Trabalho Foguete

Trabalho Foguete

(Parte 1 de 5)

1. Introdução4
2. Objetivo5
3. Como funciona o Foguete6
FIGURA 1: Diagrama de Forças6
4. Dificuldades encontradas8
FIGURA 2: Protótipo da Base de Lançamento8
5. Como funciona a Base de Lançamento9
FIGURA 3: Esquema da Base (Frontal)9
FIGURA 4: Esquema da Base (Lateral)9
Frontal)10
FIGURA 6: Esquema dos Extensores10
FIGURA 7: Gatilho com mangueira lisa1
FOTO 1: Base de Lançamento1
6. Orçamento12
7. Atas de Reunião13
FIGURA 8: Esquema Foguete durante queda (Lançamento Vertical)15
FOTO 2: Construção do gatilho de disparo18
FOTO 4: Base de lançamento, visão superior19
FOTO 5: Fase final de montagem da Base de Lançamento20
Lançamento ao final do dia20
9. Conclusão28
10. Bibliografia29
Anexos30
Programa de Física I – Prof. Max Mauro Coser30
Programa de Cálculo I – Prof. Newton Eloi35
Programa de Cálculo Vet. e Geo. Analítica – Prof. Flávia Bianchi38

Sumário FIGURA 5: Abraçadeira Tipo Copo e Porcas Borboletas (Vista Lateral e FOTO 6: Trabalho em equipe, sucesso na construção da Base de Programa de Informática I – Prof. Renata Iglesias............................................43

1. Introdução

O desenvolvimento do Projeto Interdisciplinar consiste em um importante estímulo aos estudantes de Engenharia, potencializando o interesse pelo estudo e desenvolvimento de projetos.

Foi proposto aos alunos de primeiro período a construção de um foguete propulsado a água e ar comprimido que possibilita aplicar de forma experimental as leis físico-matemáticas estudadas em sala de aula com orientação de professores e monitores, além de pesquisas a cerca do assunto.

2. Objetivo

O Projeto Interdisciplinar tem como objetivo proporcionar a integração de todas as disciplinas estudadas pelos alunos dos primeiros períodos de Engenharia, bem como vivenciar suas aplicações práticas e desenvolver suas habilidades de criação, trabalho em equipe, planejamento, projeto e execução.

Durante a construção do foguete propulsado a água deve ser priorizado obter o maior alcance vertical, grande precisão no lançamento horizontal, fidelidade às medidas propostas, inovação da base de lançamento, escolha de materiais adequados visando a melhor relação custo/benefício, facilidade e segurança de operação, funcionabilidade e garantiria da integridade estrutural do foguete após diversos lançamentos.

3. Como funciona o Foguete

O foguete se movimenta segundo a 3a Lei de Newton, que diz: "A toda ação corresponde uma reação de igual intensidade, mesma direção e sentido contrário". Em um foguete de verdade, o escape de gases resultantes da combustão se dá em sentido contrário ao de seu movimento. No foguete de garrafa pet propulsado a água e ar comprimido o princípio é o mesmo. Quando a boca da garrafa se desprende da base, o ar comprimido empurra a água para o exterior em grande velocidade, gerando uma força para baixo e uma reação para cima (o movimento do foguete).

A inércia do foguete também influencia no movimento descrito, de acordo com a primeira e segunda Lei de Newton.

Analisando essas leis, observa-se que quanto menor a massa do foguete maior é a aceleração alcançada por ele, pois a força necessária para vencer a inércia do aeromodelo será menor. Contudo, grande parte do peso que o foguete possui provem da massa de água dentro dele (utilizada como combustível) e quanto maior o volume de combustível maior é a aceleração atingida pelo foguete.

Diante de tal impasse, deve-se encontrar uma quantidade de água ideal para contrabalancear estes dois fatores. Após diversos testes, chegou-se a marca de 400 ml como volume ideal.

FIGURA 1: Diagrama de Forças.

Descrição das Forças no momento do lançamento Vertical:

1 – No momento em que o foguete deixa a base de lançamento a pressão do ar comprimido dentro da garrafa é superior a pressão externa, por esta razão surge uma força de ação sobre a água, expelindo-a.

2 – A força de reação impulsiona o foguete no sentido contrário da ação (para cima). Observa-se que o tamanho do orifício de vazão da água é inversamente proporcional ao impulso obtido pelo foguete, pois quanto menor o diâmetro do escape, maior será a velocidade com que a água sairá, obedecendo a conservação de movimento.

3 – Força peso; 4 – Resistência do ar.

4. Dificuldades encontradas

relativamente simples

Após realizadas as pesquisas, a construção da base foi um processo

O sistema de vedação da base de lançamento é um importante fator para o sucesso do foguete, pois a água não deve vazar antes do disparo, para manter a pressão e não perder o combustível. Observou-se durante os dois meses de trabalho que simples anéis de vedação não seriam suficientes para impedir a vazão da água. Devido a necessidade de sanar esta deficiência desenvolveu-se um sistema inovador para ajustar a garrafa aos anéis dinamicamente. Em resumo, dois extensores acoplados a base puxam as abraçadeiras que estão em contato com o bico da primeira garrafa contra o anel, resultando em uma vedação perfeita para qualquer pressão, igual ou inferior a oitenta libras.

Para manter a eficiência e a qualidade do projeto não foi possível executar a construção do mesmo com baixos custos. Pesquisando relatórios de trabalhos anteriores, orçamento do projeto foi classificado dentro da média.

Inicialmente foi projetado um pára-quedas para o projétil que seria utilizado como amortecedor durante os lançamentos verticais, porém, este dispositivo mostrou-se ineficaz nos testes efetuados, por isto foi substituído por um bico móvel que se desloca para absorver a energia do impacto.

FIGURA 2: Protótipo da Base de Lançamento

5. Como funciona a Base de Lançamento

A base de lançamento construída pelo grupo P101 foi desenvolvida para propiciar eficiência nos lançamentos verticais e horizontais, mantendo a segurança e praticidade.

FIGURA 3: Esquema da Base (Frontal) FIGURA 4: Esquema da Base (Lateral)

O suporte da base consiste em um pedaço de madeira Parajú. Este material foi escolhido pois possui elevada massa, logo, grande inércia. Esta característica impede que a base “tombe” com o peso do foguete durante o lançamento oblíquo e possibilita um sistema de gatilho seguro acionado à distância através de um fio rígido. No momento do disparo, a força exercida no fio não desloca a base da sua posição inicial.

As abraçadeiras tipo copo e porcas tipo borboleta permitiram a mobilidade do aparato de PVC, possibilitando variar o ângulo no lançamento oblíquo e abastecer o foguete na própria garrafa sem perda de água.

FIGURA 5: Abraçadeira Tipo Copo e Porcas Borboletas (Vista Lateral e Frontal)

As abraçadeiras de nylon utilizadas para ajustar o foguete na base de lançamento foram fixadas a um cano de aço preso a duas hastes que por sua vez, presas a dois extensores. A função destes extensores é maximizar a pressão exercida sobre o bico da garrafa ao anel de vedação, o que resulta no aumento da eficácia da vedação.

FIGURA 6: Esquema dos Extensores

A mangueira lisa por ter o tamanho ligeiramente inferior ao comprimento da garrafa Pet de 1,5 litros serve de haste guia e impede a entrada de água na estrutura da base durante o abastecimento. O diâmetro da mangueira, por ser próximo ao diâmetro interno do bico da garrafa, diminui o diâmetro de escape e assim aumenta a velocidade com que a água é expelida.

FIGURA 7: Gatilho com mangueira lisa Para obedecer as exigências de segurança do projeto, a bomba de ar fica posicionada a dois metros da base de lançamento, conectando-se a esta através de uma mangueira de abastecimento.

FOTO 1: Base de Lançamento

6. Orçamento

Abraçadeira com 2 parafusos21,25R$unidade2,50R$
Abraçadeiras metálicas de parafuso20,75R$unidade1,50R$
Abraçadeiras Tipo Copo 1"21,50R$unidade3,00R$
Adaptador de 3210,90R$unidade0,90R$
Adaptador Redução Mangueira 1/210,70R$unidade0,70R$
Adaptador Soldável 20x1/210,60R$unidade0,60R$
Adesivo Instantâneo Universal12,50R$unidade2,50R$
Adesivo plástico para tubos e conexões de PVC13,30R$unidade3,30R$
Anéis de vedação 20mm20,50R$unidade1,00R$
Borracha Silicone Incolor13,90R$unidade3,90R$
Bucha de Redução Soldável Longa 32x2011,50R$unidade1,50R$
Caibro 20x7 Parajú Bruto68,90 cm22,60R$metro15,57R$
Cap Soldável 32mm30,50R$unidade1,50R$
Extensor23,70R$unidade7,40R$
Fio rígido5,60,40R$metro2,24R$
Fita Isolante11,50R$unidade1,50R$
Fita Veda Rosca11,80R$unidade1,80R$
Fitas Haleman (abraçadeiras de Nylon)120,09R$unidade1,08R$
Latas de tinta23,50R$unidade7,00R$
Lixa 10030,50R$unidade1,50R$
Luva LR 20x1/220,80R$unidade1,60R$
Luva LR 32x1"10,90R$unidade0,90R$
Luva Soldável 40mm12,50R$unidade2,50R$
Mangueira Lisa28,50 cm0,30R$metro0,09R$
Mangueira para Abastecimento23,20R$metro6,40R$
Manômetro com pedal de abastecimento115,00R$unidade15,00R$
Parafusos20,10R$unidade0,20R$
Parafusos Grandes20,20R$unidade0,40R$
Pincel10,95R$unidade0,95R$
Pisto para Pneu Radial19,00R$unidade9,00R$
Porcas borboletas60,15R$unidade0,90R$
T Soldável 32mm21,80R$unidade3,60R$
Tubo Soldável 20mm Classe A5,00cm9,90R$6 metros0,08R$
Tubo Soldável 32mm Classe A36,0 cm26,30R$6 metros1,58R$

DescriçãoQtde.Valor Un.Valor Total Valor Total:104,19R$

7. Atas de Reunião

Descrição: Ata da 1ª Reunião Projeto Interdisciplinar Data: 28/02/2005 Início: 21:00h Término: 2:30h. Participantes: João Luiz Mapel Jr.

Lorraine Cancian Hudson Lyra Alini Silva

• Objetivo Avaliação inicial do Projeto.

• Tópicos abordados - Avaliação do material a ser utilizado na montagem do Foguete. Opção: Garrafas Pet; - Análise de modelos de base para lançamento Vertical e Obliquo;

- Estudo de casos anteriores com avaliação do monitor de Física Renato Zanardo; - Avaliação de utilização de canaletas para direcionamento do lançamento. Opção: Recusada; - Pela avaliação do grupo, o mais adequado para direcionar o lançamento do Foguete será a utilização do tudo de pressão acima do nível de água, o que não irá permitir a entrada de água no manômetro, equipamento utilizado para medir a pressão; - Avaliação de dispositivos de amortecimento e contra-peso: Massa de modelar e Espuma cinza fina;

Conexão em PVC no formato de T para dar mobilidade ao lançamento Vertical ou Obliquo.

- Análise da área para vazão do combustível. Para ganharmos alguma pressão, é necessário testar um dispositivo de redução em formato cônico. - Anel de borracha para vedar conexões da garrafa com a base de lançamento.

- Adquirir manômetro.

• Esquema Inicial do Foguete

Descrição: Ata da 2ª Reunião Projeto Interdisciplinar Data: 13/03/2005 Início: 10:00h Término: 14:30h. Participantes: João Luiz Mapel Jr.

Lorraine Cancian Hudson Lyra Silvana Martins

• Objetivo

Levantamento do material necessário, definição básica da base de lançamento e estudo de técnicas para aterrissagem.

(Parte 1 de 5)

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