El peróxido de alta concentración ( HTP ) es una solución altamente concentrada (85 a 98 por ciento) de peróxido de hidrógeno , y el resto consiste principalmente en agua. En contacto con un catalizador, se descompone en una mezcla de vapor y oxígeno a alta temperatura, sin que quede agua líquida. Se utilizó como propulsor de cohetes HTP y torpedos , y se ha utilizado para motores Vernier de alto rendimiento .
Propiedades [ editar ]
El peróxido de hidrógeno funciona mejor como propulsor en concentraciones extremadamente altas (aproximadamente más del 70%). Aunque cualquier concentración de peróxido generará algo de gas caliente (oxígeno más algo de vapor), a concentraciones superiores a aproximadamente el 67%, el calor del peróxido de hidrógeno en descomposición se vuelve lo suficientemente grande como para vaporizar completamente todo el líquido a presión estándar. Esto representa un punto de inflexión en la seguridad y la utilización, ya que la descomposición de cualquier concentración por encima de esta cantidad es capaz de transformar el líquido por completo en gas calentado (cuanto mayor sea la concentración, más caliente será el gas resultante). Esta mezcla de vapor / oxígeno muy caliente se puede usar para generar un empuje, potencia o trabajo máximos, pero también hace que la descomposición explosiva del material sea mucho más peligrosa.
Las concentraciones normales de grado propulsor, por lo tanto, varían de 70 a 98%, con grados comunes de 70, 85, 90 y 98%. [1]
El cambio de volumen de peróxido debido a la congelación varía con el porcentaje. Las concentraciones más bajas de peróxido (45% o menos) se expandirán cuando se congelen, mientras que las concentraciones más altas (65% o más) se contraerán. [2] : 4–39
El peróxido de hidrógeno se vuelve más estable con un mayor contenido de peróxido. Por ejemplo, el 98% de peróxido de hidrógeno es más estable que el 70% de peróxido de hidrógeno. El agua actúa como contaminante y cuanto mayor es la concentración de agua, menos estable es el peróxido. La capacidad de almacenamiento del peróxido depende de la relación superficie-volumen de los materiales con los que el fluido está en contacto. Para aumentar la capacidad de almacenamiento, la proporción debe minimizarse. [3]
Aplicaciones [ editar ]
Cuando se usa con un catalizador adecuado, el HTP se puede usar como monopropelente , [4] o con un combustible separado como bipropelente . [5]
HTP se ha utilizado con seguridad y éxito en muchas aplicaciones, comenzando con el uso en alemán durante la Segunda Guerra Mundial y continúa hasta el día de hoy. [6] Durante la Segunda Guerra Mundial, el peróxido de alta prueba se utilizó como oxidante en algunos diseños de cohetes bipropelentes alemanes , como el motor de cohete Walter HWK 509A que impulsó el caza interceptor de defensa Messerschmitt Me de 163 puntos al final de la Segunda Guerra Mundial, que comprende 80 % de la mezcla estandarizada T-Stoff , y también en el submarino alemán Tipo XVII .
Algunos programas importantes de Estados Unidos incluyen los propulsores de control de reacción en el programa X-15 y el Bell Rocket Belt . El vehículo de investigación del módulo de aterrizaje lunar de la NASA lo utilizó para el impulso de un cohete para simular un módulo de aterrizaje lunar.
La Royal Navy experimentó con HTP como oxidante en los submarinos experimentales de entrenamiento / objetivo de alta velocidad Explorer y Excalibur entre 1958 y 1969.
El primer torpedo ruso HTP fue conocido por el nombre estrictamente funcional de 53-57, el 53 se refiere al diámetro en centímetros del tubo del torpedo, el 57 al año en que se introdujo. Impulsados por la competencia de la Guerra Fría , ordenaron el desarrollo de un torpedo HTP más grande, que se dispararía desde los tubos de 65 centímetros (26 pulgadas). El HTP en uno de estos torpedos Tipo 65 el 12 de agosto de 2000 explotó a bordo y hundió el submarino K-141 Kursk .
Los experimentos británicos con HTP como combustible para torpedos se interrumpieron después de que un incendio de peróxido provocara la pérdida del submarino HMS Sidon (P259) en 1956.
La experimentación británica con HTP continuó en la investigación de cohetes, terminando con los vehículos de lanzamiento Black Arrow en 1971. Los cohetes Black Arrow lanzaron con éxito el satélite Prospero X-3 desde Woomera, Australia del Sur, utilizando HTP y combustible de queroseno .
El misil British Blue Steel, unido a los bombarderos Vulcan y Victor, en la década de 1960, fue producido por AVRO. Usó una concentración del 85% de HTP. Para encender el cohete Stemtor de dos cámaras, el HTP pasó a través de una pantalla de catalizador. Luego se inyectó queroseno en las dos cámaras para producir 20,000 libras y 5,000 libras de empuje cada una. La cámara más grande era para subir y acelerar, mientras que la cámara pequeña era para mantener la velocidad de crucero. El misil tenía un alcance de 100 millas náuticas cuando se lanzaba a gran altitud y unas 50 millas náuticas se lanzaban a bajo nivel (500 a 1000 pies). Su velocidad era de aproximadamente Mach 2.0. Después de un lanzamiento a gran altitud, subiría de 70.000 a 80.000 pies. Desde un lanzamiento de bajo nivel, subiría a solo 40,000 pies, pero su velocidad aún estaría alrededor de Mach 2.0.
Con una concentración del 82%, todavía se usa en el cohete ruso Soyuz para impulsar las turbobombas en los propulsores y en el vehículo orbital .
El vehículo propulsado por cohetes Blue Flame alcanzó el récord mundial de velocidad terrestre de 622,407 millas por hora (1,001,667 km / h) el 23 de octubre de 1970, utilizando una combinación de peróxido de alta prueba y gas natural licuado (GNL), presurizado por gas helio. .
El peróxido de hidrógeno de grado propulsor se está utilizando en los sistemas militares actuales y se encuentra en numerosos programas de investigación y desarrollo aeroespaciales y de defensa. Muchas empresas de cohetes con financiación privada están utilizando peróxido de hidrógeno, como las desaparecidas Armadillo Aerospace y Blue Origin , y algunos grupos de aficionados han expresado interés en fabricar su propio peróxido, para su uso y para venderlo en pequeñas cantidades a terceros.
El HTP se utilizará nuevamente en un intento de romper el récord de velocidad en tierra con el automóvil Bloodhound SSC , con el objetivo de alcanzar más de 1,000 millas por hora (1,600 km / h). Será el oxidante para el cohete de combustible híbrido, reaccionando con el polibutadieno terminado en hidroxilo de combustible sólido .
Disponibilidad [ editar ]
Los proveedores disponibles de peróxido de hidrógeno de grado propulsor de alta concentración son, en general, una de las grandes empresas comerciales que fabrican otros grados de peróxido de hidrógeno, incluida Solvay Interox , PeroxyChem (anteriormente FMC Global Peroxygens, una división de FMC Corporation ), [ 7] y Evonik . XL Space Systems actualiza el peróxido de hidrógeno de grado técnico a HTP. [8] Otras empresas que han fabricado peróxido de hidrógeno de grado propulsor en el pasado reciente incluyen Air Liquide y DuPont . DuPont vendió recientemente su negocio de fabricación de peróxido de hidrógeno a Evonik.
El peróxido de hidrógeno de grado propulsor está disponible para compradores calificados. En circunstancias típicas, este producto químico se vende solo a empresas o instituciones gubernamentales que tienen la capacidad de manipular y utilizar correctamente el material. Los no profesionales han comprado peróxido de hidrógeno con una concentración del 70% o menos (el 30% restante es agua con trazas de impurezas y materiales estabilizantes, como sales de estaño, fosfatos, nitratos y otros aditivos químicos) y han aumentado su concentración ellos mismos. Destilaciónes extremadamente peligroso con peróxido de hidrógeno; el vapor de peróxido no puede encenderse, pero el oxígeno liberado puede encender cualquier material con el que esté en contacto, la detonación es posible dependiendo de combinaciones específicas de temperatura y presión, la detonación es el resultado de la rápida evaporación reactiva del líquido que resulta en alta temperatura y presión resultando en una ruptura violenta del recipiente contenedor. En general, cualquier masa hirviendo de peróxido de hidrógeno de alta concentración a presión ambiente producirá peróxido de hidrógeno en fase de vapor, que puede detonar. Este peligro se mitiga, pero no se elimina por completo, con la destilación al vacío. Otros enfoques para concentrar el peróxido de hidrógeno son el burbujeo y la cristalización fraccionada .
El peróxido de hidrógeno en concentraciones de al menos el 35% aparece en la lista de productos químicos de interés del Departamento de Seguridad Nacional de EE. UU. [9]
Seguridad [ editar ]
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Dado que muchas sustancias comunes catalizan la descomposición exotérmica del peróxido en vapor y oxígeno, el manejo del HTP requiere un cuidado y equipo especiales. Se observa que los materiales comunes hierro y cobre son incompatibles con el peróxido, pero la reacción se puede retrasar durante segundos o minutos, dependiendo del grado de peróxido utilizado.
Los pequeños derrames de peróxido de hidrógeno se tratan fácilmente inundando el área con agua. Esto no solo enfría el peróxido que reacciona, sino que también lo diluye completamente. Por lo tanto, los sitios que manejan peróxido de hidrógeno a menudo están equipados con duchas de emergencia y tienen mangueras y personal de seguridad.
El contacto con la piel provoca un blanqueamiento inmediato debido a la producción de oxígeno debajo de la piel. Se producen quemaduras extensas a menos que se laven en segundos. El contacto con los ojos puede provocar ceguera, por lo que se suele utilizar protección ocular.
El desastre del submarino Kursk involucró la liberación accidental de HTP en un torpedo que reaccionó con el combustible del torpedo.
Referencias [ editar ]
- ^ "Especificación de rendimiento MIL-PRF-16005F: propulsor, peróxido de hidrógeno" (PDF) . Índice de especificaciones y estándares del Departamento de Defensa . 1 de agosto de 2003 . Consultado el 12 de noviembre de 2016 , a través de Whiskey Yankee LLC.
- ^ "Peligros de fuego, explosión, compatibilidad y seguridad del peróxido de hidrógeno" (PDF) . NASA.
- ^ Ventura, Mark. "Capacidad de almacenamiento a largo plazo del peróxido de hidrógeno". AIAA . General Kinetics Inc. AIAA-2005-4551.
- ^ "Monopropelente de peróxido de hidrógeno verde (H2O2) con lechos de catalizador avanzado" . ESA . Consultado el 25 de julio de 2018 .
- ^ "Desarrollo de un propulsor bipropelente de bajo empuje basado en propulsores verdes" . ESA . Consultado el 25 de julio de 2018 .
- ↑ Ventura, M .; Garboden, G. (19 de junio de 1999). "Una breve historia de los usos de peróxido de hidrógeno concentrado" (PDF) . Cinética general . Consultado el 12 de noviembre de 2016 , a través de Whiskey Yankee LLC.
- ^ "One Equity Partners completa la adquisición de PeroxyChem" . PeroxyChem . 3 de marzo de 2014 . Consultado el 12 de noviembre de 2016 .
- ^ "Sistema espacial XL" . xlspace.com . Consultado el 12 de noviembre de 2016 .
- ^ Departamento de seguridad nacional (20 de noviembre de 2007). "Apéndice de las normas antiterroristas para instalaciones químicas; regla final" (PDF) . Registro Federal . 72 (223): 65421–65435 . Consultado el 12 de noviembre de 2016 .
