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Foguetes de Garrafa Pet

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FOGUETE DE GARRAFA PET
Cleber Ronaldo Farias
 Micheli Fernanda Pereira
Ricardo Laufer
Prof. Israel Willian Voigt
Centro Universitário Leonardo da Vinci - UNIASSELVI
Engenharia de Produção (ENG 0033) - Seminário Interdisciplinar
01/12/2017
RESUMO
Os foguetes de garrafa PET proporciona uma atividade de montagem simples e atrativa para os alunos que estejam cursando engenharia, uma vez que utiliza conceitos de Física e alguns de Química. Neste trabalho de pesquisa, descreve-se a construção deste foguete utilizando-se garrafas descartáveis de refrigerante (PET) de dois litros e a montagem de um sistema de propulsão que funciona com vinagre e bicarbonato de sódio. Também alguns fatores que podem interferir na estabilidade do foguete durante seu lançamento e o vôo propriamente dito, como por exemplo, uma ótima relação entre centro de massa e centro de pressão. Na Mecânica dos Sólidos, utilizam-se as leis de Newton, Momento Linear, Centro de Massa, Centro de Gravidade, etc. Na Mecânica dos Fluídos, utiliza-se as propriedades dos fluídos, a equação da continuidade e a equação de Bernoulli. Com uma montagem relativamente simples, porém cuidadosa, pode-se ter uma boa propulsão de lançamento.
Palavras-chave: Foguete - Física - Lançamento.
1 INTRODUÇAO
ORIGEM DE LANÇAMENTO
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.
 PRINCÍPIO DOS FOGUETES
O conceito 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. 
 Toda 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.
2 DESENVOLVIMENTO
2.1 OS FOGUETES
 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.
Imaginemos um foguete real em 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.
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.
Assim, o foguete se deslocará para cima por reação à pressão exercida pelos gases, isto é chamado de propulsão por reação.
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. A equação abaixo representa a reação química que ocorre no interior do foguete antes do lançamento do foguete de bicarbonato de sódio com vinagre.
 2 H3C – COOH(aq) + Na2CO3(s) → 2H3C – COONa(aq) + H2O(l) + CO2(g)
Segundo a reação, a solução aquosa de ácido etanóico (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.
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.
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.
O segundo foguete com sistema de propulsão consta da base de lançamento e o aparato de pressurização que será conectado à câmara de compressão do foguete.
Diferentemente dos aviões que possuem asas e superfícies móveis de controle produzindo sustentação e permitindo a realização de vôos na horizontal, os foguetes são veículos projetados para se deslocar na direção vertical, ou o mais próximo possível desta, vencendo a força da gravidade. 
MATERIAIS E MÉTODOS
 3.1MATERIAIS
Basicamente utilizaram-se, garrafas PET, materiais e equipamentos de projeto foi desenvolvido através da construção de protótipos, onde se evidenciou a possibilidade de lançamento de um foguete construído com garrafas PET de dois litros pela propulsão produzida pela reação química bicarbonato de sódio baixo custo, tais como madeira compensada, prego, isopor, fitas, bexiga, vinagre e bicarbonato de sódio. Para o segundo foguete usamos papelão, mangueira, bico de ar, isopor, fitas, bexiga e cola.
As duas garrafas PET são os principais componentes do foguete, pois serão utilizadas 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.
O próximo passo é a construção das aletas do foguete. Elas são fundamentais para sua estabilidade durante o voo. Recortam-se as bandejas de isopor de alta densidade no formato de trapézios, de modo que eles se encaixem na parte cônica da garrafa inteira. O formato das aletas é arbitrário, mas utilizaram-se trapézios por conter somente retos e ser mais fácil de manipular durante o corte.
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.
Foguete 01:
 
 Foguete 02:
3.2MÉTODOS
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, utilizaram-se o ângulo de 55º graus.
As técnicas de construção utilizadas foram à 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.
 Também se devem 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 alturas.
 Conforme o projeto foi sendo testado, percebeu-se que dependendoda quantidade de vinagre e bicarbonato e a pressão aplicada, a altura variou mostrada em números na tabela. A pressão também variava conforme teste 01 e 02, pois cada foguete foi usado um método diferente. 
 Dois cuidados muito importantes para a estabilidade do foguete durante o vôo já foram tomados: utilizar uma garrafa cilíndrica, pelo fato de possuir simetria radial, e colar as aletas de maneira simétrica. Estes fatores nos proporcionam uma distribuição de massa razoavelmente homogênea em relação ao plano que passa pelo centro do foguete na vertical.
 
Tabela 02 - Testes relacionados com seu tempo de percurso e altura alcançada. 
 
Testes:
1º teste: 2,9 metros de Distância-Tempo: 1,2seg – Altura: 1,2m
2º teste: 28,6 metros de Distância-Tempo: 2,4seg – Altura: 7m
 Cálculo Foguete 01.
Tang 55º
X/ 209
1,24281 x 290 = X
X= 4,14m 
4 CONCLUSÃO
 Neste trabalho descreveu-se a construção e testes de foguetes utilizando garrafas descartáveis de refrigerante (PET) de 2 litros e a montagem de um sistema de propulsão que funcionam com vinagre e bicarbonato de sódio e o segundo foguete de garrafas pet sob pressão.
 Mostraram-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. Apresentou-se ainda a teoria envolvida durante o lançamento por meio de algumas aproximações, mostrando a aplicabilidade de assuntos com as leis de Newton, conceito de momento linear, velocidade relativa e movimento de um fluido utilizando-se o conceito de pressão, a equação de Bernoulli e a equação de continuidade.
 Desta forma, pode-se concluir que a pesquisa alcançou os resultados esperados, mostrando assim que os conteúdos de várias disciplinas podem estar interligados e trabalhados de forma interdisciplinar, com alternativas de metodologias práticas e simples motivadoras para os estudantes propiciando que eles entendam melhor os fenômenos que os cercam. 
 Assim, a pesquisa procurou demonstrar a modelagem de fabricação de foguetes (princípio de funcionamento) utilizando reações químicas como força propulsora, um modelo bastante simples com conceitos já conhecidos pelos alunos de Engenharia de Produção.
 Ressalta-se neste trabalho, que é necessário que se traga o conteúdo da Física e da Química de uma maneira pratica visando despertar os interesses dos estudantes sobre os aspectos do universo e as leis que o regem de um modo “palpável” que possa influenciar de maneira estimuladora para o desenvolvimento de novos jovens cientistas que com o estimulo certo serão o futuro e o progresso das Ciências. 
5 REFERÊNCIAS
SCHNETZLER, R. P. A pesquisa em ensino de química no Brasil. Química Nova, v. 25, suplemento 1, p. 14-24, 2002. SOUZA, J. A. 
NUSSENSVEIG. Moisés H. Curso de Física Básica: Fluidos, Oscilações, Ondas e Calor. V. 2, 4. Ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2002.
Relatório de foguete movido a vinagre e bicarbonato de sódio. Disponível em: www.ebah.com.br. Acesso em 25/04/2013. 
SANTOS, W. L. P. Educação científica na perspectiva de letramento como prática social: funções, princípios e desafios. Revista Brasileira de Educação, v. 36, p. 474-550, 2007.

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