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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27006| Título: | Análise de bates propelentes KNSU produzidos utilizando compactação a frio e sinterização |
| Título(s) alternativo(s): | Analysis of KNSU propellant bates produced using cold compaction and sinterization |
| Autor(es): | Walber, Wanderson da Cruz |
| Orientador(es): | Bertoldo, Guilherme |
| Palavras-chave: | Foguetes (Aeronáutica) Sinterização Rockets (Aeronautics) Sintering |
| Data do documento: | 26-Ago-2021 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Francisco Beltrao |
| Citação: | WALBER, Wanderson da Cruz. Análise de bates propelentes KNSU produzidos utilizando compactação a frio e sinterização. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharel em Engenharia Química) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Francisco Beltrão, 2021. |
| Resumo: | Propelentes sólidos são constituídos por uma mistura de compostos redutores e oxidantes. O desenvolvimento de novos propelentes ocorre primeiramente em escala laboratorial, com análises de repetibilidade do processo de fabricação e eficiência energética das formulações propostas. As principais características para propelentes utilizados em competições de foguetes experimentais são: disponibilidade de recurso; facilidade de fabricação; repetibilidade; e segurança. Tais características são encontradas no propelente KNSU, produzido a partir de nitrato de potássio e sacarose. A produção deste propelente é dividida em três etapas: moagem; derretimento dos grãos; e secagem/compactação. A etapa de derretimento dos grãos é vista como a mais crítica, devido à baixa repetibilidade do processo, dificuldade em moldar no formato desejado (devido à alta viscosidade) e fatores de segurança. O processo de sinterização trata-se do aquecimento abaixo da temperatura de fusão de um determinado material compactado, técnica muito utilizada para produção de materiais com alta densidade e melhores propriedades mecânicas. O presente trabalho visa estudar a substituição da etapa de derretimento dos grãos por uma etapa de sinterização do pó compactado, analisando diferentes tempos e temperaturas de sinterização, suas características mecânicas, repetibilidade do processo e a higroscopicidade do propelente sinterizado. Esse processo de produção, obteve um desvio padrão médio de 0,013 g/cm3 nas 72 amostras produzidas. Foram realizados ensaios mecânicos de compressão axial e compressão diametral, para o primeiro, as amostras foram submetidas a uma escala gradual de temperatura no início da sinterização. No segundo ensaio, o processo de sinterização iniciou-se já na temperatura desejada. No ensaio de compressão axial foi obtida uma tensão máxima 589% maior com a sinterização a 137 °C e 4,5 horas. No ensaio de compressão diametral, amostras sinterizadas por 1,5 horas e 110 °C suportaram 40% a mais de carga. Supõe-se que o menor desempenho das amostras do segundo ensaio, deva-se à mudança no processo inicial de sinterização entre os dois testes. Quanto à higroscopicidade, não houve mudanças significativas entre o pó compactado e o pó compactado sinterizado. |
| Abstract: | Solid propellants consist of a mixture of reducing and oxidizing compounds. The development of new propellants takes place primarily on a laboratory scale, with analysis of the repeatability of the manufacturing process and energy efficiency of the proposed formulations. The main characteristics for propellants used in experimental rocket competitions are: resource availability; ease of fabrication; repeatability; and secure processes. Such characteristics are found in the KNSU propellant, produced from potassium nitrate and sucrose. The production of this propellant is divided into three stages: milling; melting of the grains; and drying/compacting. The grain melting step is seen as the most critical, due to the low repeatability of the process, difficulty in molding into the desired shape (due to the high viscosity) and safety factors. Sintering is the process of heating below the melting temperature a certain compacted material, a technique widely used to produce materials with high density and better mechanical properties. The present work aims to study the replacement of the grain melting step by a compacted powder sintering step, analyzing different sintering times and temperatures, mechanical characteristics, process repeatability and the hygroscopicity of the sintered propellant. This production process obtained an average standard deviation of 0.013 g/cm3 in the 72 samples produced. Mechanical tests of stress-strain and diametrical compression were performed. For the first, the samples were submitted to a gradual temperature scale at the beginning of the sintering. In the second test, the sintering process started already at the desired temperature. In the stress-strain test, a maximum stress 589% higher was obtained with sintering at 137 °C and 4.5 hours. In the diametrical compression test, samples sintered for 1.5 hours and 110 °C supported 40% more stress. It is supposed that the lower performance of the samples from the second test is due to the change in the initial sintering process.As for hygroscopicity, there were no significant changes between the compacted powder and the sintered compacted powder. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27006 |
| Aparece nas coleções: | FB - Engenharia Química |
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