¿Qué es la calculadora de empuje de cohetes?
Esta calculadora estima el empuje que genera un motor cohete aplicando la clásica ecuación del empuje. El empuje es la fuerza que impulsa al cohete hacia adelante y surge de dos aportaciones: la cantidad de movimiento de los gases de escape que salen a gran velocidad y la diferencia de presión que actúa sobre el área de salida de la tobera. La herramienta sirve para cualquier motor —químico, de gas frío o de otro tipo— siempre que introduzcas los valores adecuados en unidades del SI. Se trata de un cálculo físico universal, válido en cualquier lugar.
Cómo utilizarla
Introduce el flujo másico de propelente (\(\dot{m}\)) en kilogramos por segundo, la velocidad de salida de los gases (\(v_e\)) en metros por segundo, la presión de salida de la tobera (\(P_e\)) y la presión ambiente (\(P_a\)) en pascales, y el área de salida de la tobera (\(A_e\)) en metros cuadrados. La calculadora devuelve el empuje total en newtons y kilonewtons, y lo desglosa en empuje por cantidad de movimiento y empuje por presión para que veas cuánto aporta cada componente.
La fórmula explicada
La ecuación es $$F = \dot{m} \cdot v_e + \left( P_e - P_a \right) \cdot A_e$$ El primer término, \(\dot{m} \cdot v_e\), es el empuje por cantidad de movimiento: la masa que sale por segundo multiplicada por su velocidad. El segundo término, \(\left( P_e - P_a \right) \cdot A_e\), es el empuje por presión. Cuando la presión de salida iguala a la presión ambiente, la tobera está «perfectamente expandida» y el término de presión se anula. Si \(P_e\) es mayor que \(P_a\) (tobera subexpandida) suma empuje; si \(P_e\) es menor que \(P_a\) (tobera sobreexpandida) lo resta.
Ejemplo resuelto
Supongamos \(\dot{m} = 250\ \text{kg/s}\), \(v_e = 2800\ \text{m/s}\), \(P_e = 101\,325\ \text{Pa}\), \(P_a = 101\,325\ \text{Pa}\) y \(A_e = 0{,}5\ \text{m}^2\). Empuje por cantidad de movimiento $$250 \times 2800 = 700\,000\ \text{N}$$ Empuje por presión $$\left( 101\,325 - 101\,325 \right) \times 0{,}5 = 0\ \text{N}$$ Empuje total = 700 000 N, es decir, 700 kN.
Preguntas frecuentes
¿Qué unidades debo usar? Usa unidades del SI: kg/s, m/s, pascales y metros cuadrados. El resultado se expresa en newtons.
¿Qué es la velocidad de salida efectiva? Es el empuje total dividido entre el flujo másico (\(F/\dot{m}\)), e incluye también el término de presión.
¿Puede ser negativo el empuje por presión? Sí: si la presión de salida es inferior a la ambiente (tobera sobreexpandida), el término de presión reduce el empuje total.
