El peróxido de alta prueba ( HTP ) es una solución altamente concentrada (85 a 98%) de peróxido de hidrógeno , y el resto consiste predominantemente en agua. En contacto con un catalizador, se descompone en una mezcla de vapor y oxígeno a alta temperatura, sin restos de agua líquida. Fue utilizado como propulsor de cohetes y torpedos HTP , y se ha utilizado para motores vernier de alto rendimiento .
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), en concentraciones superiores a aproximadamente el 67 %, el calor de descomposición del peróxido de hidrógeno se vuelve lo suficientemente grande como para vaporizar completamente todo el líquido a una presión estándar. Esto representa un punto de inflexión en materia de seguridad y utilización, ya que la descomposición de cualquier concentración superior a 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 muy caliente de vapor y oxígeno se puede utilizar para generar el máximo empuje, potencia o trabajo, pero también hace que la descomposición explosiva del material sea mucho más peligrosa.
Por lo tanto, las concentraciones normales de grado de propulsor varían del 70 al 98%, con grados comunes de 70, 85, 90 y 98%. [1]
El cambio de volumen del 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 peróxido de hidrógeno al 98% es más estable que el peróxido de hidrógeno al 70%. 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 está en contacto el fluido. Para aumentar la capacidad de almacenamiento, se debe minimizar la proporción. [3]
Cuando se utiliza con un catalizador adecuado, el HTP se puede utilizar como monopropulsor , [4] o con un combustible separado como bipropelente . [5]
HTP se ha utilizado de forma segura y exitosa en muchas aplicaciones, comenzando con el uso 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 bipropulsores alemanes , como el motor de cohete Walter HWK 509A que impulsó el caza interceptor de defensa de 163 puntos Messerschmitt Me a finales 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 del programa X-15 y el Bell Rocket Belt . El vehículo de investigación del módulo de aterrizaje lunar de la NASA lo utilizó para impulsar un cohete y 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 HTP ruso fue conocido con el nombre estrictamente funcional de 53-57, el 53 se refería al diámetro en centímetros del tubo del torpedo y 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 tubos de 65 centímetros (26 pulgadas). El 12 de agosto de 2000, el HTP en uno de estos torpedos Tipo 65 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 y terminó 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 británico Blue Steel, acoplado 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 Stentor de dos cámaras, el HTP pasó a través de una pantalla catalizadora. 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 escalar 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 alrededor de 50 millas náuticas cuando se lanzaba a bajo nivel (500 a 1000 pies). Su velocidad era de aproximadamente Mach 2,0. Después de un lanzamiento a gran altitud, ascendería a entre 70.000 y 80.000 pies. Desde un lanzamiento a bajo nivel, ascendería a sólo 40.000 pies, pero su velocidad seguiría siendo de alrededor de Mach 2,0.
Con una concentración del 82%, todavía se utiliza en el cohete ruso Soyuz para accionar las turbobombas de los propulsores y del vehículo orbital .
El vehículo propulsado por cohetes Blue Flame logró el récord mundial de velocidad en tierra 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 con gas helio. .
El peróxido de hidrógeno de grado propulsor se utiliza en los sistemas militares actuales y en numerosos programas de investigación y desarrollo aeroespaciales y de defensa. Muchas empresas de cohetes con financiación privada están utilizando peróxido de hidrógeno, como Blue Origin y la desaparecida Armadillo Aerospace ; y algunos grupos de aficionados han expresado interés en fabricar su propio peróxido, tanto para su uso como para venderlo en pequeñas cantidades a otros. HTP se utiliza en los cohetes suborbitales ILR-33 AMBER [7] y Nucleus [8] .
Se planeó utilizar el HTP 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). El HTP habría sido el oxidante del cohete de combustible híbrido, reaccionando con el polibutadieno terminado en hidroxilo, combustible sólido . El proyecto se estancó debido a la pandemia de Covid-19 y la falta de financiación.
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, incluidas Solvay Interox , PeroxyChem (anteriormente FMC Global Peroxygens, una división de FMC Corporation ), [ 9] y Evonik . XL Space Systems actualiza el peróxido de hidrógeno de grado técnico a HTP. [10] 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. La Red de Investigación Łukasiewicz - Instituto de Aviación ofrece HTP de alta concentración , con concentraciones de hasta el 99,99%, [11] y Jakusz SpaceTech, con concentraciones del 85-98%. [12]
WEPA-Technologies puede ofrecer tanto HTP como plantas totalmente automáticas capaces de producir HTP las 24 horas del día, los 7 días de la semana en un rango de concentración entre el 90 y el 99,5 %. Las plantas utilizan una metodología de instalación en contenedores y se pueden montar en todo el mundo (capacidad: 25 – 1500 kg/día). [13]
El peróxido de hidrógeno de grado propulsor está disponible para compradores calificados. En circunstancias típicas, este producto químico se vende sólo a empresas o instituciones gubernamentales que tienen la capacidad de manipular y utilizar adecuadamente el material. Los no profesionales han comprado peróxido de hidrógeno con una concentración del 70% o inferior (el 30% restante es agua con trazas de impurezas y materiales estabilizadores, como sales de estaño, fosfatos, nitratos y otros aditivos químicos), y han aumentado ellos mismos su concentración. La destilación es extremadamente peligrosa 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 una rápida evaporación reactiva del líquido que genera altas temperaturas y presión. resultando en una ruptura violenta del recipiente que lo contiene. 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, con la destilación al vacío. Otros enfoques para concentrar peróxido de hidrógeno son el rociado y la cristalización fraccionada .
El peróxido de hidrógeno en concentraciones de al menos el 35% aparece en la lista de sustancias químicas de interés del Departamento de Seguridad Nacional de EE. UU. [14]
Dado que muchas sustancias comunes catalizan la descomposición exotérmica del peróxido en vapor y oxígeno, la manipulación del HTP requiere cuidado y equipo especiales. Cabe señalar que los materiales comunes hierro y cobre son incompatibles con el peróxido, pero la reacción puede retrasarse durante segundos o minutos, dependiendo del grado de peróxido utilizado.
Los pequeños derrames de peróxido de hidrógeno se solucionan 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 manipulan peróxido de hidrógeno suelen estar equipados con duchas de emergencia y cuentan con mangueras y personas encargadas de la 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 lave en segundos. El contacto con los ojos puede provocar ceguera, por lo que normalmente se utiliza protección ocular.
El desastre del submarino Kursk implicó la liberación accidental de HTP en un torpedo que reaccionó con el combustible del torpedo.