APS_Carro_Propulsão

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FACULDADE UNIP – JUNDIAÍ/SP 
 
 
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UNIVERSIDADE PAULISTA 
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 
 
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA (APS) 
 
 
 
 
CARRO PROPULSÃO A AR COMPRIMIDO 
 
 
 
 
 
 
Leonardo Cesar Paturca Martins RA: D4501E-7 
Samuel Costa da Silva RA: D3974H-5 
Thais Aparecida Elizeu Dias RA: N1475A-1 
Thiago Andrade de Sousa RA: D39505-0 
Wallace Orlato Oliveira RA: D259FF-6 
Welington Sena Sousa RA: D38662-0 
Wilton da Silva Farias RA: T3476C2 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CARRO PROPULSÃO A AR COMPRIMIDO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Projeto APS – Carro Propulsão a Ar 
Comprimido apresentado, à Faculdade UNIP 
Jundiaí. 
 
Orientador(a): 
Prof(a). (Dr./Ms./Esp.) Ms. Amanda Lucena 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CARRO PROPULSÃO A AR COMPRIMIDO 
 
 
 
RESUMO 
 
Tal pesquisa visa 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. 
 
Palavras-chave: Projetar e construir, carro de propulsão a ar comprimido, fontes 
de energia renováveis. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CAR COMPRESSED AIR PROPULSION 
Abstract 
 
This research aims to design and build a car that is driven from the compressed 
air propulsion mechanism as a means of work, being the antithesis response of the impact 
of the use of fossil fuels through the use of renewable energy sources. 
 
Keywords: Design and build, compressed air propulsion car, renewable energy 
sources. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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SUMÁRIO 
 
RESUMO .............................................................................................................2 
ABSTRACT............................................................................................................4 
1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................6 
2. OBJETIVOS...........................................................................................................7 
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.....................................................................................8 
4. DESENVOLVIMENTO TÉORICO.............................................................................11 
5. ETAPAS DE CONSTRUÇÃO..................................................................................12 
6. CONCLUSÃO........................................................................................................13 
 ANEXOS................................................................................................................18 
REFERÊNCIAS.........................................................................................................19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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I- INTRODUÇÃO 
 
Partindo da premissa de que os combustíveis fósseis atendem a maior demanda de 
energia e que tais combustíveis estão esgotando rapidamente, além de protagonizar 
problemas globais como o efeito estufa, depleção da camada de ozônio, chuvas ácidas e 
poluição, colocando em risco nosso planeta. 
Essa problematização tem levado fabricantes a desenvolver carros com fontes de 
energia alternativas, uma possível alternativa é o carro movido a ar comprimido, já que o 
ar é abundantemente disponível, livre de poluição e pelo fato de que pode ser comprimido 
a pressões elevadas com baixo custo. 
O ar comprimido é utilizado em aplicações pneumáticas ao longo do tempo, tendo 
como exemplos os motores a ar, pneumáticos, atuadores, usados também para 
impulsionar o torque inicial de veículos. 
Utilizado desde o dia 19 do século X como fonte de energia para locomotivas das 
minas e, anteriormente, sendo instrumento de propulsão naval, o ar comprimido é, ainda 
hoje, uma excelente alternativa em veículos, quando comparados a veículos com motores 
de combustão normal, além de ser abundante, econômico, transportável, armazenável e, 
o que é ainda mais importante, não é poluente, além de redução de custos na produção 
de veículos, devido ao fato de não haver necessidade de sistema de refrigeração, velas e 
ignição, não é inflamável, a vida útil do motor é mais longa, os tanques usados em 
veículos à ar comprimido podem ser reciclados e com menos contaminação que as 
baterias. O reabastecimento de veículos movidos a ar comprimido pode ser realizado a 
compressores de ar ou em estações de serviço, isso além da necessidade de serem mais 
leves, o que resultaria em um menor desgaste nas estradas, sem contar que o 
abastecimento de veículos movidos a ar pode ser mais barato que os atuais. 
 
Um pouco sobre as engrenagens e o ar comprimido 
 
Por mais de meio século, a locomotiva movida a ar foi indicada como o principal 
meio de transporte devido a sua simplicidade, segurança, economia e limpeza. Em 
meados de 1980 à 1990, foram construídos os primeiro motores de ar para uso diário 
metropolitano experimental, na cidade de Nova Iorque, uma estação de compressão foi 
construída para o uso de locomotivas que passavam por testes em rotas diárias. 
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Locomotivas de mineração movidas a ar foram fabricadas por empresas de locomotiva a 
vapor. 
Quando William Lawrence Saunders faleceu, ao fim da segunda guerra mundial, 
o termo “air engine, ou motor a ar, desapareceu dos livros de engenharia. Motores a gás 
foram aperfeiçoados, enaltecendo a indústria de petróleo assim como a de gás, já que era 
mais barato. Assumiu então Ingersoll-Rand, diminuindo o interesse por carros movidos a 
ar. Em publicação oficial da Ingersoll-Rand como a maior corporação de ar comprimido 
do mundo, a revista Compressed Air, cresceu elegantemente distante do ar comprimido e 
quase nunca mencionou carros, amparado na abundância do óleo estava em pleno 
andamento. 
Com a chegada da escassez do petróleo na década de 1970, reacendeu o interesse 
por carros movidos a ar comprimido, mesmo com os inúmeros modelos patenteados de 
carros convencionais, híbridos, de ciclo fechado e ar livre, bem como conversões para 
motores existentes. 
 
 
II- DESENVOLVIMENTO DO PROTÓTIPO 
Uma vez que o desenvolvimento teórico fora consolidado com sessões de 
brainstorming com a equipe para definição do escopo do projeto, passamos à fase de 
cálculos. Considerando quesitos técnicos foram avaliados os pontos nos quais nos 
possibilitariam maior utilização do fluido em relação ao volume disponível nos 
recipientes, nesta fase pudemos definir qual seria o nosso volume teórico de fluido e 
executamos uma simulação do carrinho em movimento e do fluído em vazão e 
relacionando o peso e a possível estrutura mecânica, realiza-se qual a possível 
distância que o carrinho poderia percorrer. Com um croqui em mente passamos à fase 
de modelagem, utilizando o software SolidWorks pudemos estabelecer um modelo 
3D previsto para a posteriormontagem dos componentes, aqui conseguimos prever 
possíveis folgas e demais imperfeições na montagem das peças como chassis, rodas, 
bloco de válvula, etc. Esta fase teve extrema importância para otimização dos recursos 
e aplicação mecânica das partes. 
 
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É claro que o software nos possibilitou melhor visualização e teve extrema 
influência no processo criativo, contudo, o modelo 3D serve apenas de base para 
prevenção de possíveis falhas e visualização holística do projeto. Com isso em mente 
inicia-se a fase de criação dos desenhos detalhados das peças: os desenhos técnicos 
com supressão de vistas servem para futura usinagem dos diferentes componentes 
mecânicos, com isto tivemos mais um desenvolvimento teórico com adição dos 
quesitos mecânicos de montagem considerando tolerâncias geométricas e 
dimensionais. 
 
 
Imagem obtida através do software SolidWorks 
CHASSI 
Um dos grandes desafios dos veículos com propulsão a ar está na sua 
autonomia, pois mesmo com uma grande capacidade de deslocamento apenas com o 
disponível no sistema de armazenamento eleva o seu custo demasiadamente, tornando 
inviável a sua construção. Como a energia necessária para a locomoção de um veículo 
é diretamente proporcional ao seu peso, à utilização de materiais com baixa massa 
específica em sua construção pode reduzir drasticamente o seu peso total, 
consequentemente elevando sua autonomia a valores consideráveis, além de aumentar 
a sua eficiência energética, pois para um mesmo deslocamento uma quantidade de 
energia bem menor é utilizada. 
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As dimensões utilizadas na projeção do carro a propulsão a ar são de 400 mm 
de comprimento, 120 mm de largura e com um entre eixos de 320 mm (distância entre 
a roda dianteira e traseira). Não há restrição de massa, mas procuramos em obter a 
melhor relação de resistência mecânica / massa total, facilidade de confeccionar e 
montar as partes a um custo baixo, sendo que a melhor opção foi construir o chassi 
em perfil de alumínio em “L” de 1/2” de altura e largura e 1/16” de espessura, e 
realizar as fixações através de parafusos M4 e rebites pop de 1/8’’, além do uso de 
nylon para o bloco de válvulas. As rodas terão diâmetro de 30 mm e serão de alumínio 
e contaram com o uso de rolamentos afim de minimizar o atrito e proporcionar um 
maior deslocamento. Será utilizado também um sistema de registros, engastes 
pneumáticos e mangueiras PU 6mm para que ocorra o abastecimento do reservatório 
e a liberação da vazão do ar comprimido para a propulsão. 
Todas as dimensões do modelo 3D da estrutura do chassi estão disponíveis em 
anexo. 
 
Após a definição do projeto final, extração dos desenhos detalhados das partes 
do carrinho a partir do modelo 3D e aquisição dos materiais especificados em projeto, 
iremos iniciar as usinagens necessárias procurando seguir uma ordem pré-definida, a 
fim de facilitar os ajustes que se apresentem durante o processo. 
Para a usinagem dos componentes do carrinho, serão utilizados, mediante 
disponibilidade, as seguintes máquinas ferramentas e ferramentas. 
Máquinas ferramentas: fresadora ferramenteira, torno mecânico horizontal, 
furadeira de coluna e/ou furadeira manual. 
Ferramentas: fresas de topo (diâmetro mediante disponibilidade), ferramentas 
de torno (mediante disponibilidade), brocas (definidas pelo projeto e disponibilidade), 
lima chata mursa (eliminação de rebarbas oriundas da usinagem), macho M4, 
escareador, arco de serra. 
Outros dispositivos: prensa hidráulica. 
Segue abaixo um escopo do que seria uma provável ordem de usinagem e 
montagem a seguirmos: 
Usinagem: 
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1- Usinagem dos chassis longos (2 peças em perfil de alumínio) – Por motivo 
estratégico, vamos iniciar pelas peças mais longas que, se caso haja um imprevisto 
poderemos reaproveitar para a confecção dos chassis curtos ou intermediários; 
2- Usinagem dos chassis curtos (2 peças em perfil de alumínio) – Está 
próxima etapa é responsável fornecer a peças que darão as dimensões finais da 
estrutura do projeto; 
3- Usinagem dos chassis intermediários (3 peças em perfil de alumínio) – Os 
chassis intermediários são muito importantes, pois terão a dupla função, sendo a 
primeiro a de reforço da parte interna da estrutura do projeto, impedindo que ela seda 
para dentro ou para fora e minimizando torções danosas as funcionalidades do mesmo. 
Como segunda função, estas peças serão os suportes do reservatório (garrafa PET) e 
do bloco de válvulas, sendo que este último também será fixado ao chassi curto 
posterior; 
4- Usinagem do bloco de válvulas (1 peças em NYLON) – Este item terá 
dupla função também. Será responsável pelo abastecimento do reservatório (entrada 
de ar comprimido) através de um ponto específico com registro próprio por motivos 
de segurança e praticidade, pois permitiram o alívio da pressão no conduto oriundo 
da fonte geradora (bomba ou compressor) para facilitar a desacoplamento. Também 
pelo bloco de válvulas, será a saída do ar comprimido do reservatório, responsável 
pela propulsão do carrinho. Sendo esta saída também exclusiva controlada por um 
registro também independente; 
5- Usinagem das cantoneiras (4 peças em chapa de alumínio) – Serão 
responsáveis pela união entre chassis longo e curto em suas extremidades dando início 
a montagem da estrutura; 
6- Eixo da roda (4 peças em barra de alumínio) – Irão unir as rodas à estrutura 
do projeto através de rolamentos com ajuste com interferência e parafusos, por isso 
são muito importantes e requerem atenção a sua confecção para não fiquem tortos e 
garantam apoio perfeito da estrutura na superfície de teste; 
7- Rodas (4 peças em barra de alumínio) – Devem ter medidas iguais, por 
isso sua usinagem deve ser precisa, pois serão montadas com interferência nos 
rolamentos devem garantir apoio perfeito a superfície de teste; 
8- Registros do bloco de válvula (2 peças em barra de alumínio) – Serão duas 
peças semelhantes, mas com uma distinção em suas furações por serem de usos 
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distintos, sendo uma para a etapa de alimentação e outra para a propulsão. Devem ter 
ajuste e acabamento muito bons juntamente com as furações de seus alojamentos no 
bloco de válvulas, para garantirem suavidade e estanqueidade durante o 
funcionamento; 
 
 
 
Montagem: 
1- Iniciaremos a montagem unindo os chassis longos aos chassis curtos 
através das cantoneiras para garantir o esquadro da estrutura, utilizando rebite pop 
1/8” como elemento de fixação; 
2- Os próximos itens a serem fixados serão os chassis intermediários, 
devendo observar o desenho de montagem afim de por as peças nas posições corretas. 
Será utilizado rebite pop 1/8” como elemento de fixação; 
3- As rodas serão montadas em três etapas, que serão: 
3.1- Fixar eixo ao rolamento por interferência com auxílio de pressão 
pode ser através de prensa hidráulica ou batida. Observação: podendo em caso de 
folga que inviabilize a montagem por interferência, fazer uso de adesivo acrílico 
anaeróbico; 
3.2- Fixar eixo e rolamento a roda por interferência com auxílio de 
pressão, pode ser através de prensa hidráulica ou batida. Observação: podendo em 
caso de folga que inviabilize a montagem por interferência, fazer uso de adesivo 
acrílico anaeróbico; 
3.3- Fixação do conjunto roda / eixo ao chassi nas posições pré-
definidas em projeto, utilizando parafusos M4 como elemento de fixação. 
4- A montagem do bloco de válvulas ocorrera em 3 etapas: 
4.1- Montagem das conexões pneumáticas macho reta 6 / 1/8 BSP comoespecificado em projeto, podendo fazer uso de artificio para a vedação das roscas; 
4.2- Montagem dos registros em suas posições definidas em projeto, 
registro de alimentação na linha de alimentação e registro de propulsão na linha de 
propulsão, utilizando anel elástico E-8 como elemento de fixação; 
4.3- Montagem do bloco de válvulas na estrutura do carrinho na posição 
definida em projeto, utilizando parafusos M4 como elementos de fixação. 
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5- Montagem do reservatório no carrinho em 2 etapas: 
5.1- Fixação de conexão pneumática macho curva (90°) 6 x 1/8 BSP na 
tampa previamente furada, com o auxílio de uma porca no mesmo padrão de rosca da 
conexão; 
5.2- Fixação do reservatório à estrutura do carrinho nos pontos pré-
determinados no projeto, fazendo uso de abraçadeiras de nylon como elementos de 
fixação. 
6- Por último faremos a interligação do reservatório ao bloco de válvulas 
através das conexões pneumáticas próprias por meio de um pedaço de mangueira PU 
de 6 mm de diâmetro externo. 
 
LISTA DE PEÇAS E MATERIAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
 
 
Chicago Pneumatic Air Motors’ 2010 catalogue. 7. Sumake pneumatic tools 2010 
catalogue. 
 
Fabrication and Testing of Compressed Air Car Viswanadha Institute of 
Technology and Management. Guey Nyger, MDI “ The Articulat ed Con Rod ”, 
Barcelona, Spain, 2002 SAE 1999-01-0623, Schechter’s., “ New Cycles for 
Automobile engines. ” 
 
Ganesan, V. “ Computer Simulation of Compression ignition Engine Processes” 
University press, 2002. 
 
Guey Nyger, MDI “The Compressed air Engine” Barcelona, Spain, 2002. 
 
 
HEYWOOD, J.B., “Internal Combustion Engine Fundamentals” ; McGraw-Hill 
Book Company, SA, 1988. 
 
 
 
Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica by Isaac Newton – Cambridge 
Digital Library Recursos de Isaac Newton - o instituto de Isaac Newton para ciências 
matemáticas. 
 
https://www.grc.nasa.gov/WWW/k12/VirtualAero/BottleRocket/airplane/shortp.htm
l<acesso em 14/05/2019>. 
http://www.aircaraccess.com/history.htm<acesso em 14/05/2019>.