APS 2° semestre 2015

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UNIP – UNIVERSIDADE PAULISTA 
ICET - INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA 
 ENGENHARIA DE PRODUÇÃO MECÂNICA 
 
 
 
 
 
Anderson Antônio RA:B886ID9 
Jaqueline Cristina Pinheiro RA:B59GCH7 
 
 
 
 
 
 
Atividade pratica supervisionada - APS carro com propulsão a vapor 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Jundiaí 
2015 
UNIP – UNIVERSIDADE PAULISTA 
ICET - INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA 
 ENGENHARIA DE PRODUÇÃO MECÂNICA 
 
 
 
 
Anderson Antônio RA:B886ID9 
Jaqueline Cristina Pinheiro RA:B59GCH7 
 
 
 
 
 
 
Atividade pratica supervisionada - APS carro com propulsão a vapor 
 
 
 
 
 
Trabalho apresentado junto ao instituto de exatas e 
tecnológicas, Universidade Paulista UNIP, como 
parte das exigências do componente curricular da 
disciplina APS, sob orientação do 
Prof. Wilian Monteverde. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Jundiaí 
2015 
 
SUMARIO 
 
 
1 INTRODUÇÃO........................................................................................3 
2 OBJETIVO DO TRABALHO....................................................................4 
3 PROPULSÃO A VAPOR.........................................................................5 
3.1 Vapor para Propulsão / Movimento.........................................................6 
3.1.1 Conceito de potência..............................................................................8 
4 TIPOS DE VAPOR..................................................................................9 
4.1 Vapor saturado........................................................................................9 
4.1.1 Dicas.....................................................................................................10 
4.1.1.1 Vapor Úmido...............................................................................10 
4.1.1.2 Vapor superaquecido.................................................................11 
4.1.1.3 Água Supercrítica.......................................................................12 
4.1.1.4 Água Não saturada.....................................................................13 
4.1.1.5 Vapor saturado...........................................................................14 
4.1.1.7 Água Supercrítica.......................................................................16 
4.1.1.8 Tabelas Termodinâmicas...........................................................17 
5 DESCRIÇÃO DO PROJETO................................................................17 
5.1 Desenvolvimento do Projeto.................................................................18 
5.1.1 Passo a passo.......................................................................................18 
5.1.1.1 Provisão dos custos...................................................................20 
6 A FÍSICA ENVOLVIDA..........................................................................21 
6.1 O que é energia?..................................................................................21 
6.1.1 Tipos de energia...................................................................................22 
6.1.1.1 Energia Potencial.......................................................................22 
7 PRIMEIRA LEI DE NEWTON...............................................................23 
8 FORÇA DE ATRITO.............................................................................24 
8.1 Temos dois tipos de força de atrito.......................................................24 
8.1.1 Relação Velocidade x Atrito..................................................................24 
8.1.1.1 Velocidade angular.....................................................................25 
8.1.1.2 Terceira Lei de Newton..............................................................27 
9 CONCLUSÃO.......................................................................................29 
10 BIBLIOGRAFIA....................................................................................3O 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
1 INTRODUÇÃO 
 
O seguinte trabalho compreende a apresentação das etapas da construção 
de um carro movido a vapor através de um sistema impulsionado por turbina e 
engrenagens assim como os conceitos e premissas utilizados para o 
desenvolvimento e elaboração do projeto. 
A elaboração do mesmo, embora realizada de forma majoritariamente empírica (sem 
a utilização de cálculos), utilizou-se de aspectos de cunho teórico que aliam as áreas 
de Termodinâmica, Fluidodinâmica e Dinâmica, buscando conhecimentos que 
levassem a maior eficiência possível na transformação de calor em energia 
mecânica, em busca de um bom desempenho na apresentação final. 
 Neste sentido nota-se que o desenvolvimento de um carro de propulsão a vapor 
exige um maior entendimento das máquinas a vapor, sua importância, seu 
funcionamento e as diversas modificações sofridas ao longo do tempo. Para tanto, 
no presente trabalho também existe uma abordagem teórica sobre o tema propulsão 
a vapor e as máquinas a vapor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
2 OBJETIVO DO TRABALHO 
 
O Programa de APS (Atividades Práticas Supervisionadas) é realizado pelos 
alunos do curso de graduação em Engenharia de produção, da Universidade 
Paulista (UNIP) de Jundiaí. 
 
Verificar que o calor pode ser utilizado para a realização de trabalho 
mecânico. 
Utilizando água à temperatura elevada que entra em ebulição e se transforma 
em vapor. Se a experiência for feita num recipiente fechado, o vapor formado deverá 
aumenta de volume e não podendo dilatar-se livremente, adquire força expansiva 
acionando um sistema mecânico e tracionando o protótipo que entrará em 
movimento permitindo assim o transporte de uma massa padrão de 100g, por uma 
pista de dimensões pré-estabelecidas em linha reta com cronometragem de tempo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
3 PROPULSÃO A VAPOR 
 
 
Vapor é utilizado em uma vasta gama de indústrias. Aplicações comuns para 
vapor são, por exemplo, processos aquecidos a vapor em usinas, fábricas e turbinas 
movidos a vapor em usinas de energia elétrica, mas os usos de vapor na indústria 
vão muito além disso. 
Aqui estão algumas aplicações típicas para vapor na indústria: 
 
 Aquecimento/Esterilização 
 Propulsão/Movimento 
 Motriz 
 Atomização 
 Limpeza 
 Hidratação 
 Umidificação 
Vapor sob Pressão Positiva 
Vapor é tipicamente gerado e distribuído a uma pressão positiva. Em maioria 
dos casos, isto significa dizer que é fornecido ao equipamento a uma pressão acima 
de 0 MPaG (0 psig) e temperaturas superiores a 100°C (212°F). 
Aplicações de aquecimento para vapores a pressão positiva podem ser 
encontradas em fábricas de processamento de alimentos, refinarias e usinas 
químicas, para nomear alguns. Vapor saturado é utilizado como fonte de 
aquecimento em trocadores de calor para fluidos de processo, referve dores, 
reatores, pré-aqueceres de ar de combustão e outros tipos de equipamento trocador 
de calor. 
 
 
 
 
 
 
 
6 
Trocador de Calor do tipo Casco e Tubo 
 
 
 
Em um trocador de calor, o vapor aumenta a temperatura do produto através 
da transferência do calor, após no qual , se torna um condensado e é descarregado 
através de um purgador de vapor. 
 
3.1 Vapor para Propulsão / Movimento 
 
Vapor é regularmente utilizado para propulsão (como uma força motriz) em 
aplicações taiscomo turbinas a vapor. A turbina a vapor é uma peça do 
equipamento que é essencial para geração de eletricidade em usinas termoelétricas. 
Em um esforço para melhorar a eficiência, progresso está sendo feito para o uso do 
vapor a pressões e temperaturas cada vez mais altas. Há algumas usinas 
termoelétricas que usam vapor superaquecido e pressão supercrítica de 25 MPa abs 
(3625 psia), 610°C (1130°F) em suas turbinas. 
Vapor superaquecido é frequentemente utilizado em turbinas a vapor para 
prevenir danos ao equipamento, causado pela entrada do condensado. No entanto, 
em certos tipos de usinas nucleares, o uso de vapor a alta temperatura deve ser 
evitada, uma vez que isso causaria problemas com o material utilizado no 
equipamento da turbina. Ao invés disso, um vapor saturado a alta pressão é 
tipicamente utilizada. Em locais onde o vapor saturado deve ser utilizado, 
 7 
separadores são frequentemente instalados na tubulação de fornecimento, 
para remover o condensado arrastado pelo fluxo do vapor. 
Além da geração de energia, outras aplicações típicas de 
propulsão/movimento são geralmente voltadas também para compressores ou 
bombas movidas a turbina, como por exemplo compressores de gás , bombas da 
torre de resfriamento, etc. 
 
 
 
 
A força motriz do vapor faz as aletas girarem, que por sua vez faz girar o rotor 
vinculado ao gerador de energia, e esta rotação gera eletricidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 
3.1.1 Conceito de potência. 
 
 Definimos a potência mecânica de uma força como a medida da rapidez do 
trabalho, ou seja, ela mede a rapidez com que a força transforma ou transfere 
energia. 
 
A potência é a quantidade de trabalho (ou energia de uma força) efetuado 
por unidade de tempo, o que equivale à velocidade de mudança de energia num 
sistema ou ao tempo despendido para realizar um trabalho. Portanto, a potência é 
igual à energia total dividida pelo tempo. 
Por outro lado, a potência mecânica é o trabalho que realiza um indivíduo ou 
uma máquina num determinado período de tempo. Por outras palavras, trata-se da 
potência transmitida através da ação de forças físicas de contato ou elementos 
mecânicos, nomeadamente alavancas e engrenagens. 
Outro tipo de potência que se pode mencionar é a potência eléctrica, que é o 
produto (resultado da multiplicação) da diferença de potencial entre as extremidades 
de uma carga e a corrente que ali circula. 
Também nos podemos referir à potência do som, que se calcula em função 
da intensidade e da superfície, e à potência de um ponto em relação a um círculo 
(se P é um ponto fixo e C uma circunferência, a potência de P relativamente a C é o 
produto das suas distâncias a qualquer par de pontos da circunferência alienados 
com P; o valor da potência é constante para cada ponto P). 
 
No que diz respeito às unidades de potência, reconhecem-se quatro grandes 
sistemas. O sistema internacional de unidades, cuja unidade mais frequente é o 
vátio, mais conhecido por watt e os seus múltiplos (quilowatt, megawatt, etc.), 
embora também possa utilizar combinações equivalentes como o volt ampere; o 
sistema inglês, que mede por cavalo-vapor; o sistema técnico de unidades, que se 
baseia na caloria internacional por segundo; e o sistema CGS de unidades, que 
calcula o erg por segundo (centímetro-grama-segundo). 
 
9 
4 TIPOS DE VAPOR 
 
Se água for aquecida além do ponto de ebulição, ela se vaporiza em vapor, 
ou água em estado gasoso. No entanto, nem todo vapor é igual. As propriedades do 
vapor variam gradativamente dependendo da pressão e temperatura na qual ele 
está sujeito. 
No artigo Principais Aplicações para Vapor, nós discutimos várias aplicações 
nas quais o vapor é usado. Nas seções a seguir, nós discutiremos os tipos de vapor 
usado nestas aplicações. 
 
4.1 Vapor saturado 
Conforme indicado pela linha preta no gráfico acima, vapor saturado ocorre 
em temperaturas e pressões onde o vapor(gás) e água(líquido) podem coexistir. 
Em outras palavras, isto ocorre quando a taxa de vaporização da água é igual 
a taxa de condensação. Vantagens de uso do vapor saturado para aquecimento 
Vapor saturado tem muitas propriedades que o torna um excelente fonte de calor, 
particularmente às temperaturas de 100 °C (212°F) e acima. Algumas destas 
propriedades são: 
 
Propriedade Vantagem 
Aquecimento rápido e uniforme através de 
transferência do calor latente 
Melhorou a qualidade e produtividade 
do produto 
Pressão pode controlar temperatura 
Temperatura pode ser rapidamente e 
precisamente estabelecida 
Alto coeficiente de transferência do calor 
Menor área superficial requerida para 
transferência de calor, possibilitando 
redução no gasto inicial do 
equipamento. 
Origina a partir de água Seguro, limpo e baixo custo. 
 
 
 
10 
4.1.1 Dicas 
Tendo dito isso, é necessário estar atento aos seguintes itens quando estiver 
aquecendo com vapor saturado: Eficiência de aquecimento pode ser diminuído se 
outro vapor diferente ao vapor seco for usado para processo de aquecimento. Ao 
contrário da percepção comum, virtualmente todo o vapor gerado pela caldeira não é 
vapor saturado seco, mas sim vapor úmido, no qual contém algumas moléculas de 
água não-vaporizada.. 
A perda do calor radiante provoca condensação em alguma parte do vapor. O vapor 
úmido gerado nestas condições torna-se mais úmido, e também forma o 
condensado, que deve ser removido através da instalação de purgadores de 
vapor em locais apropriados. 
Condensado pesado que cai fora do fluxo de vapor pode ser removido através de 
purgadores de vapor da bota de condensado. No entanto, o vapor úmido 
entrante reduzirá eficiência de aquecimento, e deveria ser removido através do 
ponto de uso ou distribuição das estações de separação. 
Vapor que incorrer em queda de pressão devido ao atrito na tubulação, etc., pode 
resultar uma perda correspondente à temperatura do vapor também. 
 
4.1.1.1 Vapor Úmido 
 
 
Esta é a forma mais comum do vapor experimentado nas plantas. Quando o vapor é 
gerado usando uma caldeira, este geralmente contém umidade vinda de moléculas 
de água não vaporizada que foram carregadas para dentro do vapor distribuído. 
Mesmo as melhores caldeiras podem descarregar vapor contendo 3% a 5% de 
umidade. À medida que a água se aproxima do estado saturado e começa a 
vaporizar, parte da água, geralmente em forma de névoa ou gotículas, é arrastada 
para vapor ascendente e distribuída em corrente abaixo. Este é um dos motivos 
chave de o porquê um separador é usado para desbaste do condensado a partir do 
vapor distribuído. 
11 
4.1.1.2 Vapor superaquecido 
 
Vapor superaquecido é criado através do aquecimento adicional sobre o 
vapor úmido ou saturado, acima do ponto de vapor saturado. Isto produz um 
vapor que tem temperatura mais alta e densidade mais baixa do que um vapor 
saturado à mesma pressão. Vapor superaquecido é usado principalmente em 
aplicação de propulsão/movimento tais como turbinas, e não é tipicamente usado 
para aplicações de transferência de calor. 
Vantagens de uso do vapor superaquecido para movimentar turbinas: 
 
Para manter o nível seco do vapor para equipamento movido a vapor, do 
qual a performance é debilitada pela presença de condensado. Para melhorar a 
eficiência térmica e capacidade de trabalho, e.g. para alcançar mudanças 
maiores em volume específico a partir do estado superaquecido para pressões 
mais baixas, até mesmo de vácuo. É vantajoso tanto o fornecimento e descarga 
de vapor, enquanto estiver no estado superaquecido porque não serão gerados 
condensados dentro do equipamento movido a vapordurante o funcionamento 
normal, minimizando o risco de danos por erosão ou a corrosão do ácido 
carbônico. Além disso, como a eficiência térmica teórica da turbina é calculada a 
partir do valor da entalpia na entrada e saída da turbina, aumentando o nível de 
superaquecimento bem como o de pressão, aumenta a entalpia no lado de 
entrada da turbina, e é assim eficaz na melhora da eficiência térmica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
Desvantagens de uso do vapor superaquecido para aquecimento: 
 
Propriedade Desvantagem 
Baixo coeficiente de 
transferência de calor 
Produtividade reduzida 
Maior área de superfície de 
transferência de calor necessária 
Variação na temperatura 
do vapor mesmo em pressão 
constante 
Vapor superaquecido precisa 
manter alta velocidade, senão a 
temperatura cairá à medida que o 
calor é perdido do sistema. 
Calor sensível é usado 
para transferir calor 
Queda de temperatura pode ter 
um impacto negativo sobre a 
qualidade do produto 
Temperatura pode ser 
extremamente alta 
Materiais de construção mais 
fortes podem ser necessários, 
requerendo um alto gasto inicial de 
equipamento. 
 
 
 
Por estas e outras razões, o vapor saturado é preferível a vapor 
superaquecido como meio de aquecimento em trocadores e outro equipamento de 
transferência de calor. Por outro lado, quando visto como uma fonte de calor para 
aquecimento direto, como um gás a alta temperatura, ele tem uma vantagem sobre 
o ar quente, onde ele pode ser usado como fonte de calor para aquecimento sob as 
condições livres de oxigênio. A pesquisa está sendo realizada também na utilização 
de vapor superaquecido em aplicações de processamento de alimentos, tais como 
cozinhar e secar. 
 
4.1.1.3 Água Supercrítica 
 
Água supercrítica é a água no estado em que excede o seu ponto crítico: 22,1 
Mpa,374 °C (3208 pisa, 705°F). No ponto crítico, o calor latente do vapor é zero, e 
seu volume específico é exatamente o mesmo, seja no estado líquido ou gasoso. 
Em outras palavras, água que está na pressão e temperatura acima do ponto crítico 
está num estado indistinguível que não é líquido nem gás. 
Água supercrítica é usada para movimentar turbinas em usinas de energia na qual 
demanda eficiência mais alta. Pesquisa sobre água supercrítica está sendo 
estudado com ênfase no seu uso como um fluido que tem as propriedades de 
 13 
ambos líquido e gás, e em particular na sua adequação como um solvente para 
reações químicas. 
 
Relação de Pressão-Temperatura da Água e Vapor 
4.1.1.4 Agua Não saturada 
 
 
 
 
Esta é a água no estado mais reconhecível. Aproximadamente 70% do peso 
do corpo humano vem da água. Na forma líquida da água, ponte de hidrogênio puxa 
as moléculas de água juntas. Como resultado, água não-saturada tem uma estrutura 
relativamente compacta, densa e estável. 
 
 
 
 
14 
4.1.1.5 Vapor saturado 
 
 
 
 
Moléculas de vapor saturado são invisíveis. Quando o vapor saturado é 
liberado para a atmosfera sendo expelido pela tubulação, parte dela condensa 
através de transferência do seu calor para o ar ao redor, e nuvens de vapor branco 
(pequenas gotículas de água) são formadas. Quando o vapor inclui estas pequenas 
gotículas, ele é chamado de vapor úmido. 
Em um sistema de vapor, o vapor liberado através do purgador de vapor é 
muitas vezes mal interpretado como vapor saturado(vivo), onde na verdade este é 
o vapor flash. A diferença entre os dois é que o vapor saturado é invisível 
imediatamente na saída da tubulação, enquanto que o vapor flash contém gotículas 
de água visível no instante da sua formação. 
 
 
 
15 
4.1.1.6 Vapor Superaquecido 
 
 
Enquanto reter o seu estado superaquecido, o vapor superaquecido não irá 
condensar mesmo que este venha a entrar em contato com a atmosfera e sua 
temperatura caia. Como resultado, nenhuma nuvem de vapor são formadas. Vapor 
superaquecido armazena mais calor que o vapor saturado que se encontra na 
mesma pressão, e o movimento de suas moléculas são mais rápidos, portanto este 
tem menor densidade (i.e., seu volume específico é maior). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
16 
4.1.1.7 Água Supercrítica 
 
 
 
Embora não seja possível dizer através da observação visual, esta é a água 
em uma forma que não é líquida nem gasosa. A idéia geral é de um movimento 
molecular que é próximo ao de um gás, e uma densidade que é próxima a de um 
líquido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17 
4.1.1.8 Tabelas Termodinâmicas 
 
Água Saturada e Vapor Saturado para P = 1,5 ata “Atmosfera absoluta” 
 
 
 
 
A tabela mostra as restrições (Parâmetros) do projeto. 
 
 
 
5 DESCRIÇÃO DO PROJETO 
 
 
Este Projeto compreende de um sistema propulsor a vapor realizando 
movimento circular de rotação, consistindo de uma fonte de vapor, gerado por uma 
resistência elétrica (baterias, pilhas ou energia elétrica), de um reservatório de vapor 
que contém uma válvula controladora que regula a passagem de vapor e 
consequentemente a velocidade do sistema, à câmara de compressão e 
descompressão do vapor produzido que ao ser liberado terá de possuir uma 
potencia suficiente para cria uma força de ação sendo direcionado ao encontro das 
pás da roda motriz criando uma força de reação que por sua vez entra em 
movimento de rotação transferindo esta a uma polia conjugada que através de 
acionamento por correia irá transmitir o movimento de rotação a uma multiplicadora 
18 
que tem a função de aumentar a rotação e transferi-la ao eixo das rodas 
realizando assim trabalho de deslocamento com movimento circular. 
Em resumo a tarefa consiste em desenvolver e projetar um conjunto de peças 
com recipiente fechado sob pressão para a realização de trabalho. 
 
5.1 Desenvolvimento do Projeto 
 
A finalidade deste desafio é desenvolver métodos eficazes de transformação 
de energia potencial de vapor em cinética. Para isso, serão aplicados 
conhecimentos sobre máquinas simples para construir um veículo que usará 
propulsão a vapor. A eficiência da máquina é crucial, pois vencerá a competição o 
veículo mais rápido e que não queime os limites da pista. 
 
5.1.1 Passo a passo 
 Os passos iniciais são planejamento do projeto, reuniões para 
distribuição de demandas e afazeres dos integrantes. 
 Pesquisa de materiais e planejamento de gastos. 
 Uma das principais partes do projeto é o relógio para medir a pressão 
sendo assim encomendaremos o mesmo no mercado livre. 
 O vaso de pressão também é um pouco complicado de se achar 
inteiriço então iremos encomendar um usinado. 
 Os posteriores passos porem não menos importante é mais fácil de 
colocar em pratica, são eles; 
 Elaboração do croqui, montagem do chassi e eixos das rodas. 
 Quando o passo acima estiver concluído iremos montar o vaso de 
pressão sobre o chassi com o relógio acoplado. Devera ficar conforme a figura 
abaixo; 
 
 
 
19 
 
 
 Devemos nos atentar as especificações do projeto, conforme 
mencionado abaixo; 
 
 
 
 Estamos planejando a construção de dois protótipos sendo o primeiro a 
ser construído (beta) e o segundo oficial. Por esse motivo organizaremos o material 
todo em dobro. 
 O projeto final devera ficar com a aparência da figura abaixo. 
 
 
 
 (Foto da internet) 
20 
 Para os cálculos e ajustes do relógio de pressão utilizamos as formulas 
que aprendemos nas aulas de termodinâmica. Abaixo algumas formular utilizadas; 
 
 
 
 
5.1.1.1 Provisão dos custos 
 
MaterialQuantidade Valor 
Relógio de pressão 1 R$ 85,00 
Chapa de alumínio 1 R$ 30,00 
Tubos de cobre 6 R$ 25,00 
Rodinhas 4 R$ 15,00 
Parafusos 20 R$ 5,00 
Porcas 20 R$ 4,00 
Arruelas 10 R$ 5,00 
Mancais 4 R$ 25,00 
 
R$ 194,00 
 
 
 
 
 
21 
6 A FÍSICA ENVOLVIDA 
 
 
Energia 
Desde o início do século XX, a humanidade tem passado por um processo de 
transformações sem precedentes na História. A produção industrial e agrícola cresce 
continuamente, as cidades tornam-se cada vez maiores e esse processo tem uma 
consequência: precisa-se cada vez mais de energia. 
Com o aperfeiçoamento das máquinas, foi possível diminuir seu tamanho e 
aumentar sua potência. Inicialmente as máquinas eram usadas como bombas de 
água, depois passaram a ser usadas na indústria têxtil e serrarias. No final do século 
XVIII, surgem as primeiras locomotivas. 
 
6.1 O que é energia? 
 
Apesar de sua enorme presença na vida de todos e de sua importância como 
conceito científico nas explicações dos fenômenos naturais, é muito difícil expressar 
por meio de uma definição o que é energia. Em física existe uma definição: energia 
é a capacidade de realizar trabalho. Mas essa definição não agrada nem mesmo aos 
físicos, pelas limitações que ela tem. Quando vemos uma lâmpada iluminando uma 
sala dizemos que ela está emitindo energia luminosa. É difícil imaginar como essa 
energia luminosa, emitida pela lâmpada e que se espalha pela sala, pode ser vista 
como uma "capacidade de realizar trabalho". 
Assim, a compreensão do conceito de energia não vem do conhecimento de 
sua definição, mas sim da percepção de sua presença em todos os processos de 
transformação que ocorrem em nosso organismo, no ambiente terrestre ou no 
espaço sideral. No mundo macroscópico, das galáxias, estrelas e dos sistemas 
planetários, ou no microscópico, das células, moléculas, dos átomos ou das 
partículas subatômicas. 
 
 
22 
6.1.1 Tipos de energia 
 
Podemos encontrar vários tipos de energia, dos quais se destacam duas 
categorias associadas ao movimento: energia potencial (energia de posição) e 
energia cinética (energia do movimento), que somadas nos dão a energia mecânica. 
Em = Ep + Ec 
Na categoria geral de energias do tipo potencial estão as energias que 
representam um potencial de interação armazenado por via de uma determinada 
posição relativa. Estas energias podem ser libertadas e convertidas noutras formas 
de energia, alterando o estado do sistema. A energia potencial está associada a 
uma força restauradora (tende a puxar um objeto à sua posição inicial quando o 
objeto é deslocado). 
 
 
6.1.1.1 Energia Potencial 
 
 
A energia potencial é um tipo de energia que está relacionada com a 
configuração do sistema, ou seja, esta relacionada com as posições do objeto. 
Podemos dizer também que energia potencial é a energia que pode vir a se torna 
energia cinética. 
Existem vários tipos de energia potencial, as mais conhecidas são as: 
gravitacional, elástica e potencial de vapor. 
A fórmula da energia potencial gravitacional é: 
Ep.g = m . g . h 
Neste projeto o vapor contido no reservatório tem energia potencial. Quando o 
vapor é liberado uma boa quantidade de energia se transforma em energia cinética 
pois o carrinho irá adquirir movimento. 
 
 
 
23 
7 PRIMEIRA LEI DE NEWTON 
 
Lei I: Todo corpo continua em seu estado de repouso ou de movimento 
uniforme em uma linha reta, a menos que seja forçado a mudar aquele estado por 
forças aplicadas sobre ele. 
Conhecida como princípio da inércia, a Primeira lei de Newton afirma que a 
força resultante (o vetor soma de todas as forças que agem em um objeto) é nulo, 
logo a velocidade do objeto é constante. Consequentemente: 
Um objeto que está em repouso ficará em repouso a não ser que uma força 
resultante aja sobre ele. 
Um objeto que está em movimento não mudará a sua velocidade a não ser 
que uma força resultante aja sobre ele. Newton apresentou a primeira lei a fim de 
estabelecer um referencial para as leis seguintes. A primeira lei postula a existência 
de pelo menos um referencial, chamado referencial newtoniano ou inercial, relativo 
ao qual o movimento de uma partícula não submetida a forças é descrito por uma 
velocidade (vetorial) constante. 
No momento em que transformamos a energia potencial em forma de vapor 
em energia cinética, a energia cinética demonstra que o carrinho de a vapor está em 
movimento, e esse continuará em movimento até que seja aplicado uma força contra 
contraria ao movimento. A principal força contraria ao movimento é a Força de Atrito. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
24 
8 FORÇA DE ATRITO 
 
Definimos força de atrito como uma força contrária ao movimento de um 
corpo. A força de atrito aparece em razão das rugosidades existentes nas 
superfícies dos corpos. O atrito depende da força normal entre o objeto e a 
superfície de apoio, quanto maior for a força normal maior a força de atrito. 
Matematicamente podemos calcular a força de atrito a partir da seguinte equação: 
Fat = μ.N., na qual Fat é a força de atrito; μ é a constante de atrito do material e N é 
a força normal, referente à força exercida pelo piso no carrinho. 
 
8.1 Temos dois tipos de força de atrito 
 
Coeficiente de atrito dinâmico ou cinético: presente a partir do momento que o 
corpo efetua deslocamento. 
Coeficiente de atrito estático: presente quando o corpo se encontra na 
iminência do movimento, ou seja, no princípio da atuação da força externa. A força 
de atrito estático é maior que a força de atrito dinâmico. 
 
8.1.1 Relação Velocidade x Atrito 
 
Em condições normais, o automóvel “arranca” sem que as rodas escorreguem 
sobre a estrada, isto é, sem derrapar, e portanto o atrito é estático. Se o carro 
“arrancar” derrapando, o atrito é cinético. Pressionando o acelerador, aumentamos a 
velocidade de rotação das rodas, ω, e portanto a velocidade do centro de massa, 
vCM (notar que vCM = ωR, sendo R o raio das rodas). A força de atrito 
estático (de módulo variável) tem de aumentar. Enquanto ela não atingir o valor 
máximo, o carro pode acelerar. Como a força de atrito cinético tem módulo inferior a 
esse valor máximo, podemos concluir que se consegue uma maior aceleração ao 
“arrancar” com atrito estático, isto é, evitando que o carro derrape. 
 
25 
No carrinho esta relação deverá ser bastante relevada pois o sucesso do 
carrinho depende do seu deslocamento e portanto derrapadas no início do 
movimento serão apenas desperdício da força acumulada na roda propulsora 
portanto deverá ser evitada. Por essa razão as rodas possuem faixas 
antiderrapantes intercaladas para que o atrito entre a roda e o chão aumente. 
 
8.1.1.1 Velocidade angular 
 
Para caracterizar a rotação de todos os pontos de uma roda, basta saber qual 
o ângulo formado por um ponto qualquer em relação ao ponto central em um 
determinado intervalo de tempo. 
A velocidade angular (w) é expressa por: 
w = (deslocamento angular)/(intervalo de tempo) = Dj/Dt ... (rad./s) 
Nota 1: Rodas acopladas a um mesmo eixo têm mesma velocidade angular, 
mesmo período e mesma frequência (ilustração abaixo, esquerda): 
w1 = w2 <==> V1/r1 = V2/r2 <==> V1/V2 = r1/r2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
26 
 
 
Por essa razão serão usadas rodas maiores no carro a vapor pois para uma 
mesma velocidade do eixo será imprimida uma velocidade menor na roda propulsora 
o que resulta em menor velocidade do centro de massa e por fim menor velocidade 
do carrinho, aumentando o atrito em relação ao chão.O centro de massa do carro ficará localizado estrategicamente no centro da 
caldeira, pois estamos considerássemos como um ponto e que normalmente se 
relaciona com o centro de gravidade que por sua vez é o ponto de equilíbrio do 
corpo. 
 
 
 
 
 
27 
8.1.1.2 Terceira Lei de Newton 
 
Lei III: A toda ação há sempre uma reação oposta e de igual intensidade: ou 
as 
ações mútuas de dois corpos um sobre o outro são sempre iguais e dirigidas 
em direções opostas. 
A Terceira lei de Newton, ou Princípio da Ação e Reação, diz que a força 
representa a interação física entre dois corpos distintos ou partes distintas de um 
corpo. Se um corpo A exerce uma força em um corpo B, o corpo B simultaneamente 
exerce uma força de mesma magnitude no corpo A— ambas as forças possuindo 
mesma direção, contudo sentidos contrários. Como mostrado no esquema ao lado, 
as forças que os esquiadores fazem um no outro são iguais em magnitude, mas 
agem em sentidos opostos. Repare que, embora as forças sejam iguais, as 
acelerações e ambos não o são necessariamente: quanto menor a massa do 
esquiador maior será sua aceleração. As duas forças na terceira lei de Newton têm 
sempre a mesma natureza. A exemplo, se a rua exerce uma força ação para frente 
no pneu de um carro acelerando em virtude do atrito entre este pneu e o solo, então 
também é uma força de atrito a força reação que empurra o asfalto para trás. 
De forma simples: a força é a expressão física da interação entre dois entes 
físicos: há sempre um par de forças a agir em um par de objetos, e não há força 
solitária sem a sua contraparte. As forças na natureza aparecem sempre aos pares 
e cada par é conhecido como uma par ação - reação. 
Aplicando a terceira lei de Newton encontramos a reação Normal. Em física, 
força normal é uma força de reação que a superfície faz em um corpo que esteja em 
contato com esta, essa força é normal à superfície. 
É utilizada para calcular a força de atrito 
Lembrando que a força normal é igual, EM MÓDULO, a força peso no caso 
de planos paralelos e coincidentes, mas não constituem um par de ação e reação. 
A força peso é uma força de campo, enquanto a força normal é uma força de 
contato. Para constituírem um par de ação e reação, ambas deveriam ser forças do 
mesmo tipo. 
 
 
28 
Quando se pressiona uma campainha há a força normal do seu dedo contra a 
campainha, ao mesmo tempo que existe a reação (Terceira lei de Newton): a 
campainha faz força contra o seu dedo. É a força de superfície contra superfície. 
A força normal existe sempre que há contato entre o corpo e a superfície de 
apoio, independentemente de essa superfície ser ou não horizontal. A direção da 
força é sempre perpendicular à superfície de apoio. 
 
. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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9 CONCLUSÃO 
 
A propulsão constitui elementos de modo que a energia faz com determinado 
corpo se movimente de um lugar para outro com o acumulo de vapor dentro do vaso 
de pressão. Sendo assim ao realizar este sistema no desenvolvimento deste 
trabalho foi constatado que houve uma ação e reação que é nada mais do que a 
terceira lei de Newton, onde gerou uma reação com mesma intensidade, porém de 
sentido oposto, fazendo o carro deslocasse uma determinada distancia com a 
energia produzida pela propulsão. Concluímos que o projeto nos ajudou bastante 
tanto no entendimento das aulas de termodinâmica, mecânica dos fluidos quanto no 
entros 
amento dos integrantes do grupo. Realizamos todo o trabalho em grupo e nos 
baseamos bastante nas opiniões dispostas. 
Após a realização do projeto conseguimos ter uma visão diferenciada e mais 
critica quanto a propulsão a vapor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
30 
10 BIBLIOGRAFIA 
 
 
http://www.youtube.com/watch?v=c_vf0eEBHsg 
 
http://pt.scribd.com/doc/214581666/Carro-a-Vapor-APS#scribd 
 
http://www.tecmundo.com.br/energia/2688-car-tech-carro-a-vapor.htm 
 
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http://www.sofisica.com.br/conteudos/FormulasEDicas/formulas9.php 
 
http://cursos.unisanta.br/mecanica/ciclo4/Mecanica_dos_Fluidos.pdf 
 
http://www.tlv.com/global/BR/steam-theory/types-of-steam.html#saturate 
 
https://www.google.com.br/webhp?sourceid=chrome-
instant&ion=1&espv=2&ie=UTF-
8#q=o%20que%20%C3%A9%20conceito%20de%20potencia 
 
http://www.tlv.com/global/BR/steam-theory/principal-applications-for-steam.html 
 
https://mesalva.com/cursos/engenharia/mecanica-dos-fluidos 
 
http://www.museudantu.org.br/moderna6.htm 
 
https://www.youtube.com/watch?v=ucyeDGEZHgQ 
 
https://www.youtube.com/watch?v=cBBsIRZZWgs 
 
https://www.youtube.com/watch?v=Q4VjYK-E0s8 
 
https://www.youtube.com/watch?v=bfKkXJ6U4Y8 
 
https://www.youtube.com/watch?v=mUBjmaqolbs 
 
https://www.youtube.com/watch?v=7CGFJVA3OhM 
 
https://www.youtube.com/watch?v=CfZ2bnqFS88 
 
https://www.youtube.com/watch?v=KpJvm1-M8mg