ENVIAR P/ PROFESSORA

UNIP UNIVERSIDADE PAULISTA

Leonardo Rodrigues da Silva Alencar T833GE4 EA5P48Bruno Felipe N. do Nascimento T424BJ1 Csar Henrique Almeida de Lara A6697E1Luis Gustavo Almeida de Neves B250127Gledson Duarte B249CC7

ATIVIDADES PRTICAS SUPERVISIONADASCOMPETIO DO CARRO DE PROPULSO A VAPOR(modalidade Pisto)

SO JOS DOS CAMPOS 2014

Grupo Esquadrilha da Fumaa

ATIVIDADES PRTICAS SUPERVISIONADASCOMPETIO DO CARRO DE PROPULSO A VAPOR(modalidade Pisto)

Trabalho apresentado como aproveitamento na disciplina de atividades prticas supervisionadas ministrada pelo (a) professor (a) Eduardo do Curso de Engenharia da Universidade Paulista UNIP, So Jos dos Campos.

UNIVERSIDADE PAULISTASO JOS DOS CAMPOS 2014

SUMRIO

1 OBJETIVO DO TRABALHO032 PESQUISA SOBRE PROPULSO A VAPOR043 DESCRIO E DESENVOLVIMENTO DO PROJETO084 CONCLUSES115 COMENTARIOS E SUGESTES126 DESENHOS137 ORAMENTOS158 BIBLIOGRAFIA 16

1 OBJETIVO DO TRABALHO

Projetar e construir um carro que seja tracionado com o mecanismo de propulso a vapor e que permita o transporte de massa padro de 100g, por uma pista de dimenses pr-estabelecidas em linha reta e cronometragem de tempo, seguindo o regulamento estabelecido pela UNIP

2 PESQUISA SOBRE PROPULSO A VAPOR

Propulso o processo de alterar o estado de movimento ou de repouso de um corpo em relao a um dado sistema de referncia. Este processo pode ser realizado por vrios meios, usando-se fontes de energia diversas.O princpio da propulso baseia-se na terceira lei de Newton, a lei da ao e reao, que diz que "a toda ao corresponde uma reao, com a mesma intensidade, mesma direo e sentidos contrrios"Maquinas de combusto externa aquela em que a queima do combustvel ocorre fora dela ou, mais precisamente, numa caldeira onde o calor da combusto utilizado para produzir o vapor dgua que vai movimentar a mquina. O diagrama a seguir mostra os componentes principais de ummotor a vapor de pisto. Este tipo de motor seria caracterstico numa locomotiva a vapor.

O motor mostrado um motor a vapor dedupla atuaoporque a vlvula permite vapor sob alta presso entrar alternadamente em ambos os lados do cilindro.

FUNCIONAMENTO DE UMA LOCOMOTIVA A VAPOR

Combustvel e gua do tnder so transferidos para aFornalhae aCaldeira, respectivamente. O combustvel queimado na Fornalha, sendo os gases quentes arrastados atravs dos tubos da Caldeira para dentro daCaixa de Fumaa, de onde sero finalmente expelidos para cima, atravs da chamin. Ao passar pelos tubos, o calor dos gases transferido para a gua dentro da Caldeira, convertendo uma parte desta em vapor que, sendo acumulado no Domo de Vapor, gera presso e transferido, quando solicitado atravs de uma vlvula controladora (ou Regulador de Presso) e de um tubo para as vlvulas direcionais, e da para os cilindros.

A locomotiva , efetivamente, formada por 2 mquinas separadas, uma em cada lateral, e cada uma com uma haste de conexo e mecanismo de vlvulas, unidas aos eixos das rodas motrizes, operando sincronamente.Cada vlvula distribui o vapor para o respectivo cilindro. Cmaras nos corpos da vlvula, juntamente com uma vlvula direcional, mandam o vapor para o lado apropriado do pisto, ao mesmo tempo provendo uma abertura de exausto para o vapor usado. A ao das vlvulas controlada por um mecanismo prprio.Existem diversos tipos de mecanismos de vlvulas, porm todos seguem mais ou menos o mesmo princpio. A haste da vlvula conectada cabea da cruzeta e a um eixo excntrico por uma srie de alavancas. A combinao dos movimentos da cruzada, do eixo excntrico e a posio da barra radial no quadrante de reverso controla o volume de vapor admitido para o cilindro e a sequncia pela qual ele entra na cmara do cilindro durante cada volta da roda motriz.Quando as barras radiais estiverem na horizontal e alinhadas com o piv do quadrante de reverso, nenhum movimento pode ser transferido para a vlvula e nenhum vapor pode ser admitido para os cilindros. Isto seria semelhante a colocar ao ponto neutro ("banguela") da alavanca de cmbio de um automvel.Atravs de uma srie de hastes, um brao da barra de marcha, e s vezes por um pequeno cilindro pneumtico chamado Reversor de Fora, o maquinista pode levantar ou abaixar as barras radiais nos oblongos dos quadrantes para mudar a posio das hastes relativas aos pivs dos quadrantes. Isto faz os quadrantes atuarem como alavancas para puxar e empurrar as hastes.Levantando-se as barras radiais, proporciona-se movimento de marcha r, e abaixando-os movimenta-se para a frente. Com o "cmbio" colocado em posio reversiva (barra radial levantada), a vlvula manda vapor para a traseira do pisto ao mesmo tempo que faz uma abertura para sada do vapor que est na frente do cilindro. O vapor passa pela traseira da vlvula e para cima, entra na Caixa de Fumaa e sai pela chamin.Para o movimento para a frente, a barra radial abaixada, mudando-se as posies relativas aos pontos de pivotamento, invertendo assim a distribuio do vapor para os cilindros.Quanto mais a barra radial levantada ou abaixada, tanto mais o volume de vapor admitido controlado (mantido) por um tempo maior, conforme pode-se verificar pelo movimento rtmico do pisto. Quando se d a partida, ou em velocidades baixas, a barra radial posicionada na distncia mxima do piv do mancal do quadrante (chamado tambm de "corte total do vapor). Isto permite que o vapor passe ao cilindro enquanto durar o curso (movimento) do mesmo pisto. Isto seria a mesma coisa que a primeira marcha do cmbio de um automvel. A exausto do vapor, nesta posio, longa e alta. Compreender o som da exausto de grande importncia para o ferreomodelista, pois s assim ele encontrar o sistema correto de som para sua maquete.Conforme a locomotiva ganha velocidade, a barra radial trazida para mais perto do piv do mancal do quadrante, por um mecanismo prprio. Isto encurta o perodo de tempo no qual se permite que o vapor passe para os cilindros e o curso do pisto completado pela expanso do vapor. Isto seria como a quarta marcha do cmbio de um carro. O som da exausto do vapor se torna progressivamente mais curto e agudo.O pisto conectado cruzeta, a cruzeta ao puxavante, o puxavante ao pino da manivela, e o pino da manivela roda principal de propulso. O movimento do pisto para frente e para trs alterado para movimento rotativo e as rodas de propulso giram.Todas as rodas propulsoras de cada lado so unidas por braagem lateral. As rodas do lado esquerdo tm as manivelas colocadas a 90 graus das manivelas do lado direito (chamados "quartos"). Isso feito, pelo menos um cilindro vai estar sempre puxando ou empurrando o puxavante.

Assessrios da CaldeiraInjetores (um de cada lado da caldeira) misturam vapor com gua e foram-no para dentro da caldeira, atravs de tubos de distribuio. Injetores do tipo no-elevador so localizados por baixo da cabine. Os do tipo elevador so montados na cabine ou quase adiante dela, cerca da mesma altura que a vlvula de controle da Caldeira. A vlvula retentora previne para que a gua no volte da caldeira.As locomotivas tm pelo menos 2 domos um menor (o Domo de Vapor) no qual o vapor coletado e um maior, para a areia usada para proporcionar melhor trao sobre os trilhos quando molhados ou em subidas.A torre pequena localizada no topo traseiro da Caldeira a conexo e centro de controle para todos os dispositivos de vapor, como a bomba de ar e o gerador.As vlvulas de segurana esto localizadas tanto no topo traseiro da Caldeira como no Domo de Vapor. Esses dispositivos cilndricos so vlvulas que contm molas calibradas para liberar a presso do vapor quando exceder o limite mximo permissvel.Sistema de arDiversos dispositivos so operados por ar. Ele elevado at uma alta presso por um compressor (operado a vapor) e armazenado em um ou mais tanques, ou reservatrios.Vlvulas na cabine controlam a presso do ar para o cilindro de freio da locomotiva e para a tubulao da linha de freio da composio.O tnderO tnder uma carcaa metlica, rebitada ou soldada, montada sobre um quadro. Est dividida em 2 compartimentos, um para gua e outro para combustvel. A capacidade cbica de gua mais ou menos o dobro da capacidade de combustvel.Locomotivas que queimam lenha ou carvo so alimentadas manualmente. Uma chapa inclinada no fundo do depsito de carvo do tnder, dobrada em ngulo na direo do fundo da parte frontal, deixa o carvo sempre ao alcance do foguista.Por volta de 1910 foi inventado um alimentador mecnico para a Fornalha. Um longo tubo entre o depsito de carvo do tnder e a Fornalha da locomotiva contm um parafuso de alimentao do tipo sem-fim, para transferir o carvo. O alimentador mecnico operado por um pequeno motor a vapor, de 2 cilindros, localizado abaixo da cabine da locomotiva ou na parte frontal mais alta do tanque do tnder.leo combustvel pesado tambm era usado, sendo necessrio aquec-lo por meio de serpentinas de vapor da mquina a fim de mant-lo suficientemente fluido para que haja vazo para o queimador. O depsito de leo (tanque retangular) ocupa no tnder o mesmo espao que seria do depsito de carvo.O tanque de gua tem uma tampa de acesso e enchimento, no topo traseiro da cobertura do tnder.O tnder permanentemente conectado locomotiva por uma pesada barra metlica (ou duas). Tubos pesados e flexveis (ou mesmo rgidos) so usados para transferir gua para a Caldeira (e leo combustvel para a Fornalha).Mangueiras flexveis e tubos com conexes entre a locomotiva e o tnder transportam o ar comprimido para os freios, o vapor para os instrumentos e a gua para a Caldeira.Para informaes mais detalhadas sobre o funcionamento de locomotivas a vapor, e mais detalhes sobre as peas, vide o livro Model Railroader Cyclopaedia, vol. I Steam Locomotives (da Kalmbach), que tem desenhos em escala de 127 locomotivas, abrangendo desde a pequena American 4-4-0 de 1873 at a enorme Big Boy, articulada, 4-8-8-4, da Union Pacific, passando pela poderosa Y6b da Norfolk & Western e outras locos fora-de-srie. Este livro, em ingls, d uma excelente noo dos componentes de uma locomotiva a vapor.

2 Descrio e desenvolvimento do projeto

Para fabricao do carrinho a vapor foram seguidas vrias etapas, a primeira parte a ser desenvolvida foi a caldeira. Ela feita de um tubo de alumnio de 50 mm, soldado com 3 roscas 1/8 NPT, uma para conexo do manmetro, outra sada de vapor e a terceira para colocar gua dentro da caldeira. Uma vez desenvolvida a caldeira, tivemos que pensar como seria o fogareiro responsvel pelo aquecimento da gua. Ento compramos uma chapa de 0,8 mm de alumnio, dobramos e rebitamos a mesma at ficar com formato de um forno. Depois prendemos a caldeira no fogareiro, finalizando assim a parte geradora de energia trmica (vapor) do carrinho. A parte desenvolvida a seguir e mais complicada e foi o mecanismo de converso da energia trmica (vapor) em movimento mecnico. Para isso foram desenvolvidos:_Pisto: Fabricado em lato, responsvel pela converso da presso do vapor em movimento mecnico._Placa controladora de admisso e liberao de vapor: Fabricada em Cobre, responsvel por separar os canais de alimentao e sada do vapor no pisto._ Vlvula controladora de Fluxo: Responsvel por controlar a vazo de vapor da caldeira._ Pino de articulao: Fabricado em ao, responsvel por fixar o pisto na placa controladora, e limitar a articulao do pisto._Mola: Fabricado em ao mola, responsvel por manter o pisto encostado contra a placa controladora.Excntrico: Fabricado em lato, tem a funo de ajudar no ciclo-mecnico._ Roda de Inrcia: Fabricada em Alumnio, responsvel por fornecer ao pisto a inrcia de movimento para o mesmo retornar a posio de admisso do vapor.

_Eixo : Fabricado em ao, cujo objetivo suportar a roda de inrcia._Mancal: Fabricado em ao, com a finalidade de suportar o eixo e os rolamentos, possibilitando o giro da roda de inrcia, que atuada diretamente pelo pisto. Esse conjunto trabalha articulando o pisto, de modo que quando o mesmo est na parte inferior, ele recebe a presso do vapor sendo atuado, uma vez acionado o mesmo inicia o movimento da roda de inrcia, esse deslocamento da roda faz com que o pisto articule novamente indo para posio de liberao de vapor. Esse ciclo se repete vrias vezes por minuto formando assim um ciclo mecnico de um motor a vapor, ou seja, o pisto recebe a energia do vapor e converte em movimento mecnico. Finalizado a caldeira e o motor, faltava somente juntar tudo e desenvolver o carrinho. Para fazer o carrinho foram utilizados: uma chapa retangular em inox (chassi), dois eixos, quatro rodzios de plstico. Os eixos foram fixados diretamente no chassi, e as rodas foram presas ao eixo com quatro buchas adaptadoras em alumnio. E para finalizar o projeto na transmisso do eixo do mecanismo de converso de energia para o eixo do carrinho foram utilizadas duas polias em alumnio, e uma correia de elstico. Para ligar o carrinho temos que seguir os passos abaixo:1- Retirar a tampa do reservatrio;2- Abastecer o reservatrio com gua e tampar novamente;3- Lubrificar o eixo do pisto e a placa controladora;4- Colocar lcool em gel no fogareiro e acender;5- Esperar at a presso no reservatrio atingir 1,5 bar;6- Girar manualmente a roda de inrcia para partir o motor;Para desligar o equipamento basta parar o movimento do motor e apagar o fogo. Aps o funcionamento desejado deve-se esvaziar o reservatrio e limpar todas as partes do carrinho.

4 CONCLUSO

Atravs deste projeto foi concludo como o funcionamento e a aplicao de conceitos vistos em algumas disciplinas do curso de engenharia como, por exemplo, na disciplina de Termodinmica, Mecnica dos Fluidos e Dinmicos dos slidos, entender tambm como esses conceitos foram utilizados no passado para criar as famosas maquinas a vapor que foram um avano na indstria,pode se vivenciar um pouco da rotina de um engenheiro de projetos que o trabalho vai ds da pesquisa para entender os conceitos de funcionamento, o desenvolvimento e a manufatura do objetivo.

5 SUGESTES E COMENTARIOS

De acordo com o sistema de sustentabilidade que vem sendo o foco dentro das indstrias e que um desafio para os engenheiros j ativos e para os futuros engenheiros a competio deveria ter o foco no uso de matrias reciclveis ou materiais alternativos para a confeco dos projetos

6 DESENHOS E FOTOS

7 ORAMENTOS

Alguns materiais utilizados na fabricao do carro a vapor foram doados por amigos e o restante os integrantes compraram. Segue abaixo tabela dos componentes com seus respectivos valores.

MATERIALQTDPREO

CHAPA INOX 250x120 1R$ 5,00

RODZIO PLSTICO4R$ 36,00

BARRA AO DIA. 5 2R$ 10,00

TUBO ALUMNIO DIA. 50X2001R$ 20,00

BARRA ALUMNIO DIA 3"X2001R$ 40,00

CHAPA ALUMNIO 1000X10001R$ 30,00

BARRA BRONZE 2"X1001R$ 30,00

TUBO FLEXVEL COBRE 1/81R$ 15,00

VLVULA REGULADORA DE FLUXO 1/81R$ 10,00

PLACA COBRE 50X50X151R$ 10,00

MANMETRO1R$ 25,00

CONEXO 1/8 NPTX1/83R$ 36,00

PLUG 1/81R$ 2,00

PARAFUSO M4X2015R$ 3,00

PORCA M415R$ 3,00

SERVIO SOLDA 1R$ 50,00

HORAS TORNO8R$ 100,00

HORAS FRESADORA6R$ 80,00

ELSTICO1R$ 0,10

R$ 505,10

8 BIBLIOGRAFIA

CUVRU, P. Magot. Moteurs diesel. Editions techiniques pour lautomobile etlindustrie. So Paulo: Hemus Livraria Editora Ltda, 1977

JONES, C. Morgan. Diesel operators guide. New York: Mc Graw-Hill Book Company,Inc. 1956.

US NAVY. Bureau of Naval Personnel. Submarine Main Propulsion Diesel. Consublantby Standards and Curriculm Division. Washington,1976.

VON SYDOW, Hermano Alfredo Hebert. Manual de mquinas de combusto interna.Rio de Janeiro: Escola Naval, 1961.

SITE: http://vfco.brazilia.jor.br/locos/funcionamento.Locomotiva.Vapor.shtml