PROJETO INTEGRADOR DE QUÍMICA - FOGUETE

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projeto integrador laboratÓrio de quÍmica - foguete
Ingrid Alves	
Juliana Soares
Rinara Gregório
Viviane de Oliveira
Professora/Instrutora: Rosângela 
Coronel Fabriciano 
3º semestre - 2017
	
Centro Universitário do Leste de Minas Gerais
	Projeto Integrador – 1º período:
Escola Politécnica
	
	
	
	
Centro Universitário do Leste de Minas Gerais
	Projeto Integrador Laboratorio de quimica – Foguete – 3º período:
Escola Politécnica
	
INTRODUÇÃO
Segundo a terceira lei de Newton, quando dois corpos interagem aparece um par de forças como resultado dessa interação, ou seja, a ação que um corpo exerce sobre outro. Estas forças são comumente chamadas de par ação-reação. Este é o principal princípio utilizado no lançamento de foguetes.
 O termo foguete aplica-se a um motor que impulsiona um veículo expelindo gases de combustão por queimadores situados em sua parte traseira. Difere de um motor a jato por transportar seu próprio oxidante, o que lhe permite operar na ausência de um suprimento de ar. Os motores de foguetes vêm sendo utilizados amplamente em voos espaciais, nos quais sua grande potência e capacidade de operar no vácuo são essenciais, mas também podem ser empregados para movimentar mísseis, aeroplanos e automóveis. 
Nesta concepção, a construção de um foguete de garrafa PET tem como objetivo a demonstração de alguns conceitos físicos e químicos estudados principalmente na disciplina de Física como: Impulso, quantidade de movimento, leis de Newton, aceleração dos corpos, etc., e da Química, principalmente a parte referente a reações químicas. 
Os resultados práticos (lançamento e vôo) são bastante interessantes, o que mostra na prática a teoria estudada.
OBJETIVO
Descreve-se a construção deste foguete utilizando-se garrafas descartáveis de refrigerante (PET) e a montagem de um sistema de propulsão que funciona com vinagre e bicarbonato de sódio.
 MATERAIS E REAGENTE
Cano PVC 
Joelho PVC
Conexões PVC
Fita isolante
Registro
Pasta Escolar
Garrafa Pet
Vinagre
Bicarbonato
Balão
Água
FUNDAMENTOS TEORICOS
O foguete de garrafa PET aborda uma grande quantidade de fenômenos físicos, e assim, permitindo a interação entre diversas áreas da Física e da Química. O princípio de funcionamento do motor de foguete baseia-se na terceira lei de Newton, a lei da ação e reação, que diz que "a toda ação corresponde uma reação, com a mesma intensidade, mesma direção e sentido contrário". Imaginemos uma câmara fechada onde exista um gás em combustão.
 A queima do gás irá produzir pressão em todas as direções. A câmara não se moverá em nenhuma direção, pois as forças nas paredes opostas da câmara irão se anular.
Se introduzirmos um bocal na câmara, onde os gases possam escapar, haverá um desequilíbrio. A pressão exercida nas paredes laterais opostas continuará não produzindo força, pois a pressão de um lado anulará a do outro. Já a pressão exercida na parte superior da câmara produzirá empuxo, pois não há pressão no lado de baixo (onde está o bocal).
 Assim, o foguete se deslocará para cima por reação à pressão exercida pelos gases em combustão na câmara de combustão do motor. Por isto este tipo de motor é chamado de propulsão por reação. 
Como no espaço exterior não há oxigênio para queimar com o combustível, o foguete deve levar armazenado em tanques não só o propelente (combustível), mas também o oxidante (comburente). 
A magnitude do empuxo produzido (expressão que designa a força produzida pelo motor de foguete) depende da massa e da velocidade dos gases expelidos pelo bocal. Logo, quanto maior a pressão dos gases expelidos, maior o empuxo. Assim, surge o problema de proteger a câmara do bocal e o bocal das altas temperaturas produzidas pela combustão. 
Uma maneira engenhosa de fazer isto é usar um fino jato do próprio propelente usado pelo foguete nas paredes do motor, para formar um isolante térmico e refrigerar o motor. A equação abaixo representa a reação que ocorre no interior do foguete antes do lançamento
CH3COOH(aq) + NaHCO3(s) → CH3COONa(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Segundo a reação, a solução aquosa de ácido etanoico (vinagre) reage com bicarbonato de sódio sólido para formar etanoato de sódio aquoso, água liquida e dióxido de carbono gasoso. 
O dióxido de carbono é o responsável pela elevação da pressão no interior do aparelho e, ao ser liberada da trava de segurança do lançador o impulsiona no sentido contrário ao seu sentido de escape, conforme previsto pela lei da ação-reação de Newton. Como a lei da ação e reação age no experimento?
Tudo se inicia com a reação química que ocorre entre o vinagre (ácido acético) e o bicarbonato de sódio. Tal reação libera CO2 (gás carbônico) com um progressivo aumento da pressão no interior da garrafa. A pressão aumenta a ponto de a rolha escapar. Quando isso acontece, a água e o ar são violentamente expulsos (ação) e empurrando (reação) a garrafa na mesma direção e sentido oposto.
 Por outro lado, a razão entre a força (F) exercida por um corpo perpendicularmente sobre uma superfície e a área (A) de contato deste corpo com a superfície denomina-se pressão [P]. 
O foguete funciona, pois o vinagre e o bicarbonato de sódio (que este embrulhado na trouxinha de papel) reagem entre si formando CO2. Quanto mais gás é liberado, maior a pressão no interior da garrafa. A pressão chega a um ponto tal, que a rolha é forçada a sair. Quando isso ocorre, o vinagre é empurrado para fora em alta velocidade, fazendo com que a garrafa seja empurrada para cima.
 METODOLOGIA
O projeto foi desenvolvido através da construção de protótipos, onde se evidenciou a possibilidade de lançamento de um foguete construído com garrafas PET pela propulsão produzida pela reação química bicarbonato de sódio e vinagre. 
Utilizou-se basicamente, garrafas PET, materiais e equipamentos de baixo custo, tais como canos de PVC, vinagre e bicarbonato de sódio. As duas garrafas PET são os principais componentes do foguete, pois será utilizada para a construção da sua fuselagem, que é composta pela câmara de combustão (que chamaremos de câmara de compressão) e pelo nariz, região frontal do foguete. 
Para a câmara de compressão utilizou-se uma garrafa inteira sem alterações. Esta é a parte do foguete em que estará contido o seu combustível. Para o nariz, utilizou-se apenas a parte de cima da garrafa, cônica. Essa peça tem a função de minimizar o atrito do ar durante o vôo do foguete, fornecendo ao mesmo um formato mais aerodinâmico.
Em seguida, é fixada a parte cônica no fundo da outra garrafa inteira com fita adesiva. É importante que se tenha um bom alinhamento entre estas partes para que não haja maiores complicações durante o vôo. 
O próximo passo é a construção das aletas do foguete. Elas são fundamentais para sua estabilidade durante o voo. Recortam-se a pasta escolar no formato de triângulo, de modo que eles se encaixem na parte cônica da garrafa inteira. 
O formato das aletas é arbitrário, mas utilizaram-se triangulo por conter somente retas e ser mais fácil de manipular durante o corte. Assim, o “foguete” está pronto. A utilização destes materiais se deveu ao fato da concepção de que se pode mostrar o princípio de funcionamento de equipamentos e máquinas sofisticadas como um foguete, utilizando materiais de baixo custo.
 Para encontrar o melhor ângulo em que a plataforma deveria estar para que o foguete alcance a maior distância, vários testes foram realizados com ângulos de lançamento diferentes. Para este trabalho, utilizou-se os ângulos de 30, 45 e 60 graus, sendo que com o ângulo de 25 graus o foguete obteve maior altura e distancia. 
Portanto, com base nas distâncias obtidas pode-se observar que a maior distância alcançada foi com o ângulo de 25°, podendo-se concluir que o melhor ângulo para se ajustar a plataformaé o de 25°.
 As técnicas de construção utilizadas foram a construção de um modelo de foguete com garrafas PET e utilizando a reação química entre o vinagre e bicarbonato de sódio para produzir a força propulsora de lançamento. Deve-se observar também alguns cuidados na montagem para garantir que o foguete tenha uma boa velocidade e aceleração na partida, o que poderá leva-lo a grandes altura.
 CÁLCULO / RESULTADOS E DISCURSÃO
Os resultados obtidos foram por meio dos seguintes cálculos:
70 ps = 4,763 atm P.V = n . R. T
Garrafa pet: 2 litros 4,763 . 2 = n . 0,082 . 298
n = 0,0389 mols 25°c = 298 k 9,526 = 24,436 n 
 
Ácido acético CH3COOH
n = 23,349 g ______ 100%
m = 23,349
 
g
x = 1,167 g 0,389 = X _____ 5% 
 de ácido acético
Bicarbonato NaHCO3
n =
m =
 32,676 
g0,389 = 
 de bicarbonato
 CONCLUSÃO
Neste trabalho descreveu-se a construção de um foguete utilizando garrafas descartáveis de refrigerante (PET) de 2 litros e a montagem de um sistema de propulsão que funciona com vinagre e bicarbonato de sódio.
A proposta da aula foi trazer uma situação macroscópica, no caso os foguetes, para trabalhar conteúdos químicos articulados com outras áreas do conhecimento, como na física II e no calculo III. Para os lançamentos dos foguetes, apropriamos de conteúdos específicos da química. 
Por exemplo, na mistura entre vinagre e bicarbonato de sódio abordamos as evidências de reações, como a liberação de gás, e, ainda, o balanceamento da equação. Mostrou-se também vários fatores que influenciam na estabilidade do foguete durante o voo, como a obtenção e relação entre centro de massa e centro de pressão, além disso, foi possível iniciar o estudo sobre estequiometria, considerando as quantidades de reagentes para um melhor rendimento da reação e trabalhar aspectos básicos da Física, como as leis de Newton, resistência mecânica e lançamento oblíquo; e do calculo, como formas geométricas. 
As atividades foram realizadas em grupos durante todo o desenvolvimento do projeto e, foi possível perceber que estratégias como essa fortalecem o trabalho em equipe, a colaboração dos envolvidos para obtenção de um produto, bem como a socialização entre os discentes.