede retrasarse detrás de las paredes de la reserva en la que se vierte. Esto no se puede permitir, porque durante el funcionamiento del motor, el frente de la llama pasará a este espacio, el área de combustión aumentará bruscamente y el motor puede explotar debido al aumento de la presión o al desgaste. Aquellos que hacen grandes fichas escriben que después de verter el combustible, a menudo tienen que apisonarlos a medida que se enfrían y endurecen, o deben estar sujetos a la prensa o al vicio para evitar retrasarse detrás de las paredes. La fuerza de adhesión de la reserva al combustible se verifica de la siguiente manera: pueden golpear fácilmente la reserva con una moneda dura o el lado romo de un cuchillo, mientras que un sonido amortiguado significa que la reserva está retrasada, y una fuerte significa adhesión firme. No es necesario golpear demasiado fuerte: el combustible puede agrietarse.

El combustible resultante es higroscópico, es decir. absorbe la humedad del aire si la humedad relativa supera el 60-70%, mientras que la superficie primero se vuelve pegajosa y luego aparece una capa de líquido sobre ella. Para evitar que esto suceda, todavía se coloca combustible tibio en una bolsa de plástico. También es necesario almacenar combustible y motores terminados en contenedores herméticos.

El combustible terminado debe verse como un plástico blanco frágil no poroso monolítico. El criterio principal para la calidad del combustible es su velocidad de combustión al aire libre, debe ser igual a 2.6 mm / s. Para medir la velocidad de combustión, el combustible se vierte en un tubo con un diámetro de 15-20 mm, una longitud de 20-40 mm, pegado de dos vueltas de papel de oficina en PVA o un lápiz adhesivo. Después de completar el curado, mida la longitud de la columna de combustible, configúrela verticalmente, encienda el fuego desde el extremo superior, detecte el tiempo total de combustión, divida la longitud de la columna por el tiempo.

El método descrito de preparación de combustible no fue inventado por mí, es el estándar para el caramelo de sorbitol, como lo hacen los modelos de cohetes de América, Europa y Australia, como se puede leer en sus sitios web.

Las siguientes son las propiedades de este combustible, descritas en el sitio web de Richard Nakki:

Ecuación teórica de la combustión a una presión de 68 atmósferas (según PROPEP (Propelant Evaluation Program)):

C 6 H 14 O 6 + 3.345 KNO 3 -> 1.870 CO 2 + 2.490 CO + 4.828 H 2 O + 2.145 H 2 + 1.672 N 2 + 1.644 K 2 CO 3 + 0.057 KOH

Lo que se requiere

El conjunto de componentes no es tan bueno.

1. Azúcar o sorbitol: materias primas para la caramelización.

2. Nitrato (puede usar diferentes, más sobre esto a continuación).

3. Contenedor de metal: generalmente toma latas comunes, aunque es preferible tomar platos con paredes gruesas, para un calentamiento más uniforme. Aún mejor: esmaltado o acero inoxidable, para que la solución no reaccione con el material de los platos.

4. Estufa eléctrica: ¡es imposible cocinar combustible en una estufa de gas!

5. Periódico u otro papel con buenas propiedades absorbentes (si su objetivo es hacer no solo combustible de caramelo, sino papel de caramelo). También se utiliza en motores de cohetes, impregnando con "caramelo" terminado y secando (sin calentar).

6. Equipo de protección: gafas y guantes.

Tres métodos de fabricación

Hay muchas formas de hacer combustible de caramelo. Lo más fácil es simplemente mezclar los componentes. Se hierve otro "caramelo", simplemente o con evaporación. Durante la mezcla normal, el combustible se vierte en un frasco de vidrio y se agita varias veces, luego se cierra herméticamente para evitar la absorción de agua. Cuando se usa directamente en motores de cohetes, este tipo de combustible debe estar bien sellado; de lo contrario, podría producirse una explosión.

El combustible de caramelo de nitrato de potasio (nitrato de potasio) es la mejor opción. Los ingredientes se toman en las siguientes proporciones: azúcar o sorbitol - 35%, nitrato - 65%. El salitre se seca en una sartén ancha y plana de aproximadamente 100-150 grados durante aproximadamente dos horas. Luego muela durante unos 20 segundos; puede usar un mortero o un molinillo de café.

Combustible de caramelo de nitrato de sodio. Características de esta mezcla: es más higroscópica. Se requerirá 70% de salitre, 30% de azúcar y dos volúmenes de agua (200%).

No se recomienda su uso. Este es un combustible de caramelo basado en nitrato de amonio (nitrato de amonio). ¿Por qué es mejor prestar atención a otras recetas? Debido a que es un compuesto inestable, y cuando se calienta, cualquier cosa puede salir mal. Como resultado, es probable que la empresa termine en un incendio.

Catalizadores

Para aumentar la efectividad del "caramelo", se le agregan varios catalizadores. El más popular es el óxido de hierro. Menos conocido es el combustible de caramelo con aluminio. Atencion Una mezcla de aluminio y nitratos puede encenderse en presencia de agua. Especialmente peligroso es la presencia de cualquier impureza alcalina que pueda estar presente en el nitrato que no es lo suficientemente puro o se hace de forma independiente. Por lo tanto, en el combustible basado en nitratos con aluminio como catalizador, es necesario agregar 0.5-1% de un poco de ácido débil, y no el hecho de que esta cantidad sea suficiente, todo depende de la calidad del nitrato. Bórico es la mejor opción. El oxálico y el acético no son adecuados: el aluminio reacciona con ellos. Si durante la cocción la mezcla se calienta mucho, hace espuma y emite un fuerte olor a amoníaco, debe retirarla inmediatamente de la loseta y sumergirla en agua.

Se agrega aluminio al caramelo de papa. Las variaciones permitidas son del 2.5 al 20%. Una cantidad diferente da un cambio diferente en la velocidad de combustión del combustible. Se recomienda utilizar aluminio esférico ASD-4.

Cómo mantenerse sano y completo

Lo más peligroso es cocinar combustible de caramelo derritiendo azúcar y salitre, pero esta opción es la más efectiva. El recipiente en el que se cocina el "caramelo" debe estar perfectamente limpio; las sustancias extrañas pueden provocar un incendio.

No debería haber fuentes de llamas abiertas cerca: las explosiones en la cocina son inútiles para nosotros. Es muy importante controlar la temperatura de la mezcla, ¡no debe elevarse por encima de 180 grados bajo ninguna circunstancia!

Al agitar, es mejor usar un palo de madera para evitar reacciones adversas. Debe mezclarse con mucho cuidado, pero de manera uniforme: las burbujas de aire en el combustible terminado, cuando se usan, conducen a la explosión de un cohete. Al verter este combustible en formas, también debe asegurarse de que no haya burbujas. Es necesario trabajar con una campana extractora o al aire libre, especialmente para una receta con nitrato de amonio.

¡No muelas el azúcar y el salitre en un molinillo de café juntos! La molienda debe ser por separado, mezclar, agitar, en un recipiente de vidrio.

Los principiantes no deben involucrarse con el nitrato de amonio: primero pruebe el combustible de caramelo más simple y seguro (basado en nitrato de potasio). ¡La fabricación de cualquier combustible casero debe someterse a un control cuidadoso de la calidad de los ingredientes, la temperatura, el contenido de humedad y cumplir con todas las medidas de seguridad!

Donde conseguir los ingredientes

El nitrato se vende en tiendas y departamentos agrícolas para residentes de verano como fertilizante. El sorbitol es un sustituto del azúcar para los diabéticos. Vendido, respectivamente, en una farmacia. Fe2O3 - óxido de hierro - solía venderse bajo el nombre de "hierro minio". Puede intentar hacerlo usted mismo estudiando la literatura relevante. El mineral de hematita también es óxido de hierro. El aluminio es vendido por empresas de fabricación de productos químicos.

Hablemos de los clásicos.

Los modeladores de cohetes llaman al combustible un clásico, que consiste en 35% de sorbitol y 65% ​​de nitrato de potasio en peso, sin aditivos. Este combustible está bien estudiado, tiene características no peores que el polvo negro, pero es mucho más fácil de fabricar que el polvo correcto.

Para los clásicos, solo es adecuado el nitrato de potasio. Si no lo encuentra a la venta, tendrá que hacerlo usted mismo a partir de sodio o amoníaco y sulfato o cloruro de potasio. Todo esto es fácil de comprar en tiendas de fertilizantes minerales. Anteriormente, la potasa (carbonato de potasio) también se vendía en tiendas de fotografía; también es adecuada para producir nitrato de potasio a partir de amoníaco. Al mezclar soluciones calientes saturadas de nitrato de sodio y cloruro de potasio, el nitrato de potasio precipitará inmediatamente. El nitrato casero tendrá que limpiarse mediante recristalización, para esto debe disolverse en una pequeña cantidad de agua hervida caliente, filtrarse a través de algodón y poner la solución en el refrigerador. Luego drene la solución, seque el salitre con una batería y luego en el horno a aproximadamente 150 ° C durante una o dos horas. Lo principal aquí es el cumplimiento del régimen de temperatura. A una temperatura más alta, el nitrato se derretirá y se volverá inadecuado para el proceso posterior.

El misil volado utilizó combustible mejorado a base de sorbitol. Pero en aras de mejorar la energía (impulso específico), el nitrato de potasio fue reemplazado por perclorato de potasio. Tal reemplazo requirió la introducción de dos componentes más: un catalizador que estabiliza la combustión y carbón activado que inhibe la radiación térmica. A diferencia de los "clásicos", dicho combustible no es deseable para fundir. Por lo tanto, los componentes deberán triturarse y mezclarse lo más a fondo posible. Para esto, un mortero de porcelana es útil: es inerte para casi todas las sustancias y no produce chispas, lo cual es importante para la preparación de composiciones pirotécnicas. La mezcla de polvo preparada se carga en la carcasa del motor.

El sorbitol (un sustituto del azúcar) se vende en farmacias y supermercados. El punto de fusión del sorbitol puro es 125 ° C, y a esta temperatura se puede distinguir del monohidrato de sorbitán, que a veces también se vende bajo el disfraz de sorbitol. El monohidrato se funde a 84 ° C y no es apto para combustible.

A pesar del nombre frívolo, el combustible de cohete de caramelo es principalmente combustible de cohete, y debe tratarse con respeto. ¡La primera y más importante regla de precaución de seguridad es nunca cocinar caramelo sobre fuego abierto! Solo una placa calefactora con calentador cerrado y control de temperatura. Si no hay una estufa eléctrica adecuada, puede usar una plancha ordinaria, solo necesita hacer un soporte que la mantenga en posición invertida, con la suela hacia arriba. La posición del regulador "tres puntos" es excelente para hacer caramelo.

No mida los componentes por ojo o por volumen, solo en la balanza. En apariencia, los montones de 35 g de sorbitol y 65 g de nitrato de potasio son casi idénticos en volumen. Y esto está a nuestro favor, ya que es más fácil mezclar combustible. Si el salitre es grande, deberá triturarse en un mortero o molirse en un molinillo de café. Pero no exagere: los cristales deben ser como sal fina: si muele el nitrato en polvo, será difícil trabajar con combustible, ya que se volverá demasiado viscoso. 20 segundos es lo que necesitas.

La pieza en bruto del motor llena de polvo se inserta en el cilindro de aluminio, donde se realizará el prensado al vacío térmico. Una varilla de aluminio en el centro, para aplicar fuerza al punzón, y un tubo corto cerca, para conectar una bomba de vacío. El cilindro preparado para el prensado se sumerge en un baño de agua con una solución de cloruro de litio, que hierve a aproximadamente 130ºC.

Ahora puede mezclar los polvos de nitrato y sorbitol y poner una capa de no más de un centímetro de espesor en una sartén. Es aconsejable mezclar la mezcla continuamente. Para mezclar, es conveniente usar un palito de paleta de madera. Poco a poco, el sorbitol comenzará a derretirse, después de un tiempo, con agitación, el polvo se convertirá en una sustancia homogénea, similar a la sémola líquida. En el sorbitol fundido, parte del nitrato se disuelve, por lo que el combustible terminado permanece bastante líquido incluso a 95 ° C. El combustible no debe sobrecalentarse, porque a 140 ° C la solubilidad de los saltos de nitrato y, en el mismo salto, aumenta la viscosidad de esta composición.

Tan pronto como se mezclan los últimos grumos de nitrato, el combustible está listo; ahora debe verterse en el molde. ¡Simplicidad perfecta! Sería bueno hacer que el motor sea lo más simple posible, y existe esa opción: si no se requieren parámetros de récord, se prefiere no disparar. Consiste solo en un caparazón y una carga. A pesar del hecho de que sin una boquilla, se desperdicia parte de la energía del combustible, debido al ahorro de peso del cuerpo y la boquilla, se puede agregar más combustible y se pueden compensar las pérdidas.

После окончания прессования, когда объем, занимаемый топливом, уменьшится почти вдвое, цилиндр с двигателем нужно вынуть из бани и остудить в обычном ведерке с водой. Готовый двигатель выглядит так. Для того чтобы привести его в такой вид, придется отрезать часть картонной трубы (топливо теперь занимает лишь половину), оставив лишь несколько сантиметров для сопла. Сопло в этом двигателе керамическое, держится на шести винтах и герметизируется заливкой эпоксидной смолы.

Для корпуса понадобится картонная трубка с толщиной стенок 1−2 мм. Su diámetro puede ser de un centímetro a tres, pero para los primeros experimentos es mejor no tomar el más pequeño, ya que es inconveniente trabajar con motores pequeños, y el combustible se congela más rápido y es difícil empacarlo en un tubo pequeño. Su longitud debe ser 7-15 veces mayor que el diámetro. Es posible a las 20, pero verter combustible ya es muy inconveniente.

También necesitará una varilla para formar un canal en el combustible: en los motores de caramelo, el combustible se quema a lo largo de la superficie del canal, y no desde el final de la carga, el extremo no tiene suficiente área. Y para centrar la varilla necesitará una protuberancia de madera o plástico, de diámetro adecuado tanto para el tubo de cartón como para la varilla central. El diámetro del canal debe ser aproximadamente tres veces menor que el diámetro interno de la tubería.

Después de insertar el saliente en el extremo inferior de la tubería y la varilla en él, llene la "sémola" de salitre y sorbitol en el espacio restante. El combustible se enfría y se endurece, pero no completamente. De sus restos es necesario hacer rodar una barra de muestra, generalmente del tamaño de un dedo meñique masculino. Al usarlo, se mide la velocidad de combustión del combustible resultante; para esto, se filma en video y se registra el tiempo en el video. Por supuesto, la longitud de la varita debe medirse antes de prenderse fuego. El caramelo de sorbitol hecho normalmente debería arder a una velocidad de 2.6 a 2.8 mm / s, es decir, una barra de 5 cm de largo arderá en 17-19 s.

¡La velocidad de la corriente blanca de escape en esta imagen es mucho más de un kilómetro por segundo! Desafortunadamente, el cohete en sí no es tan rápido, pero no es muy difícil buscarlo después de aterrizar.

Después de aproximadamente seis horas, mientras el combustible aún está blando, debe quitar el saliente y la varilla. Queda por hacer un tapón de resina epoxi donde estaba el jefe: pegue una cinta de cinta adhesiva en la superficie expuesta del combustible para cubrir el canal, y haga cinta alrededor del tubo de cartón desde la cinta adhesiva, y luego vierta resina epoxi con un endurecedor allí. El nivel de resina debe estar 0.5 cm por encima del borde del tubo para que la resina sea absorbida por el extremo. A veces, incluso se hacen tres o cuatro agujeros con un diámetro de 3 mm, en la parte libre de combustible del tubo, para que el tapón de epoxi se sostenga mejor. Después de que el adhesivo se haya endurecido, el motor está listo para arrancar. Para su ignición, los "fósforos eléctricos" chinos que se venden en las tiendas en línea son excelentes, solo necesita alargar los cables e insertar el fusible en el motor hasta el enchufe de epoxi; si el motor se ilumina en el medio, no dará el empuje completo.

Pero, volando en el "clásico", el entusiasta de los cohetes a menudo siente la necesidad de mejorarlo de alguna manera. Aquí es donde comienza la invención de diversas composiciones y tecnologías. La palabra mágica "perclorato" excita los corazones de los diseñadores caseros. Pero el reemplazo directo de nitrato de potasio con perclorato de potasio no funcionará, el combustible tendrá otras características. Sin el tercer componente, el catalizador, la composición exhibe una combustión pulsante hasta una explosión. Y es peligroso derretir el combustible con el catalizador, por lo que debe usar prensado al vacío calentado y otras cosas exóticas que son inaccesibles para la mayoría de los fanáticos.