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PROJETO, CONSTRUÇÃO E DESENVOLVIMENTO DE UM MOTORFOGUETE UNIVERSITÁRIO COM MATERIAIS COMPÓSITOS
Área temática: Manufatura
Palavras-chave: Motor-foguete; competição de foguetes; tubo-motor; tubeira deLaval.
Os motores-foguete são motores de reação e sua propulsão é gerada através de gases provenientes da queima de
um combustível expelidos por uma tubeira, que tem como função acelerar os gases no convergente, gerando empuxo na expansão dos gases no divergente. Motores-foguete equipam veículos lançadores de satélites, mísseis e
foguetes destinados a competições universitárias. Competições universitárias tem se popularizado em vários países, são dezenas de competições que acontecem anualmente. No Brasil, tem-se pelo menos três eventos anuais,
dois nacionais e um ibero-americano, evolvendo equipes de universidades de vários países latino-americanos. Os
foguetes de competição, são uma ferramenta de ensino de engenharia. Nessas competições, prioriza-se a segurança
dos participantes, que embora pareça um artefato inofensivo, um motor foguete, mesmo pequeno pode desenvolver
vários quilos de empuxo e trabalhar com pressões na casa das dezenas de bares, o que acaba por colocar em risco
os participantes e construtores de foguetes. Mormente os motores das categorias universitárias com alcance em
torno de 500 e 1000 metros, são motores confeccionados em aço ou alumínio, com massa de alguns quilos e até
10 quilos para um único motor que se deseja alcance de 1000 metros, com uma carga útil em torno de 0,5 kg. Esses
motores metálicos, além de distanciarem o motor-foguete da equação do foguete de Tsiolkovski, em que um foguete deve ter massa 3 vezes maior carregado do que vazio. Essa relação é difícil de alcançar, quanto mais próximo
dela, a velocidade do foguete tende a se aproximar da velocidade de ejeção dos gases, ou próxima dela, desprezando-se o arrasto. Além do motor metálico ser um risco, quando falhas catastróficas acontecem, por propagar
partes metálicas com massa considerável e em função da explosão, podem se comportar como projéteis. A proposta
para melhorar a segurança e o desempenho do motor-foguete destinado a competições universitárias, foi utilizar
um material fenólico iniciado experimentalmente por [1] e referendado em um estudo com centenas de ensaios no
trabalho de [2]. O tubo-motor consiste em um tubo de fenolite, que são folhas de papel enrolados com resina
fenólica, revestido com um tubo de PVC, esse conjunto fenolite e PVC, proporciona uma boa resistência mecânica
e térmica, com massa muito inferior ao tubo metálico, o que atende às especificações de um motor-foguete, sem
partes metálicas. Esses materiais são de produção comum no mercado e de baixo custo, o que facilita a construção
por parte das equipes universitárias. Outro problema identificado nos trabalhos de [2] é o desgaste da tubeira. A
tubeira convergente-divergente é por onde os gases são acelerados, e em função das velocidades sônicas na garganta ocorre erosão e desgaste da tubeira, que nesse caso é moldada em epóxi através de moldes específicos como
é descrito o procedimento nos trabalhos de [1] e [3]. A solução foi introduzir um dispositivo metálico em forma
de anel, no local de maior desgaste, na garganta, o que melhorou o desempenho do motor, pois quando a garganta
se desgasta a pressão de combustão cai e o motor deixa de funcionar engasgado e sem a expansão completa. Os
componentes do combustível utilizado, não são controlados, podendo a equipe universitária desenvolver o motor
em um laboratório de química, seguindo as normas de segurança, como por exemplo, as normas descritas em [4].
O motor foi desenvolvido para o projeto futuro de um minifoguete para competições nas categorias de 500 e 1000
metros de alcance. Foram realizados testes em uma balança desenvolvida e calibrada, exclusivamente para este
motor, para os resultados de empuxo, impulso e tempo de funcionamento, com maior precisão, como descrito em
[5]. O motor foi ensaiado ao longo de 2023, com mais de 30 ensaios estáticos, sendo 5 em balança para medida de
força e um ensaio em voo, com sucesso. Nos resultados preliminares o foguete apresentou um empuxo médio de
200 N com um impulso médio de 100 N.s. O projeto pretende ser uma alternativa de baixo custo para as equipes
universitárias iniciantes. O motor é confiável e pode ser uma alternativa aos motores metálicos, essa configuração,
em caso de falha catastrófica, não propaga partes em longas distâncias, pois os fragmentos são de papel e plástico.
1. IZOLA, Dawson Tadeu. Métodos de cálculos para mini-foguetes. 1993. Lenda Pesquisa Educativa. Fatec-SP.
São Paulo, 1993. 174. Pag. Disponível em: https://www.researchgate.net/publication/275959909_Metodos_de_calculos_para_mini-foguetes Acessado dia 10/04/23
2. IZOLA, Dawson Tadeu. Análise da oscilação lateral de foguetes balísticos através do método de oscilação
livre. 1997. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade
de São Paulo, São Carlos, 1997. doi:10.11606/D.18.1997.tde-22092022-151631. Acesso em: 2024-03-04.
3. IZOLA, Dawson Tadeu. Investigação da indução de engasgamento em tubeira DeLAVAL para motorfoguete por intermédio do prolongamento da garganta. 2013. Tese (Doutorado em Aeronaves) – Escola de
Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2013. doi:10.11606/T.18.2018.tde-16022018-
143941. Acesso em: 2024-03-26.
4. Norma BAR-1/2020: código de segurança para foguetemodelo de baixo impulso total (até 20 N.s) Disponível em: http://ftp.demec.ufpr.br/foguete/apostila/norma-BAR-1-2020_versao_2020-01-26.pdf. Acessado dia
25/12/23
5. MARCHI, Carlos Henrique. Testes estáticos de 27 Jul e 13 Set 2010 de motores-foguete do tipo BT de
espaçomodelos. Curitiba: Universidade Federal do Paraná, 2010. 40 p

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