Tubeira e tampa de durepoxi / Ótimos resultados

Foi utilizado durepoxi para fazer a tampa e tubeira do motor-foguete, facilitando muito o trabalho de prensagem, agora basta apenas prensar o propelente.

Foi feito 2 motores sem parte divergente para visualizar o potencial deste novo método de fabricação.

São os seguintes:

Motor MEP_20:


Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 17,0 mm.
Comprimento total: 65,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 30,0 mm
Massa de propelente colocada: ~9,1 g
Diâmetro interno do grão : 5,0 mm
Diâmetro da garganta: 2.38125 mm ou 3/32 "



Curva de Empuxo:

Lembrando que neste teste não houve nenhum divergente.

Valores da curva de empuxo obtidos com o teste, considerando o fator de conversão de gramas-força para N de (9.81 N/kgf):

It = 3.99 N.s
Fmed = 2.85 N
Fmax = 4.12 N
tq = 1.40 s
fm = 5.86 g/s
c = 486.51 m/s
Is = 49.61 s

CLASSIFICAÇÃO: B3-0

Considerando um coeficiente de empuxo = 1,08, é possível encontrar a análoga curva de pressão em função do tempo (p = F/(At*Cf), possuindo as seguintes características:

Pmed = 567.01 kPa
Pmax = 855.39 kPa

OBS:
Houve a erosão de parte da tubeira durante o funcionamento do motor, o que pode ter ocasionado uma diminuição da pressão no interior da câmara e uma menor força de empuxo.



Motor MEP_15:


Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Comprimento total: 60,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 30,0 mm
Massa de propelente colocada: ~4,4 g
Diâmetro interno do grão : 3,0 mm
Diâmetro da garganta: 2.38125 mm ou 3/32 "


Curva de Empuxo:

Lembrando que neste teste não houve nenhum divergente.

Valores da curva de empuxo obtidos com o teste, considerando o fator de conversão de gramas-força para N de (9.81 N/kgf):

It = 2.08 N.s
Fmed = 1.23 N
Fmax = 2.26 N
tq = 1.70 s
fm = 2.24 g/s
c = 548.59 m/s
Is = 55.94 s

CLASSIFICAÇÃO: A1-0

Considerando um coeficiente de empuxo = 0,92, é possível encontrar a análoga curva de pressão em função do tempo (p = F/(At*Cf) ), possuindo as seguintes características:

Pmed = 289.65 kPa
Pmax = 550.41 kPa

CONCLUSÃO:

O método de fabricação do motor-foguete utilizando durepoxi é muito fácil, não é exatamente rápido, pois há a necessidade de esperar cerca de 2h após a fabricação da tubeira para prensar o propelente, furar o propelente, furar a garganta no durepoxi e finalmente pôr a tampa, esperando cerca de 12 h após isto para máxima resistência...
Mas este esquema de fabricação aguenta pressões muito maiores que a esmectita e geralmente mantêm a geometria, diferentemente da esmectita.
A pressurização e despressurização são rápidas, deixando o tempo total de queima muito menor.

Método novo de produzir o motor-foguete / Problemas

Para minimizar o efeito da queima erosiva, facilitar a pressurização da câmara de combustão, entre outros, é utilizado um diâmetro interno do grão propelente maior do que a garganta.
Na prática é necessário furar a garganta com uma broca menor e o propelente com uma broca maior.

No entanto isso é muito difícil de se fazer com os motores que eu estou fazendo atualmente, onde a argila e o propelente são prensados um em cima do outro.

A forma que encontrei foi utilizar dois pedaços de tubo, em um deles é feito a tubeira e furado com a broca menor, e o outro é feito a tampa e propelente, este último furado com a broca maior.

A junção é que é o problema, se for colada apenas de topo, os gases exercerão força grande demais e a junção irá abrir.
Se for utilizado um pedaço de tubo cortado e colado no interior do tubo, os gases podem escapar por esta região ...
Foram estas conclusões que eu cheguei com base nestes testes a seguir:




Neste teste infelizmente houve a ejeção SIMULTÂNEA da tampa e da tubeira, estragando a balança de 1 kg...

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 17,0 mm.
Comprimento total: 85,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 30,0 mm
Massa de propelente colocada: ~9,1 g
Diâmetro interno do grão : 5,0 mm
Diâmetro da garganta: 2,5 mm





Este teste funcionou perfeitamente:

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Comprimento total: 60,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 30,0 mm
Massa de propelente colocada: ~4,4 g
Diâmetro interno do grão : 5,0 mm
Diâmetro da garganta: 3/32 " ou 2.38125 mm






Neste teste infelizmente houve a ejeção da junção entre a tampa e a tubeira, estragando a balança de 5 kg...

É interessante notar que no momento da separação a força de empuxo era superior 1 kg de força !!

Ou seja as duas balanças estragaram, mas foi possível recuperá-las depois.

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 17,0 mm.
Comprimento total: 85,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 30,0 mm
Massa de propelente colocada: ~9,1 g
Diâmetro interno do grão : 5,0 mm
Diâmetro da garganta: 2,5 mm






Neste teste houve vazamento dos gases na região da junção, denotando a necessidade de protegê-la mais ...

Mas este motor era para ter queima tipo cigarro, onde a área de queima é constante ao longo da queima.

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 27,8 mm.
Comprimento total: 100,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 30,0 mm
Massa de propelente colocada: ~24,4 g
Diâmetro da garganta: 2,5 mm






Da mesma forma que o teste anterior houve vazamento dos gases na região da junção, denotando a necessidade de protegê-la mais...

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 17,0 mm.
Comprimento total: 85,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 30,0 mm
Massa de propelente colocada: ~9,1 g
Diâmetro interno do grão : 5,0 mm
Diâmetro da garganta: 2,5 mm



CONCLUSÃO
Nos novos testes deverá ser feito uma proteção especial na área da junção, com silicone ou algo do tipo, para evitar vazamento de gases ou até a separação nesta junção.

Estudo mais aprofundado do comportamento do motor com tubo extra

Foram feitos 6 testes no banco estático caseiro de 1kg, 3 sem o tubo extra e 3 com o tubo extra, os resultados são os que seguem.

Todos os motores possuem as seguintes características principais:

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Comprimento total: 60,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 30,0 mm
Massa de propelente colocada: ~4,4g
Diâmetro interno do grão : ~2,5 mm

No entanto os com tubo extra possuem mais 40 mm de tubo além da tubeira!


Primeiro os testes sem o tubo extra, denominados como ML1 a ML3:

ML1

Curva de empuxo:

Após o teste estático, resultados calculados:

tq = 1,90 s

mp = 4,0 g

Fmed = 1,02 N

It = 1,93 N.s

Classe : A1-0

fm = 2,11 g/s 

c = 482,1 m/s

Is = 49,16 s

ML2

Curva de empuxo:

Após o teste estático, resultados calculados:

tq = 2,10 s

mp = 3,9 g

Fmed = 0,84 N

It = 1,77 N.s

Classe : A1-0

fm = 1,86 g/s 

c = 453,0 m/s

Is = 46,19 s

ML3

Curva de empuxo:

Após o teste estático, resultados calculados:

tq = 2,20 s

mp = 3,9 g

Fmed = 0,78 N

It = 1,71 N.s

Classe : A1-0

fm = 1,77 g/s 

c = 437,3 m/s

Is = 44,59 s

Agora os motores com o tubo extra de 40 mm,  denominados como MP1 a MP3:

MP1

Curva de empuxo:

Após o teste estático, resultados calculados:

tq = 1,07 s

mp = 4,1 g

Fmed = 0,31 N

It = 0,33 N.s

Classe : 1/4A0-0

fm = 3,85 g/s 

c = 81,55 m/s

Is = 8,32 s

MP2

Curva de empuxo:

Após o teste estático, resultados calculados:

tq = 1,67 s

mp = 3,9 g

Fmed = 0,34 N

It = 0,56 N.s

Classe : 1/4A0-0

fm = 2,34 g/s 

c = 143,80 m/s

Is = 14,66 s

MP3

Neste teste infelizmente a balança travou e não foi possível obter a curva de empuxo correta, mas o vídeo segue abaixo:

CONCLUSÕES

- O tubo extra de 40 mm piora em muito o desempenho do motor, gerando um impulso total três vezes menor.

- O barulho é forte, mas não tão forte quanto o motor normal, o que denota velocidades do escoamento menores.

Banco estático caseiro (5kg) - Tubo extra na saída dos gases

Neste teste foi utilizado uma balança de 5 kg de peso máximo para descobrir a força do motor-foguete em cada instante de tempo, marcando o tempo pela própria câmera fotográfica. Ou seja, utilizou-se um banco estático caseiro

Diferentemente dos outros testes, neste foi utilizado um pedaço de tubo a mais na saída dos gases!! Simplesmente para fazer um foguete onde o peso (motor em si) estivesse muito próximo do nariz do foguete. Aumentando a margem estática e permitindo o uso de empenas menores que geram menor arrasto.

Dados gerais do Motor:
Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Comprimento total: ~100,0 mm, sendo 60 mm de motor e 40 mm extras
Comprimento do propelente (KNSU): 30,0 mm
Massa de propelente colocada: ~4,4g
Diâmetro interno do grão : ~2,5 mm

Nota-se muitas coisas interessantes neste vídeo !!!
- a força é muito pequena comparando aos motores normais (sem os 40 mm de tubo extra), é no máximo 120 g comparado a 320 g dos motores normais
- o tempo de queima é mais rápido que os motores normais desta classe, mesmo assim a força não é maior, pelo contrário é muito menor...
- o comportamento deste motor se assemelha muito ao testado na UFPR, utilizando-se divergente tipo sino !!
- a expansão dos gases é muito grande, nota-se que a pluma sai por toda a extensão do diâmetro interno do tubo !!

É interessante tentar entender mais sobre este fenômeno...

Banco estático caseiro - Coerência nos resultados

Foi utilizado uma balança de 1 kg de força máxima com divisão de escala de 20 em 20 g para descobrir a força do motor em cada instante de tempo, ou seja, foi feito um banco estático caseiro!!

Para testar o banco estático, foi realizado 3 testes com um motor que foi testado exaustivamente no banco estático da UFPR que utiliza uma célula de carga para obter os dados da força em relação ao tempo. Os dados encontrados com o banco estático caseiro e o banco estático da UFPR são muito coerentes e próximos, indicando pouco erro ao utilizar este sistema!!

Motor M01

CURVA DE EMPUXO:

Dados gerais do Motor:
Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Comprimento total: 70,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 40,0 mm
Massa de propelente colocada: ~5,9g
Diâmetro interno do grão : ~2,5 mm



Após o teste estático, dados calculados:
tq = 2,36 s
mp = 5,5 g

Fmed = 1,39 N
It = 3,26 N.s
Classe : B1-0

fm = 2,34 g/s
c = 592,1 m/s
Is = 60,38 s

Motor M02

CURVA DE EMPUXO:

Dados gerais do Motor:
Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Comprimento total: 70,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 40,0 mm
Massa de propelente colocada: ~5,9g
Diâmetro interno do grão : ~2,5 mm



Após o teste estático, dados calculados:
tq = 2,53 s
mp = 5,0 g

Fmed = 0,98 N
It = 2,45 N.s
Classe : A1-0

fm = 2,00 g/s
c = 490,3 m/s
Is = 50,00 s


Motor M03

CURVA DE EMPUXO:

Dados gerais do Motor:
Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Comprimento total: 70,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 40,0 mm
Massa de propelente colocada: ~5,9g
Diâmetro interno do grão : ~2,5 mm



Após o teste estático, dados calculados:
tq = 2,23 s
mp = 5,4 g

Fmed = 1,24 N
It = 2,74 N.s
Classe : B1-0

fm = 2,45 g/s
c = 507,0 m/s
Is = 51,70 s

CONCLUSÃO:

Os resultados utilizando o banco estático 'balança' geram resultados coerentes com o banco estático utilizando célula de carga, embora a precisão seja prejudicada pela oscilação da agulha da balança.
O fluxo de massa não é contabilizado no cálculo, no entanto, a força máxima gerada por este motor é até 20 vezes maior do que o peso do próprio motor, ou seja, o erro é pequeno.

Mas infelizmente os resultados não foram próximos, no entanto os 3 motores foram feitos com a mesma quantidade de propelente e garganta, provavelmente a perfuração gera a imprecisão no resultado, ou a balança pode ter deslocado um pouco para fora no instante do teste.

É viável utilizar este tipo de banco estático, mas a coleta de dados do vídeo é onerosa e a imprecisão deve ser melhor investigada .

Motor com CAP como tampa e tubeira - Adivinhe o resultado

Este motor foguete foi testado com CAP de PVC como tampa e tubeira.

Infelizmente houve a explosão do motor, é estranho pois isto não deveria acontecer, apenas a pressão foi suficiente para ocorrer a explosão.

Utilizando as constantes da razão de queima (r = a * p ^ n):
a = 3.178 mm e
n = 0.319

Mesmo para a razão entre as áreas queimada e a da garganta máxima, o PVC deveria aguentar com um coeficiente de segurança de 1,9.
Há algumas possibilidades:
- o coeficiente de queima da pressão (n) é mais alto
- o comportamento da queima é diferente (de dentro para fora e de fora para dentro ou algo do tipo ao invés de do interior para o exterior)
- a pressurização é muito rápida e o PVC talvez não aguente impactos tão fortes

O fato é que esmigalhou o PVC, um CAP (a tubeira) sobreviveu enquanto o outro CAP (a tampa) não foi encontrado, os pedaços encontrados estão na miniatura do vídeo, são relativamente pequenos, indicando que o tubo praticamente desintegrou.

Características do motor:
Diâmetro interno de 21,6 mm.
Comprimento total: 50,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 40,0 mm
Massa de propelente colocada: ~19,4 g
Diâmetro da garganta: 2,5 mm
Diâmetro interno do grão: 5,0 mm

Novo tipo de argila - Ótimos resultados

Foi testado um novo tipo de argila, diferente da esmectita esta é vendida como argila mesmo!
O nome é 'argila branca em pó', foi comprada na Casa do Ceramista, que é especializada neste tipo de material.

Os resultados foram muito bons, dois motores foram testados com esta argila:

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 17,0 mm.
Comprimento total: 65,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 20,0 mm
Massa de propelente colocada: ~6,7 g
Diâmetro interno do grão e garganta: 3 mm



Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 17,0 mm.
Comprimento total: 65,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 20,0 mm
Massa de propelente colocada: ~6,7 g
Diâmetro interno do grão e garganta: 2,5 mm



Interessante é que o motor no final da queima fica muito mais resistente, a queima é rápida o suficiente para não esquentar muito a parede do motor e o resíduo que fica na garganta é 'limpo'.

Tampa e tubeira de epóxi - Problemas na resistência do tubo de PVC

Este motor foi feito usando epóxi na tampa e na tubeira, protegidas na área circunferencial com fita CREPE e seguras por apenas um parafuso,

Notando que neste teste foi reutilizado apenas a tampa do teste anterior, fazendo-se uma nova tubeira de epóxi para este motor.

Neste teste o motor explodiu !!!!
É muito estranho porque era para funcionar corretamente, o que eu acho que aconteceu foi a seguinte:

- O único parafuso que segurava a tubeira teve que resistir uma força muito grande, ele provavelmente aguentaria tranquilo, mas com esta força toda distribuída por apenas um parafuso foi suficiente para trincar o tubo de PVC, desta forma a trinca se propagou por toda a extensão do motor e explodiu.

Os pedaços encontrados eram relativamente grandes, foi encontrado uns 5~6 pedaços do motor, o parafuso da tampa estava intacto enquanto o parafuso da tubeira não foi encontrado, não apenas isto, o tubo estava trincado bem no meio do furo onde estava o parafuso!!

Mas tudo é apenas possibilidades, o fato é que tudo aconteceu muito rápido. Lembrando que a propagação de uma trinca é algo rápido mesmo, da ordem de km/s !!



Outra possibilidade é que houve um impacto muito grande no parafuso: o método de fixação da tubeira requer que faça-se um furo, a posição do furo não foi muito bem calculada e a tubeira ficou alguns milímetros distante do parafuso que a segura.
Provavelmente na hora da pressurização do motor, a tubeira foi acelerada pelos gases, quando ela chegou ao parafuso provavelmente a quantidade de movimento era muito alta! Não dando possibilidade do esquema parafuso/tubo resistir ao impacto...


Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Comprimento total: 95,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 60,0 mm
Massa de propelente colocada: ~8,8g
Diâmetro interno do grão : ~3,0 mm

Compactação em forma para o divergente / Novos tipos de tampa e tubeira (materiais)

Novos vídeos:

Neste motor foi testado a compactação em uma forma para fazer o divergente, infelizmente não ficou compactado o suficiente e a esmectita se desintegrou durante a queima....

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Tampa e tubeira de esmectita
Comprimento total: 65,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 30,0 mm
Massa de propelente colocada: ~5,9g
Diâmetro interno do grão e garganta: ~2,5 mm




Este motor foi compactado em uma forma, no entanto não foi furado toda a extensão do grão, ou seja, possui queima cigarro.

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Tampa e tubeira de esmectita
Comprimento total: 95,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 30,0 mm
Massa de propelente colocada: ~5,9g
Diâmetro interno do grão e garganta: ~2,5 mm




Este motor foi feito com um novo tipo de idéia:
A tubeira e a tampa são de MADEIRA !!! Protegidas na área circunferencial com fita isolante e seguras por dois parafusos,
Infelizmente houve falta de fita isolante na tampa, deixando os gases escaparem nesta região...

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 17,0 mm.
Comprimento total: 75,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 30,0 mm
Massa de propelente colocada: ~9,1 g
Diâmetro interno do grão: ~3 mm




Neste motor foi reutilizado a tampa e tubeira de MADEIRA utilizadas no teste anterior, notando que a garganta aumentou consideravelmente para este teste.

Funcionou perfeitamente, mas provavelmente não gerou muita pressão poi a garganta era grande.

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 17,0 mm.
Comprimento total: 75,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 30,0 mm
Massa de propelente colocada: ~9,1 g
Diâmetro interno do grão: ~3 mm




Este motor foi feito usando um outro tipo de idéia:
A tubeira e a tampa são de EPÓXI!!!!  Protegidas na área circunferencial com fita isolante e seguras por apenas um parafuso,

Infelizmente neste teste houve o escape de gases pela tampa, isto ocorreu pois quando foi feito o grão tubular com 3 mm de diâmetro, o furo foi passante e a tampa acabou furada.

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Comprimento total: 95,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 30,0 mm
Massa de propelente colocada: ~4,4g
Diâmetro interno do grão : ~3,0 mm




Este motor também foi feito com tampa e tubeira de epóxi

Notando que neste teste foi reutilizado a tubeira do teste anterior, fazendo-se uma nova tampa em epóxi para este motor (a garganta aumentou um pouco)

Este teste funcionou perfeitamente !!!!
É muito interessante notar que quando o motor está funcionando a fumaça gerada pelo estopim é sugada pela grande velocidade dos gases !!

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Comprimento total: 95,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 40,0 mm
Massa de propelente colocada: ~5,9g
Diâmetro interno do grão : ~3,0 mm

Motores de diâmetros 20mm e 15 mm

Dois novos motores foram testados:

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Tampa e tubeira de esmectita
Comprimento total: 95,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 60,0 mm
Massa de propelente colocada: ~8,8g
Diâmetro interno do grão e garganta: ~2,5 mm





Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 17,0 mm.
Tampa e tubeira de esmectita
Comprimento total: 100,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 40,0 mm
Massa de propelente colocada: ~12,2 g
Diâmetro interno do grão e garganta: ~3 mm


Novamente, o motor de 20mm de diâmetro externo não funcionou corretamente, ejetando a tubeira rapidamente, deixando bastante propelente ainda dentro do tubo...

Não subestime os motores pequenos

Desta vez fez-se mais um teste com o motor de 15 mm de diâmetro externo, o menor dos testados.

A diferença foi que o comprimento do propelente foi aumentado para 50 mm !!!!!

O som foi extraordinário, infelizmente o vídeo não capta com exatidão, mas ainda sim é muito bom visualizá-lo.

A partir de hoje, os vídeos serão em FULL HD, ou seja, não serão postados neste blog pois a qualidade aqui é muito a desejar. Serão postados no youtube!!

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Tampa e tubeira de esmectita
Comprimento total: 84,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 50,0 mm
Massa de propelente colocada: ~7,3g
Diâmetro interno do grão e garganta: ~2,5 mm



Estima-se que este motor seja classe C com empuxo máximo de 5N, provavelmente um C3-0.
Para saber-se ao certo, seria necesário medir a sua força em relação ao tempo em uma célula de carga.

Teste com câmera full HD

Foi feito um motor para teste utilizando uma câmera que filma full HD, embora tenha ejetado a tubeira, ficou muito legal a qualidade do vídeo! Basta ver se aqui no blog a qualidade fica boa também...

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 17,0 mm.

Tampa e tubeira de esmectita

Comprimento total: 84,0 mm

Diâmetro interno: 17,0 mm

Comprimento do propelente (KNSU): 40,0 mm

Massa de propelente colocada: ~12,2g

Diâmetro interno do grão e garganta: ~2,5 mm

Edit 1: O vídeo não ficou aquela maravilha, acho que postarei no youtube, que permite vídeo em full HD...
Edit 2: O vídeo no youtube está neste link:

http://youtu.be/dt2XEvnKz5Y

Para ver em full HD basta clicar na engrenagem no canto inferior direito e selecionar 1080p.

Motor com tubo de papelão / Queima em tubo incolor

Novos testes foram realizados para descobrir como seria o comportamento de um motor com tubo de papelão ao invés de PVC:

Funcionou perfeitamente, e o tubo de papelão não era tão resistente quanto o do motor comercial da Bandeirante (fabricante brasileiro de motores foguete).

E finalmente foi encontrado em uma loja de R$1,99 um tubo incolor para visualizar a queima durante o teste !!!!!!

O tubo na verdade é a garrafa PET convencional antes de ser inchada para virar uma garrafa grande, ou seja, possui uma parede bem espessa, ótima para os testes com o propelente KNSU.

Neste vídeo foi utilizado a tampa de alumínio como tubeira, o que não funcionou como o esperado...

Depois do fiasco com a tubeira de alumínio, foi utilizado o fundo como tubeira e a tampa de alumínio (protegida com espuma) como tampa, desta vez funcionou corretamente!!

Motores de diâmetro pequeno - o tamanho pode enganar

Alguns motores foram feitos com o tubo de 15 mm de diâmetro externo, 11,8 mm interno.

Informalmente um deles foi lançado, utilizando uma vareta para dar estabilidade, foi bem alto, mas não foi filmado... Este tinha garganta de 2,0 mm e 30 mm de comprimento do propelente...

No entanto quando fui tentar fazer mais motores deste tipo a broca de 2,0 mm quebrou dentro do motor, o que impossibilita o uso de motores com este tipo de garganta...
Farei os motores com um diâmetro mínimo de 2,5 mm para a garganta e grão propelente.

Vamos aos vídeos:

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Tampa e tubeira de esmectita
Comprimento total: 100,0 mm
Diâmetro interno: 11,8 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 60,0 mm
Massa de propelente colocada: ~8,8g
Diâmetro interno do grão e garganta: ~2,5 mm

Como este motor estranhamente falhou, fui obrigado a diminuir o comprimento do propelente para 50 mm e refazê-lo:

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Tampa e tubeira de esmectita
Comprimento total: 100,0 mm
Diâmetro interno: 11,8 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 50,0 mm
Massa de propelente colocada: ~7,3g
Diâmetro interno do grão e garganta: ~2,5 mm

Método de melhor fixação da tubeira e tampa

Foi feito uma maneira mais segura de fixação da tampa e tubeira, consiste em utilizar uma serrinha para fazer sulcos no PVC para um agarrar melhor no tubo.

2 configurações novas foram testadas e funcionaram perfeitamente:

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 17,0 mm.
Tampa e tubeira de esmectita
Comprimento total: 100,0 mm
Diâmetro interno: 17,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 40,0 mm
Massa de propelente colocada: ~12,2g
Diâmetro interno do grão e garganta: ~2,5 mm

Este motor tem 1 mm a menos na garganta e no grão propelente do que o testado na célula de carga e mostrado na postagem anterior deste blog, funcionou perfeitamente:

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 21,6 mm.
Tampa e tubeira de esmectita
Comprimento total: 115,0 mm
Diâmetro interno: 21,6 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 40,0 mm
Massa de propelente colocada: ~19,6 g
Diâmetro interno do grão e garganta: ~3,5 mm

Foi incrível o som deste motor, quase ensurdeceu minha irmã! Foi aumentando ao poucos, bem bacana !

Motores que serão testados esta semana - parte 3

Foi feito mais um teste de resistência para total segurança no dia dos testes:

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 17,0 mm.

Tampa e tubeira de esmectita

Comprimento total: 100,0 mm

Diâmetro interno: 17,0 mm

Comprimento do propelente (KNSU): 40,0 mm

Massa de propelente colocada: ~12,2g

Diâmetro interno do grão e garganta: ~3,5 mm

Motores que serão testados esta semana - parte 2

Para garantir total segurança no dia dos testes, o motor com CAP de PVC também foi testado, lembrando as características:

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 17,0 mm.
Tampa e tubeira de CAP de PVC
Comprimento total: ~50,0 mm
Diâmetro interno: 17,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 40,0 mm
Massa de propelente : ~12,2g
Diâmetro interno do grão: ~3,5 mm

Lembrando aqui que as partes inibidas deste motor são menores!!
Apenas a área da parede é inibida, a coroa interna (próximo a tampa) e a coroa externa (próximo a tubeira) são também queimadas!!

Interessante é notar que os gases quentes esquentam o tijolo que está acima do motor, tornando-o vermelho!!
No próximo motor o furo será mais caprichado para não ocorrer esse direcionamento dos gases.

Motores que serão testados esta semana

Na quinta-feira desta semana (dia 7 de novembro) um professor e cerca de 10 alunos do curso de engenharia aeroespacial da UFSC/Joinville farão uma visita ao grupo de CFD, aerodinâmica e propulsão de foguetes da UFPR.

Ás 15:00 da tarde, haverá uma apresentação dos foguetes experimentais de PVC que o grupo está desenvolvendo, que será apresentada por este próprio blogueiro.

Visando uma boa impressão fiz um motor teste (que falhou) com as seguintes características principais:

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 17,0 mm.

Tampa e tubeira de esmectita

Comprimento total: 100,0 mm

Diâmetro interno: 17,0 mm

Comprimento do propelente (KNSU): 40,0 mm

Massa de propelente : ~12,2g

Diâmetro interno do grão e garganta: ~3,0 mm

O vídeo onde a tampa foi ejetada:

Ou seja, foi necessário aumentar o diâmetro da garganta para 3,5 mm, desta maneira não houve imprevistos, então preparei 2 motores teste, com as seguintes características principais:

Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 17,0 mm.

1)Tampa e tubeira de esmectita / 2)Tampa e tubeira de CAP de PVC

Comprimento total: 1)100,0 mm / 2)50,0 mm

Diâmetro interno: 17,0 mm

Comprimento do propelente (KNSU): 40,0 mm

Massa de propelente : ~12,2g

Diâmetro interno do grão: ~3,5 mm

Para conhecimento do comportamento deste tipo de motor, foram queimados 2 motores um em local fechado e outro ao ar livre, como seguem os vídeos:

Local fechado:

Ar livre:

Não houve problemas com este tipo de motor, então eles serão testados na quinta-feira com o pessoal da UFSC.

Uso de acetona para criação de grão propelente - queima pulsada ??

Utilizando-se de acetona para facilitar o trabalho com o propelente, foi criado uma geometria tal que a queima do grão não foi a convencional (progressivo, regressivo, neutro,...)
De fato, foi criado um grão que realiza um perfil de queima pulsado !!

Brincadeiras a parte, algo realmente estranho ocorreu, na verdade foi feito um grão tubular, com um diâmetro interno do grão com cerca de 5 mm, o teste ocorreu cerca de 1h depois da compactação do grão. Há a possibilidade de não ter ocorrido a secagem total do propelente, então o perfil de queima pode ter sido prejudicado por este motivo...

Características do motor:
Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 17,0 mm.
Possui a tubeira de CAP de PVC furado no centro e tampa de CAP de PVC
Comprimento total: 70,0 mm
Diâmetro interno: 17,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 70,0 mm
Massa de propelente : ~18,2g
Diâmetro interno do grão: ~5,0 mm

Testes de diferentes diâmetros e comprimentos de propelente

Foram feitos mais 3 testes:

Características do motor 1:
Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 27,8 mm.
Possui a tubeira de CAP de PVC furado no centro e tampa de CAP de PVC
Comprimento total: 40,0 mm
Diâmetro interno: 27,8 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 20,0 mm
Massa de propelente : ~16,3g

Características do motor 2:
Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 17,0 mm.
Possui a tubeira de CAP de PVC furado no centro e tampa de CAP de PVC
Comprimento total: 30,0 mm
Diâmetro interno: 17,0 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 20,0 mm
Massa de propelente : ~ 6,1g

Características do motor 3:
Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 27,8 mm.
Possui a tubeira de CAP de PVC furado no centro e tampa de CAP de PVC
Comprimento total: 50,0 mm
Diâmetro interno: 27,8 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 40,0 mm
Massa de propelente : ~ 32,5g

Nota-se em todos os testes o grande aumento no diâmetro da garganta.

Perigo - Não faça CAP dos dois lados

Realmente, foi feito um outro motor mais potente, com diâmetro de garganta e grão propelente de 2,5 mm, mantendo 60 mm de comprimento do propelente.

Digamos, explodiu em pedacinhos tão pequenos que o maior encontrado foi um pedacinho de 3 mm de comprimento.

Realmente ainda bem que o público estava distante, pois um pedacinho deste viajando a uma velocidade grande poderia ser no mínimo fatal!

Ou seja, pelo menos um lado DEVE ser feito de argila ou algo parecido, para este tipo de destruição não acontecer !!

Novo tipo de motor, com CAP dos dois lados

Olá a todos,

Esta é uma nova tentativa de fabricação do motor, utilizando CAP de PVC como tampa e apoio para a tubeira, segue as características do motor

Características do motor:
Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 17,0 mm.
Possui a tubeira de ESMECTITA com o CAP de PVC furado no centro (apenas como apoio)
Comprimento total: 90,0 mm
Diâmetro interno: 17,0 mm
Comprimento da tampa: 10 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 60,0 mm
Massa de propelente : ~15g
Diâmetro da garganta e grão cilíndrico: 3,0 mm

OBS: Notem que em determinado tempo da queima há uma erosão da tubeira e parte da tampa de PVC, provavelmente em testes futuros será feito uma tubeira de ESMECTITA um pouco maior.

Como não fazer um motor-foguete - parte 2

Olá a todos,

Realmente, mais coisas vão mal do que bem se você não cuidar o suficiente, não aconteceu nenhum acidente mas...
Este motor vôou longe após ejetar a tampa!
Quebrou o teto da churrasqueira que fica uns 5 m de altura e caiu sobre o telhado, ou seja, não foi recuperado...

Características do motor:
Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 27,8 mm.
Possui a tubeira como um CAP de PVC furado no centro
Comprimento total: 90,0 mm
Diâmetro interno: 27,8 mm
Comprimento da tampa: 32 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 40,0 mm
Diâmetro da garganta: 3,0 mm

Uso de pólvora para ignição / Novos tubos para os motores e outros testes

Muitos testes foram realizados e não foram postados no blog, então seguindo a linha do tempo:

Características do motor 01:
Motor teste com tubo de aço de diâmetro interno de 17,0 mm.
Partida com estopim e pólvora

Características do motor 02:
Motor teste com tubo de aço de diâmetro interno de 17,0 mm.
Partida com estopim e pólvora

Características do motor 03:
Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Comprimento total: 46,0 mm
Diâmetro interno: 11,8 mm
Comprimento da tampa e tubeira: 11,5 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 11,5 mm
Diâmetro da garganta/ grão-propelente: 2,0 mm

Características do motor 04:
Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Comprimento total: 94,5 mm
Diâmetro interno: 11,8 mm
Comprimento da tampa e tubeira: 11,8 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 59,0 mm
Diâmetro da garganta/ grão-propelente: 4,0 mm

Características do motor 05:
Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Comprimento total: 83,0 mm
Diâmetro interno: 11,8 mm
Comprimento da tampa e tubeira: 11,5 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 47,2 mm
Diâmetro da garganta/ grão-propelente: 3,5 mm

Características do motor 06:
Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 11,8 mm.
Comprimento total: 71,0 mm
Diâmetro interno: 11,8 mm
Comprimento da tampa e tubeira: 11,5 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 35,4 mm
Diâmetro da garganta/ grão-propelente: 3,0 mm

Características do motor 06:
Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 27,8 mm.
Possui a tubeira como um CAP de PVC furado no centro, usa pólvora para início de queima
Comprimento total: 43,0 mm
Diâmetro interno: 27,8 mm
Comprimento da tampa: 27,8 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 5,0 mm
Diâmetro da garganta: 3,0 mm

Detalhe da chama grande causada pela pólvora no início da queima:

No início da queima o estampido foi muito forte, muito forte mesmo, como se estivesse estourando alguma coisa, provavelmente o escoamento atingiu valores muito altos de número de MACH !!!

Vídeo:

Características do motor 07:
Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 27,8 mm.
Possui a tubeira como um CAP de PVC furado no centro, NÃO usa pólvora para início de queima
Comprimento total: 4,03 mm
Diâmetro interno: 27,8 mm
Comprimento da tampa: 27,8 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 5,0 mm
Diâmetro da garganta: 3,0 mm

Características do motor 08:
Motor teste com tubo de PVC de diâmetro interno de 27.8 mm.
Possui a tubeira como um CAP de PVC furado no centro, NÃO usa pólvora para início de queima
Comprimento total: 43,0 mm
Diâmetro interno: 27,8 mm
Comprimento da tampa: 27.8 mm
Comprimento do propelente (KNSU): 5,0 mm
Diâmetro da garganta: 2,0 mm

Desempenho real dos motores testados até agora

Na sexta-feira passada, dia 06/09/13, foram feitos testes estáticos dos motores que foram produzidos por este blogger.

O desempenho real destes na célula de carga foram muito menores que os estimados.

Os motores testados tiveram 17mm de propelente e o diâmetro da garganta e do grão cilíndrico variaram entre 4,0 a 3,0 mm.

A tabela a seguir mostra as características gerais dos motores testados, com 95% de confiabilidade:

Motor	Lt(mm)	Ltampa(mm)	De(mm)	Di(mm)	e(mm)	Mt (g)	Mf (g)	Mp (g)
Dg 4.0 med	63.55 ± 0.69	17.18 ± 4.86	20.06 ± 0.21	16.88 ± 0.13	1.59 ± 0.16	25.13 ± 1.1	20.68 ± 0.63	4.456 ± 0.542
Dg 3.5 med	62.3 ± 3.4	15.67 ± 4.27	20.11 ± 0.35	16.96 ± 0.22	1.58 ± 0.19	25.12 ± 0.69	20.47 ± 0.48	4.652 ± 0.575
Dg 3.0 med	63.96 ± 1.72	17.21 ± 7.64	20.12 ± 0.13	16.92 ± 0.2	1.60 ± 0.12	25.66 ± 2.34	20.89 ± 2.26	4.774 ± 0.136

Onde:

Dg (mm): Diâmetro da garganta e do grão cilíndrico

Lt (mm): Comprimento total do motor

Ltampa (mm): Comprimento entre o fim do tubo e início da tampa

De (mm): Diâmetro externo

Di (mm): Diâmetro interno

e (mm): Espessura do tubo (calculada)

Mt (g): Massa total antes do teste estático

Mf (g): Massa depois do teste estático

Mp (g): Massa de propelente (calculada)

Os resultados dos testes estão resumidos na tabela a seguir, com 95% de confiabilidade:

Motor	pamed (kPa)	Fmedmed (N)	cmedmed (m/s)	mpmed (g)	tqmed (s)	Itmed (N.s)	Ismed (s)	CLASSE	EMP MED (N)
Dg 4.0 med	91.75 ± 0.02	0.36 ± 0.23	219.10 ± 133.03	4.46 ± 0.54	2.72 ± 0.73	0.98 ± 0.65	22.34 ± 13.56	1/2A	0.00
Dg 3.5 med	91.74 ± 0.04	0.58 ± 0.28	304.48 ± 189.97	4.65 ± 0.58	2.42 ± 0.86	1.42 ± 0.99	31.05 ± 19.37	A	1.00
Dg 3.0 med	91.75 ± 0.06	0.83 ± 0.56	418.72 ± 225.01	4.77 ± 0.14	2.42 ± 0.70	2.00 ± 1.03	42.70 ± 22.95	A	1.00

Onde:

pamed (kPa): Pressão atmosférica média

Fmedmed (N): Força de empuxo média dos motores daquele diâmetro de garganta

cmedmed (m/s): Velocidade de ejeção efetiva média dos motores daquele diâmetro de garganta

mpmed (g): Massa de propelente média dos motores daquele diâmetro de garganta

tqmed (s): Tempo de queima médio dos motores daquele diâmetro de garganta

Itmed (N.s): Impulso total médio do motores daquele diâmetro de garganta

Ismed (s): Impulso específico médio dos motores daquele diâmetro

Utilizando um programa de autoria do blogger, chamado pressão_camara, foi possível calcular aproximadamente, as pressões de estagnação médias e outros parâmetros, conforme a tabela a seguir:

Motor	p0 (kPa)	ps (kPa)	Número Mach	Epsilon Efetivo	ds(mm)	Cf
Dg 4.0 med	100.88	93.49	0.36	1.78	5.34	0.28
Dg 3.5 med	121.68	105.02	0.50	1.36	4.08	0.50
Dg 3.0 med	166.83	126.18	0.69	1.11	3.16	0.71

Onde:

p0 (kPa): Pressão de estagnação média

ps (kPa): Pressão de saída dos gases média

Epsilon Efetivo: Razão de expansão efetiva média

ds (mm): Diâmetro de saída efetivo médio

Cf: Coeficiente de empuxo médio

Ou seja, estes motores na média, estão gerando gases na saída de forma subsônica, provavelmente o sistema de ignição está sendo insuficiente, atualmente está sendo utilizado ignição via estopim.

Algumas curvas de empuxo dos motores:

Motor de classe real 1/2A0

Motor de classe real A1

Motor de classe real A1