LISTA DE SÍMBOLOS. Diâmetro da garganta Temperatura ambiente Pressão ambiente Tempo de queima medido no cronômetro C

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1 LISTA DE SÍMBOLOS Dg Diâmetro da garganta T Temperatura ambiente p Pressão ambiente ta Tempo de queima medido no cronômetro A tb Tempo de queima medido no cronômetro B tc Tempo de queima medido no cronômetro C tm Tempo de queima médio entre os cronômetros A, B e C tv Tempo de queima medido a partir do vídeo tq Tempo de queima, aqui usado tm e tv Mp Massa de propelente fm Fluxo de massa do propelente F Força total P0 Pressão de estagnação It Impulso total Is Impulso específico gamma Razão de calores específicos R Constante dos gases Tg Temperatura na garganta c* Velocidade na garganta ve Velocidade dos gases na garganta Lg Comprimento do grão propelente r Velocidade de queima c Velocidade de ejeção média dos gases g Gravidade utilizada (9, m/s²)

2 OBTENÇÃO/EQUAÇÃO USADA NOS PARÂMETROS tm tv fm F P0 It Is gamma R Tg ta + tb + tc tm = 3 Para a obtenção deste tempo de queima foi utilizado o software Pinnacle VideoSpin 2.0, o início da queima foi considerado depois da carga de ignição (ti) está percebida por um pico na amplitude do som no vídeo, e o fim da queima foi considerado no quadro onde não se identifica mais som algum. (conforme fig 1.1) fm = Mp tq F = It tq Is = It Mp g c* c = gamma R Tg ve r c r = Lg tq It c = Mp

3 DADOS DOS MOTORES TESTADOS Motor MTP 1 MTP 13 MTP 12 MTP 11 Diametro da tubeira [mm] sem massa inicial [kg] 3,405 3,403 massa final [kg] 3,19 3,19 massa propelente [kg] 0,214 0,216 0,215 0,213 altura do grão [m] 0, ,0469 0,0462 0,04655 volume instalado [m3] 0, , , , massa específica instalada [kg/m3] 1618, , , ,332

4 ANÁLISE UTILIZANDO tm MTP Dg (mm) 60 20,02 12,01 10 data 27/7 27/7 27/7 27/7 hora 14:39 15:07 15:27 15:36 T ( C) 13,8 13,1 12,5 12,3 p (kpa) 91,61 91,63 91,64 91,63 ta (s) 20,94 20,55 19,23 17,8 tb (s) 21,01 21,08 19,31 17,76 tc (s) 22, ,96 tm (s) 21,39 20,82 19,18 17,84 Mp (g) fm (g/s) 10, , , ,93946 F (N) 0,0612 0,5969 2,1846 6,1053 P0 (kpa) 91, , , ,5463 It (N.s) 1, , , ,9183 Is (s) 0,6235 5, , ,1440 gamma 1,0657 1,0657 1,0657 1,0629 R (J/kgK) 213, , , ,7455 Tg (K) 1482, , , ,1272 c* (m/s) 580, , , ,0463 ve (m/s) 12, , , ,0463 Lg (mm) 46, , , ,55 r (mm/s) 2, , , ,66536 c (m/s) 6, , , ,3537

5 ANÁLISE UTILIZANDO tv MTP Dg (mm) 60 20,02 12,01 10 data 27/7 27/7 27/7 27/7 hora 14:39 15:07 15:27 15:36 T ( C) 13,8 13,1 12,5 12,3 p (kpa) 91,61 91,63 91,64 91,63 tv (s) 20,11 20,06 19,05 16,20 Mp (g) fm (g/s) 10, , , ,14815 F (N) 0,0692 0,6431 2,2226 7,4710 P0 (kpa) 91, , , ,7824 It (N.s) 1, , , ,0294 Is (s) 0,6633 6, , ,9421 gamma 1,0657 1,0657 1,0657 1,0623 R (J/kgK) 213, , , ,3260 Tg (K) 1482, , , ,8794 c* (m/s) 580, , , ,6218 ve (m/s) 13, , , ,6218 Lg (mm) 46, , , ,55 r (mm/s) 2, , , ,93519 c (m/s) 6, , , ,2132

6 DADOS DOS EQUIPAMENTOS UTILIZADOS Prensa hidráulica Bovenau de 15 toneladas do laboratório de Cerâmica da UFPR; Balança WH-B04 5 Kg com resolução de 1 g; Paquímetro digital Lee Tools 150 mm com resolução de 0,01 mm. NOME E VERSÃO/DATA DOS APLICATIVOS Para este relatório foram utilizados os seguintes aplicativos: 1. Pinnacle VideoSpin 2.0 (15/01/2014); 2. Força_Empuxo_Propep_2ph (01/08/2014); DADOS USADOS PARA CÁLCULO SOBRE KNSu A composição utilizada foi de 65% de nitrato de potássio e 35% de sucrose em base mássica. INFORMAÇÕES ADICIONAIS As superfícies internas dos MTPs foram untadas com graxa EP2. Este procedimento possibilita a limpeza adequada dos componentes após os testes e parece impedir que pequenos grãos fiquem se desprendendo da superfície do grão propelente. PROCESSO USADO NA PREPARAÇÃO DO PROPELENTE Preparação do ambiente: 1. Abrir as janelas do ambiente; 2. Conferir se o extintor de CO2 do corredor está carregado; 3. Verificar se a rota de saída de emergência do ambiente está desimpedida e é conhecida por quem for manipular o propelente; 4. A atividade de moagem deve ser feita por duas pessoas apenas. Nem mais, nem menos. Apenas quem for manipular o propelente deve estar no ambiente; 5. Limpar a mesa ou bancada e deixar sobre ela uma colher, uma tesoura, rolo de fita adesiva, uma caneta e um prato ou vidro relógio e papel toalha para limpeza; Moagem do oxidante: 6. Posicionar sobre a mesa o recipiente do oxidante conforme recebido do fornecedor e o recipiente (vazio, limpo e seco) com a etiqueta oxidante ; 7. Posicionar sobre a bancada o moedor de oxidante, mas manter desligado e desconectado da tomada; 8. Abrir o recipiente de oxidante recebido do fornecedor com a tesoura;

7 9. Abrir a tampa do moinho e carregar com a capacidade nominal (aproximadamente 90% do volume do moedor desconsiderando o volume da tampa); 10. Fechar o moinho e o recipiente de oxidante a ser moído com fita adesiva; 11. Conectar o cabo de alimentação de energia elétrica na tomada; 12. Ligar o moinho por 30 segundos e agitar um pouco para prevenir de parte do pó não caia no raio de ação das facas; 13. Desconectar da tomada o cabo de alimentação de energia; 14. Agitar o moinho para que não caia pó fora do moinho quando este for aberto; 15. Abrir o recipiente de oxidante moído e deixar ao lado do moinho; 16. Abrir o moinho e descarregar o pó dentro do recipiente, cuidando para remover todo o pó aderido às facas do moinho e suas paredes internas inclusive da tampa; 17. Fechar o recipiente de oxidante; 18. Repetir passos 8 a 17 até completar a carga desejada; 19. Limpar com papel toalha o moinho de oxidante, fechá-lo e guardar no local adequado; 20. Limpar a bancada, colher, prato de pesagem; Moagem do combustível: 21. Aguardar pelo menos uma hora para iniciar a moagem do combustível. 22. Posicionar sobre a mesa o recipiente do combustível conforme recebido do fornecedor e o recipiente (vazio, limpo e seco) com a etiqueta combustível ; 23. Posicionar sobre a bancada o moedor de combustível, mas manter desligado e desconectado da tomada; 24. Abrir o recipiente de combustível recebido do fornecedor; 25. Abrir a tampa do moinho e carregar com a capacidade nominal (aproximadamente 90% do volume do moedor desconsiderando o volume da tampa); 26. Fechar o moinho e o recipiente de combustível a ser moído com fita adesiva; 27. Conectar o cabo de alimentação de energia elétrica na tomada; 28. Ligar o moinho por 30 segundos e agitar um pouco para prevenir de parte do pó não caia no raio de ação das facas; 29. Desconectar da tomada o cabo de alimentação de energia; 30. Agitar o moinho para que não caia pó fora do moinho quando este for aberto; 31. Abrir o recipiente de combustível moído e deixar ao lado do moinho; 32. Abrir o moinho e descarregar o pó dentro do recipiente, cuidando para remover todo o pó aderido às facas do moinho e suas paredes internas inclusive da tampa; 33. Fechar o recipiente de combustível; 34. Repetir passos 24 a 33 até completar a carga desejada; 35. Limpar com papel toalha o moinho de combustível, fechá-lo e guardar no local adequado; 36. Limpar a bancada, colher, prato de pesagem;

8 37. Posicionar as janelas conforme a necessidade. Preparação do propelente O procedimento de preparação do propelente deve ser executado da seguinte forma: Preparação do ambiente: 1. Este procedimento deve ser executado preferencialmente em dias secos ou com umidade relativa do ar abaixo de 80% e sem vento; 2. Abrir as janelas do ambiente exceto a janela ao lado da balança Marte; 3. Conferir se o extintor de CO2 do corredor está carregado; 4. Verificar se a rota de saída de emergência do ambiente está desimpedida e é conhecida por quem for manipular o propelente; 5. A atividade de preparação deve ser feita por duas pessoas apenas. Nem mais, nem menos. Apenas quem for manipular o propelente deve estar no LAE; 6. Limpar a mesa ou bancada e deixar sobre ela uma colher, uma caneta, uma folha de papel A4, um prato ou vidro relógio para pesagem e papel toalha para limpeza; 7. Deixar sobre a mesa os recipientes de combustível e de oxidante, mas não abri-los. Preparação do propelente: 8. Retirar a proteção plástica da balança marca Marte modelo AS 500C; 9. Ligar o estabilizador do computador do LAE; 10. A indicação do display da balança será -DESLIGADO-. Pressione a tecla L/D para ligar a balança; 11. Aparecerá no display a seguinte mensagem: MP1 V4.0 e em seguida aparecerá a indicação de massa g ; 12. Coloque o prato ou vidro relógio sobre a balança e aguarde que a leitura de massa estabilize. Caso não se tenha um recipiente adequado pode-se construir um com uma folha de papel com as extremidades dobradas e coladas dom fita adesiva formando uma forma retangular; 13. Após depositar o recipiente sobre a balança aguarde a indicação do display estabilizar para fazer o desconto da massa do recipiente ou ajuste de zero pressionando a tecla T F PROG. A indicação de massa deverá ficar 0,00 g ; 14. Escolher um dos componentes para iniciar a pesagem. As duas relações a serem respeitadas para se obter uma massa de propelente Mp estão listadas abaixo, onde OF é a razão entre a massa de oxidante e a massa de combustível (em geral 65/35). As variáveis moxi e mcomb as massas de oxidante e combustível a serem separadas para compor a mistura:

9 OF = m oxi m comb Mp = m oxi + m comb 15. A substituição das equações acima uma na outra resulta nas seguintes relações aplicadas a cada componente: m oxi = Mp 1+ 1 e m comb = OF Mp 1+OF 16. Calcular a massa de cada componente dadas a massa de propelente e razão OF desejadas; 17. Após determinadas as massas dos componentes individuais, escolher um deles para iniciar a pesagem; 18. Abrir as tampas do recipiente do primeiro componente a ser pesado e do recipiente de propelente; 19. Remover com a colher pequenas porções do componente e depositar suavemente sobre o recipiente de pesagem sobre a balança; 20. Aguardar para que a medição estabilize e anotar a massa em uma folha de papel; 21. Transferir a massa pesada para o recipiente de propelente; 22. Repetir passos 19 à 21 até que a massa do componente seja alcançada; 23. Fechar o recipiente que contém o componente e o recipiente de propelente a fim de evitar exposição dos compostos químicos à atmosfera ambiente; 24. Somar todas as massas para obter a massa total do componente e deixar anotado na folha de papel o resultado; 25. Repetir os passos 18 a 24 para o segundo componente; 26. Desligar a balança pressionando a tecla L/D ; 27. Desligar o estabilizador do computador do LAE; 28. Limpar possíveis resíduos sobre a balança com papel toalha e cobrila com o plástico de proteção; 29. Com o papel toalha limpar a mesa e, caso os componentes sejam o nitrato de potássio ou nitrato de sódio e açúcar, pode-se descartar os resíduos no solo ao lado do bloco IV, pois são inofensivos para o meio ambiente; 30. Iniciar o processo de mistura do propelente. Com o recipiente de propelente já carregado, certificar que ele está fechado. A mistura deve ser feita manualmente segurando o recipiente cilíndrico com seu eixo de simetria na horizontal e iniciar movimentos de translação no plano horizontal seguindo uma trajetória circular. À medida que o movimento é executado deve-se ouvir o propelente bater contra as paredes do recipiente quatro vezes em cada translação. O tempo de mistura deve ser 15 minutos para cada 600g de propelente; 31. Deixar o recipiente repousar na posição vertical sobre a bancada por meia hora antes de abrir a tampa ou usá-lo; 32. Posicionar as janelas do LAE conforme a necessidade.

10 PROCESSO USADO NO CARREGAMENTO DO PROPELENTE DENTRO DE CADA MTP 1. Calculada a massa de propelente necessária para formar o grão propelente com as dimensões e pressão de compactação especificada (neste caso 214g); 2. Primeiramente era adicionado 107 g de propelente ao motor sendo que estava sobre a balança zerada; 3. A superfície do propelente foi aplainada com espeto de churrasco e o punção de prensagem foi manualmente pressionado em diferentes lados da superfície interna do motor pra evitar rebarbas de propelente; 4. O conjunto era prensado em duas etapas: a primeira até atingir 6 ton e então o punção era manualmente removido para se observar se houvera travamento do punção (isso porque a primeira folga entre o envelope e o punção, diâmetro 60mm H7/e9 se mostrou péssima porque travava). Em nenhum dos casos se constatou travamento. A segunda etapa era conduzida até a pressão especificada e a pressão aplicada aos poucos. No final da prensagem era necessário fazer constantes ajustes e acredita-se que isso seja devido aos grãos individuais se acomodando; 5. Depois era adicionado mais 107 g de propelente seguindo a etapa 2 e depois realizava-se a etapa 3 e 4 novamente. 6. O conjunto era removido da prensa e levado até o LAE onde foram embalados na embalagem à vácuo parcial. Somente no dia dos testes é que a camada de cola e pólvora negra era aderida. O objetivo era minimizar a chance de autoignição do motor. CONCLUSÕES Todos os motores foram feitos de grão cilíndrico com 60mm de diâmetro e 50mm de comprimento. Nesta geometria foi possível atingir apenas a região de menor pressão de compactação atingida em nossos estudos anteriores. Usamos 10 toneladas-força, o que gera 34MPa. Usando a equação 5 do trabalho apresentado no SAB 2104 encontramos a massa específica teórica de 1515,243kg/m3. Todos os quatro motores foram prensados em duas cargas de 107g com o objetivo de gerar uma camada de 25mm de espessura. Duas camadas foram instaladas sequencialmente com o objetivo de atingir 50mm de espessura (altura do cilindro de propelente prensado). Não foi possível quebrar a 'marca de laminação', que é a interface entre as duas camadas: isto porque o propelente prensado fica muito rígido e resiliente.

11 Anexos Figura Obtenção do tv