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UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
CURSO DE ENGENHARIA BASICA
ALLYNNE KATYUSA ANDRADE MACIEL DE MENEZES -T2421F4
DEIVID LIMA DE SOUSA – D417851
HERISSON SOARES MARTINS DE JESUS – D357JF7
MATHEUS LIMA EMERICK – N277JJ9
MICHEL OLIVEIRA DE ALMEIDA - D4167G3
ROBSON SILVA OLIVEIRA - N1736D4
RODRIGO DA SILVA SOUZA - D165348
RUBENS GIACON PALMIERI – D4183I3
SARA APARECIDA ALVES DOS SANTOS – N118911
CARRO COM PROPULSÃO A JATO DE AR
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA – APS
ALPHAVILLE - SP
2018
ALLYNNE KATYUSA A. MACIEL DE MENEZES - T2421F4
ROBSON SILVA OLIVEIRA - N1736D4
RODRIGO DA SILVA SOUZA - D165348
SARA APARECIDA ALVES DOS SANTOS – N118911
Turma: EB3Q06
DEIVID LIMA DE SOUSA – D417851
HERISSON SOARES MARTINS DE JESUS – D357JF7
MICHEL OLIVEIRA DE ALMEIDA - D4167G3
RUBENS GIACON PALMIERI – D4183I3
Turma: EB3P06
MATHEUS LIMA EMERICK – N277JJ9
Turma: EB2P06
 Turno: Noturno
CARRO DE PROPULSÃO A JATO DE AR 
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA – APS
Trabalho de Atividade Prática Supervisionada, apresentado na Universidade Paulista – UNIP.
Coordenador: Fábio Papallardo
ALPHAVILLE - SP
2018
	
Objetivo
Projetar e construir um carro com propulsão a jato de ar, que permita o transporte de massa padrão de 4,0 kg, por uma pista de dimensões pré-estabelecidas e em linha reta.
Desenvolvimento
Chassis
A definição de um chassi segundo dicionário Michaelis pode ser dada como:
“1 Quadro rígido para a fixação de papel, vidro, tecido, plástico etc.
2 AUTOM. Estrutura do veículo constituída das partes necessárias a sua locomoção e que suporta a carroçaria.”
	
Figura 1: Chassi
O que descreve como toda estrutura central de um sistema de outras estruturas, como por exemplo, uma embarcação marítima que consiste de um chassi para suportar as torções excessivas durante o percurso ou uma geladeira que tem um chassi para suportar o compressor e demais partes do sistema de refrigeração. 
Em carros o chassi é responsável pela fixação dos sistemas de direção, sustentação do bloco do motor e carroceria. O chassi ainda precisa ser feito de um material que mantenha uma flexibilidade suficiente para se ajustar a uma torção excessiva e uma ductilidade extraordinária para absorver os impactos.
 Todos os veículos comumente conhecidos possuem um chassi, portanto nosso grupo sempre manteve parte de nossos esforços em construir um chassi adequado para o projeto. Portanto, o projeto desde seu principio já contava com uma estrutura pré-determinada.
 
 Figura 2: Vista superior.
 Figura 3: Vista lateral.
Analisando as imagens acima podemos concluir que o chassi do nosso projeto conta com dois componentes principais: a placa de madeira e o cano de PVC. 
A placa de madeira manterá a função de apoio do cano e PVC assim como o apoio das rodas, além de proporcionar a transferência imediata da força propulsora às rodas do veículo durante todo o trajeto.
O cano de PVC manterá a função de apoiar os reservatórios de ar, além de resistir à pressão de quatro bar produzida pelo gás comprimido.
Carenagem
De um modo amplo, a carenagem tem três finalidades principais em um veiculo:
Evitar que pequenos resíduos tenham acesso a partes do carro, como motor, e possam criar uma crosta de sujeira em suas partes móveis;
Melhorar sua aerodinâmica;
Melhorar sua estética visual.
Com a invenção do carro, o homem percebeu que o modelo criado ainda era pouco econômico e que a natureza não favorecia o movimento em maiores velocidades. Baseando-se nos pássaros e como eles conseguiam ir contra o vento de maneira sutil, a humanidade percebeu que precisava criar uma estrutura que pudesse “cortar” o ar e diminuir os atritos produzidos pelo movimento (mais tarde denominado como aerodinâmica). Dessa necessidade de minimizar os atritos e criar modelos mais bonitos surgiram os modelos de carenagem atuais. A aerodinâmica ainda permite que à alta velocidade, aviões permaneçam no ar e carros de fórmula 1 se estabilizem no chão, por um fenômeno denominado efeito Venturi.
Também podemos citar os navios que são projetados para passar pelas águas com menores atritos alcançando maiores velocidades.
Portanto, a carenagem abrange o aspecto hidráulico e aerodinâmico. Variando os formatos para melhores performances.
Reservatório utilizado
Em nosso projeto não há um compressor embutido no sistema, portanto a finalidade do reservatório é armazenar energia que posteriormente será usada na propulsão do veículo. Para tanto serão usadas oito garrafas pet de 2 litros como reservatório, além da capacidade de 4 litros do tubo de PVC central, somando um total de 20 litros (0,02 metros cúbicos) de ar comprimido a uma pressão de quatro bares. 
O tubo de PVC será utilizado para conectar as oito garrafas dispensando o uso de conectores pneumáticos e atuando como parte da estrutura central. Tal arranjo estrutural foi projetado para diminuir o custo do projeto e proporcionar um diferencial estético por se assemelhar com o famoso motor V8, o mesmo será como mostrado na figura “4”: duas fileiras com quatro garrafas cada dispostas a 45 graus uma da outra, assim promovendo o design e proporcionando equilíbrio. A garrafa pet da marca Coca-Cola que será usada no projeto suporta em média 10 bares de pressão segundo dados recolhidos de experimento. Conforme experimentos a parede da garrafa de coca cola é mais espessa que as demais, portanto é a mais segura para ser usada como reservatório. Como o formato da garrafa não influencia na capacidade de suprimir a pressão do gás, é apenas um artifício estrutural para o empilhamento em uma fábrica de alta produção, portanto não tem relevância neste projeto.
Figura 4: Vista superior.
Pneumática
A pneumática é um ramo da engenharia utilizada em sistemas de automação, visando aumentar a produção e diminuir mão de obra. Mas o conceito de pneumática como conhecemos hoje só foi utilizado a partir do século XIX. Antes de a pneumática vir ser usada como fonte de trabalho sua finalidade era instrumental, onde uma bomba manual era acionada, o ar era comprimido por longos tubos e a pressão do ar gerava sons. A partir do século XIX surgiram as máquinas mais complexas movidas à sistemas pneumáticos e atualmente a pneumática tem grande força nos ramos industriais para serviços rápidos e limpos.
Para que seja entendido a fundo a pneumática, precisa ser estudado o comportamento dos gases, entendendo primeiramente os conceitos dos gases ideais e de pressão.
Gases Ideais
Devido alta complexidade de entendimento de um gás, foram criados os conceitos de gases ideais, que ajudam a prever e modelar os comportamentos dos gases reais. O gás ideal é um composto de moléculas em agitação que seguem algumas regras.
Os gases não se atraem ou se repelem – Quando as moléculas se colidem a energia cinética existentes em cada molécula não é transformada em outras energias. Esse conceito é chamado de colisão elástica, que por definição diz que toda energia cinética antes da colisão, não sofrerá perda, ou seja, após a colisão terá a mesma energia cinética.
As moléculas desse gás não ocupam volume algum, já que elas são aproximadas de forma pontual, ou seja, não possuem volume. 
A equação geral dos gases:
P – Pressão do Gás
V- Volume ocupado pelo Gás
T – Temperatura no Gás
R-  Constante do Gás
N – Numero de mols no Gás
Por consequência, devemos garantir a utilização dos valores corretos. Por esse motivo, quando usamos a constante universal dos gases perfeitos R=0,082 L.atm/K.mol, a pressão deve estar em atm, o volume em Litros e a temperatura em Kelvin.
Mas se for utilizado a constante dos gases perfeitos R=8,31J/K.mol, a pressão deverá ser inserida em Pascal, o volume em m³ e a temperatura em kelvin.
Pressão
Pressão é definida como força por unidade de área. Nos gases a pressão está intimamenteligada ao movimento, ou seja, conforme o volume de um gás altera sua pressão altera inversamente proporcional.
A lei que define esse processo é denominada lei de Boyle, em homenagem ao químico irlandês Robert Boyle (1627-1691) e sua expressão é:
Essa característica do gás se dá a uma temperatura constante, conhecido também como uma transformação isotérmica.
	
Figura 5: Transformação isotérmica.
 
O gráfico de dessa transformação se da por uma hipérbole equilátera.
Ar comprimido
Quando o ar é comprimido parte da energia do processo se torna energia de pressão, parte se torna energia térmica e outra parte se perde nos atritos e em energia sonora. A energia de pressão é armazenada em reservatórios e fica disponível para realizar trabalho. A energia térmica esquenta o ar e condensa as partículas de água presente no gás, gerando assim uma condensação que precisa ser drenada.
Embora o ar comprimido seja muito útil para movimentar atuadores de forma rápida e limpa, ele não é capaz de exercer forças muito grandes o que limita seu uso no mercado industrial pesado.
Sem contar, que o ar mesmo após comprimido precisa passar por sistemas de filtros e secadores para chegar em condições adequadas de uso.
Na atualidade, com o sistema de pressurização, são fabricadas máquinas de pintura, chapiscadeiras, rebocadeiras e tal como montadoras de automóveis.
Qualidades do Ar comprimido
Pressão;
Vazão;
Teor de Água; 
Teor de partículas sólidas; e
Teor de óleo.
Válvula e reguladores de pressão
As válvulas têm como função controlar fluxos de entrada ou saída em um determinado sistema. Esse controle é feito com um bloqueio/obstrução na própria válvula. Ao abri-la, essa obstrução não ocorre mais, permitindo que o fluxo saia. Sendo assim sua funcionalidade será totalmente aberta ou fechada.
Existem diversificados tipos de válvulas desde as naturais às mecânicas, para as mais diferentes atribuições. 
A válvula mais conhecida e vital é a Válvula Cardíaca (o coração possui o total de quatro válvulas) que controla o fluxo de sangue que por ele passa. Ao abrir a válvula o fluxo de sangue escoa para um sentido e ao fechar ela impede que esse fluxo reflua para o sentido contrário. Podemos citar também a Válvula de Retenção (tem a função de reter o fluxo), essas permitem que o fluxo escoe em apenas um sentido evitando que haja um fluxo retornando. Enquanto aquelas são naturais, estas são mecânicas.
Em nosso projeto, temos como objetivo desenvolver um mecanismo que haja o controle da entrada e bloqueio da vazão do ar que ficará sobre pressão em alguns reservatórios. Obtendo assim movimento, velocidade para se alcançar o objetivo proposto.
Utilizamos no mecanismo dois tipos de válvulas, que se auxiliam durante o processo. São elas, a válvula pneumática que tem o objetivo de controlar o ar que será comprimido durante a alimentação e vazão do mesmo e a válvula de bloqueio que é utilizada no bloqueio do ar compressão direcionando-o para o sentido almejado, deixando assim o outro livre.
Compressores
Os compressores são os responsáveis por transformar a energia mecânica em energia pneumática através do ar em sua volta. Na atualidade obtemos três tipos de compressores, que estão descritos a seguir:
Compressor de Embolo;
Compressor Rotativo; e
Turbo Compressor.
O compressor de Embolo e o Rotativo possuem como característica comprimir um fixo volume de ar em cada ciclo, já o Turbo Compressor, comprime o ar o forçando para o escoamento a um difusor, ou seja, transformando a energia cinética em energia de pressão. 
Cálculos utilizados
Dados:
2 ℓ = 2 × (1,0 × 10^ (–3) m³) = 2,0 × 10^ (-3) m³
4 bares = 4 × (1,0 × 10^5 N/m²) = 4,0 × 10^5 N/m²
Previsão do tempo= 14°C
R = 8,314 J/K.mol
MgN2 = 28 g
MgO2=32 g
Composição do ar= 78% (N2), 21% (O2)
Primeiro calculamos a massa de ar que caberá na garrafa PET
T = 14 °C + 273,15 ⇒ T = 287,15 K
𝑝𝑉 = 𝑛𝑅T          logo 𝑛 = pV/RT
 (4,0 × 105 𝑁/𝑚2) (2,0 × 10−3𝑚3)) / ((8,314 𝐽/𝐾. 𝑚𝑜𝑙) (287,15 𝐾)) = 0.335 mols
𝑀𝑔𝑎𝑟 = 0,79 × 𝑀𝑔, 𝑁2 + 0,21 × 𝑀𝑔, 𝑂2 ⟹ 𝑀𝑔, 𝑎𝑟 = 0,79 × 28 𝑔 + 0,21 × 32 𝑔 𝑀𝑔, 𝑎𝑟 = 22,12 𝑔 + 6,72 𝑔 ⟹ 𝑀𝑔, 𝑎𝑟 = 28,84 g
Utilizando Mar = 𝑛. 𝑀𝑔 determinamos a massa de ar por garrafa PET
M𝑎𝑟 = (0,335 𝑚𝑜𝑙𝑠). (28,84 𝑔)
M𝑎𝑟= 9,66g
Assim podemos definir a densidade do ar na garrafa como:
𝜌𝑎𝑟 = 𝑚𝑎𝑟/ ∀ ⟹ 𝜌𝑎𝑟 = 9.66 𝑔/2 ℓ ⟹ 𝜌𝑎𝑟 = 4.83 𝑔/ℓ ou 𝜌𝑎𝑟 = 4.83 𝑘𝑔/𝑚3
Por meio da equação de Bernoulli determinamos a velocidade de escape do fluido. 
𝑝𝑜 − 𝑝𝑓 = (𝜌 x (v𝑓^2 – v𝑜^2))2 + 𝜌g x (𝑦𝑓 − 𝑦𝑜)
4,0 × 10^5 𝑁/𝑚² – (4.83 𝑘𝑔/𝑚³ x 10 m/s² x (0,35 – 0,065) = (𝜌 x (v𝑓^2 −0)) /2
(399986,25 𝑁/𝑚² x 2) /4.83 𝑘𝑔/𝑚³ = v𝑓^2
V-ejeção=406.97 m/s
Finalizamos com a equação que fornece a velocidade final de um foguete já que o carrinho se baseia no mesmo princípio de expulsão de gases
𝑚𝑜= 4kg (pesos) +1,5kg (carrinho) + 0,077kg (gás dentro das 8 garrafas PET)
𝑚𝑓=5,5kg
V𝑓 − v𝑜 = v-ejeção. 𝑙𝑛 (𝑚𝑜/𝑚𝑓)
V𝑓=406.97 m/s x 𝑙𝑛 (5,59/5,5)
V𝑓= 5,14 m/s ou 17.29 km/h
Etapas de construção
 Material utilizado
- Garrafas PET de Coca-Cola;
- Madeira;
- Cano de PVC;
- Conectores;
- Niple;
- Válvula de retenção; 
- Válvula Esf; 
- Broca chata para madeira;
- Rodas de patins;
-Lixa ferro 3M;
- Lixa água 3M;
- Cap esgoto 50 MM;
- Araldite;
- Durepox;
-Tinta preta.
Passo-a-passo da construção e teste preliminar
Definir modelo de protótipo a ser construído;
Fazer o esboço;
Elaborar os cálculos;
Montar a estrutura; 
 Aguardar secagem da cola; e
 Realizar testes finais.
Iniciamos nosso projeto furando o tubo de pvc com 4 furos em cada lado e fixamos nele as 8 garrafas, vedando-as com durepox. Porém ao alimentar o sistema percebemos vazamentos do ar em duas garrafas. Colocamos silicone para vedar momentaneamente e refizemos o teste, mas dessa vez uma garrafa não suportou a pressão e saiu do cano. Vimos a necessidade de colocar cola araldite para melhor fixação. Devido às rodas não estarem acopladas ao chassi, não foi realizado o teste de propulsão no mesmo dia.
Ilustrações
Figura 6: Protótipo construído.
Figura 7: Protótipo em construção.
Figura 8: Protótipo.
Planilha de custos
Conclusão
Na engenharia nos deparamos com uma infinidade de situações únicas, dentro de qualquer projeto existem vários pontos que necessitam de atenção. Como engenheiros fazemos uso de diversas ciências a fim de prevermos qualquer dessas situações durante a operação de um projeto.
No projeto do carro com propulsão a jato de ar pesquisamos sobre o chassis que é a estrutura de veículo essencial para sua sustentação também a carenagem, parte importante para eficiência visando reduzir o atrito com o ar ,porém a parte que mais nos trouxe atenção foi a área da pneumática, a qual funcionará de motor ao veículo. Obteremos a energia fazendo uso da pressão de um gás comprimido sendo liberada a uma vazão em troca de energia cinética. 
Para saber quanto de energia precisamos acumular para que o projeto cumpra sua meta utilizamos cálculo. Nossos resultados nos permitiram saber a velocidade média de vazão dos gases a mais de 400 metros por segundo , gerando uma propulsão suficiente para nosso veículo atingir uma velocidade de aproximadamente 17 quilômetros por hora.
O grupo se divertiu com o projeto e aprendeu melhor a trabalhar em equipe, além de naturalmente ganhar experiência sobre projetos que envolvem a área de pressão e pneumática.
Referências bibliográficas
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http://www.rwengenharia.eng.br/aplicacoes-do-ar-comprimido/ - às 15:23h do dia 31/05/2018
https://pt.khanacademy.org/science/physics/thermodynamics/temp-kinetic-theory-ideal-gas-law/a/what-is-the-ideal-gas-law - às 16:15h do dia 31/05/2018
http://sites.poli.usp.br/d/pmr2481/pneumat2481.pdf às 15h do dia 31/05/2018
file:///C:/Users/User/Downloads/apostila_M1001_1_BR.pdf- às 15:40h do dia 31/05/2018
https://www.researchgate.net/publication/323808278_Material_didatico_Circuitos_e_Componentes_Pneumaticos_e_Eletropneumaticos_para_Automacao - às 16h do dia 31/05/2018
https://www.portalsaofrancisco.com.br/mecanica/chassi - às 16:20h do dia 31/05/2018
https://educacao.uol.com.br/disciplinas/fisica/gases-perfeitos-leis-geral-boyle-gay-lussac-charles-e-clayperon.htm - às 16:34h do dia 31/05/2018
The automotive: engineering principleS
Jornsen Reimpell, Helmut Stoll, Jurgen Betzler.
https://scholar.google.pt/scholar?hl=pt-BR&as_sdt=0%2C5&q=chassis&oq=chassi#d=gs_qabs&p=&u=%23p%3Df7wtPI5LCeEJ - às 10:27h do dia 28/052018
https://hmsportugal.wordpress.com/2011/10/26/o-que-sao-problemas-das-valvulas-cardiacas/ - às 9:58h do dia 31/05/2018
Simone Massulini Acosta: paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral/instrumentacao-industrial/...%20Valvulas.../file - às 8:33h do dia 31/05/2018
http://redeetec.mec.gov.br/images/stories/pdf/eixo_ctrl_proc_indust/tec_autom_ind/proc_ind/161012_proc_ind.pdf - às 9:00h do dia 31/05/2018
Bibliografia de figuras
encurtador.com.br/bdxYZ ( figura 1)
Plan1
	Planilha de Custos
	Itens	Quantidade	Preço unitário	Valor total
	Papel Contact	1	R$ 6.80	R$ 6.80
	Válvula de retenção	1	R$ 27.68	R$ 27.68
	Niple	1	R$ 5.53	R$ 5.53
	Conector macho	1	R$ 2.97	R$ 2.97
	Válvula Esf.	1	R$ 9.81	R$ 9.81
	Lixa ferro 3M	1	R$ 3.20	R$ 3.20
	Lixa água 3M	1	R$ 1.75	R$ 1.75
	Broca chata para madeira	1	R$ 9.15	R$ 9.15
	Cap esgoto 50MM	2	R$ 3.47	R$ 6.94
	Cap Sold 50MM	2	R$ 7.15	R$ 14.30
	Total	R$ 88.13