APS_Semestre_5_Finalizada

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Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia - ICET 
Engenharia Mecânica 
 
 
Julio Cezar Duarte Silva RA:C66FFG-2 
Lucas Rafael Rech RA: B63259-3 
Paulo Sérgio da Silva RA:C620FA-6 
Thais Carvalho Campos RA: C503AH-0 
Vinicio Morales Siolin RA: C63CHF-3 
 
 
 
 
 
Carro Propulsão à Vapor 
 
 
 
 
 
Campinas SP 
5º Semestre 2017 
 
 
 
Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia - ICET 
Engenharia Mecânica 
 
 
 
 
 
Carro Propulsão à Vapor 
 
 
 
Trabalho de Atividade Prática Supervisionada, 
apresentado a Universidade Paulista- Swift para 
obtenção de nota em Engenharia Mecânica, 
sob a orientação de Prof. : Dr. Cléber Carvalho Pereira 
 
 
 
 
 
 
Campinas SP 
5º Semestre 2017 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
Objetivo do trabalho ................................................................................................................... 3 
Pesquisa sobre Propulsão à Vapor ......................................................................................... 4 
Descrição e desenvolvimento do projeto ................................................................................ 7 
Conclusões .................................................................................................................................. 9 
Comentários e sugestões ....................................................................................................... 10 
Desenhos ................................................................................................................................... 11 
Orçamentos ............................................................................................................................... 13 
Bibliografia ................................................................................................................................. 14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Objetivo do trabalho 
 
O objetivo deste trabalho é projetar e construir um carro que seja tracionado 
através de um mecanismo de propulsão à vapor pelo sistema de engrenagens. 
Esse sistema possui um conjunto de peças devidamente projetadas para a 
formação de um recipiente fechado fazendo com que se adquira a pressão 
exigida e após o teste será verificado que o calor pode ser utilizado para a 
realização do trabalho mecânico e com base nos materiais, métodos e cálculos 
pode-se concluir sua eficiência em velocidade e força. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Pesquisa sobre Propulsão à Vapor 
A Máquina a vapor é o dispositivo inventado para dar propulsão as outras 
máquinas. Onde se constitui a partir de uma caldeira de vapor, por onde a água 
passa e aquece se transformando em vapor criando assim a pressão 
necessária para acionar o conjunto de trabalho. O mesmo foi criado no século 
XVIII e sua tecnologia continuou sendo utilizada e aperfeiçoada até o início do 
século XX. 
Seus princípios básicos de construção foram explorados ainda no século I d.C 
pelo Greco-egípcio Heron de Alexandria, com sua invenção, a eolípila. 
Posteriormente no final do século XVII Denis Papin e Thomas Savery 
desenvolveram os primeiros motores a vapor de uso pratico sendo também de 
grande interesse industrial. Já em 1712 o inventor Thomas Newconen criou o 
chamado “motor de Newcomen” sendo o primeiro tipo de motor a vapor a ser 
amplamente utilizado. 
O próximo grande avanço foi realizado por James Watt, em 1769, que criou 
uma máquina com um condensador que minimizava as perdas de calor e que 
possuía outras finalidades como propulsão de moinhos e tornos, com o 
movimento de rotação substituindo o de sobe e desce. Walt realizou diversas 
modificações, que possibilitaram através do motor a vapor a movimentação das 
primeiras locomotivas, barcos, fábricas, além de fundições e minas de carvão 
e, assim ajudando a construir a base da revolução industrial. 
Algumas das principais máquinas com propulsão a vapor ao longo da história: 
Eolípila: conhecida como Máquina de Heron ou Máquina Térmica de Heron, 
consiste de uma esfera oca, abastecida por uma bacia com água, que é 
aquecida com o intuito de produzir vapor, fazendo com que este gere 
movimento. O dispositivo consiste de uma câmara (normalmente uma esfera 
ou um cilindro) com tubos curvados, por onde o vapor é expelido. A força 
resultante faz com que o aparelho gire. Foi criada no século I d.c. por Heron de 
Alexandria, foi considerada a primeira máquina a vapor documentada. 
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Digestor de Papin: dispositivo que foi desenvolvido pelo físico francês Denis 
Papin, em 1679. É composto por um cilindro de ferro assente sobre uma base 
em forma de círculo perfurada na parte superior. O cilindro possui uma 
pequena entrada frontal para que o combustível seja introduzido. No interior do 
cilindro de ferro existe outro cilindro conhecido por digestor de Papin que está 
hermeticamente fechado por uma tampa circular. Este dispositivo tem como 
objetivo aquecer água a temperaturas acima do seu ponto de ebulição em 
relação à pressão ambiente. Sendo este dispositivo o antecessor da autoclave 
e da panela de pressão. 
Máquina Atmosférica de Newcomen: O aparelho consiste em uma câmara 
preenchida de vapor a qual é resfriada por água fria, que modifica a pressão 
atmosférica por causa de uma indução de vácuo. A força gerada pelo vácuo na 
câmara puxa um dos pistões para baixo enquanto que o outro é puxado para 
cima, fazendo com que a câmara deste pistão (o que sobe) enche de água e 
depois que é aquecido, vira novamente vapor e posteriormente se repete o 
procedimento. 
Máquina De James Watt: Máquina com diversas similaridades com a de 
Newcomen, contudo existe uma segunda câmara chamada câmara da 
condensação, onde se cria o vácuo. Esta modificação se tornou eficaz, pois 
permitia que o pistão ficasse à mesma temperatura que o vapor, logo não 
haveria troca de calor entre eles, fazendo com que não houvesse perda de 
energia. Outra vantagem seria a de resfriamento, pois a câmara de 
condensação separada poderia ficar em uma temperatura mais baixa, 
necessitando de um resfriamento menor. 
Conceito de Potência 
Potência é o conceito da física que é definido a partir da razão entre trabalho 
realizado em relação ao tempo decorrido. Chamasse máquina, qualquer 
sistema capaz de transformar energia. 
 
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Fórmula de potência: 
 
No sistema internacional de unidades: 
Potencia= Watt (W) / Energia= Joule (J) /Tempo= Segundo (S) 
O watt (representado pela letra W) é igualmente equivalente a um joule por 
segundo. Unidade que recebe este nome devido a homenagem feita a James 
Watt, que ajudou com diversas contribuições para o desenvolvimento do motor 
a vapor, sendo esta unidade adotada após o segundo congresso da 
associação britânica para o avanço da ciência em 1889. 
Antes da revolução industrial, trabalhos de grande esforço, como por exemplo, 
transporte de cargas, eram feitos por meio de tração animal. Sendo assim, 
Watt quis indicar a potência de sua criação, demonstrando que era capaz de vir 
a substituir vários animas com a mesma, assim comparando o desempenho da 
máquina a vapor com a força bruta de um cavalo, que sendo forte e saudável 
consegue erguer 73,5 Kg de carga a 1 metro de altura a cada 1s, concluindo 
assim que aproximadamente 735 W seria igual ao trabalho de um cavalo, 
criando assim a unidade de nome cavalo-vapor, ou abreviadamente conhecida 
como cv. Já no sistema inglês é utilizado um valor diferente, mas aproximado 
com nome de Horse Power, ou HP, sendo que 1 HP= 1,0139 cv. A diferença 
entre as unidades se dá pelo fator de o HP ser calculado a partir da potência 
que é necessária para erguer uma carga com 150 libras a uma velocidade de 
4pés/s. É também comum que essa unidade seja usada para descrever a 
potênciado motor de automóveis e em outros aparelhos com motosserras e 
cortadores de gramas. 
 
 
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Descrição e desenvolvimento do projeto 
 
Para a realização do projeto, utilizamos a água em temperatura elevada e que 
após seu estado de ebulição se obtenha vapor, como está em um recipiente 
fechado, obtém-se a pressão consequentemente fazendo com que gire a 
engrenagem e movimente o carro. 
Para que ocorra esse processo, seguimos os seguintes passos: 
Realizamos pesquisas referentes ao uso de material e acordamos que iriamos 
utilizar materiais para manter o carro leve e 
obter uma caldeira resistente. Visamos 
construir um projeto com estética de carro 
utilitário, partimos de croqui esboçado a mão 
para criar a ideia do projeto, com referências 
utilizamos software 3D para construção do 
projeto, onde obtivemos as medidas conforme 
desenho em anexo e conseguimos ter em 
mãos o que necessitaríamos para a construção do protótipo. 
 
Optamos por utilizar chapas de 2 mm de 
aço 1020 para construção da caldeira 
onde soldamos um cubo de 
100x100x100 milímetros inserimos e 
fixamos as conexões através de rosca 
(porca) e soldada na caldeira. 
 
 
 
 
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Chassi e carenagens foram construídas com 
chapa galvanizada de 1 milimetro de 
espessura, realizamos dobras para obter o 
formato desejado e a fixação das laterais 
foram feitas através de rebite POP. O eixo 
foi usinado com roscas nas extremidades 
para que possamos fixar as rodas usinadas 
em alumínio, assim comportando o rolamento com diâmetro interno de 12 
milímetros. 
A Propulsão do carro foi feita através de uma 
ventoinha onde acoplamos ao eixo usinado, e 
direcionamos o fluxo de vapor através de um 
tubo de cobre ligado a uma válvula esfera 
fixada na caldeira. Para que quando 
obtivermos a pressão solicitada (2 bar) 
liberamos o fluxo do vapor pressurizado 
fazendo com que gire a ventoinha e consequentemente o eixo fazendo o carro 
se movimentar longitudinalmente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Conclusões 
 
Com a finalização das pesquisas e demais atividades, podemos concluir que o 
trabalho APS/2017 é de grande importância para o nosso aprendizado, visto 
que junto com as aulas em sala, nos agrega o conhecimento e a vontade de 
superar os desafios de nossa vida acadêmica e do futuro no mercado de 
trabalho. 
Com os desafios do APS conhecemos a importância dos primeiros 
experimentos para o desenvolvimento dos motores, e como os conceitos 
termodinâmicos atuam e são importantes em nosso dia a dia. 
Os conceitos aprendidos nos tornam capazes de desenvolver e produzir um 
carro a vapor, e com isso podemos observar na pratica a aplicação de nosso 
aprendizado. Motores a vapor são maquinas que utilizam energia térmica 
(vapor de água) para transformar em energia mecânica, aproveitado por 
pistões engrenagens ou mesmo a propulsão e transformando assim e 
movimento através de rotação ou mesmo por impulso. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Comentários e sugestões 
 
Este projeto nos exigiu uma série de pesquisas, para podermos elabora-lo 
conforme as normas estabelecidas, alguns aspectos devido a sua 
complexidade tiveram que ser estudados mais profundamente, como a 
caldeira, que é o fator primordial para o carro a vapor, é nela que será 
produzida toda energia necessária para a realização do trabalho do próprio, 
caso necessite gerar mais energia poderíamos incluir uma buffer, que nada 
mais é que um reservatório adicional, onde o vapor de agua seria enviado e 
mantido sobre pressão, tendo assim uma maior quantidade do mesmo para a 
movimentação da turbina. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Desenhos 
 
 
 
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Orçamentos 
 
Ao realizarmos o orçamento, focamos sempre priorizar o fator ecológico e 
custo/benefício, para que fosse desenvolvido um protótipo de qualidade e 
eficiência com um orçamento relativamente baixo. Após diversas pesquisas de 
materiais obtivemos a seguinte lista: 
Qtd. Material Descrição do material Valor 
1 Manômetro Manômetro steula horizontal 180 psi R$ 25,00 
1 Ventoinha Ventoinha de aço 1020 R$ 0,00 
1 
Chapa de 
alumínio 
Chapa Galvanizada 650x400mm e 1mm de 
espessura 
R$ 7,60 
1 Mangueira Tubo de cobre 1/4 1m R$ 10,00 
4 Rolamento Diâmetro interno 12mm R$ 0,00 
1 Válvula Válvula esfera ¼ x ¼ fêmea rosca interna 2 
vias aço inox 
R$ 35,00 
1 
Válvula de 
segurança 
Pressão de trabalho: 10 à 40 psi R$ 13,00 
1 Conector Conector Macho Engate Rápido Rosca 1/4 
Mangueira 1/4 
R$ 10,00 
1 Chapa de aço Chapa de aço 1020 60x60 cm e 2mm de 
espessura 
R$ 0,00 
4 Rodas Rodas usinadas 60mm de diâmetro R$ 0,00 
TOTAL R$100,60 
 
Após a cotação do material necessário, concluímos que algumas peças do 
protótipo poderiam ser desenvolvidas pela própria equipe de acordo com a 
especialização de cada integrante, com o objetivo de reduzir o custo e também 
garantir uma qualidade própria. 
Além da compra dos materiais houve outros gastos necessários, tais como 
mão de obra de terceiros (soldagem, por exemplo), e ajustes, totalizando um 
gasto em aproximadamente R$180,00. 
 
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Bibliografia 
 
http://www.infoescola.com/termodinamica/motor-a-vapor/ 
http://www.museudantu.org.br/QEClassica.htm 
http://www.museudantu.org.br/moderna6.htm 
http://professorandrios.blogspot.com.br/2011_08_01_archive.html 
http://engenhaanhanguera.blogspot.com.br/2012_06_01_archive.html 
http://www.corel.ind.br/resistencia_tubular_aplicacoes_diversas.php 
http://www.eurotechniker.com.br/tanques-de-pressao-em-aluminio/tanque-de-
pressao-pc-19r- 1-litro.html 
http://pt.aliexpress.com/store/group/tank-tank-cover/615295_253954438.html 
http://www.salvatore-espresso.com/comparenew.html 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A2mica 
http://fisicaequimica2011.blogspot.com.br/2011/02/revisoes-fisica-10-ano.html 
http://www.madeira.ufpr.br/disciplinasalan/AT101-Aula05.pdf 
http://www.industrialconsult.com.br/vapor.pdf 
http://www.infoescola.com/termodinamica/motor-a-vapor/
http://www.museudantu.org.br/moderna6.htm
http://professorandrios.blogspot.com.br/2011_08_01_archive.html
http://engenhaanhanguera.blogspot.com.br/2012_06_01_archive.html
http://pt.aliexpress.com/store/group/tank-tank-cover/615295_253954438.html
http://www.salvatore-espresso.com/comparenew.html
http://pt.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A2mica
http://fisicaequimica2011.blogspot.com.br/2011/02/revisoes-fisica-10-ano.html
http://www.madeira.ufpr.br/disciplinasalan/AT101-Aula05.pdf
http://www.industrialconsult.com.br/vapor.pdf