ENGENHARIA AMBIENTAL
GABBOAT
Profª. Drª. Maria Lúcia Pereira Antunes
Alunos:
Gabriel Sanchez e Souza
Matheus Pazin
Matheus Rocha Freitas da Gloria
Vitor Kendi Aquinaga
Termo: 2º
Sorocaba
Data: 09/06/2017
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Guias e Dicas
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Encontrar documentos
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Pesquisar documentos Store
Os melhores documentos à venda: Trabalhos de alunos formados
Videoaulas
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Quiz
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Comunidade
Pergunte à comunidade
Peça ajuda à comunidade e tire suas dúvidas relacionadas ao estudo
Ranking universidades
Descubra as melhores universidades em seu país de acordo com os usuários da Docsity
Guias grátis
Os eBooks que salvam estudantes!
Baixe gratuitamente nossos guias de estudo, métodos para diminuir a ansiedade, dicas de TCC preparadas pelos professores da Docsity
Conceitos Físicos Relacionados a Barcos: Cinemática, Hidrostática e Termodinâmica, Notas de aula de Engenharia Ambiental
Este documento aborda os conceitos físicos básicos relacionados a barcos, incluindo cinemática, hidrostática e termodinâmica. O texto explica o teorema de stevin e como ele se relaciona à força exercida pelo líquido sobre um corpo imerso, além de discutir o experimento de torricelli e sua importância na medida da pressão atmosférica. O documento também aborda a transferência de calor por conveção e irradiação e como eles influenciam o funcionamento de um barquinho a vapor.
O que você vai aprender
- Qual é a importância do equilíbrio de pressão no funcionamento de um barco a vapor?
- Quais são os dois tipos de transferência de calor e como eles influenciam o funcionamento de um barquinho a vapor?
- Como a cinemática, hidrostática e termodinâmica se relacionam ao funcionamento de um barco?
- Como funciona o experimento de Torricelli para medir a pressão atmosférica?
- Qual é o significado do Teorema de Stevin em relação à força exercida pelo líquido sobre um corpo imerso?
Tipologia: Notas de aula
2022
1 / 21
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!
Documentos relacionados
Pré-visualização parcial do texto
Baixe Conceitos Físicos Relacionados a Barcos: Cinemática, Hidrostática e Termodinâmica e outras Notas de aula em PDF para Engenharia Ambiental, somente na Docsity!
ENGENHARIA AMBIENTAL
GABBOAT
Profª. Drª. Maria Lúcia Pereira Antunes
Alunos:
Gabriel Sanchez e Souza
Matheus Pazin
Matheus Rocha Freitas da Gloria
Vitor Kendi Aquinaga
Termo: 2º
Sorocaba
Data: 09/06/
1. OBJETIVO:
Neste relatório serão tratados os conceitos teóricos (físicos e do projeto), montagem e a aplicação do projeto Gabboat. O objetivo deste projeto foi construir um pequeno barco a vapor de material reciclável que pudesse ser utilizado para o entretenimento de crianças e adolescentes, além de oferecer outras margens de estudos sobre seu funcionamento.
2. INTRODUÇÃO:
Os conceitos físicos envolvidos no barco estão nas áreas de Cinemática (envolvendo movimentação do barco na água), Hidrostática (devido ao empuxo) e Termodinâmica (devido à propulsão do barco trabalhar com água no estado gasoso).
2.1 O Empuxo:
Todo corpo que está imerso em um fluido sofre a ação de uma força ascendente que tende a impedi-lo de afundar. Esta força é chamada de Empuxo e possui direção vertical, sentido de baixo para cima, representando uma força de sustentação de um fluido aos corpos imersos. Sabe-se que um corpo está em equilíbrio quando as forças atuantes sobre ele se anulam. O empuxo acontece, portanto, devido ao fato de as diferentes forças não se anularem sobre um corpo que está parcialmente ou totalmente imerso. A figura 1 a seguir mostra um corpo imerso em um líquido, porém este conceito se aplica a qualquer fluido, seja líquido ou gás.
Figura 2: O Volume do líquido deslocado é igual ao volume do corpo imerso
Fonte: Autores
Considerando que o empuxo equilibra o peso de um corpo imerso em um fluido, Arquimedes teria concluído que “todo corpo mergulhado em um fluido recebe um empuxo vertical, dirigido para cima equivalente ao peso do líquido deslocado”. Com esta afirmação pode-se elaborar uma expressão para o cálculo do Empuxo:
Equação 1: Empuxo em função do Peso Onde: E = Empuxo; P = Força Peso; m = Massa do Corpo Imerso; g = Aceleração da Gravidade.
2.2 Um breve conceito de pressão:
O planeta Terra está imerso em uma grande camada de ar denominada atmosfera, a qual possui massa e está sujeita ao campo gravitacional da Terra. Logo o ar possui um peso e exerce pressão sobre os corpos que estão imersos nele, denominada pressão atmosférica.
Para medir essa pressão, um físico Italiano chamado Evangelista Torricelli (1608~1647) usou um tubo de vidro de 1 metro de comprimento cheio de mercúrio e uma cuba parcialmente cheia de mercúrio, como mostra a Figura 3.
Figura 3: Experimento de Torricelli utilizando um tubo e uma cuba, ambos com mercúrio.
Fonte: Referência [4] Na imagem mostra o que Torricelli fez. Ele tampou com o dedo a extremidade aberta do tubo, inverteu-o e o introduziu na cuba com mercúrio. Após isso, destampou a extremidade imersa na cuba e percebeu que o nível de mercúrio do tubo desceu, permanecendo em equilíbrio na altura de 76 cm em relação à superfície do líquido da cuba.
Após analisar o experimento, ele deduziu que o equilíbrio da coluna de mercúrio era mantido pela pressão atmosférica, que agia na superfície do mercúrio da cuba. Logo ela valia 76 cm de altura de mercúrio.
mais denso, desce, deslocando o ar quente da parte de baixo do cômodo para cima, fazendo com que este ar esfrie e crie um ciclo. ● Irradiação: corresponde à transferência de energia por meio de ondas eletromagnéticas, de modo que não é necessário um meio material para que ela ocorra. O aquecimento da Terra pelo Sol é provocado pela irradiação.
A transferência de calor que ocorre no Gabboat é por condução. Como mostra a Figura 4, onde as setas indicam a transferência da energia térmica:
Figura 4: Esquema de Transferência de Calor
Fogo Lata Canudo Água Fonte: Autores A transferência de calor além de causar mudanças na temperatura, também pode causar mudança de estado das substâncias. No primeiro caso, a fórmula que descreve o aumento de temperatura no corpo é:
Equação 2: Fórmula para Quantidade de Calor
Onde Q é o calor envolvido no processo, m é a massa do corpo/substância, c é o calor específico da substância e o delta θ é a variação de temperatura sofrida.
Para o caso de mudança de estado, temos: Equação 3: Fórmula para o Calor Latente
Onde L representa o calor latente de fusão da substância.
No caso do Gabboat, o calor e o posterior aumento de temperatura da água nos canudinhos causa a evaporação desta.
O vapor d’água, por ocupar maior volume, acaba sendo expelido do canudinho, causando a propulsão do barco.
A utilização do vapor como força motriz, contemplada nas famosas máquinas a vapor, ou motores a vapor (Figura 5), começou a ser amplamente empregada após os trabalhos de James Watt em 1769, ao aperfeiçoar as invenções já existentes neste ramo, acoplando um condensador aos motores, diminuindo perdas de calor. Os motores a vapor começaram a ser utilizados em barcos, locomotivas, fábricas, minas de carvão e passaram assim a ser base da Revolução Industrial.
Figura 5 : Esquema de máquina a vapor simples
Fonte: https://www.oficinadanet.com.br/post/14633-como- funciona-a-energia-a-vapor
2.4 A Cinemática do barco:
A movimentação do barco está relacionada com diversos fatores. Primeiramente dois pequenos canudos precisam ser esquentados, através do calor que é transmitido pela lata de alumínio (motor do barquinho), para que haja propulsão no barco pela parte de trás. O motivo para serem
- Três canudos sanfonados: Figura 7: canudos sanfonados
Fonte: http://labelafestas.com.br/index.php?route=product/product&product_id=
- Bandeja de isopor: Figura 8: bandeja de isopor
Fonte: http://www.casadasembalagens.com.br/bandeja-de-isopor-crl-003- rasa-~229~9~2~bandejas~bandeja-de-isopor
- Elásticos: Figura 9 : elásticos
Fonte: http://carolpapelaria.com.br/index.php?route=product/product&product_id=
- Cola de secagem rápida (cola epóxi) Figura 10: cola epóxi
Fonte: http://valverdeatacadista.com.br/m/Produto.aspx?IdProduto=247&IdProdutoVer sao=
- Estilete: Figura 13 : estilete
Fonte: http://m.lojadomecanico.com.br/subcategorias/31/
- Tesoura: Figura 14 : tesoura
Fonte: http://www.grampline.com.br/site/genialtech/products/tesoura-grande-g- 9908-21cm/
- Fita: Figura 15 : fita
Fonte: http://lojavirtualeletrosol.com.br/3m-fita-crepe-25-x50-mts-cl-
A marca dos materiais fica a critério dos produtores.
3.2 Métodos
Inicialmente, deve-se preparar a parte que será aquecida no barco, ou seja, o motor do barco. Primeiro, deve realizar um furo com o estilete na parte superior da lata e terminar de cortar com a tesoura, de modo que seja possível retirar a “tampa” da lata de refrigerante. Depois de retirar a tampa, corte com a tesoura até a parte inferior da lata, de modo que seja possível retirar a parte da base da lata, com isso sobrará uma placa de alumínio como representado na figura 16. Figura 16 : placa de alumínio
Fonte: Autores
Figura 18: estrutura para montagem do barco
Fonte: Autores Utilizando esta nova estrutura, pegue os três canudos sanfonados e encaixe na parte aberta da estrutura, a parte sanfonado do canudo fica para fora da estrutura; observe que será formada uma parte achatada e uma parte curva na estrutura. Já com os canudos encaixados, fixe a estrutura utilizando a fita em algum local firme. Agora, pegue a cola epóxi e misture as colas dos dois tubos para prepará-las. Quando a cola estiver pronta, vede totalmente a parte com os dobramentos, não deixa nenhum (a princípio apenas o local com os canudos) local com saída de ar, caso vaze o ar, compromete o funcionamento do barco. Após vedar toda parte superior, retire os três canudos. Agora, utilizando apenas dois canudos, passe a cola epóxi no início (parte que fica para dentro) do canudo até próximo a parte sanfonada, e coloque estes dois canudos na parte aberta da estrutura.Com os dois canudos colados na estrutura, vede também a parte que está aberta(onde foi colocado os canudos), não deixando nenhum espaço com vazamento de ar. Quando a cola estiver seca, realize um teste para ver se há algum vazamento; pegue um copo cheio de água e mergulhe a estrutura de alumínio toda dentro do compro, e sopre pelo canudo, caso vaze alguma bolha de ar, retire a estrutura e passe mais cola, realize o teste até não existir nenhum vazamento.
Agora, prepare a cola quente, e passe na parte sanfonada do canudo, buscando um ângulo de dobramento de aproximadamente 45 graus. Busque deixar parecido com o da figura 19.
Figura 19 : Ângulo de dobramento
Fonte: Autores O motor está pronto. Agora chegou a parte final, a parte em que monta-se o barco. Baseado no molde da figura 21 (será fixado no final dos métodos),recorte a bandeja de isopor utilizando a tesoura. Para facilitar fixe o molde sobre a bandeja e recorte em cima das linhas cheias. Quando a estrutura da bandeja estiver pronta, monte o suporte para as velas. Pegue pedaços do alumínio que sobrou, e dobre contra a sua dobre original; em seguida, faça pequenos corte (um em frente ao outro) na ponta do alumínio, tanto do lado esquerdo como do direito; agora, dobre onde foi cortado para cima e enrole. Chegando na estrutura representada na figura 20.
Figura 22: barco finalizado
Fonte: Autores
4. RESULTADOS:
Conforme o barco a vapor for montado e, posteriormente, testado é possível tirar algumas conclusões. Primeiramente, se ao montar-se o barco for seguido todas os passos descritos nos Materiais e Métodos, perceberam que o barco realmente navega pela água, com isso é possível perceber a Teoria Do Empuxo acontecendo na prática, visto que o barco não afunda enquanto navega.
Depois, também é possível comprovar como a Termodinâmica está envolvida com o GabBoat, pois o barco funcionou conforme o aumento da temperatura. Mas como isso ocorre? Inicialmente, existe a água no estado líquido dentro dos canudos, então as velas são acesas e começam a esquentar o motor (placa de alumínio); conforme esta placa recebe calor, ela passa a também transmitir o calor para o canudo e ,consequentemente, para a água; com isso, após um determinado tempo a água terá recebido a quantidade de calor suficiente para que ocorra sua mudança de fase para o estado gasoso. Como o estado gasoso da água ocupa mais espaço que estado líquido da água, o vapor dentro do canudo "expulsará" a água que está dentro/próximo do canudo, logo, ocorrerá uma
propulsão e o barco se moverá para frente. Isto ocorre ciclicamente, visto que após a expulsão do vapor de água retornará água no estado líquido para dentro do canudo.
E por fim, como o barco a vapor consegue se locomover com o aumento da temperatura, este barco passa a possuir uma determinada velocidade, logo é possível notar que no barco também possui fatores que envolvem a cinemática.
5. DISCUSSÃO:
Após alguns problemas enfrentados e alguns dias dedicados a resolvê-los, estes problemas e algumas dicas serão relatadas, para que futuros Construtores do GabBoat possa ter uma rotina menos complicada.
Primeiramente, deve-se ressaltar que os construtores mais jovens com uma idade entre 9 e 12 anos tenho cuidado com a construção do motor do barco, visto que é necessário manusear objetos cortantes, como estilete, tesoura e alumínio. Se você for uma criança ou adolescente, peça ajuda aos seus pais para a construção do GabBoat.
Em segundo lugar, aconselha-se que utilize os mesmos materiais que foram listados nos Materiais e Métodos caso o construtor queira construir seu barco rapidamente.
Em terceiro, tenha cuidado com a proporção dos materiais usados, pois caso queira aumentar o barco ou pego alguma bandeja com um peso diferente, será necessário também melhorar a propulsão do barco se não ele não navegará ou simplesmente irá afundar.
Em quarto, mesmo os construtores que seguiram todos os passos descritos neste relatório, tenha cuidado ao colocar o GabBoat na água, pois há uma técnica para realizar isso. É necessário primeiro colocar água nos canudos, depois fechá-los utilizando os dedos, e só por fim colocá-los na água. Caso este procedimento não seja seguida, possivelmente o barco não navegue.
Em quinto, tenha cuidado quando o barco já estiver em funcionamento, pois com o decorrer do tempo o alumínio esquentará e caso alguém encoste neste alumínio quente, esta pessoa poderá se ferir.
E por fim, curta e aprecie o funcionamento do GabBoat, há muita dedicação e carinho neste projeto!!!!