PG-EAM - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Aeronáutica e Mecânica
EN PT
Tese de Doutorado PG-CTE 2022

Avaliação de variáveis de processo em carregamentos multibateladas de propelente sólido compósito

Autor

Bruno Cesar Christo da Cunha

Orientador

Área de Concentração

Química dos Materiais

Programa

Ciências e Tecnologias Espaciais

Data de Defesa

26/08/2022

Número da Tese

78673

Resumo

A depender da missão em que um motor-foguete é empregado, diferenças consideráveis na ordem de grandeza das massas de propelente empregadas nestes são observadas na literatura. Em geral, as estruturas industriais de processamento de propelente sólido compósito têm capacidade limitada e fixa. Neste sentido, no caso dos motores maiores, são necessárias mais de uma batelada para completo carregamento do motor. No entanto, estudos que avaliam carregamentos multibateladas são incipientes e variáveis como tempo de descanso de propelentes não curados, tipo, capacidade e nível dos reatores empregados são negligenciadas nos estudos de propelentes sólidos compósitos. Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência do tempo de espera de massas não curadas antes do carregamento em distintas condições de descanso (Etapa 1), do tipo e tamanho do reator adotado no processo de produção, a influência da interrupção do aquecimento durante a cura (Etapa 2) e a influência do nível adotado no reator nas propriedades mecânicas finais de grãos-propelente sólidos produzidos em processos monobateladas (Etapa 3). Também foi escopo do presente trabalho a avaliação estatística de processos multibateladas ocorridos nas décadas de 2000 e 2010 no Instituto de Aeronáutica e Espaço. A partir da Etapa 1, o propelente não curado submetido ao descanso de até 90 dias antes do carregamento apresenta um comportamento semelhante ao observado em propelentes curados submetidos ao envelhecimento. Para intervalos curtos de armazenamento o material torna-se mais macio e para intervalos de armazenamento mais longos haveria um enrijecimento do material. A Etapa 2 sugere que há uma diminuição da viscosidade quando a massa de propelente processada é aumentada. Verificou-se que a utilização de reatores menores resulta em propelentes mais rígidos e que em reator vertical o propelente tende a se tornar menos rígido, em comparação com o obtido em reator horizontal. A interrupção do aquecimento durante a cura, quando ocorrida no início, pouca influenciaria no processo de cura. Porém, quando a interrupção do aquecimento ocorre em estágio mais avançado da cura, o propelente acaba não curando como curaria sem esta interrupção. Na Etapa 3, ficou demonstrado que o nível do reator deve ser considerado no design do carregamento de um motor-foguete, tanto em processos monobateladas, como em processos multibateladas, uma vez que se obteve um nível ótimo de operação para obtenção de grãos com melhores propriedades. Por fim, na Etapa 4, com base na análise estatística realizada, mesmo afetada pelo pequeno espaço amostral, foi possível constatar que o propelente tende a tornar-se mais macio nas bateladas que são preparadas primeiramente em um processo multibatelada realizado no Instituto de Aeronáutica e Espaço.

Palavras-chave

Propelentes sólidos Materiais compósitos Agentes de cura (materiais) Aglomerantes de propelentes Propriedades mecânicas Processos Engenharia química