Mecânica dos Fluídos
Trabalho Embarcação
Alunos
André Zuchetto
João Henrique Lang de Oliveira
Marcelo Dal Pozzo Schneider
Professor
Flávio Vanderlei Zancanaro Júnior
Santo Ângelo
Setembro/2012
ENGENHARIA MECÂNICA
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Trabalho Barco, Trabalhos de Engenharia Mecânica
Embarcação com os principios da mecanica dos fluidos
Tipologia: Trabalhos
2013
1 / 10
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Mecânica dos Fluídos
Trabalho Embarcação
Alunos
André Zuchetto
João Henrique Lang de Oliveira
Marcelo Dal Pozzo Schneider
Professor
Flávio Vanderlei Zancanaro Júnior
Santo Ângelo
Setembro/
1. Introdução
Um projeto de um componente mecânico, ou, mais amplamente, qualquer projeto de engenharia, requer, para sua viabilização, um vasto conhecimento sobre o conteúdo em questão, as propriedades e o comportamento dos materiais disponíveis, para a confecção de embarcações não é diferente, pois nada mais é, que uma aplicação dos princípios da física, mecânica geral e mecânica dos fluídos. Embarcação é toda construção feita de madeira, ferro, aço, fibra de vidro, ou da combinação desses e outros materiais, que flutua, sendo especificamente destinada a transportar, pela água, pessoas ou coisas. No projeto de uma embarcação, o propósito é aplicar os conhecimentos previamente adquiridos, desde o principio até agora do curso de engenharia mecânica, fazendo com que eles se tornem práticos, a construção do navio inclui os desafios do projeto, que é comumente aplicado aos engenheiros, tais como, definições de escalas e proporcionalidade, pois o projeto é de realização de uma embarcação em escala reduzida, aplicação teórica e prática, e por fim a definição dos materiais a serem utilizados, tais como, PVCS, madeiras, fibra de vidros, entre outros. Na definição de escalas e proporcionalidade, aplicam-se os conhecimentos prévios sobre desenho técnico, realizando-se o esboço do projeto da embarcação e definindo as suas dimensões reduzidamente, na aplicação teórica e prática, temos a física por meio da hidrostática, e outras aplicações, a matemática, a qual se usou, para determinar todas as equações para a realização do projeto, e a mecânica com as equações do movimento e da ausência de movimento (estática) para a embarcação e a definição do material a ser utilizado, utilizando-se os conhecimentos adquiridos em ciências e engenharia dos materiais para a definição do material mais adequado. A construção da embarcação, conta com a aplicação dos mais variados conceitos de engenharia, como já vimos, assim sendo, torna-se essencial uma boa base para a aplicação destes conceitos, pois todo o projeto, e especialmente este, requer as aplicações de tudo que já se foi estudado anteriormente, porém, alguns conceitos, necessitam ser reestudados ou mais aprofundados, para uma perfeita aplicação dos componentes necessários a uma embarcação.
2. Desenvolvimento
Para a realização do projeto, conceitos básicos necessitam ser aplicados e conhecidos, tais como a flutuação, o princípio de Arquimedes (empuxo), estabilidade, centros de gravidade e carena, metacentro, raios metacêntricos os cálculos de volume e outros da embarcação, na matemática, na definição do material escolheu-se a fibra de vidro por ser dura, leve e resistente. Assim, definimos os principais conceitos para a confecção da embarcação.
2.1.. Flutuação
Usando-se as aplicações da mecânica geral, para que um corpo fique em repouso são necessárias duas condições, que a soma das forças agindo sobre o corpo sejam iguais a zero e que a soma dos momentos das forças que solicitam o corpo sejam iguais a zero, no caso de um corpo flutuante as forças que agem sobre o mesmo, em águas paradas (repouso), são as seguintes, força peso, força da pressão atmosférica e força da pressão da água (figura 1), como, as duas parcelas de forças
Relatório Acadêmico
vezes é a seção mestra) cria-se um conjugado que faz o navio girar, em torno de um eixo transversal. A posição vertical de G é quase sempre mais alta do que a do centro de carena, porque a estrutura se estende acima da linha d’água, além disso, é mais fácil colocar qualquer item nas partes altas do navio do que no fundo dos porões. É relevante lembrar que a posição do centro de gravidade do navio varia quase constantemente, porque é função de itens que são consumíveis ou removíveis de bordo, assim esta posição só tem significado para condições específicas de carregamento.
2.1...5... Metacentro
A posição do centro de carena B só é fixa, com relação às linhas do navio, quando o mesmo permanece em repouso, quando o navio sofre pequenas bandas, o centro de carena descreve uma curva que tem centro fixo, o centro de curvatura do lugar geométrico dos centros de carena para pequenos ângulos de banda é o metacentro transversal que pode também ser definido como a posição limite para a qual tende a interseção do vetor empuxo como o vetor peso quando a inclinação tende para zero. Quando o Metacentro está acima do centro de gravidade a embarcação é estável, quando abaixo ou for igual ou menor que zero ela será instável
2.1...6... Raio Metacêntrico
O raio metacêntrico (BM) é a distância entre o centro de carena (B) e o Metacentro (M) (figura 5). É dado pela equação BM = I / F 0D 1 , onde I é o momento de inércia da área de linda de água e F 0D 1 é o volume deslocado. Ele depende de propriedades geométricas.
2.1...7... Altura Metacêntrica
A altura metacêntrica (GM) é a distância vertical entre o centro de gravidade e o metacentro (figura 6). É representada pela equação GM = KM – KG ou GM = KB + BM – KG. Depende, não só das propriedades geométricas como também das condições de carregamento do navio.
2.1...8... Fibra de vidro
A Fibra de vidro (fiber glass) é um tipo de plástico reforçado utilizado nas mais diversas aplicações que possui características.como: alta resistência mecânica e à corrosões, durabilidade , conserva suaspropriedades mecânicas ao longo do tempo fácil aplicação , fácil reparação, leveza,cura rápida ,excelente aspecto , fácil acabamento, muita oferta de matéria prima, permite inovação em aplicações conforme a criatividade. A relação custo benefício deste material é excelente nas mais variadas aplicações industriais ela é o resultado da aplicação da resina poiliéster sobre o roving ,o tecido , ou manta de fibra de vidro. A manta ou tecido são feitos com fios flexíveis de vidro A resina é um líquido viscoso misturado a um diluente, a esta mistura adiciona-se um catalisador e um acelerador.
Relatório Acadêmico
1.. Método
1...5... Forma e Material
Estudou-se a melhor forma geométrica para a construção da embarcação, e adotou-se então a forma de trapézio (figura 7). Primeiramente usamos o desenho técnico para definir as medidas do trapézio, após isso, definimos o material a ser utilizado, como precisamos de um material resistente, porém leve e de fácil aplicação utilizamos a fibra de vidro com a resina e catalisador (figura 8), que possui essas características.
1...5....1.... Procedimentos
1 – Primeiramente, tornou-se necessário a fabricação de um molde, para recobrir com a fibra de vidro, adotou-se um molde de isopor e papelão. 2 – Após a confecção, com um pincel foi aplicada a resina misturada com o catalisador, para acelerar o processo de reação, no papelão que envolvia o molde de isopor externamente. 3 – Com a aplicação da resina colocaram-se a manta, em pedaços, de fibra de vidro, e a resina novamente por cima da manta repetindo este processo por toda a extensão do barco. 4- Posteriormente esperou-se secar a fibra
1...6... Usinagem
A embarcação necessita ser carrega com determinado peso, previamente calculado, para a confecção deste peso são necessárias técnicas de usinagem, auxiliadas por um laboratorista.
1...6....1.... Procedimentos
1 – Tomou-se um peso calculado previamente, e levo-o para a usinagem, para a confecção de um furo para a haste.
2.2.4. Haste Central
2.2.4.3. Procedimentos
1 – Após a secagem da fibra com a resina instalou-se a haste no centróide do barco, com a fibra, para o seu carregamento com o peso já usinado.
2.. Resultados e Discussões
Relatório Acadêmico
Peso
Empuxo
Figura 2- Princípio de Arquimedes
(a) Estável (b) Instável
(a) (b)
Figura 3- Condições de equilíbrio
Figura 4- Equilíbrio de um corpo flutuante respectivamente - Estável- Praticamente Instável- Instável
G
M
G e M no mesmo ponto
M
Relatório Acadêmico
B
B B’
Figura 5- Raio Metacêntrico
K M
G
B
Figura 6- Altura Metacêntrica
Relatório Acadêmico
Relatório Acadêmico