APS 5 Semestre Engenharia Mecânica UNIP

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Atividades Práticas Supervisionadas
Engenharia 4° e 5° Semestre
UNIVERSIDADE PAULISTA
Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia
Graduação em Engenharia Mecânica/Mecatrônica
Carro a Jato
Carlos Henrique Holanda RA: N139AJ0; Turma: EM5P48;
Diego Alves Pedro RA: D4238A8; Turma: EM5P48;
Guilherme Leite da Silva RA:D24BBB1; Turma: EA5P48
Henrique da Silva Guedes RA:N171383; Turma: EM5P48;
Luiz Felipe de Oliveira RA:D277CA1; Turma:EM5P48
Marcos Félix Gonzaga Maia Júnior RA:N1530D-0; Turma: EA5P48
Matheus do Rosário Carvalho RA: D18655-8; Turma: EM5P48;
Nicholas Baraldi da Silva Souza RA:T2047B-6; Turma: EA5P48
Willians Augusto Gomes Júnior RA:N134BJ-5; Turma: EA5P48
Wladimir Palácio Filho RA:D308599; Turma: EM5P48
 São José dos Campos – SP
 2019
Sumário 
INTRODUÇÃO........................................................................................................... 5
 O QUE É PROPULSÃO A JATO?........................................................................... 5
 TIPOS DE MOTORES A REAÇÃO......................................................................... 7
 3.1 MOTOR TURBOFAN.................................................................................................. 7
 3.2 MOTOR TURBOJATO................................................................................................ 7
 3.3 MOTOR PULSO JATO................................................................................................ 8
 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL................................................................... 9
 4.1 MATERIAIS PARA A CONSTRUÇÃO DO CARRO A JATO................................. 9
 4.2 MATERIAIS SUPLEMENTARES PARA A CONSTRUÇÃO DO CARRO........... 10
 4.3 PASSO A PASSO....................................................................................................... 12
 5. RESULTADOS.......................................................................................................... 14
 6. CONCLUSÃO........................................................................................................... 15
 7. REFERÊNCIAS........................................................................................................ 16
 8. AGRADECIMENTOS............................................................................................... 17
Lista de Figuras
Figura 01: Eolípila de Heron....................................................................................6
Figura 02: Motor Turbofan......................................................................................7
Figura 03: Motor Turbojato B-57 Canberra............................................................8
Figura 04: Representação gráfica do Motor Pulso Jato.....................................................9
Figura 5- Conexão Reta.................................................................................................10
Figura 6- Conexão em T........................................................................................11
Figura 7- Cantoneira com furo 13x13...................................................................11
Figura 8- Roda Rodízio Giratótio..........................................................................11
Figura 9- Montagem do Chassi.............................................................................12
Figura 10: Secagem da Cola Araldite...................................................................13
Figura 11: Instalação das garrafas.........................................................................13
Figura 12: Montagem do adaptador de PVC com conexão T...............................13
Figura 13: Fixação da mangueira pneumática......................................................14
Figura 14: Término do trabalho............................................................................14
Figura 15: Ajuste de retilinidade do trabalho.......................................................15
Figura 16: Fotografia da Sala...............................................................................17
Figura 17: Equipe Carreta Furacão......................................................................18
RESUMO
Neste trabalho são apresentados os princípios do “Carro a jato” utilizando o princípio de Propulsão em Mecânica dos Fluídos para a construção e aplicação de um veículo movido por ar comprimido, com a pressão de 4 bar, utilizando o sistema pneumático para seu deslocamento. O Carro a Jato será fabricado para realizar a maior velocidade em uma linha reta no menor tempo possível, não saindo no seu percurso horizontal estipulado em uma linha com as dimensões 12x2m (comprimento x largura). Sendo o “Carro a Jato” desenvolvido pela Universidade Paulista – UNIP do polo de São José dos Campos, período noturno, ministradas para o 4° e 5° semestre de 2019, nos cursos de Engenharia Mecânica, Engenharia de Produção Mecânica e Engenharia de Controle e Automação. Promovendo a integração dos participantes para a resolução de problemas diários decorrentes da profissão Engenharia, apresentando nossas habilidades, valores e atitudes relacionadas à nossa criatividade, profissionalismo, modelagem e trabalho em equipe.
Palavras-chaves: Propulsão. Mecânica dos Fluídos. Velocidade
INTRODUÇÃO
O “CARRO A JATO” tem a finalidade de gerar cálculos de projetos de Engenharia, Mecânica dos Fluídos e a integração e o desenvolvimento do trabalho em equipe, sendo seu objetivo percorrer o menor tempo na distância de 12m, trabalhando com as dimensões de no máximo de 800x600x400mm (comprimento x largura x altura), exercendo a pressão de 4 bar, sendo utilizado apenas o ar comprimindo, com a utilização de qualquer outro tipo de fluído proibida a participação da equipe. A classificação será feita pela equipe que obtiver o menor tempo na distância pré-estabelecida e como critério de desempate caso haja 2 ou mais equipes com mesmo tempo de percurso, o requisito massa do veículo (UNIVERSIDADE PAULISTA, 2019, p 1-3). 
O QUE É PROPULSÃO A JATO?
A Propulsão a Jato é o nome dado a uma força expelida de um motor através de um jato intenso em relação a algum fluído, gerando impulso. Essa é obtida através da Terceira Lei de Newton.
Sendo a Terceira Lei de Newton (Lei da Ação e Reação), descreve o resultado da interação de duas forças, ou seja, para toda ação (força) sobre um objeto, em resposta à interação com outro objeto, existirá uma reação (força) de mesmo valor e direção, mas com sentido oposto (JÚNIOR, 2019).
O primeiro motor surgiu na Alexandria, tratava-se de um invento rudimentar denominado de Eolípila (Figura 01), na qual era composta por uma esfera oca, cheia de água e com dois tubos curvados, no qual quando era aquecida girava em torno do próprio eixo, aproveitando desse modo a propulsão exercida pelo vapor (Curiosidades, 2019).
Figura 01: Eolípila de Heron
Fonte: ROBERTO PERREIRA, Célio
O primeiro aparelho considerado como uma turbina, foi concebido em um livro de Bishop Wilkin, publicado em 1648. O dispositivo de Wilkin consistia em um disco de madeira com raios montados com tábuas inclinadas, assim como as pás de um ventilador. Esta roda foi instalada na saída de uma chaminé, é a queima de carvão fazia com que os gases gerados no processo de combustão girassem a roda (IZOLA,2002). 
Em 1791 o inglês Jonh Barber conseguiu a primeira patente de uma turbina de combustão interna. O projeto de Barber aparece documentado de forma rudimentar, assim não se sabe se o projeto seria capaz de funcionar. Nos anos de 1853 e 1906, muitos outros projetistas como os franceses M. Tournaire eM. Karavodine, e o alemão Dr. Stolze apresentaram inúmeros esquemas e mecanismos baseados na teoria de propulsão a jato (IZOLA,2002).
TIPOS DE MOTORES A REAÇÃO
Os principais tipos de motores usados na aviação são: Turbofan, Turbojato e Pulso Jato.
3.1- MOTOR TURBOFAN
É um motor a reação utilizado para aeronaves que necessitam de uma alta velocidade, variado de 700 Km/h a 1000Km/h, sendo utilizados para altitudes que variam de 10 a 15 mil metros. Basicamente, neste tipo de projeto, o motor é constituído por um “fan” (ventilador ou ventoinha, Figura 02), que complementa o fluxo de ar gerado pelos compressores de baixa pressão e alta pressão (HANGAR 33 (BLOG), 11/03/2014).
Figura 02: Motor Turbofan
Fonte: Hangar 33 (Blog), 11/03/2014
3.2- MOTOR TURBOJATO
 O Turbojato ou Turborreator (Figura 03), é o mais simples e mais antigo, sendo desenvolvido pelos Engenheiros Frank Whittle no Reino Unido e Hans von Ohain na Alemanha, no final da década de 1930. O motor Turbojato é usado especialmente na propulsão de aeronaves. Nele, o ar é introduzido no compressor giratório através da entrada e comprimido a uma pressão superior, antes de ser direcionada a câmara de combustão. O combustível é misturado com o ar comprimido e inflamado gerando uma faísca. Este processo de combustão aumenta significativamente a temperatura do gás. Os produtos quentes da combustão que saem do combustor se expandem através da turbina, onde a potência é extraída para dirigir o compressor. O fluxo de gás que sairá da turbina se expande até à pressão ambiente através do bocal de propulsão, produzindo um jato de alta velocidade em volta da saída do motor (HANGAR 33 (BLOG), 11/03/2014).
Figura 03: Motor Turbojato B-57 Canberra
Fonte: Wikipédia
3.3- MOTOR PULSO JATO
 O motor Pulso Jato (Figura 04) foi inventado em 1908 e aperfeiçoado pelo Engenheiro alemão Paul Schmidt, em 1931. Seu funcionamento consiste em Combustão em pulsos ou Combustão Ressonante, deste modo ocorre a combustão com admissão de ar em seu difusor central, misturando-se com o ar de combustível, pelo qual será injetado através de um bico injetor. Assim a mistura ar-combustível é admitida pela válvula e introduzida na câmara de combustão, que entrando em contato com a faísca elétrica da vela (ou com as paredes já aquecidas), a mistura entra em combustão. Devido a combustão ocorre o aumento de pressão na câmara. Deste modo, a válvula se fecha, impedindo a entrada de ar. Os gases de combustão são então expelidos pelo tubo de escape, fazendo surgir a força propulsora (HANGAR 33 (BLOG), 11/03/2014).
Figura 04: Representação gráfica do Motor Pulso Jato
Fonte: Hangar 33 (Blog), 11/03/2014
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
4.1- Materiais para a construção do Carro a Jato:
- 10 Garrafas 2L
- 10 Conexões reta macho com rosca ¼ ″ para tubo de 8mm
- 05 Conexões em T Macho com rosca de ¼ ″ para tubo de 8mm
- 02 Cantoneiras de Alumínio ½ ″ (Cortada em 4 pedaços de 45x50x15mm)
-14 Porcas Sextavadas M4 Zincadas
- 04 Cantoneiras com furos 13x13mm Niquelado 
- Cola Araldite Hobby 25g seringa
- ColaTubo Brascola para PVC 17g 
- Mangueira de Poliuretano (Tubo Pneumático) PU – 08x06mm azul (8m)
- Fitas Hermann pretas
- Adaptador curto de PVC plastilit
- 04 Rodas Rodízio Giratório de PVC 2”
- Válvula de Esfera em Aço Inox (Válvula de Retenção)
- Rolo de fita Isolante
- Fita Veda Rosca 18mm X 5m
- Parafusos de fenda 
- Arruelas lisas pequenas
4.2- Materiais Suplementares para a construção do Carro a Jato:
- Arco de Serra
- Escala de 300mm
- Paquímetro Universal de 150mm
-Trena 
- Lima Bastarda
- Lima Mursa
- Pincel Atômico
- Alicates de Corte
- Tesoura escolar
- Furadeira/ Parafusadeira Manual Bosch 12V
- Furadeira de Bancada 
- Chaves de Fenda
- Chave de Boca
Segue abaixo algumas fotografias do projeto, dentre elas as Figura 5 até a Figura 8.
Fotografias de alguns materiais usados:
Figura 5- Conexão Reta
 
 
Fonte: Arquivo do autor.
Figura 6- Conexão em T
Fonte: Arquivo do autor.
Figura 7- Cantoneira com furo 13x13
Fonte: Arquivo do autor
Figura 8- Roda Rodízio Giratótio
Fonte: Arquivo do autor.
4.3 - PASSO A PASSO 
Para a construção do Carro a Vapor, primeiramente fizemos a base utilizando as 02 Cantoneiras de Alumínio ½ ″, cortando em 4 pedaços de 45x50x15mm (Comprimento x Largura x Altura), e 02 pedaços de 45mm para ser alocada verticalmente, adiante emprega-se as 04 Cantoneiras com furos 13x13mm Niquelado, fixadas nas extremidades da base do Chassi, além de parafusos de fenda e arruelas para devida estabilização e a outra cantoneira é empregada no meio do chassi, para suportar mais resistência mecânica, com a estrutura rígida, já fica adequado a instalação das rodas giratórias (Figura 09). Enquanto a outra parte da equipe furavam as 10 tampas com furos de centro de 12,5mm para ideal ajuste das garrafas utilizando furadeira de bancada. Logo depois de todas as tampas furadas e apresentando Circularidade adequada é introduzido as conexões reta macho com rosca ¼ ″ para tubo de 8mm, com fita veda rosca nas roscas nas tampas e cola Araldite Hobby 25g seringa nos dois lados das tampas para evitar qualquer dissipação de fluído (Figura 10). Posteriormente acoplamos as garrafas na base com fitas hermann para imobilização e fita isolante para garantia de eficiência (Figura 11), enquanto alguns integrantes faziam 05 furos no Adaptador curto de PVC plastilit com a dimensão da rosca da conexão em T Macho de ¼ ″ para instalação da mesma (Figura 12), como todos os parâmetros definidos só faltava a acopagem das Mangueira de Poliuretano (Tubo Pneumático) PU – 08x06mm azul (Figura 13). Com isso inserimos a válvula de Esfera em Aço Inox no nosos Carro a Vapor e terminamos nosso projeto de APS do 4° e 5° semestre de 2019, nos cursos de Engenharia Mecânica, Engenharia de Produção Mecânica Engenharia de Controle e Automação (Figura 14).
Figura 9- Montagem do Chassi
Fonte: Arquivo do autor.
Figura 10: Secagem da Cola Araldite
Fonte: Arquivo do autor.
Figura 11: Instalação das garrafas
Fonte: Arquivo do autor.
Figura 12: Montagem do adaptador de PVC com conexão T
Fonte: Arquivo do autor.
Figura 13: Fixação da mangueira pneumática
Fonte: Arquivo do autor.
Figura 14: Término do trabalho
Fonte: Arquivo do autor.
RESULTADOS
 Nosso projeto em testes na oficina de Mecânica da UNIP andava cerca de 13m a 14m antes de sair da linha reta e bater nas pilastras, devido a isso colocamos um contrapeso na parte à direita com um parafuso sextavado M16 e um suporte de mandril para fixá-lo (Figura 15), com isso melhoramos gradativamente o problema de retilinidade, deste modo na Competição realizada na UNIP na terça-feira no dia 30/04/2019 nossa equipe “Carreta Furacão” conseguiu atingir o 2º lugar percorrendo 12m em 2,24s na 1º volta e 12m em 2.42s na 2º volta, aumentando um pouco o tempo devido bater e rotacionar na limitação da linha de percurso, mesmo assim ficamos orgulhos com nossos resultados, devido ao empenho de nossa equipe e a confiança de nossos amigos em nós depositadas. 
Figura 15: Ajuste de retilinidade do trabalho
Fonte: Arquivo do autor.
CONCLUSÃO
É um trabalho árduo e extremamente detalhista, pois requer minúsculos detalhes que devem ser pensados para total eficiência do projeto, levamos 1 semana inteira para comprar e pensar da melhor forma possível de montá-lo, depois do chassi pronto, precisamos reforçar sua estrutura mecânica, pois apresentava muita pouca rigidez, então tivemos a ideia de fixar uma cantoneira vertical, mas para isso tivemos que deformá-la utilizando martelo e morsa da oficina da faculdade, para assim apresentar a melhor retilinidade possível, com o chassi finalizado, precisávamos averiguar a instalaçãodas garrafas e ver se de fato apresentava uma boa distribuição, com esse impasse resolvido, só faltava cortar as mangueiras em tamanhos calculados para melhor nível de aproveitamento de Vazão de fluído, por último fixamos a válvula de Esfera em Aço Inox e de fato finalizamos nosso projeto, nosso carro induzindo ar comprimindo em seu sistema deslocava de 13 a 14m em tempos muito pequenos e deste modo mostrando que somos competentes em resolver problemas de Engenharia no nosso cotidiano profissional. Para a realização de nosso projeto nos baseamos do Blog do Marcelo Maciel: Carro à Jato, aluno do 5° semestre de Engenharia Mecatrônica da UNIP (Campus Marquês) em 2010, para ter ideia de design e performance do carro, todavia fizemos diversas adaptações de acordo com os nossos objetivos em relação a Competição de 2019. 
 REFERÊNCIAS
MACIEL, Marcelo. Carro à Jato: A Competição (Blog, 11/02/2012). Disponível em: < http://www.marcelomaciel.com/2012/02/carro-jato-competicao.html > Acesso 27/04/2019.
CURISIODADES. Propulsão a jato. Disponível em:< https://www.sitedecuriosidades.com/curiosidade/propulsao-a-jato.html>. Acesso 14/04/2019.
HANGAR 33 (BLOG), CONHEÇA OS TIPOS DE MOTORES A REAÇÃO (11/03/2014). Disponível em : < http://blog.hangar33.com.br/conheca-os-tipos-de-motores-a-reacao/ > Acesso 21/04/2019.
IZOLA, Dawson. MOTORES A JATO: História, Projeto e Construção. Pulso- jato, Turbina a vapor, Turbo Compressor 0.49. Coleção Correio Ciência Volume 1, 2002. Disponível em < https://www.researchgate.net/publication/299485072_Motores_a_Jato_-_Historia_projeto_e_construcao>. Acesso 14/04/2019.
JÚNIOR, Joab Silas da Silva. "Terceira lei de Newton"; Brasil Escola. Disponível em <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/terceira-lei-newton.htm>. Acesso 14/04/2019.
ROBERTO PEREIRA, Célio. Outra História (Blog). Disponível em :< http://historiofobia.blogspot.com/2010/11/invencoes-da-antiguidade-eolipila.html>. Acesso 14/04/2019.
UNIVERSIDADE PAULISTA (UNIP), Competição do Curso da Engenharia da UNIP Carro a Jato 2019/1 – Cinemática Campus São José dos Campos (Versão Atualizada de 2016). Disponível em :< http://www.madani.adv.br/page8.html>, (item f). Acesso 14/04/2019.
WIKIPÉDIA. Martin B-57 Canberra. Disponível em : < https://en.wikipedia.org/wiki/Martin_B-57_Canberra > Acesso 21/04/2019.
AGRADECIMENTOS
Agradecemos aos técnicos Fábio e Tiago por ceder o espaço da oficina para nossos testes, aos professores organizadores Eduardo Mikio Konigame, Fernando Cruz Barbieri e a todos professores presentes na Competição, a nossos amigos de outras Engenharias por acreditarem em nosso trabalho e a todos presentes no evento,foi um desafio incrível e todas equipes participantes deram seu melhor, segue abaixo na Figura 16 a fotografia da sala e da Figura 17 da Equipe Carreta Furacão.
Figura 16: Fotografia da Sala
 Fonte: Adaptação da foto da sala .
Figura 17: Equipe Carreta Furacão
Fonte: Arquivo do autor
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Integrantes na fotografia: Luiz Felipe de Oliveira; Carlos Henrique Holanda; Guilherme Leite da Silva; Nicholas Baraldi da Silva Souza; Matheus do Rosário Carvalho; Willians Augusto Gomes Júnior; Marcos Félix Gonzaga Maia Júnior; Diego Alves Pedro, da Esquerda para a Direita. Os integrantes Henrique da Silva Guedes e Wladimir Palácio Filho não conseguiram comparecer.
*OBSERVAÇÃO 
Nossa equipe possui o total de 10 integrantes divididos em 2 turmas sendo:
6 integrantes de Mecânica (EM5P48): 
1) Carlos Henrique Holanda (RA: N139AJ-0); 
2) Diego Alves Pedro (RA: D4238A-8); 
3) Henrique da Silva Guedes (RA: N17138-3); 
4) Luiz Felipe de Oliveira (RA: D277CA-1); 
5) Matheus do Rosário Carvalho (RA: D18655-8); 
6) Wladimir Palácio Filho (RA: D30859-9). 
4 integrantes de Mecatrônica (EA5P48): 
7) Guilherme Leite da Silva (RA: D24BBB-1); 
8) Marcos Félix Gonzaga Maia Júnior (RA: N1530D-0);
9) Nicholas Baraldi da Silva Souza (RA: T2047B-6); 
10) Willians Augusto Gomes Júnior (RA: N134BJ-5)
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