Aula 02 - Conceitos fundamentais de hidráulica

Fluído é qualquer substância capaz de deformar-se continuamente e assumir a forma do recipiente que a contém. Como o presente trabalho trata apenas de circuitos hidráulicos, o fluido que nos interessa é o óleo hidráulico. O fluido pode ser líquido ou gasoso.

Figura 01 - Vazão volumétrica.

Força é definida como qualquer causa capaz de realizar trabalho. Por exemplo, se se quer movimentar um corpo qualquer, deve-se aplicar uma força sobre ele. O mesmo ocorre quando se quer pará-lo.
Vazão Volumétrica de um fluido pode ser determinada de duas formas distintas. Como ela é dada por 1/min (litros por minuto) ou g.p.m. (galões por minuto) ou no sistema internacional em m3/seg. Pode-se determiná-la pela razão do volume escoado do fluido por unidade de tempo ou ainda pelo produto da velocidade do fluido versos a área da secção transversal na qual o mesmo está escoando.
Q = V / t. Onde: Q = vazão; V= volume  e t = tempo.
Q = v x A. Onde: Q = vazão; A = área e v = velocidade.
Para efeito de dimensionamento de tubulações considera-se como velocidades econômicas de escoamento de fluxo os seguintes valores: sucção de 0,5m/s a 1,5m/s, para pressão até 10MPa; sucção de 2m/s a 12m/s, e para pressão de 10,0MPa a 31,5Mpa.
Potência de um circuito hidráulico normalmente é concebida a partir do atuador para o motor de acionamento e para cálculos rápidos considera-se o rendimento total do sistema em torno de 65%. Daí a potência hidráulica pode ser definida a partir da seguinte expressão: Ph = F x V. Onde: Ph = Potência hidráulica (Watt); F = Força desenvolvida considerando uma segurança de ± 10% na carga (Newton) e V = Velocidade de movimentação da carga (m/s).
Considerando as grandezas envolvidas num circuito hidráulico a expressão para cálculo da potência hidráulica é: Ph = P x Q. Onde: Ph= Potência hidráulica (Watt); P = pressão de trabalho do circuito (N/m2 = Pa) e Q = Vazão volumétrica (m3/s).

Figura 02 - Multiplicação da Força.

Pressão é a força exercida por e unidade de superfície. Em hidráulica, a pressão é expressa em kgf/cm2, atm ou bar. A pressão também poderá ser expressa em psi (pound per square inch) que significa libra força por polegada quadrada, abrevia-se lbf/pol2.

Pressão pode ser entendido como a resistência oferecida pelo recipiente ao escoamento de um fluido. Disso decorre duas situações, as observações estática e dinâmica. Nas observações estáticas diz-se que “em um fluido confinado sobre áreas iguais atuam forças iguais”(princípio de Pascal), nas observações dinâmicas a pressão corresponde à energia necessária para vencer as resistência de escoamento decorrentes do atrito e choque dentro das tubulações. A aplicação mais simples do princípio de Pascal consiste em ao aplicar uma força “F” sobre uma superfície “A”, defini-se como pressão “P” , a razão entre a força “F” e a superfície “A”.
Segundo a Lei de Pascal "a pressão exercida em um ponto qualquer de um líquido estático é a mesma em todas as direções e exerce forças iguais em áreas iguais".

Figura 3 - Macaco Hidráulico.

No caso da Figura 2, sobre o êmbolo de 1cm2 de área atua a força de 10 kgf, resultando numa força de 100 kN sobre o êmbolo de área de 10 cm2 . Portanto, com o aumento da área nota-se a multiplicação da força aplicada pela razão de acréscimo da área, considerando o equilíbrio, ou seja, sistema ideal. Podemos considerar que as forças são proporcionais às áreas dos pistões.
Relembrando um princípio enunciado por Lavoisier, onde ele menciona: "Na natureza nada se cria e nada se perde, tudo se transforma." Realmente não podemos criar uma nova energia e nem tão pouco destruí-la e sim transformá-la em novas formas de energia.
Quando desejamos realizar uma multiplicação de forças significa que teremos o pistão maior, movido pelo fluido deslocado pelo pistão menor, sendo que a distância de cada pistão seja inversamente proporcional às suas áreas. O que se ganha em relação à força tem que ser sacrificado em distância ou velocidade.

O resumo matemático do princípio de Pascal é: P = F/A onde: P = pressão F = força A = área.

A Figura 3 representa um macaco hidráulico fundamental, onde F é a força que o operador faz e G e a força multiplicada pelo macaco. Na óleo-hidráulica diz-se que existe pressão em determinada parte do circuito hidráulico, quando existe resistência ao fluxo de óleo gerado pela bomba. A bomba nunca gera pressão, gera somente vazão de óleo. As resistências encontradas pelo óleo na sua trajetória são as responsáveis pela geração da pressão.

Quadro 1 - Tabela de conversão de unidades de pressão.

Como exercício calcule a força “F” do operador do macaco hidráulico para elevar uma carga “G” de 20kN, considere as distâncias apresentadas em centímetros e o sistema ideal, sem atrito.

A pressão é, normalmente, expressa por kgf/cm2, PSI (pounds square inches - libras por polegadas quadradas), bars ou atmosferas. Porém de acordo com o sistema internacional de medidas, a pressão deve ser expressa em N/m2 que corresponde a Pa. (Pascal) e seu múltiplos. O quadro 1 apresenta valores de conversão das unidades de pressão mais usuais.
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© Direitos de autor. 2015: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 28/01/2016