Desenvolvimento e otimização de materiais hipergólicos para aplicação em motores foguetes

• Main Author: Maschio, Leandro José
• Other Authors: Vieira, Ricardo
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2017
• Subjects: Etanol; Ethanol; Green propellants; Hydrogen peroxide; Monoetanolamina; Monoethanolamine; Peróxido de hidrogênio
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97134/tde-21112017-132232/

Nas últimas décadas, tem havido um crescente interesse pelo desenvolvimento de novos sistemas propulsivos que permitam conciliar baixo custo, reduzido impacto ambiental, menor tempo de desenvolvimento e maior segurança de operação. Dentro deste contexto, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um combustível para motor foguete, com baixa toxicidade e elevada densidade de empuxo, à base de etanol e monoetanolamina catalisada com diferentes materiais catalíticos e hipergólico com o peróxido de hidrogênio (H2O2). Primeiramente, foi desenvolvido um sistema para concentração do H2O2. Paralelamente, foram estudados os fatores físicos e químicos que influenciam o tempo de indução do par hipergólico e elaborado um programa experimental para avaliar a velocidade de ignição dos diferentes combustíveis preparados a partir da dissolução de catalisadores em monoetanolamina. Dentre os materiais catalíticos testados o nitrato de cobre foi aquele que apresentou o melhor desempenho. A proporção dos constituintes do combustível, ideal, foi de 61,0% de monoetanolamina e 30,1% de etanol e 8,9% de Cu(NO3)2.3H2O em massa. Finalmente, os resultados analíticos e experimentais geraram informações para a fabricação e testes de um propulsor de 50 N de empuxo teórico, operando com este combustível e com H2O2 90% como oxidante. Este estudo mostrou que a adição de etanol ao sistema reduz, significativamente, o atraso de ignição e aumenta o impulso específico do sistema. O custo destes propelentes é bem inferior àqueles empregados tradicionalmente em propulsão e o desempenho bastante similar, não sendo, entretanto, agressivos ao meio ambiente. === In recent decades, interest in development of new propulsion systems has grown. The new systems reconcile low cost, reduced environmental impact, quick development, and safer operation. The objective of this study was to develop a rocket fuel that was not highly toxic and had high thrust density. The fuel is based on ethanol and monoethanolamine; Di_erent catalysts and hypergolic materials were used with hydrogen peroxide (H2O2). While an H2O2 concentration system system was developed, the physical and chemical factors that inuenced the induction time of hyperbolic pairs were studied and an experimental program was developed that would evaluate the ignition speed of di_erent catalysts that were dissolved in monoethanolamine. Copper nitrate was the best catalyst of those tested. The ideal ratio of fuel components was 61.0% monoethanolamine to 30.1% ethanol to 8.9% Cu(NO3) 2.3H2O by mass. Finally, the experimental and analytical results generated the information needed for manufacture and testing of the thruster. The thruster could theoretically generate 50 N of thrust using the ideal fuel and 90% H2O2 as an oxidant. This study showed that adding ethanol to the system signi_cantly reduced ignition delay and increased the system\'s speci_c thrust. This fuel costs much less that those that are normally used in rockets and the performance if very similar. In addition, it causes less damage to the environment.