Anais do XVI Encontro de Iniciação Científica e Pós-Graduação do ITA XVI ENCITA / 2010 Instituto Tecnológico de Aeronáutica São José dos Campos SP Brasil 20 de outubro de 2010 Rafael Anthero ITA Instituto Tecnológico de Aeronáutica Divisão de Engenharia Aeronáutica Praça Marechal Eduardo Gomes 50 São José dos Campos - SP Bolsista PIBIC-CNPq rafael.anthero@gmail.com Amilcar Porto Pimenta ITA Instituto Tecnológico de Aeronáutica Divisão de Engenharia Aeronáutica Praça Marechal Eduardo Gomes 50 São José dos Campos - SP Bolsista PIBIC-CNPq amilcar@ita.br CONSTRUÇÃO DE UM TUBO DE DETONAÇÃO Resumo. O estudo de ondas de detonação vem a ser fundamental para compreender como funcionam diversas aplicações futuras tendo como exemplo motores hipersônicos. Para isso deu-se início ao projeto de um Tubo de Detonação comumente conhecido como vaso de pressão que possibilita a medição de velocidade e de pressão de ondas de detonação de diversos tipos de combustíveis. Etapas se mostraram necessárias para realizar a primeira etapa do projeto tais como: estudo do projeto inicial francês fazendo adaptações necessárias para tornar viável a construção no Brasil; produção da lista de materiais necessários para o projeto; projeto em software 3D (Catia); início da construção do tubo. Palavras chave: Tubo de detonação vaso de pressão motores hipersônicos. 1. Introdução Inicialmente foi estudado o projeto original (cedido pelo professor Pierre Vidal da Universidade Poitiers França) com o intuito de torná-lo viável para construção no Brasil. Nele fotos e pequenas informações descreviam o tubo de detonação Frances que é usado para análises de combustíveis conforme as figuras abaixo: Figura 1 - Parte do material original Frances cedido.
Anais do XVI ENCITA ITA20 de outubro de 2010 Figura 2 - Tubo de detonação Frances em operação. Modificações foram necessárias pois peças de cunho industrial do projeto Frances não apresentavam as mesmas especificações que as similares brasileiras e devido a necessidade de adaptar o projeto para as necessidades do ITA. Um primeiro exemplo é os flanges do tipo macho/fêmea cuja revenda não é encontrada no Brasil. Figura 3 - Flanges usadas no Brasil.
Anais do XVI ENCITA ITA20 de outubro de 2010 Figura 4 - Flanges necessárias ao projeto. Não obstante o elevado custo do aço AISI 316 utilizado no projeto original fez com que um refinamento na escolha do material fosse necessário para o andamento do projeto. Posteriormente por meio da análise de fotos do projeto Frances foi possível utilizar a engenharia reversa para criar desenhos em software 3D (CATIA) facilitando a concepção do projeto como um todo. 2. Descrição de procedimentos De inicio foi cogitada a utilização do aço AISI 316 um aço comum em turbinas para a utilização no projeto como um todo. Todavia após melhor análise este aço mostrou-se com características não condizentes para a utilização no projeto por ter características muito superiores as condições dos testes tais como resistência a altas temperaturas e a picos de pressão. Como substituto foi utilizado o aço AISI 304. Na figura abaixo pode ser visto que a dureza do AISI 316 é superior principalmente sob condições de alta temperatura. Como teremos somente uma queima de combustível e não uma série destas a temperatura média na parede interna do tubo pode ser considerada mais próxima de 300ºC do que de 500ºC. Nestas condições a curva de dureza do aço AISI 304 se mostra superior a do aço AISI 316. Figura 5 - Dureza Vickers para o aço AISI 304 e AISI 316.
Anais do XVI ENCITA ITA20 de outubro de 2010 Encontrou-se dificuldade na usinagem de peças pois aços da família AISI apresentam a característica de aumento da dureza conforme ele é usinado. Este fato pode ser observado na figura acima pois conforme a usinagem se processa a temperatura do material aumenta consideravelmente aumentando assim sua dureza. Ferramentais como serras e laminas de usinagem com elevada dureza Vickers mostraram-se necessários para solução do problema. Sensores e amplificadores são necessários para captação dos dados desejados. Está em processo de estudo a possibilidade de eles serem fabricados tendo assim um produto totalmente nacional. 2.1. Projeto desenvolvido Algumas das etapas que o projeto passou podem ser mostradas por meio das figuras a seguir: Figura 6 - Desenho em software CATIA de uma dos flanges utilizadas no projeto. Figura 7 - Exemplo do flange do tipo macho/fêmea usinado.
Anais do XVI ENCITA ITA20 de outubro de 2010 Figura 8 - Desenho em software CATIA da flange cega (tampa) utilizada no projeto. Figura 9 - Exemplo do flange cega usinado. Figura 10 - Desenho em software CATIA do Tubo de Detonação montado.
Anais do XVI ENCITA ITA20 de outubro de 2010 Figura 11 - Detalhe da espessura da parede do tubo (1/2 ). Figura 12 - Drafting do flange central para admissão do combustível.
Anais do XVI ENCITA ITA20 de outubro de 2010 Figura 13 - Flange central para admissão do combustível usinada. Devido a elevados picos de pressão o projeto do vaso de pressão tornou-se dificultoso devido ao seu grande custo sendo assim necessárias licitações e doações de empresas que apresentam interesse nos resultados futuramente colhidos (Embraer) e de outras que se dispoem a doar equipamentos necessários ao projeto. Ao mesmo tempo temos que ter um projeto seguro pois devido a grande quantidade de enegia liberada na detonação do combústivel inidentes podem trazer risco a vida dos operadores. No começo do ano de 2011 o vaso de pressão estará pronto para seus primeiros testes visando o desenvolvimento de novas tecnologias. 3. Agradecimentos Primeiramente não podemos deixar de agradecer o professor Amilcar Porto Pimenta por ser aquele em que nos deu a chance de trabalhar neste projeto mesmo não nos conhecendo anteriormente. Não menos responsável pela concepção do projeto está o Professor Pierre Vidal da Universidade Poitiers da França por nos honrar com as ideias necessárias para a construção no vaso de pressão brasileiro. Agradecemos também o professor Jefferson de Oliveira Gomes do CCM por nos ajudar com a usinagem de peças. Pelo mesmo motivo temos de agradecer o técnico mecânico Ronaldo da Silva Menezes do laboratório FENG. Ao engenheiro Ivan Anthero devemos agradecer por passar seus conhecimentos em materiais e pela ajuda na busca de fornecedores. Não poderíamos deixar de agradecer a CNPq por toda ajuda dada ao projeto.