Princípios Físicos da Hidráulica: Hidrostática e Hidrodinâmica

PRINCÍPIOS FÍSICOS DA HIDRÁULICA Parte 01 Uma distinção é feita entre Hidrostática efeitos dinâmicos através da pressão aplicada à uma área e Hidrodinâmica efeitos dinâmicos através do tempo de aceleração da massa Hidráulica é a ciência das forças e movimentos transmitidos através de líquidos Hidromecânica 1 Pressão Hidrostática Pressão hidrostática é a pressão em um líquido devido ao peso da massa desse líquido Onde pressão hidrostática gravitacional Pa h altura da coluna do líquido m densidade do líquido Kgm³ g aceleração da gravidade ms² Hidrostática No sistema internacional de unidades SI a pressão hidrostática é dada em Pascal Pa e bar Para transformarmos Pascal em bar devemos dividir o número por 100000 Ex 600000 Pa 600000100000 6 bar A pressão hidrostática não depende do tipo de recipiente usado Depende exclusivamente da altura e densidade da coluna do líquido Hidrodinâmica Coluna Dados h 100m ρ 1000Kgm³ g 10ms² A Reservatório Exemplo h 20m ρ 1000Kgm³ g 10ms² F Reservatório Elevado Exemplo h 5m ρ 1000Kgm³ g 10ms² p 2 Transmissão de pressão Todo corpo exerce uma pressão específica em sua base O valor da pressão depende da força peso F do corpo e do tamanho da área A em que esta força é aplicada As figuras acima mostram dois corpos com diferentes bases A1 e A2 A mesma força F atua nas duas bases contudo a pressão é diferente devido aos diferentes tamanhos das bases Força resultante da pressão aplicada à uma área Devemos adotar como regra Quanto maior a área de contato para uma força aplicada menor será a pressão nessa área Quanto menor a área de contato para uma força aplicada maior será a pressão nessa área A fórmula que expressa essa relação é Onde p pressão F força A área Força resultante da massa deslocada No sistema internacional SI as unidades são p Nm² Pa Pascal F N A m² No sistema MKS as unidade são p Kgfcm² bar F Kgf A cm² Abaixo relembramos algumas conversões entre unidades de pressão 1 bar 09869 atm 1 bar 10196 Kgfcm² 1 bar 01 MPa 1 bar 14503 PSI F1 Se uma força F atua sobre uma área A com líquido incluso uma pressão p é produzida e se estende através de todo o líquido A mesma pressão se aplica a todo ponto do sistema fechado A1 Como os sistemas hidráulicos operam com pressões altas podese desconsiderar a pressão hidrostática Desse modo quando calcularmos a pressão em líquidos os cálculos são baseados puramente em pressão causada por forças externas Assim a pressão atua na área A₁ atua em A₂ A₅ Exemplo 1 Sabendose que a área A₁ 10 cm² e que a força F₁ 1000 Kgf determine a pressão de trabalho p1 Exemplo 2 Sabendose que a pressão p 100 bar e que o diâmetro do êmbolo d₂ 20mm determine a força F2 3 Transmissão de Força Em um sistema fechado a pressão aplicada será igual em todos os pontos Por essa razão é possível transmitir forças através de um reservatório não importando a forma do reservatório F2 A2 A pressão do fluído pode ser descrita pelas seguintes equações Quando o sistema está em equilíbrio temos Logo Desta forma podemos determinar uma das variáveis sabendose as outras três p2 4 Multiplicação de força por área Em um sistema hidráulico de transmissão de forças quando é aplicada uma pequena força F₁ em um êmbolo de área A₁ desde que a área A₂ seja maior que a área A₁ teremos uma força F₂ maior que F₁ Esse fenômeno é chamado de multiplicação de forças por área ou booster Dados m 1500 Kg A₁ 40 cm² A₂ 1200 cm² F₁ F₂ 1500 Kgf Logo Exemplo Um veículo deve ser levantado por uma alavanca conforme a figura anterior A massa do veículo é m 1500 Kg e ele está sobre o êmbolo de área A₂ Que força F₁ é requerida no êmbolo de área A₁ 5 Transmissão de Deslocamento Se uma carga deve ser levantada a uma distância s₂ o êmbolo 1 deve deslocar um quantidade de líquido tal que o êmbolo 2 percorra essa distância s₂ O deslocamento necessário de volume é calculado da seguinte maneira V₁ A₁ x s₁ e V₂ A₂ x s₂ Como o deslocamento de volumes devem ser iguais V₁ V₂ temos A₁ x s₁ A₂ x s₂ Podemos ver que a distância s₁ deve ser maior que s₂ porque a área A₁ é menor que a área A₂ O deslocamento tem proporção inversa à sua área Exemplo Consideremos a figura abaixo Dados A₁ 40 cm² A₂ 1200 cm² s₁ 15 cm s₂ Temos 6 Transferência de Pressão A pressão hidrostática p₁ exerce uma força F₁ na área A₁ que é transferida pela haste do êmbolo maior ao êmbolo menor Assim a força F₂ atua na área A₂ e produz a pressão hidrostática p₂ Caso a área A₂ do êmbolo seja menor do que a área A₁ a pressão p₂ é maior que a pressão p₁ Temos que Em um cilindro de dupla ação pressões excessivamente altas podem ser produzidas quando o fluxo da área da haste do êmbolo é bloqueada Exemplo Consideremos a figura anterior Dados p₁ 10 bar A₁ 8 cm² A₂ 42 cm² área efetiva área do êmbolo área da haste p₂ Obs Isso só ocorre se a saída for bloqueada REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Parker Training Tecnologia Pneumática Industrial Apostila M1001 BR Agosto 2000 SENAI SC Pneumática e Técnicas de Comandos Florianópolis SENAISC 2004 100 p Festo Didatic Brasil P111 Introdução à Pneumática Agosto 1999