APS 1 - 2021 - Carrinho de Ar Comprimido

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UNIVERSIDADE PAULISTA 
 
 
 
ALISSON FELIPE ARAUJO BATISTA 
ERIC KISS MURGUIA 
SAMUEL SOARES DA COSTA 
MIKAEL HENRIQUE L ZININHO 
GABRIEL CAMPOS BARCCARO 
LUIS HENRIQUE BRANDO 
LUIZ GUILHERME NANZER MARCIANI 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CARRINHO MOVIDO A AR COMPRIMIDO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
JUNDIAI 
2021
 
 
ALISSON FELIPE ARAUJO BATISTA 
ERIC KISS MURGUIA 
SAMUEL SOARES DA COSTA 
MIKAE HENRIQUE L ZININHO 
GABRIEL CAMPOS BARCCARO 
LUIS HENRIQUE BRANDO 
LUIZ GUILHERME NANZER MARCIANI 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CARRINHO MOVIDO A AR COMPRIMDO 
 
 
 
Trabalho de APS para conclusão 
semestral do curso de engenharia, 
apresentado à Universidade Paulista – 
UNIP. 
 
 
 
JUNDIAÍ 
2021 
 
 
RESUMO 
Esse trabalho consiste em pesquisar, projetar e construir um carro que seja 
tracionado a partir do mecanismo de propulsão a ar comprimido, como meio de 
trabalho, sendo a resposta da antítese do impacto do uso de combustíveis fósseis, 
através do uso de fontes de energia renováveis. Através da tração traseira é a 
maneira utilizada para colocar o veículo em movimento, possuindo um motor de 
propulsão que faz mudar do estado de repouso do veículo para o em movimento. Os 
meios de tração de motores a propulsão são usados para mover aviões, 
espaçonaves, carros, trens, navios, submarinos, etc. 
Os princípios de tração foram baseados na terceira lei de Newton, a lei da ação 
e reação, que diz que “toda ação corresponde a uma reação, com a mesma 
intensidade, direção e sentidos opostos”. 
 
Palavras-chave: Projetar e construir, carro de propulsão a ar comprimido, 
tração, fontes de energia renováveis, terceira lei de Newton. 
ABSTRACT 
This work consists of researching, designing and building a car that is pulled 
from the compressed air propulsion mechanism, as a means of work, being the 
answer to the antithesis of the impact of the use of fossil fuels, through the use of 
renewable energy sources. . Through rear-wheel drive it is the way used to put the 
vehicle in motion, having a propulsion engine that changes from the vehicle's resting 
state to the one in motion. The propulsion means of propulsion engines are used to 
move planes, spaceships, cars, trains, ships, submarines, etc. 
The principles of traction were based on Newton's third law, the law of action 
and reaction, which says that "every action corresponds to a reaction, with the same 
intensity, direction and opposite directions". 
 
Keywords: Design and build, compressed air propulsion car, traction, renewable 
energy sources, Newton's third law. 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
FIGURA 1: CIRCUITO DE PRODUÇÃO, DISTRIBUIÇÃO E CONDICIONAMENTO 
DE AR COMPRIMIDO................................................................................................. 8 
FIGURA 2: TURBINA TESLA ..................................................................................... 9 
FIGURA 3: FUNCIONAMENTO ................................................................................ 12 
FIGURA 4: GARRAFA PET E VALVULA DE CÂMARA .......................................... 13 
FIGURA 5: VÁLVULA REGULADORA .................................................................... 13 
FIGURA 6: MICROTURBINA TESLA ....................................................................... 14 
FIGURA 7: KIT ENGRENAGENS ............................................................................. 14 
FIGURA 8: CHASSI .................................................................................................. 15 
FIGURA 9: FINALIZAÇÃO DO PROTÓTIPO ........................................................... 16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SÚMARIO 
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 5 
2. OBJETIVOS ............................................................................................................ 6 
2.1. OBJETIVO GERAL ........................................................................................................................................... 6 
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................................................... 6 
3. FUNDAMENTOS HISTÓRICOS ............................................................................. 7 
3.1 FUNCIONAMENTO DE SISTEMAS PNEUMÁTICOS EM EMPRESAS ...................................................................................... 7 
3.2 MICROTURBINA DE TESLA ................................................................................................................................... 8 
4. METODOLOGIA ................................................................................................... 10 
5. MATERIAIS UTILIZADOS E CUSTOS ................................................................. 11 
6. MONTAGEM DO CARRINHO .............................................................................. 12 
6.1. PROJETO ..................................................................................................................................................... 12 
6.1.1 Funcionamento .......................................................................................................................................12 
6.1.2 Reservatório de AR ..................................................................................................................................13 
6.1.3 Válvula Reguladora de Pressão ...............................................................................................................13 
6.1.4. Turbina Tesla .........................................................................................................................................14 
6.1.5 Kit engrenagens ......................................................................................................................................14 
6.1.6 Chassi .....................................................................................................................................................15 
6.2 PROTÓTIPO FINALIZADO ................................................................................................................................... 15 
7. CONCLUSÃO ....................................................................................................... 17 
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 18 
5 
 
1. INTRODUÇÃO 
Este trabalho contém o desenvolvimento da teoria para a construção de um 
carro movido a propulsão a ar seguindo estritamente as especificações descritas no 
manual de atividade prática supervisionada (APS) onde permitiram aplicar na prática 
conhecimentos de pesquisa, planejamento, gerenciamento de projetos simples, 
liderança e itens estudados dentro de sala de aula como, por exemplo, mecânica 
dos fluidos. 
Este Documento foi orientado em duas partes: primeiro, foi aportado o escopo 
do trabalho. Posteriormente foram descritas as etapas de desenvolvimento de 
construção do carrinho. 
Os métodos de estudo de cálculos e elaboração do conteúdo aqui dissertado 
foram oriundos de pesquisas em livros, revistas e sites específicos com o auxílio de 
professores e profissionais da área de Engenharia Mecânica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 
2. OBJETIVOS 
2.1. Objetivo Geral 
Projetar e construir um carro com propulsão a jato de ar, que deverá ter no 
mínimo 100 mm e no máximo 400 mm de Comprimento e Largura e tenha Altura 
entre 50 mm e 400 mm, contendo um reservatório para o ar comprimido que tenha 
no máximo 4 bar de pressão. O Carro deve conseguir chegar até o fim da pista de 
prova dentro de um tempo cronometrado. 
2.2. Objetivos Específicos 
Adquirir e aprimorar os conhecimentos referentes ao modelo de carro proposto,o projetando e construindo de acordo com os parâmetros determinados. 
Pesquisando sobre o funcionamento e os componentes desse carro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
3. FUNDAMENTOS HISTÓRICOS 
Os sistemas pneumáticos se baseiam na transmissão de energia a partir da 
diferença de pressão por um fluido gasoso como, por exemplo, o ar comprimido. O 
funcionamento é muito semelhante ao sistema hidráulico, onde a única diferença é a 
utilização de um fluido gasoso ao invés de um fluido líquido. Além do ar comprimido, 
diversos gases podem ser usados em sistemas pneumáticos, como o nitrogênio, 
hélio, hidrogênio ou outros gases inertes. 
Os circuitos pneumáticos operam com uma pressão entre 5 e 10 bar 
comparado aos 200 bar utilizados em sistemas hidráulicos, oferecendo, para o 
circuito pneumático, menos risco na operação, por possuir uma pressão inferior, e 
um custo menor em função da utilização de componentes que podem ser feitos de 
materiais mais finos e mais baratos, quando comparados aos materiais utilizados no 
sistema hidráulico. 
A pneumática oferece aplicações mais abrangentes por terem um sistema mais 
simples e robustos, sendo aptos para trabalhar em ambientes mais hostis onde 
estão sujeitos a presença de poeira e umidade, além da possibilidade de expelir o ar 
utilizado na atmosfera, sem preocupações com agressões ao meio ambiente e uma 
vantagem de se obter os gases em grandes quantidades sem limitações. 
3.1 Funcionamento de sistemas pneumáticos em empresas 
 Existem muitos tipos de sistemas pneumáticos e eles podem funcionar de 
diversas maneiras, porém, o circuito mais comum contém um compressor, para 
comprimir o ar e gerar uma diferença de pressão no sistema, passa por uma 
tubulação a fim de chegar em uma máquina onde essa energia potencial 
armazenada na diferença de pressão é transformada em trabalho através de meios 
de motorização. 
 O ar, ou o gás de escolha, inicia o processo sendo comprimido pelo 
compressor onde ele é, depois, filtrado e desumidificado para passar pelo sistema 
sem contaminações afim de evitar possíveis danos causados pela passagem de 
sujeira presentes no ar. 
 Esse gás, já purificado, é transportado pela fábrica usando uma tubulação 
customizada onde o ar é dividido para cada máquina por meio de redes primárias e 
8 
 
redes secundárias limitadas por válvulas para evitar perdas de pressão para o 
ambiente. 
 No final de cada rede tem engates rápidos para uso de máquinas móveis, 
como grampeadores, parafusadeiras, esmerilhadeiras e entre outras. A Figura 1 
mostra um exemplo visual de como funciona um sistema pneumático. 
Figura 1: Circuito de produção, distribuição e condicionamento de ar 
comprimido. 
 
Fonte: DE NEGRI, 2001. 
3.2 Microturbina de Tesla 
Na busca por novas alternativas, e um tema que trouxesse inovação, verificou-
se a existência de um modelo de turbina que apresenta características construtivas 
muito interessantes, e pouco exploradas atualmente. Concebida e patenteada por 
Nikola Tesla em 6 de maio de 1913, a turbina de Tesla tem o diferencial de ser 
estruturalmente mais simples, quando comparada com modelos feitos por inventores 
de diferentes turbinas, consequentemente aliviando o custo de montagem. O tal 
aspecto despertou o interesse deste estudo sob o viés de micro geração. 
Como mostrado na Figura 2, a turbina é composta por um conjunto de discos 
lisos paralelos unidos, com espaçamento uniforme, em um eixo rotor. Este eixo é 
apoiado por mancais e permite a rotação dos discos. Há também dois bocais que 
direcionam o fluido de forma tangencial aos discos, para entrada e outro para a 
saída. 
9 
 
Figura 2: Turbina Tesla 
 
Fonte: Wikipédia (2019) 
A turbina é de fluxo de fluido sem pás patenteada por Nikola Tesla em 1913 na 
Inglaterra. Funciona em resultante da teoria da camada limite, no qual, quando um 
fluido escoa sobre uma superfície, o fluido em contato com os discos adere à 
mesma. Entretanto, as partículas aderidas à parede assumem estado de repouso, 
resultando em atrito entre o sólido e o fluido. O escoamento direcionado pelos discos 
e bocais ocasiona em um momento binário, que é responsável por impelir torque ao 
eixo rotor, por não possuir pás, a turbina tende à mesma velocidade de escoamento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
 
4. METODOLOGIA 
Para desenvolver esse projeto, contamos com uma equipe de sete pessoas, 
composta pelos estudantes Alison, Eric, Gabriel, Luis, Luiz, Mikael e Samuel. 
 Dividimos as funções das seguintes formas, de acordo com a capacidade de 
melhor desempenho de cada um, Alison responsável pela conclusão, 
Eric pela criação do projeto, Gabriel por fundamentos históricos, Luis pelo objetivo, 
Luiz pela introdução, união das partes e estrutura de trabalho, Mikael pela 
especificação da metodologia no trabalho e Samuel o resumo. 
 Nossa união na tabulação buscou trazer facilidade na compreensão do 
trabalho passando todo o tratamento de dados de maneira limpa e objetiva. 
 Essa pesquisa explicativa, tem como objetivo trazer um protótipo adequado se 
baseando em um modelo de turbina desenvolvido por Nikolas Tesla, que traz a 
linhagem de procedimentos diretos, embasado em testes, feitos com o mesmo. 
 Com as nossas coletas de dados conseguimos replicar nossa proposta em 
nosso modelo, fizemos a estrutura para serem colocadas as peças que formam o 
nosso conjunto, ela envolve todas as peças nessa única base, ligamos os circuitos 
pneumáticos (enchemos as garrafas de ar), o ar é distribuído ao motor por meio das 
mangueiras, o mesmo gira, passando para as engrenagens que transmitem potência 
para o carrinho, por meio dos Eixos, promovendo velocidade de rotação e torque e 
por fim, vê-lo andar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
5. MATERIAIS UTILIZADOS E CUSTOS 
Vale ressaltar que até a finalização do projeto os valores podem sofrer 
alterações. 
Itens Quantidade Valor 
Rodinha 4 15,00 R$ à unidade 
Garrafas pet 2 Reutilização 
Canos de PVC 20cm Diâmetro de 2cm 5,39 R$ o metro 
Tubos de borracha 10cm Diâmetro de 2cm 20,99 R$ o metro 
Válvula Reguladora de Pressão 1 14,99 R$ 
Turbina de Tesla 1 Confecção do grupo 
Cilindros de alumínio 3 5,00 R$ à unidade 
Câmara de bicicleta 2 17,00 R$ à unidade 
Rolamento com 1cm de diâmetro externo 10 34,90 R$ 
Engrenagens 5 35,00 R$ 
Valor total 220,27 R$ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
 
6. MONTAGEM DO CARRINHO 
A ideia principal da Atividade pratica supervisionada baseia-se na confecção do 
protótipo de um carrinho com sistema de propulsão à ar comprimido, e devido a 
situação atual em que nos encontramos não foi possível concluir a montagem inteira 
do carrinho. 
6.1. Projeto 
Para iniciar a montagem do protótipo foi necessário confeccionar um projeto no 
programa solidworks para desenvolver de maneira detalhada a ideia final do 
protótipo, com isso foi possível dimensionar todas as ideias e transcrever para algo 
concreto. 
6.1.1 Funcionamento 
O princípio de funcionamento do protótipo baseia-se na utilização o ar 
comprimido em um reservatório, o gás passa pelos tubos transmissores e uma 
válvula reguladora de pressão até a microturbina onde ocorre a transformação da 
pressão do ar em energia cinética, e pôr fim a energia cinética será transformada em 
trabalho a partir do sistema de engrenagens, dando assim movimento as rodas do 
protótipo, conforme ilustrado na figura 3. 
Figura 3: Funcionamento 
 
Fonte: Própria (2021) 
13 
 
6.1.2 Reservatório de AR 
Para armezenar o ar comprimido será necessario a utilização de um 
reservatório que suporta uma quantia considerável de pressão, e para isto foi 
utilizado duas garrafas pet de 2 litros com a capacidade máxima de 4bar. 
Este sistema conta com uma valvula de camara de bicicleta, cuja a função 
será de abastecer o reservatório, de forma simples e de fcil acesso, sendo assim 
alocado no fundo da garrafa, a figura4 demonstra os materias utilizados para 
confeccionar o reservatório. 
Figura 4: Garrafa pet e valvula de câmara 
 
Fonte:Bike vip shop (2021) 
6.1.3 Válvula Reguladora de Pressão 
O sistema conta com uma válvula reguladora de pressão, cujo seu princípio 
ativo é ajustar a pressão do ar que passa pela sua linha e manter a pressão 
constante, conforme ilustrado na imagem 5. 
Figura 5: Válvula Reguladora 
 
14 
 
Fonte: Própria (2021) 
6.1.4. Turbina Tesla 
O maior desafio foi desenvolver algo totalmente diferente do que já foi 
apresentado anteriormente, e que se mostrasse com a mesma eficiência. Após um 
Brainstorming realizado pelo grupo, conforme ilustrado na Figura 6, a decisão foi de 
utilizar a Microturbina Tesla, já que possui uma mecânica diferenciada e interessante 
para usos desse tipo. 
Figura 6: Microturbina Tesla 
 
Fonte: Própria (2021) 
6.1.5 Kit engrenagens 
Após a definição do sistema de propulsão foi necessário pensar em um formar 
de transformar a energia cinética em trabalho, e para isto utilizamos um kit com 
engrenagens ligadas à duas rodas do protótipo, conforme demonstrado na figura 7. 
A turbina tesla tende a ter um RPM muito elevado porém não possui muito 
torque, portanto, a razão de engrenagens também deverá ser alta para combater a 
falta de torque existente no motor. 
Figura 7: Kit engrenagens 
 
Fonte: Própria (2021) 
15 
 
6.1.6 Chassi 
E por fim a criação de um chassi (figura 8) que suportasse todos os 
equipamentos e se mantesse leve, para que o desempenho do carrinho não fosse 
alterado. 
Figura 8: Chassi 
 
Fonte: Própria (2021) 
6.2 Protótipo Finalizado 
 Após todas as análises acima, foi desenvolvido o protótipo que abordasse 
todas essas questões de uma maneira compacta e eficiente. O carrinho finalizado 
possui 400mm de comprimento, 200mm de largura e 170mm de altura. Possui dois 
reservatórios de ar comprimido contendo uma válvula de entrada na parte de baixo 
das garrafas e na parte da frente está a saída de ar para o sistema. 
 O ar, então, sai das garrafas e se juntam em uma única linha indo em direção 
à turbina tesla. Entre a turbina e a linha única, existe uma válvula que regula a vazão 
de ar que passa por ela, liberando o gás para o sistema de maneira controlada. 
 Na turbina tesla, essa diferença de pressão, existente entre a turbina e os 
reservatórios, será transformada em energia cinética, dando um movimento 
rotacional no eixo da turbina, onde, consequentemente, as engrenagens seriam 
ativadas e levariam esse movimento rotacional para as rodas traseiras do protótipo. 
 
16 
 
Figura 9: Finalização do protótipo 
 
Fonte: Própria (2021) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17 
 
7. CONCLUSÃO 
 Através do objetivo proposto pela UNIP para o desenvolvimento da APS 
(Atividades práticas semestrais), foi possível criar e projetar um carrinho movido a ar 
comprimido, de acordo com os parâmetros e especificações técnicas pré-
estabelecidas pela instituição de ensino. 
 Graças as aptidões adquiridas no decorrer do curso de graduação em 
Engenharia Mecânica até o presente momento, foi possível idealizar um modelo de 
projeto que possui um grande diferencial. 
 Antes de se iniciar a prototipagem do carrinho através do software SolidWorks, 
foram realizados diversos estudos, que viabilizaram o projeto. Esses estudos 
seguiram diversos critérios como o custo, materiais a serem utilizados, aplicação da 
Turbina de Tesla nos sistemas pneumáticos, tempo de execução do projeto e o grau 
de complexidade. 
 O grande diferencial do projeto, que vem a ser a Turbina de Tesla, tem como 
objetivo principal maximizar a energia cinética produzida pelo ar comprimido oriundo 
do reservatório, e transformar a mesma em energia mecânica. Dessa forma, 
fornecendo a energia necessária para retirar o carrinho de sua inércia inicial e 
concluir o trajeto proposto. 
 Os estudos realizados acerca da mecânica do fluido proposto, Turbina de 
Tesla e a prototipagem do carrinho, idealizam um projeto que atende os parâmetros 
pré-estabelecidos pela universidade. 
 Não foi possível desenvolver um protótipo real e realizar testes práticos no 
mesmo, por conta do isolamento social sugerido pelo estado de São Paulo, devido à 
pandemia causada pelo COVID-19. Os testes práticos em um protótipo real, serão 
realizados em um outro momento mais oportuno. 
 Conclui-se que o propósito de desenvolver um carrinho movido a ar 
comprimido, qual tem o conceito da Turbina de Tesla agregada, trata-se de um 
projeto promissor. Devido ao conceito de Tesla que é tão efetivo e amplamente 
utilizado, nosso projeto vai além de atender os critérios predeterminados, pois ele 
não só utiliza do ar comprimido, como também maximiza. 
 
18 
 
REFERÊNCIAS 
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https://www.alfamatec.com.br/artigos-sistema-pneumatico. Acesso em 19 de maio 
2021. 
Bike vip Shop. Câmara Pneu 26 Pirelli Válvula Schrader. Disponível em: 
https://www.bikevipshop.com.br/camara-pneu-26-pirelli-valvula-
schrader?utm_source=GoogleShopping&utm_medium=CPC&utm_campaign=Comp
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CARMO, Eber. Mecânico (brasileiro) inventa motor movido a ar comprimido. 
Disponível em: https://www.noticiasautomotivas.com.br/mecanico-brasileiro-inventa-
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CESAR, Clímaco. Microturbinas à CO2 comprimido TESLA e GE. Disponível em: 
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JHP Automação. O que é pneumática. Disponível em: 
https://www.jhpautomacao.com.br/o-que-e-pneumatica. Acesso em 18 de maio de 
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Mercado Livre. Kit 10 Micro Rolamento 623 Zz - 623zz 3x10x4mm Aço Carbono. 
Disponível em: https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-1189589384-kit-10-micro-
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solenoide/conexao-pneumatica-valvula-reguladora-de-fluxo-1-4-bsp-x-
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