Lei fundamental da Hidrostática e suas aplicações
Pressão por forças externas
A pressão numa sistema fechado aumenta pelo impacto de uma força externa. A pressão se espalha dentro deste sistema em todas as direções igualmente e tem, portanto, em todos os pontos do sistema o mesmo valor. Um exemplo disso seria o cilindro hidráulico.
Nota: O oposto do sistema fechado forma o sistema aberto, como uma tubulação. Aqui, aplica-se a seguinte proporcionalidade:
pressão p ~ altura h
A força exercida por um fluido sobre uma superfície é calculada com a Lei de Pascal:
F = p * A ⇒ p = F / A
Unidade: 1 bar = 105 Pa (Pascal) = 100 kPa; 1 Pa = 1 N/m2
Exemplo: Um cilindro com um diâmetro de d1 = 15 cm tem que segurar uma massa de 1500 kg na altura. Quanto aumenta a pressão dentro do sistema? Solução: p = 8,327 bar
Hidráulica - Cálculo da força do pistão
Máquinas de trabalho, que podem ser descritas pela lei de Pascal:
Intensificador de pressão:
Hidráulica - símbolo intensificador de pressão
Princípio: Dois pistões de tamanhos diferentes são ligados mecanicamente por uma haste de pistão. Se a superfície do pistão A1 for pressurizada, então a força F1 na haste do pistão atua diretamente sobre a pequena área do pistão A2:
Intensificador de pressão hidráulica - como funciona
. F1 = F2
pe1 * A1 * η = pe2 * A2
pe pressão operacional em bar
A área de pistão em cm2
F força do pistão em N
Exemplo: Ao usar um intensificador de pressão, a pressão de Pe1 = 30 bar deve ser aumentada para Pe2 = 250 bar. Qual deve ser o diâmetro d2 quando d1 = 300 mm? A eficiência é 0,9. (Solução: d2 = 98,6 mm)
Prensa hidráulica
Princípio: Uma força F1 atua em um êmbolo de pressão de pequena área A1. Assím uma pressão dentro do sistema fechado é gerada. Como a pressão dentro de um sistema fechado é constante em todo parte, essa pressão também atua no segundo êmbolo com uma área A2 maior.
Figura representativa de uma prensa hidráulica
Relação entre o primeiro e o segundo pistão:
A pressão em ambos os pistões é a mesma => com a lei de Pascal p = F/A você obtém:
F1 = F2 respectivamente: F1 = A1
A1 A2 F2 A2
Quantidade de óleo: O volume V1 movido pelo primeiro pistão fornece o volume V2 do segundo pistão.
. V1 = V2
⇒ A1 * s1 = A2 * s2
Da mesma forma, o trabalho feito nos dois pistões W = F * s também é igual. Aplica-se o seguinte:
. W1 = W2
⇒ F1 * s1 = F2 * s2
Com a ajuda de uma prensa hidráulica, uma carga de 80 kN deve ser levantada. Uma força de F1 = 200 N é aplicada ao primeiro êmbolo com diâmetro de 30 mm. Calcula:
- O diâmetro necessário do êmbolo de carga em mm
- O curso do êmbolo s2, quando o primeiro pistão tem um curso de s1= 400 mm.