Relatrio

Construo e lanamento de foguetes para IX Mostra Brasileira de Foguetes

E. E. B. Irm Irene

Alunos: Daniel Pegoraro Dal Bosco Joo Gabriel Gomes Vidal

Tutora: Silvana Domingues

12 de maio de 2015

Santa Ceclia-SC

Contedo Introduo ..................................................................................................................................... 3

Materiais utilizados e construo ................................................................................................. 4

Base de lanamento .................................................................................................................. 4

Parte principal ....................................................................................................................... 4

Reatores de CO2 (Combustvel) ............................................................................................ 5

Sustentao ........................................................................................................................... 8

Gatilho ................................................................................................................................... 9

Foguetes .................................................................................................................................. 10

Foguete 01 ........................................................................................................................... 10

Foguete 02 ........................................................................................................................... 11

Funcionamento ........................................................................................................................... 13

Primeira etapa - reatores ........................................................................................................ 13

Segunda etapa - foguete ......................................................................................................... 13

Terceira etapa pressurizao ............................................................................................... 14 Quarta etapa lanamento .................................................................................................... 15

Resultados ................................................................................................................................... 16

Foguete 01 ............................................................................................................................... 16

Foguete 02 ............................................................................................................................... 17

Introduo

Antes de investir em qualquer equipamento, nossa equipe se aprofundou a respeito de

foguetes de garrafas pet de acordo com o contedo disponvel na internet.

O site www.aircommandrockets.com, com vasto contedo especializado em construo de bases e foguetes a ar comprimido, nos ajudou a descobrir a presso mxima de cada garrafa

pet e a quantidade ideal de lquidos dentro dos foguetes, que de 1/3 do volume total.

Ento planejamos em papel uma base onde fosse possvel pressurizar o foguete em at 70% de

sua capacidade mxima com bicarbonato de sdio e vinagre, mas sem extrapolar a quantidade

de lquidos ideal.

A nova base tambm deveria aceitar uma bomba de ar comprimido, com objetivo de estudar

os voos de novos foguetes, checar vazamentos e realizar manutenes com facilidade.

Os tubos e conexes deveriam ser diferenciados para aguentar a alta presso sem risco de

exploso ou desgaste com o tempo. Para isso, visitamos uma fbrica madeireira para observar

os equipamentos pneumticos.

Um manmetro e registros para abortar ou regular a presso seriam indispensveis para a

nova base.

Quanto parte dos foguetes, usamos de incio o modelo do ano anterior, de 2 litros de

volume, com uma estrutura rgida para aguentar inmeros voos sem avarias. Foi o foguete

ideal para podermos testar, estudar e avanar para outros modelos.

Segundo as normas de segurana descritas no regulamento iniciamos ento a construo do

foguete, base e lanamentos tomando todos os cuidados necessrios e supervisionados pela

Prof. Representante.

Materiais utilizados e construo

Base de lanamento

Parte principal

No modelo construdo, optamos por usar tubos e conexes PPR, destinados a redes de ar

comprimido de indstrias. feito de material plstico, leve e extremamente resistente,

podendo suportar at 20kgf/cm2 (284 PSI). Sua montagem feita por termofuso, onde

garante uma estanqueidade total nas unies, eliminando possibilidades de vazamentos nesses

pontos. As peas PPR (azuis) foram termofundidas em uma loja especializada no momento da

compra.

A pea de numero 17, que serve como guia do foguete, pode ser substituda facilmente por

outra maior ou menor, dependendo da necessidade. O fato de a pea ser de PVC comum, no

aumenta o risco de acidentes com exploses, pois fica uniformemente pressurizada dentro do

foguete.

As peas de 11 a 15, foram necessrias para o encaixe na pea 7 da plataforma de sustentao

(ver pgina 8). O Te (15) serve para a sada de gases ou lquidos pressurizados no momento

que a vlvula 8 se abre, para uma despressurizaro ou aborto emergencial.

Optamos pelo uso de uma vlvula de segurana (18) encontrada em compressores de ar, que

limita a presso de todo o conjunto em 150 PSI. Passando dessa quantidade de presso, a

vlvula se abre conforme a necessidade. Esta pode ser a pea de segurana mais importante

de todas, cuja presso no excede mais que 70% da capacidade do foguete de 1,5 litros, onde

a mxima entre 185 a 195 PSI. Tal pea pode ser substituda por outros modelos facilmente,

tomando como exemplo uma de 125 PSI, para uso em foguetes de 2 litros (Max. 150 PSI).

A vlvula (7), usada para barrar o fluxo de presso entre os reatores e a base. Poderia ser

substituda por uma vlvula de no retorno, onde os fluxos percorrem apenas em direo para

dentro da base. Mas infelizmente, tal pea no se encontrava disponvel no momento da

compra do conjunto, onde agora o controle sobre o fluxo dos gases deve ser feito

manualmente a cada troca de reator. (Detalhes do funcionamento pg. 14).

Para fazer a ligao com os reatores, foi usada uma conexo (10) para mangueiras PU de 10

mm. Tais conexes facilitaram muito o trabalho de conexo das mangueiras entre os

componentes, por terem um mecanismo simples e funcional.

O manmetro extremamente importante para a observao da presso ao longo do

processo. Foi indispensvel para avaliar o potencial dos reatores e dos foguetes.

Legenda das peas:

1 Manmetro vertical, escala at 300 PSI; 2 Bucha de reduo x ; 3 Te misto 20mm x ; 4 Tubos PPR 20mm; 5 Luva mista 20mm x ; 6 Niple de reduo x ; 7 Vlvula de esfera monobloco ; 8 Vlvula de esfera monobloco ; 9 Te 20mm; 10 Conexo reta para mangueira PU 10mm; 11 Niple de reduo galvanizado x ; 12 Niple de reduo galvanizado 1 x ; 13 Adaptador curto soldvel 40mm x 1 ; 14 Tubo PVC 40mm; 15 Te soldvel 40mm; 16 Adaptador curto soldvel 20mm x ; 17 Tubo PVC 20mm 30cm; 18 Vlvula de segurana 150 PSI; 19 Te galvanizado ; 20 Niple .

Reatores de CO2 (Combustvel)

Visando alcanar boas e controladas quantidades de presses, sem que o foguete sasse da

margem de 1/3 de lquidos do total de seu volume, desenvolvemos essa parte para cumprir a

tarefa.

Basicamente, o processo de mistura entre o bicarbonato de sdio e o vinagre acontece nesses

reatores. Toda presso gerada neles dividida diretamente com a base e o foguete.

(Exemplo de um reator conectado a base, com reao finalizada, e manmetro marcando125

PSI).

Conectamos na base apenas um reator por vez, pois encontramos dificuldades em estourar os

bales ao mesmo tempo nos reatores, quando interligados. A presso de um reator passada

para o outro, e quando um reator reage antes do outro, o balo do daquele que no reagiu

acaba se comprimindo como uma pedra, impossibilitando a sua perfurao.

O regulador de fluxo (1) foi adicionado ao projeto a fim de sanar o problema citado,

substituindo uma conexo reta comum. Mas mesmo com ele, o problema no se resolveu

totalmente. Portanto, essa pea teve importncia na despressurizao lenta e segura dos

reatores aps desconecta-los da base, e a mantemos funcionando dentro do projeto.

Para possibilitar a conexo da mangueira PU ao litro (reator), usamos o conector com

regulador de fluxo (1) parafusado firmemente em uma luva (4) do lado de dentro da tampa (3).

Uma arruela (2) foi necessria para nivelar a tampa no momento do aperto e evitar

vazamentos.

A pea 6 um toco de mangueira PU(7) perfurada com prego quente, e a ponta derretida.

Serve como uma peneira dentro do reator, que impossibilita a passagem do balo perfurado

para as mangueiras e a base, causando um possvel e perigoso entupimento. encaixada na

conexo 5.

Para perfurar o balo cheio de bicarbonato dentro do reator, confeccionamos objetos

pontiagudos com resina Durepoxi e tachinhas, borracha e alfinetes cortados. Possuem os

tamanhos suficientemente pequenos para passar na boca do litro.

Legenda das peas:

1 Regulador de fluxo para mangueira PU 10mm 2 Arruela de alumnio 3 Tampa de garrafa pet 4 Luva fmea x fmea; 5 Conexo reta para mangueira PU 10mm; 6 Mangueira PU com furos e ponta fechada. 7 Mangueira PU

Objetos perfurantes

construdos com resina

epxi e tachinhas,

borracha e alfinetes

encurtados.

Sustentao

Foi construda uma plataforma grande o suficiente para acoplagem da parte principal.

As peas de numero 4 das pontas, no foram coladas, para permitir a mudana de seus

ngulos. Antes da montagem, tais peas foram lubrificadas com leo mineral para um melhor

deslize quando necessrio.

Os tubos de numero 1, foram colocados estrategicamente no meio de toda a estrutura para

manter as peas 4 das pontas firmes em seus lugares, que so regulveis. As mesmas foram

preenchidas com cimento para um acrscimo no peso da estrutura.

A pea 7, encaixa na pea 15 ( pgina 4) da parte principal da base.

As peas 6, 8 e 9, servem no ajuste da altura do suporte 10, possibilitando a regulagem do

ngulo de lanamento. A pea 8 foi perfurada na altura especifica para um ngulo de 45,

previamente medido com o conjunto montado. O parafuso (9) mantm o suporte na posio

correta.

Para uma melhor fixao da parte principal, a pea 10, foi cortada em um de seus lados para

encaixe.

Legenda das peas:

1 Cano PVC 40mm 39 cm 2 Cano PVC 40mm 17cm 3 - Cano PVC 40mm - 12 cm

4 Te soldvel 40mm 5 Joelho 90 soldvel 40mm; 6 Cano PVC 40mm 19 cm 7 Cano PVC 40mm 5 cm 8 Cano PVC 32mm 19 cm 9 Parafuso com porca; 10 Te PVC 32mm modificado;

Gatilho

Para o gatilho, mantemos o modelo padro da MOBFOG.

Usamos duas abraadeiras metlicas (1, 2) para garantir que as abraadeiras de nylon (3)

fiquem em seus lugares.

Escolhemos uma luva de 40mm (4) ao invs de um tubo, por ser mais resistente. Em um

lanamento de testes, tal tubo se quebrou, necessitando sua substituio. A pea foi perfurada

em dois lugares para a passagem da ala (5), feita de barbante.

Para puxar o gatilho, cortamos um fio de nylon para pesca de 6 metros. A pea 7, foi retirada

de um tambor de sabo, que serve para uma melhor comodidade na hora do lanamento.

Para a vedao na acoplagem do foguete (8), dois anis de borracha de 20mm foram

colocados ao final do curso do tubo de lanamento. Em seguida, os anis e uma pequena parte

do tubo foram enrolados com fita veda rosca, ate que o encaixe do foguete fosse firme e no

apresentasse vazamentos. Periodicamente, necessrio passar algumas voltas de fita veda

rosca no local, que acaba se desgastando e apresentando falhas.

Legenda:

1 Abraadeira metlica 25-51 mm; 2 Abraadeira metlica 19-25 mm; 3 Abraadeiras de nylon; 4 Luva PVC 40 mm; 5 Barbante; 6 Fio de nylon para pesca, cerca de 6 metros; 7 Ala plstica para a mo, retirada de um tambor de sabo; 8 Vedao: constituda de 2 anis de borracha de 20mm e fita veda rosca;

Foguetes

Foguete 01

Este foi o foguete mais usado at agora, fez inmeros voos fundamentais para o avano do

desenvolvimento da base.

Seu modelo final resultado de melhoramentos do foguete usado no ano anterior. Agora

provido de aletas menores e um uma ponta resistente a vrios impactos.

A nica parte que envolve uma maior

ateno est na construo das aletas. O

material delas o mesmo dos tambores

mostrados na imagem. O tamanho atual

das aletas de 7,5 x 7,5 cm.

A parte lisa dos tambores foi recortada

neste tamanho. O lado que ser fixado na

saia foi dobrado com tamanho de 0,5 x

3,75 cm, e dois furos cada para a

passagem da abraadeira de nylon.

A saia parte do meio de uma garrafa de

fanta de 2 litros, uma garrafa idntica

usada para conter a presso do foguete.

Para o bico do foguete, acoplamos a

metade de uma garrafa retornvel de

coca cola por ter uma resistncia aos

impactos melhor que de outros litros.

Debaixo da tampa, foram colocados cerca

de 80 gramas de Durepoxi, deslocando o

centro de massa do foguete para frente e

melhorando seu desempenho.

Na acoplagem das partes, pode ser usada fita dupla face ou fita durex.

Foguete 02

O ultimo modelo construdo, com 1,5 litros de capacidade.

As garrafas usadas so de refrigerante Schweppes, modelo escolhido por ns pela boa

aerodinmica aparente. A parte pressurizada e a ponta so dessas garrafas especificas.

Com o intuito de melhorar a aerodinmica na ponta do foguete, e ao mesmo tempo

acrescentar peso a ele, um cone foi construdo com Durepoxi no bocal do litro. No foi

necessrio passar nenhuma fita ou cola para acoplagem na garrafa principal, pois teve um

encaixe justo e firme.

As aletas foram recortadas de pasta de arquivo. Seu modelo foi cuidadosamente desenhado

para se encaixar nas curvas da garrafa.

A colagem das aletas foi efetuada com silicone.

Na imagem abaixo, a garrafa se encontra pressurizada com 20 PSI e um pouco de gua, para

facilitar o trabalho de colagem.

O foguete pronto ficou com um peso

aproximado de 150 gramas.

Funcionamento

Primeira etapa - reatores

A primeira etapa preparao dos reatores com o combustvel.

As garrafas usadas so uma de 2 litros e outra de 1,5 litros, ambas segue esta ordem de

preparao:

1 Encher com cerca de 900 ml de vinagre, usando um funil; 2 Colocar os objetos perfurantes; 3 Encher um balo e esvaziar, para que o mesmo se expanda com facilidade no litro. Amassar a garrafa e prender o balo no bocal; assoprar o balo com a boca para se expandir;

4 Com o auxilio de um funil, encher o balo com 200 gramas de bicarbonato de sdio;

5 Amarrar o balo e soltar para o fundo ate chegar ao vinagre; 6 Encher o restante do litro com vinagre; 7 Rosquear a tampa (pg. 7) firmemente na garrafa.

Reator pronto

Segunda etapa - foguete

Nesta parte, pode-se escolher se o foguete ser impulsionado com a ajuda de lquidos ou

apenas com CO2.

O liquido que usamos a gua. O vinagre que sobra da reao dos reatores pode ser

armazenado para ser posteriormente usado no foguete.

Os passos:

1 Checar se a base est com o gatilho na posio correta; 2 Abastecer o foguete com a quantidade de lquidos necessria, com a ajuda de um funil e um medidor;

3 Inclinar a base para possibilitar a acoplagem do foguete sem perder parte de seu liquido;

4 Mover o gatilho at travar o foguete. Checar se as abraadeiras esto em ordem, e se o fio de nylon pode ser puxado sem problemas;

5 Colocar pesos sobre a plataforma de sustentao, para evitar que a base saia do lugar no momento do lanamento. No caso, usamos duas pedras planas;

6 Ajustar e checar a direo que o foguete dever percorrer.

Terceira etapa pressurizao De acordo com os testes de presso realizados pela aircommandrockets, a garrafa de 2 litros

suporta 150 PSI, j a de 1,5 litros suporta 195 PSI, considerando uma margem de erro de 20% e

tambm o modelo das garrafas.

Por essa razo, pensando na segurana, usamos o reator de 2 litros por primeiro, que capaz

de gerar uma presso em cerca de 100 PSI com um foguete de 1,5 litros na base.

Os passos so:

1 Conectar o reator de 2 litros com a base usando a mangueira PU; 2 Checar se o registro de aborto (2) se encontra fechado, e o registro dos reatores aberto (1);

Nesta imagem, ambos esto fechados, e a

mangueira PU desconectada.

3 Checar se a vlvula de fluxo do reator est totalmente aberta; 4 Agitar o reator at que o balo estoure e a reao se inicie; 5 Manter o reator na posio vertical, nos primeiros momentos da reao, para que somente os gases se transfiram para a base;

6 Agitar novamente para finalizar a mistura entre o bicarbonato e o vinagre, aguardar cerca de um minuto ou at a reao acabar;

7 Fechar totalmente a vlvula de fluxo do reator; 8 Fechar o registro (1) na base; 9 Desconectar a mangueira PU; 10 Despressurizar o reator abrindo sua vlvula de fluxo; 11 Esvaziar o reator e retirar os objetos perfurantes. *Este passo pode ser feito aps o lanamento.

Agora a base e o foguete j se encontram pressurizados com a reao do primeiro reator.

possvel conectar quantos reatores forem necessrios para atingir a presso desejada.

Lembrando que a presso aumenta e o risco de exploso tambm, por isso nos prximos

reatores, recomenda-se garrafas menores com 1,5 litros.

Para conectar os reatores restantes:

1 Conectar o reator com a base usando a mangueira PU; 2 Checar se a vlvula de fluxo do reator esta totalmente aberta; 3 necessrio que algum abra o registro (1) no mesmo momento que o balo estoure no reator, algum deve ficar a postos prestando ateno no momento certo. Se o registro for

aberto antes da hora, a presso na base ser dividida com o reator, fazendo com que o balo e

o vinagre se comprimam, impossibilitando a perfurao para iniciar a reao. Se caso demorar

demais para abrir o registro aps a reao ter iniciado, h grandes riscos de o reator explodir;

4 Agitar o reator at que o balo estoure; 5 Abrir imediatamente o registro (1) na base;

6 Repetir todo o processo a partir do quinto passo do primeiro reator.

Quarta etapa lanamento Aps conseguir atingir a presso desejada na etapa anterior, prosseguimos para o lanamento.

interessante anotar neste momento a presso adquirida, condies do vento e direo de

voo do foguete.

No recomendado pessoas ficarem perto da base no momento do lanamento, pois

provavelmente vo levar um banho de vinagre nada agradvel. Sem contar o perigo de o

foguete alterar sua direo subitamente para qualquer um dos lados, principalmente com

foguetes em fase de teste.

Para o lanamento, o fio de nylon deve estar com seus 6 metros totalmente esticados. Algum

faz a contagem e puxa o gatilho de forma brusca.

Em seguida, se acharmos necessrio, medimos a distncia do lanamento.

Resultados

Foguete 01

O foguete 01 foi usado desde os primeiros lanamentos at ser substitudo pelo 02. Com ele,

pudemos evoluir para a situao atual.

Para provar se realmente a quantidade de 1/3 de lquidos interfere no desempenho do

foguete, realizamos nove lanamentos com diferentes situaes, utilizando o foguete 01.

No dia destes testes, o foguete foi lanado direo oeste com ventos moderados direo

norte. A pressurizao foi realizada com uma bomba manual.

N Presso em PSI Quantidade de gua

em ml

Distncia em metros

1 50 660 97

2 50 660 107

3 50 660 111

4 50 0 65

5 50 0 69

6 50 0 77

7 100 660 129

8 100 660 120

9 100 660 122

A concluso que com 1/3 de gua no foguete, aparenta um desempenho aproximado 30%

melhor do que sem gua. Assim, conclumos que indispensvel o uso de lquidos nos

foguetes, e maior presso muda consideravelmente o resultado.

A tabela a seguir mostra alguns resultados com o foguete 01, pressurizado pelos reatores com

bicarbonato de sdio e vinagre. Inmeros lanamentos foram realizados, porem no foram

catalogados, impossibilitando acrescenta-los na tabela:

N Presso em PSI Quantidade de gua

em ml

Distncia em metros

1 102 500 139

2 90 10 90

3 115 700 130

4 100 660 135

A concluso foi que, este foguete tem desempenho mximo de 140 metros, e uma mdia de

130 metros. A base estava operando em perfeitas condies, s nos faltava um foguete com

desempenho melhor.

Foguete 02

Nosso primeiro modelo com 1,5 litros de capacidade e formato diferenciado, que apresentou

grandes resultados em relao ao foguete anterior. Com a experincia adquirida, tivemos o

voo mais longo com 240 metros, no dia 14/05/15.

Na tabela abaixo, est catalogado todos os lanamentos com o modelo:

N Presso em PSI Quantidade de gua

em ml

Distncia em metros

1 130 500 70

2 75 600 125

3 60 500 130

4 122 510 174

5 125 510 214

6 130 550 135

7 115 520 212

8 110 520 125

9 110 500 242

10 120 500 176

11 115 500 218

O lanamento 1, considerado como teste, foi o primeiro voo realizado. Demonstrou uma falha

nas aletas que estavam muito grandes, e obteve um resultado de reprovao.

Os lanamentos de 2 a 5, aps o encurtamento das aletas, obtivemos excelentes resultados

considerados um sucesso.

No lanamento 6, o foguete estava com uma aleta quebrada. Na tentativa de conserto,

passamos uma fita adesiva. Pela presso adquirida, o resultado no foi o esperado, mas

considerado aprovado.

No lanamento 7, considerado como teste, o primeiro foguete construdo foi modificado

passando a ter apenas 3 aletas em sua estrutura, e obteve o resultado esperado do

lanamento 5, um sucesso.

No lanamento 8, considerado como teste, um novo foguete foi construdo com aletas um

pouco maiores. O resultado no foi o esperado, e necessita passar por melhorias;

No lanamento 9, usamos o modelo com 3 aletas. O lanamento atingiu a distncia de 242.

Infelizmente, devidos a problemas no equipamento de gravao, no conseguimos o vdeo

para comprovar a distncia atingida;

No lanamento 11, oficial, usado o mesmo modelo de 3 aletas dos lanamentos 7, 9 e 10, com

presso em 115 psi, o foguete atingiu 218 metros, no qual pode ser comprovado nitidamente

pelo vdeo anexado ao relatrio.

IntroduoMateriais utilizados e construoBase de lanamentoParte principalReatores de CO2 (Combustvel)SustentaoGatilho

FoguetesFoguete 01Foguete 02

FuncionamentoPrimeira etapa - reatoresSegunda etapa - fogueteTerceira etapa pressurizaoQuarta etapa lanamento

ResultadosFoguete 01Foguete 02