prequemador

Un prequemador es una pequeña cámara de combustión en un motor de cohete líquido que quema una porción de los propelentes del motor para generar gas caliente a alta presión. Este gas impulsa una turbobomba, que presuriza y fuerza los propelentes principales a la cámara de combustión primaria a la velocidad y presión necesarias para un funcionamiento estable del motor. Sin el prequemador, no habría forma de mover los propelentes a la cámara principal contra la enorme contrapresión del propio motor.

En un sistema bipropelente típico, el prequemador utiliza el mismo combustible y oxidante que el motor principal, pero en diferentes proporciones. Un motor de hidrógeno-oxígeno, por ejemplo, podría hacer funcionar su prequemador con una mezcla muy rica en combustible, produciendo un escape más frío que es menos dañino para las palas de la turbina. Este escape, llamado gas de descarga de la turbina, hace girar la sección de la turbina de la turbobomba y luego fluye hacia la cámara principal para contribuir a la combustión adicional. El prequemador en sí es mucho más pequeño que la cámara principal, a menudo de solo unos pocos centímetros de diámetro, y funciona a menor presión y temperatura que la zona de combustión primaria.

El diseño del prequemador debe equilibrar varias demandas contrapuestas. La cámara debe mezclar e encender sus propelentes de forma rápida y fiable, incluso durante los transitorios de arranque cuando las presiones cambian rápidamente. El tiempo de residencia, típicamente de solo unos pocos milisegundos, debe ser lo suficientemente largo para una combustión completa pero lo suficientemente corto para evitar el estrés térmico en las paredes de la cámara. La selección del material es crítica; los prequemadores están expuestos a temperaturas de 800 a 1200 grados Celsius, dependiendo de la relación de mezcla y el tipo de propelente, y deben sobrevivir miles de segundos de operación en múltiples pruebas de encendido o vuelos.

Las fallas del prequemador representan una fracción significativa de las anomalías en las pruebas de motores de cohetes líquidos y las pérdidas de vuelos. Los modos de falla comunes incluyen inestabilidad de combustión, que puede causar oscilaciones violentas de presión y fatiga estructural; puntos calientes donde los chorros de propelente no se mezclan uniformemente, causando la fusión localizada de la pared de la cámara; y erosión de los orificios del inyector por los productos de combustión, lo que con el tiempo cambia el patrón de pulverización y la mezcla. El control de la relación de propelente del prequemador es esencial para el funcionamiento del motor y se mantiene típicamente dentro de tolerancias estrechas, a menudo utilizando pequeñas válvulas de bola u orificios variables en la línea de suministro de combustible u oxidante.

El término "prequemador" distingue esta cámara de la "combustión principal" o "cámara principal" donde ocurre la mayor parte de la combustión del propelente y se produce el empuje. En algunos motores, particularmente en los ciclos de combustión escalonada, el prequemador se presuriza a altos niveles y su escape realiza un trabajo significativo, difuminando la distinción entre prequemador y cámara principal. En otros diseños, como el ciclo de generador de gas, el equivalente al prequemador se llama generador de gas y su escape se descarga por la borda en lugar de alimentarse a la cámara principal, lo que lo convierte en un sistema menos integrado y más en una fuente de energía independiente para la turbobomba.