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Evaluación del Impulso de una Tobera Convergente Divergente Utilizando Dinámica de Fluidos Computacional

Resumen

Este trabajo presenta el desarrollo de una simulación mediante Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) de la tobera del cohete Orión, perteneciente al Semillero GIEMA (Grupo de Investigación en Energía y Medio Ambiente), de la Universidad Industrial de Santander, con el propósito de analizar su comportamiento termo-fluidodinámico y evaluar posibles mejoras en su desempeño. Inicialmente, se modeló la geometría de la tobera y se efectuó un estudio numérico de sus principales variables de operación, entre ellas presión, temperatura y número de Mach. Posteriormente, los resultados obtenidos se compararon con los de una segunda geometría de tobera, con el fin de determinar si la modificación de los ángulos de convergencia y divergencia generaba una mejora significativa en el empuje y el impulso del sistema. El análisis permitió establecer que la variación geométrica propuesta produce cambios significativos en el rendimiento global de la tobera. No obstante, se identificó que el principal criterio de falla está asociado a la temperatura, debido a que el material estructural empleado es acero inoxidable AISI 304, el cual presenta limitaciones frente a condiciones térmicas elevadas. En consecuencia, se propuso una nueva geometría de tobera con un recubrimiento interno de grafito de 3.5 mm de espesor, orientado a reducir la degradación térmica del acero y mejorar la resistencia del sistema ante la exposición prolongada a altas temperaturas.