Embasamento Teórico - Plataforma

Saudações, visitantes!
Mais uma vez nos apresentando, somos a Equipe Angstrum Engenharia, estudantes de Engenharia Mecânica do 3º Período da Faculdade de Tecnologia SENAI CIMATEC. Aqui somos os alunos Daniel Imperial e Luzia Romero, alunos da equipe da Plataforma de Lançamento do Foguete.

Quanto aos requisitos do projeto, existem requisitos quanto à construção e funcionamento da mesma. Descrito no documento oficial enviado pela coordenação, "a plataforma de lançamento deverá ser fabricada totalmente em material polimérico ou cerâmico, ser capaz de suportar os lançamentos sem tombar ou romper e deverá ser sustentada por uma estrutura treliçada. A plataforma poderá ser afixada ao solo para a execução dos lançamentos. Todas as dimensões lineares e angulares, assim como a massa, definidas no projeto do sistema deverão ter uma tolerância de fabricação de ± 5% (...) e um fator de segurança 3."

A partir dos requisitos, caímos para o estudo do que precisamos para formar uma plataforma de lançamento.

Treliças

A base da plataforma, que sustentará o lançamento todo, deverá ser treliçada. Mas afinal, o que é uma treliça?

Como descrito por Hibbeler, em seu livro Mecânica para Engenharia, "treliça é uma estrutura de membros esbeltos conectados entre si em suas extremidades (...) e geralmente são usadas para sustentar telhados e pontes".

Figura 1: Exemplo de treliças. Fonte: http://i.ytimg.com/vi/GF6uqTQAKhw/maxresdefault.jpg

As treliças são muito utilizadas em construções civis para a manutenção de inúmeras estruturas, como vistas em pontes e telhados.

Figura 2. Diagrama de corpo livre, representando as forças que atuam em uma treliça
Fonte: HIBBELER, Estática para Engenharia, página 196, figura 6.2b.

Como mostrado na Figura 2, as treliças são um projeto criado onde os nós (pontos de conexão entre as treliças) sofrem a força aplicada, perpetuando esta força ao longo do eixo do membro, podendo haver força de compressão ou tração.

Por ser um conceito da disciplina de Estática, assume-se que todos os membros de uma treliça estão em equilíbrio e, assim sendo, toda a mesma se encontra com o somatório de forças, em todos os eixos, equivalente a zero. Matematicamente falando, temos as equações:

ΣF = 0; ΣMo = 0, 

onde momento é a força, distribuída nos eixos (seja em 2D ou 3D) e Mo o momento resultante nos eixos do sistema.

Considerando o espaço 3D de trabalho, são estudados os conceitos de Esforço Cortante e Momento Fletor. Simplificando, são as forças e momento que estabilizam o sistema, respectivamente evitando translação e rotação relativa dos componentes da treliça.

Conceitos físicos/mecânicos da treliça

A treliça é uma solução estrutural simples. Na teoria de projeto, os membros individuais de uma treliça simples são sujeitos somente a forças de tração e compressão e não a forças de flexão, 

Qual a treliça mais adequada para o Projeto?

Por ser um projeto que terá que sustentar o foguete, tanto parado quanto durante seu lançamento, sem colapsar a estrutura, examinaremos vários tipos comuns de treliças, como na Figura 5, e seu comportamento para a situação.

Treliças Simples: As treliças são formadas a partir de um triângulo base e por forma que cada novo nó seja agregado através de duas barras, que pode ser visualizada na Fig 3. 

Figura 3. Treliças Simples. Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAABHD0AC/resistencia-dos-materiais-trelicas-cisalhamento-torcao-flambagem

Treliças Compostas: Resultam da associação de duas treliças simples por meio ou de três barras não paralelas nem concorrentes num ponto ou de um nó e uma barra que não concorra nesse nó.

Figura 4. Treliças Compostas. Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAABHD0AC/resistencia-dos-materiais-trelicas-cisalhamento-torcao-flambagem

Figura 5: Tipos de treliça comuns utilizados em pontes. Fonte: http://miliauskasarquitetura.files.wordpress.com/2011/09/pontes-trelic3a7adas-2.jpg

A partir de valores que vem sendo calculados pelo time responsável pela criação do foguete, poderemos ter os parâmetros necessários para definição do tipo adequado de treliça para que a plataforma suporte. O tipo de treliça escolhida deverá levar em consideração a ação da força peso sobre a sua base, assim como o empuxo que representa a força resultante exercida pelo liquido (no caso do foguete a água) no corpo.

Além disso conceitos sobre a construção e cálculos das treliça estão sendo levados em conta, sendo estes que : As barras que formam a treliça ligam-se por meio de articulações sem atrito. As cargas e as reações são aplicadas somente nos nós da treliça. O eixo de cada barra coincide com a reta que une os centros das articulações nas extremidades. As barras são solicitadas somente por esforço normal.

Ontem pedimos ao integrante do time que criasse um esboço que ele fez  baseado no que temos até agora do foguete. Esboço do integrante Ícaro Copello.

Figuras 5 e 6, Esboços primitivos da Plataforma.
Fonte: COPELLO, Ícaro. Equipe Angstrum Engenharia.

Materiais 

Na última reunião, o brainstorming trouxe alguns materiais de baixo custo para serem aplicados como estrutura de suporte:

• Canudos de refrigerante;
• Canudos de pirulito;
• Palitos de churrasco;
• Palitos plásticos.
• Tubos de PVC

É necessário que o material escolhido deve possuir boa resistência mecânica, resistência a tração 

Estaremos analisando a composição dos materiais e procurando outros para atuar como estruturas de suporte do sistema: não é recomendável recriarmos diversas estruturas treliçadas, consumindo tempo e recursos desnecessariamente.

Agradeço a todos pela atenção da postagem! Mais uma vez, não esqueçam de deixar comentários, perguntas ou críticas!

Atenciosamente,

Equipe Angstrum Engenharia.