APS 6 SEM - PESQUISA E PLANEJAMENTO

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<p>PESQUISA E</p><p>PLANEJAMENTO</p><p>Gustavo Henrique Almeida Bacala / F3449H9</p><p>Caio Gabriel Pereira dos Santos / N760877</p><p>Thiago Estevam Machado / F345904</p><p>Enzo Hanazaki Ikeda / N8685J4</p><p>Marcio Teixeira Ferreira / G516BF0</p><p>APS - 6° SEMESTRE</p><p>Carro Movido a Vapor</p><p>Prof: Luciano</p><p>Engenharia Mecãnica</p><p>UNIP – Campus Araraquara</p><p>ESCOPO - PESQUISA</p><p>VAPOR</p><p>• Fundamentos Básicos;</p><p>• Principais Aplicações;</p><p>• Tipos de Vapor;</p><p>• Controle de Pressão e</p><p>Purgadores.</p><p>ÁLCOOL EM GEL</p><p>• Composição Química;</p><p>• Propriedades como Combustível;</p><p>• Usos Comuns.</p><p>PESQUISA</p><p>O vapor é o gás formado quando a água passa do estado líquido para o gasoso.</p><p>Isso ocorre quando o calor faz com que as moléculas de H₂O quebrem as</p><p>pontes de hidrogênio que as mantêm unidas. Na água líquida, essas moléculas</p><p>estão constantemente se unindo e separando, mas ao aquecê-las, as pontes se</p><p>quebram mais rápido, liberando algumas moléculas que formam o vapor,</p><p>também chamado de vapor seco.</p><p>FUNDAMENTOS BÁSICOS DO VAPOR</p><p>PESQUISA</p><p>FUNDAMENTOS BÁSICOS DO VAPOR</p><p>TIPOS DE VAPOR</p><p>• Vapor Húmido;</p><p>• Vapor Saturado</p><p>(Seco);</p><p>• Vapor</p><p>Superaquecido.</p><p>PESQUISA</p><p>Esta é a foma mais comum do vapor experimentado nas plantas. Quando o vapor é gerado</p><p>usando uma caldeira, este geralmente contém umidade vinda de moléculas de água não-</p><p>vaporizada que foram carregadas para dentro do vapor distribuído. Mesmo as melhores</p><p>caldeiras podem descarregar vapor contendo 3% a 5% de umidade. À medida em que a água</p><p>se aproxima do estado saturado e começa a vaporizar, parte da água, geralmente em forma</p><p>de névoa ou gotículas, é arrastada para vapor ascendente e distribuído em corrente abaixo.</p><p>Este é um dos motivos chave de o porquê um separador é usado para desarraste do</p><p>condensado a partir do vapor distribuído.</p><p>FUNDAMENTOS BÁSICOS DO VAPOR</p><p>Vapor Húmido</p><p>PESQUISA</p><p>Conforme indicado pela linha preta no gráfico, vapor saturado ocorre em temperaturas e</p><p>pressões onde o vapor(gás) e água(líquido) podem coexistir. Em outras palavras, isto</p><p>ocorre quando a taxa de vaporização da água é igual a taxa de condensação.</p><p>Vapor saturado tem muitas propriedades que o torna um excelente fonte de calor,</p><p>particularmente às temperaturas de 100 °C (212°F) e acima.mam o vapor, também</p><p>chamado de vapor seco.</p><p>FUNDAMENTOS BÁSICOS DO VAPOR</p><p>Vapor Saturado (Seco)</p><p>PESQUISA</p><p>Vapor superaquecido é criado através do aquecimento adicional sobre o vapor úmido ou</p><p>saturado, acima do ponto de vapor saturado. Isto produz um vapor que tem temperatura</p><p>mais alta e densidade mais baixa do que um vapor saturado à mesma pressão. Vapor</p><p>superaquecido é usado principalmente em aplicação de propulsão/movimento tais como</p><p>turbinas, e não é tipicamente usado para aplicações de transferência de calor.</p><p>FUNDAMENTOS BÁSICOS DO VAPOR</p><p>Vapor Superaquecido</p><p>PESQUISA</p><p>FUNDAMENTOS BÁSICOS DO VAPOR</p><p>Vantagens de uso do vapor</p><p>superaquecido para movimentar</p><p>• Manter o nível seco do vapor para equipamento movido a vapor, do</p><p>qual a performance é debilitada pela presença de condensado.</p><p>• Melhorar a eficiência térmica e capacidade de trabalho, e.g. para</p><p>alcançar mudanças maiores em volume específico a partir do estado</p><p>superaquecido para pressões mais baixas, até mesmo de vácuo.</p><p>PESQUISA</p><p>FUNDAMENTOS BÁSICOS DO VAPOR</p><p>Controle de Pressão</p><p>Ao controlar a pressão do vapor saturado:</p><p>• Garantir que a câmara de vapor do permutador térmico seja enchida apenas com vapor;</p><p>• Prevenir a perda de pressão.</p><p>Em um espaço fechado, a pressão é igual, independentemente de onde seja medida, e os manômetros</p><p>mostram mudanças na pressão instantaneamente. Portanto, os problemas que ocorrem com a medição</p><p>da temperatura, como diferentes leituras da temperatura dependendo da localização de medição e da</p><p>defasagem das medições, são raramente encontrados ao medir a pressão. Como um resultado, ao</p><p>controlar a pressão do vapor, você pode controlar sua temperatura com precisão.</p><p>PESQUISA</p><p>FUNDAMENTOS BÁSICOS DO VAPOR</p><p>Purgador de Pressão</p><p>Um purgador de pressão é um dispositivo</p><p>utilizado em sistemas de tubulação e caldeiras</p><p>para remover o ar e outros gases não</p><p>condensáveis que podem acumular-se e causar</p><p>problemas como corrosão, ruído ou redução da</p><p>eficiência. Ele é especialmente importante em</p><p>sistemas de aquecimento e em processos</p><p>industriais onde o vapor é utilizado.</p><p>• Detecção de Gases: O purgador de pressão monitora a pressão no</p><p>sistema.</p><p>• Abertura e Fechamento: O purgador possui um mecanismo interno</p><p>que abre ou fecha uma válvula com base na diferença de pressão.</p><p>Quando o gás se acumula e a pressão dentro do sistema aumenta, o</p><p>purgador permite que esses gases sejam expelidos para fora do</p><p>sistema.</p><p>• Separação de Condensado: Em alguns modelos, o purgador também</p><p>separa o condensado (água líquida que se forma a partir do vapor)</p><p>dos gases. Isso ajuda a manter o sistema limpo e eficiente.</p><p>• Manutenção da Eficiência: Ao remover o ar e gases não condensáveis,</p><p>o purgador de pressão ajuda a manter o sistema funcionando de</p><p>maneira eficiente, reduzindo o risco de corrosão e melhorando o</p><p>desempenho geral.</p><p>PESQUISA</p><p>ÁLCOOL EM GEL COMO COMBUSTÍVEL</p><p>Composição Química</p><p>O álcool em gel geralmente é composto</p><p>por etanol (ou álcool etílico), água e um</p><p>agente gelificante, como o carbopol. Às</p><p>vezes, também contém pequenas</p><p>quantidades de glicerina e outros aditivos</p><p>para hidratar a pele quando usado como</p><p>desinfetante. Quando considerado como</p><p>combustível, o álcool etílico é o</p><p>componente mais relevante.</p><p>PESQUISA</p><p>ÁLCOOL EM GEL COMO COMBUSTÍVEL</p><p>Propriedades</p><p>Facilidade de Armazenamento: O álcool em gel é mais fácil de manusear e armazenar do que o álcool líquido, devido à sua</p><p>consistência gelatinosa. Isso reduz o risco de derramamentos e facilita o transporte.</p><p>Inflamabilidade: O etanol presente no álcool em gel é altamente inflamável. Quando usado como combustível, ele pode ser</p><p>facilmente aceso com uma chama.</p><p>O ponto de inflamação (temperatura mínima para que os vapores do etanol se inflamem) é relativamente baixo, em</p><p>torno de 13°C a 14°C, o que facilita a ignição.</p><p>Queima Limpa: O etanol é um combustível que queima de forma relativamente limpa, produzindo principalmente dióxido</p><p>de carbono (CO₂) e água (H₂O) como subprodutos da combustão, com pouca emissão de fumaça ou fuligem.</p><p>Isso torna o álcool em gel um combustível interessante para ambientes fechados, como em fogões de emergência ou</p><p>para aquecimento em locais sem ventilação suficiente.</p><p>PESQUISA</p><p>ÁLCOOL EM GEL COMO COMBUSTÍVEL</p><p>Propriedades</p><p>Temperatura da Chama: A chama do etanol queima a uma temperatura em torno de 1.920°C, o que é adequado para</p><p>pequenas aplicações de aquecimento ou cozimento.</p><p>Estabilidade e Segurança: O álcool em gel é geralmente mais estável do que o etanol líquido, pois a consistência gelatinosa</p><p>reduz o risco de evaporação rápida e combustão acidental.</p><p>Como a evaporação é mais lenta, o risco de explosões ou incêndios descontrolados é reduzido em comparação com o álcool</p><p>líquido.</p><p>Eficiência de Combustão: A eficiência energética do etanol é menor do que a de combustíveis fósseis, como a gasolina ou o</p><p>diesel. A densidade energética do etanol é de cerca de 30 MJ/kg, em comparação com 44 MJ/kg da gasolina.</p><p>PESQUISA</p><p>ÁLCOOL EM GEL COMO COMBUSTÍVEL</p><p>Propriedades</p><p>Controle de Chama: A natureza gelatinosa do álcool em gel torna o controle da chama mais fácil do que com líquidos, o que</p><p>é uma vantagem quando usado em ambientes onde o controle da chama é importante (como em camping ou cozinhas de</p><p>emergência).</p><p>Baixo Risco de Vazamento: Como o álcool em gel não é um líquido, o risco de vazamentos que possam causar incêndios</p><p>acidentais é bastante reduzido.</p><p>Aplicações Práticas como Combustível</p><p>• Fogareiros de acampamento: Devido à sua facilidade de uso, o álcool em gel é</p><p>frequentemente utilizado em fogareiros portáteis.</p><p>• Aquecedores de emergência: Ele pode ser usado em pequenas quantidades para</p><p>fornecer calor em ambientes fechados.</p><p>• Equipamentos de laboratório: Também é utilizado em laboratórios para aquecer</p><p>pequenas amostras sem o risco de explosão.</p><p>ESCOPO - PLANEJAMENTO</p><p>ESTRATÉGIA CONSTRUÇÃO</p><p>• Definição de Princípio de Funcionamento;</p><p>• Opções Recicláveis;</p><p>• Métodos de Fabricação Disponíveis.</p><p>CRONOGRAMA</p><p>• Definição das metas;</p><p>• Distribuição de tarefas.</p><p>PLANEJAMENTO</p><p>Itens</p><p>1. Câmara de</p><p>Comrpessão;</p><p>2. Água;</p><p>3. Câmara de Queima;</p><p>4. Combustível;</p><p>5. Rodas;</p><p>6. Manômetro;</p><p>7. Purgador de</p><p>Pressão;</p><p>8. Escapamentos.</p><p>PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO</p><p>PLANEJAMENTO</p><p>Funcionamento</p><p>O álcool em gel será depositado na câmara de queima e,</p><p>para gerar vapor, adiciona-se na câmara de compressão 1/3</p><p>de seu volume em água.</p><p>Ao iniciar a combustão do álcool, a válvula presente no</p><p>escapamento irá gerar pressão dentro da câmara com água</p><p>conforme o vapor vai sendo criado devido ao aquecimento</p><p>proveniente da queima do combustível.</p><p>A pressão será controlada pelo manômetro e o purgador</p><p>impedirá um aumento maior que a capacidade da câmara.</p><p>Ao ab abrir-se a válvula do escapamento, todo o vapor e</p><p>pressão serão ejetados do sistema, gerando um jato que</p><p>projetará o protótipo para frente.</p><p>PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO</p><p>PLANEJAMENTO</p><p>Para garantir que 50% da</p><p>massa total do protótipo</p><p>seja composta de</p><p>materiais reciclados,</p><p>optou-se por fabricar a</p><p>câmara de compressão</p><p>(maior componente do</p><p>projeto) com um casco</p><p>reutilizado de extintor de</p><p>incêndio.</p><p>OPÇÕES RECICLÁVEIS</p><p>Desenho 3D</p><p>Pressão Máxima de</p><p>Trabalho: 10,3 bar</p><p>PLANEJAMENTO</p><p>Afim de garantir mais matérias primas recicladas,</p><p>componentes provenientes de outras máquinas serão</p><p>utilizados. Como por exemplo:</p><p>• Roldanas e Rolamentos de Skates velhos para fabricar as</p><p>rodas;</p><p>• Cantoneiras, recortes de chapas e barras roscadas, para</p><p>utilizar-se nas estruturas.</p><p>Materiais com função de segurança, como o purgador e o</p><p>manômetro, serão novos para evitar possíveis acidentes.</p><p>OPÇÕES RECICLÁVEIS</p><p>PLANEJAMENTO</p><p>Para a fabricação do protótipo ser possível, é preciso alinhar</p><p>todas as peças que serão construídas e compradas de acordo</p><p>com os processos disponíveis ao grupo realizador, tanto no</p><p>quesito infraestrutura quanto no sentido monetário que</p><p>abrange os componentes.</p><p>O campus da universidade oferece muitas poucas opções,</p><p>sendo que algumas delas, como tornos e instrumentos de</p><p>medição da oficina, apresentam erros e problemas de</p><p>funcionamento, o que afetam a precisão dos componentes</p><p>fabricados.</p><p>MÉTODOS DE FABRICAÇÂO</p><p>PLANEJAMENTO</p><p>Afim de garantir-se a precisão e qualidade dos</p><p>componentes comprados, estão listados alguns dos</p><p>recursos que poderão ser utilizados:</p><p>MÉTODOS DE FABRICAÇÂO</p><p>• Bancadas da Oficina da Universidade;</p><p>• Máquinas de Solda da Universidade;</p><p>• Torno, fresadora e furadeira da Universidade (em último</p><p>caso);</p><p>• Impressora 3D (Gustavo);</p><p>• Máquina de Solda, furadeiras e chaves (Márcio);</p><p>• Máquinas operatrizes (empresas terceiras).</p><p>PLANEJAMENTO</p><p>Thiago e</p><p>Enzo</p><p>• Pesquisas e</p><p>análise de dados;</p><p>• Desenvolvimento</p><p>de Cálculos;</p><p>• Análise de</p><p>funcionamento.</p><p>DISTRIBUIÇÃO DE TAREFAS</p><p>Márcio</p><p>• Estratégia de</p><p>Manufatura;</p><p>• Construção do</p><p>Protótipo;</p><p>• Análise de</p><p>Funcionamento.</p><p>Caio</p><p>• Estratégia de</p><p>Manufatura;</p><p>• Compras e</p><p>Desenvolvimento</p><p>de Fornecedores.</p><p>Gustavo</p><p>• Direção do Projeto;</p><p>• Desenhos e</p><p>Documentação</p><p>técnica;</p><p>• Análise de dados e</p><p>Relatório.</p><p>PLANEJAMENTO CRONOGRAMA</p><p>PLANEJAMENTO METAS</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>VAPOR</p><p>TLV. Steam Theory. Disponível em: https://www.tlv.com/pt-br/steam-info/steam-theory. Acesso em: 16 set. 2024.</p><p>USP. Tabelas Termodinâmicas. Disponível em:</p><p>https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/7944165/mod_resource/content/1/Tabelas%20Termodin%C3%A2micas%20-</p><p>%20USP.pdf. Acesso em: 16 set. 2024.</p><p>UFPR. Aula 01 - Ciclos Térmicos a Vapor - Máquinas Térmicas I. Disponível em:</p><p>http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/EngMec_NOTURNO/TM364/Material%20de%20Aula/Aula%2001%20-</p><p>%20Ciclos%20T%E9rmicos%20a%20Vapor%20-%20M%E1quinas%20T%E9rmicas%20I.pdf. Acesso em: 16 set. 2024.</p><p>ÁLCOOL EM GEL</p><p>VOGEL, A. I. Química Analítica Quantitativa. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2006.</p><p>STOESSER, R. G.; BAHIA, G. L. Combustíveis e combustão: fundamentos, aplicações e casos. São Paulo: Blucher, 2011.</p><p>FREGONESI, A. et al. Avaliação do poder calorífico do etanol. Revista Brasileira de Energia, v. 9, n. 1, p. 45-56, 2014.</p><p>BRASIL. Etanol: principais características e aplicações. Ministério de Minas e Energia, 2021. Disponível em:</p><p>https://www.gov.br/mme/pt-br. Acesso em: 16 set. 2024.</p><p>https://www.tlv.com/pt-br/steam-info/steam-theory</p><p>https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/7944165/mod_resource/content/1/Tabelas%20Termodin%C3%A2micas%20-%20USP.pdf</p><p>http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/EngMec_NOTURNO/TM364/Material%20de%20Aula/Aula%2001%20-%20Ciclos%20T%E9rmicos%20a%20Vapor%20-%20M%E1quinas%20T%E9rmicas%20I.pdf</p>