Cálculo da velocidade inicial do foguete (Operação Apollo)

Após o lançamento realizado neste sábado (24/10/14), sob a supervisão dos docentes Prof. Guilherme Souza e Prof. Targino Amorim, conseguimos filmar a trajetória do foguete em relação à uma junção de canos totalizando 6m, tendo desta forma, dados suficientes para calcular a velocidade inicial aproximada do foguete, visto que alguns fatores considerados descenessários não foram levados em consideração para o cálculo da velocidade inicial do foguete. É bom ressaltar, que o processo ainda está em fase de retroalimentação, ou seja, esta pode ser uma velocidade "parcial", sujeita a mudanças. O lançamento e o cálculo da velocidade do foguete, que resultou em 32m/s, pode ser conferido no vídeo abaixo:

Seleção parciais de materiais* (Operação Apollo)

Para a construção do nosso foguete, utilizamos os seguintes materiais:
- 2 Garrafas PET de 3 litros
- 2 Pastas classificadoras de plástico ACP
- Fita adesiva SilverTape

E utilizamos as seguintes ferramentas:
- Tesoura
- Cola de PVC
- Estilete

Imagem 1: Modelo do foguete

Fonte: Própria da equipe

(*): Esta seleção de materiais não condiz necessariamente com os materiais que serão utilizados para a construção do foguete que será apresentado no prazo de entrega final do projeto, pois se tratando de um projeto, este modelo está suscetível a retroalimentações.

Propriedades do Polietileno de Alta Densidade - PEAD (Operação Skyfall)

   Após a elaboração da plataforma do foguete com canos PVC (Policloreto de Vinila) para que se realize umas das entregas parciais do projeto (Lançamento Vertical), a nossa equipe pensou em várias maneiras de adaptá-la ao modelo final da nossa base, que seguindo o edital, será treliçada. Tendo em vista essa ideia, pensamos em unir a base de PVC através de lacres à nossa treliça, que até então tem como seus componentes corpos de prova de Polietileno de Alta Densidade (PEAD). Desta forma, já que o nosso projeto tem como objetivo utilizar esses corpos de prova para a confecção da plataforma treliçada de lançamento, fomos em busca dos testes de tração, flexão e compressão já realizados sobre o Polietileno de Alta Densidade, pois é necessário analisarmos quanto de resistência a tração, flexão e compressão cada corpo de prova suporta, para que quando formos confeccionar nossa plataforma, a base treliçada não fique superdimensionada, já que um dos objetivos do nosso projeto é a eficiência. Vale lembrar que os cálculos para encontrar a massa total que a base deverá suportar estão em desenvolvimento (empuxo e massa total dos componentes que estarão sobre a base). Assim, logo após essa etapa de cálculos e de pesquisas quanto à resistência do PEAD, definiremos de fato se esse será o material que melhor se adequará à base e às solicitações do projeto.

   A fim de conhecer o material escolhido pelo nosso time, pesquisamos algumas das propriedades do PEAD e de que forma ele se aplica no dia-a-dia. O Polietileno de Alta Densidade faz parte do grupo das poliolefinas, que são termoplásticos convencionais (“commodities”), muito utilizados em embalagens, utensílios domésticos, fios e fibras. Sua temperatura de fusão é aproximadamente 132 °C, já que sua cadeia é linear, apresentando uma quantidade relativamente baixa de ramificações. A sua densidade varia entre 0,95 e 0,97g/cm³. Apresenta também baixa reatividade química e à temperatura ambiente não é solúvel em nenhum solvente conhecido.

Figura 1. Corpos de Prova de PEAD.

   Tendo como base alguns artigos científicos, encontramos uma tabela com a relação dos valores encontrados nos ensaios mecânicos realizados sobre o corpo de prova de PEAD, como pode ser visto na figura 2. 

Figura 2. Tabela - Ensaios Mecânicos PEAD

Fonte: Artigo Científico: Estudo do Polietileno de alta densidade reciclado para uso em elementos estruturais.

Lívia Matheus Candian & Antônio Alves Dias

   Para uma maior exatidão nos valores encontrados para a resistência à tração, flexão, compressão, entre outros, do Polietileno de Alta Densidade, nossa equipe desenvolverá ensaios mecânicos nos corpos de prova de PEAD próxima semana (quarta-feira - 29/10) no Laboratório de Ensaios Mecânicos da Faculdade SENAI-CIMATEC, assim, próxima semana todos esses dados, bem como fotos do processo de teste do material estarão sendo mostrados no blog em questão. 

Referências:

* CANDIAN, Lívia Matheus & DIAS, Antônio Alves. Google Acadêmico; Artigo: Estudo do Polietileno de alta densidade reciclado para uso em elementos estruturais. Disponível em: http://www.set.eesc.usp.br/cadernos/nova_versao/pdf/cee51_1.pdf.

Acesso em: 24 de out de 2014.

* DE OLIVEIRA, Iara Thais Dias. Google Acadêmico; Artigo: Avaliação Mecânica de Compósitos de Polietileno de Alta Densidade (PEAD)  e de Vermiculita. Disponível em: http://livros01.livrosgratis.com.br/cp034082.pdf.

Acesso em: 24 de out de 2014.

Base de Lançamento Vertical- Operação Skyfall

Nesta última semana, nosso time se organizou para desenvolver uma base que permitisse o lançamento vertical do foguete, a confecção do protótipo pode ser observado na figura 1.

Figura 1. Confecção do protótipo da base.
Fonte: Própria.

O lançamento está previsto para a próxima terça feira (21/10/2014). Para isso, foram utilizados canos de PVC (policloreto de vinilla) e suas junções em "T" e "joelho", como pode ser visto nas figuras 2 e 3.

Figura 2. Tubos e junções de PVC.
Fonte: Própria.



Figura 3. Junções "T" e "Joelho" de tubos PVC.
Fonte: Própria.

   A estrutura da base é formada por um quadrado de 18,5 cm de lado no seu centro, onde se conectam os quatro tubos inclinados em 45° que deslocam o centro de massa para mais perto do solo e assim dão mais estabilidade à base, já que a mesma tem a função de sustentar a estrutura durante o lançamento. A base também apresenta quatro tubos guia que dão ao foguete sua direção, além do sistema de engate do foguete que fica preso no centro da base através de quatro parafusos, como pode ser observado na figuras 4 e 5.

Figura 4. Vista Superior da Base e Sistema de Propulsão.
Fonte: Própria.

Figura 5. Base de Lançamento Vertical.
Fonte: Própria.

O trabalho continua... (Operação Apollo)

Durante a confecção de diversos modelos de foguete, a nossa equipe deparou-se com alguns problemas durante a confecção de nosso foguete, tais como a fixação de duas garrafas pets. Felizmente, neste sábado (18/10/2014) foi realizado um teste de lançamento vertical e o nosso foguete, composto de uma única garrafa com capacidade de 3 litros envolta por fita adesiva (para aumentar a sua resistência à pressão), superou as nossas expectativas. Através de mudanças na aerodinâmica como a colocação de aletas para dar estabilidade ao foguete, e uma "biqueira" com 112g afim de aproximar o centro de massa para o topo do foguete, tornando sua trajetória orientada. Outro avanço de nossa equipe foi a confecção de uma base com um gatilho rápido para que pudêssemos disparar o foguete quando a pressão interna ideal fosse atingida. Confira a seguir algumas imagens tiradas no sábado e um vídeo de um dos lançamentos feitos pela nossa equipe.

Imagem 1: Pesagem do "bico do foguete"

Fonte: Própria

Imagem 2: Pesagem do foguete vazio (90g)

Fonte: Própria

 Imagem 3: Posicionamento do foguete na estrutura provisória

Fonte: Própria

Vídeo 1: Lançamento do foguete (com 1 litro de água + 50psi de ar)

Fonte: Própria

Seleção de Materiais- Operação Skyfall

    A partir de pesquisas dos materiais mais utilizados em protótipos de treliças de pequeno porte da Faculdade de Tecnologia SENAI CIMATEC, evidenciamos que os mais comuns foram canos de PVC e palitos de picolé de madeira. Analisando os requisitos do projeto de utilizar materiais poliméricos ou cerâmicos (foi aberta uma exceção para palitos de madeira), surgiu a ideia de considerar também  palitos de picolé de plástico, além do corpo de prova Polietileno.

    O primeiro teste foi feito com palitos de picolé de madeira e de plástico, como pode ser visto na figura 1, neste foram testados três diferentes colas (Cola Branca Cascorez, Cola Madeira Poly e Cola Madeira Amazonas)  para a união dos mesmos, como pode ser visto na figura 2. Também foi testado o Verniz COLOR GIL para impermeabilizar os palitos de madeira, como pode ser visto nas figuras 3 e 4, pois o propelente utilizado no foguete será líquido.

Figura 1. Palitos de picolé de plástico e de madeira, respectivamente.
Fonte: Própria.

Figura 2.  Cola Madeira Poly, Cola Madeira Amazonas e Cola Branca Cascorez, respectivamente .
Fonte: Própria.

Figura 3. Verniz impermeabilizante COLOR GIL.
Fonte: Própria.

Figura 4. Teste de impermeabilização do palito de madeira.
Fonte: Própria.

    O segundo teste foi efetuado com o corpo de prova de polietileno, adquirido no Laboratório de Polímeros da Faculdade de Tecnologia SENAI CIMATEC, onde a fim de juntá-los,  utilizamos durex para então furá-los  com uma broca, como pode ser visto nas figuras 5 e 6. Posteriormente montamos um ao outro através de bastões cilíndricos, também do mesmo material.

Figura 5. Junção dos corpos de prova de polietileno.
Fonte: Própria.

Figura 6. Medição dos corpos de prova de polietileno.
Fonte: Própria.

    A fim de testar a resistência do palito de picolé de madeira e do polietileno, quanto à montagem das treliças, fizemos empiricamente algumas delas. Como pode ser visto nas figuras 7, 8, 9 e 10 abaixo.

Figura 7. União dos palitos de picolé de madeira.
Fonte: Própria.

Figura 8. Início da montagem empírica das treliças.
Fonte: Própria.

Figura 9. Treliça montada com palito de picolé.
Fonte: Própria.



Figura 10. Treliça montada com os corpos de prova de polietileno.
Fonte: Própria.

Fase Beta de Lançamentos (Operação Apollo)

    Após a montagem de alguns foguetes, a Equipe Apollo foi testá-los e tomar nota dos resultados, e ter empiricamente dados como a melhor combinação de pressão com água utilizada, além de qual modelo de foguete consegue um melhor desempenho, e a partir daí, retroalimentar o projeto, para obter o modelo de foguete o mais próximo possível do ideal. Os resultados de alguns dos lançamentos, você pode conferir neste vídeo abaixo:

Contextualização do foguete (Operação Apollo)

    Para entender  o funcionamento dos foguetes temos que relembrar marcos históricos como a criação do primeiro foguete  e qual a finalidade de eles serem utilizados hoje em dia. Assim,  os  primeiros  foguetes  foram  criados  pelos  chineses  utilizando pólvora, eram utilizados como fogos de artifícios e instrumento de guerra durante as batalhas de Kai-Keng, em 1231, contra os mongóis. Desde então, a  evolução  desses  sistemas  só   avançaram  e  esses  progressos foram impulsionados por finalidades científicas e armamentícias.

 

Imagem 1: Lançamento do V2

 

    Durante as décadas de 20 e 30 os foguetes receberam grandes modificações principalmente do  americano  Robert  H.  Goddard  com o uso  de  estágios durante os lançamentos e o uso de combustível líquido. Durante as décadas  de  40  a  80  ocorreu o  grande Boom,  pois  o  mundo enfrentou  a  Segunda  Guerra  Mundial  e  posteriormente  a  Guerra  Fria.  O grande  propulsor  foi  o  V2  (1945)  criado  para  fins  militares  no  final  da Segunda Guerra Mundial por cientistas nazistas. Contudo, com a derrota do nazismo, os  americanos  e  soviéticos  investigaram  o  projeto  alemão  e posteriormente criaram foguetes com fins científicos, como foi o caso do Wac Corporal (1945) criado por americanos em parceria  com os alemães, estes ainda criaram o Atlas-Agena (1962),  o Saturn V (1969) e o  Ônibus Espacial  (1981).  Por  sua  vez, os  soviéticos  também  utilizaram  do conhecimento de cientistas nazistas e lançaram o R-7, mais conhecido como Sputnik (1957), também o SS-6 Sapwood (1959), o Vostok 1(1961) e o N1(1969). Atualmente,  os  foguetes  são  utilizados  como  veículos  de  transporte  de astronautas e  veículos de carga, como é o caso do Atlas V (Estados Unidos),do Lm-3ª  (China), H2B (Japão), o Vega (União Europeia) e o Unha-3 (norte-coreano).Já  a criação de um foguete por alunos de engenharia mecânica do SENAI - Cimatec busca uma outra visão do conteúdo vivenciado em sala de aula e aplicação  do  que  foi  aprendido.  Como  por  exemplo:  C  entro  de  massa, lançamento oblíquo, cálculo da trajetória, medidas com erros e incertezas, constituição e comportamento dos materiais poliméricos.

Referências:
http://www.instigatorium.com/v2-esta-arma-poderia-ter-mudado-o-rumo-da-guerra/
Acessado em 03/10/14 às 19hrs.

htttp://noticias.terra.com.br/ciencia/espaco/evolucao-foguetes/
Acessado em 02/10/14 às 20hrs.