Tópicos:
- Cilindro hidráulico
- Calcular o volume sistólico
- Calcular a pressão do sistema
- Calcular fluxo de volume
- Calcular potência
Cilindro hidráulico:
Um cilindro hidráulico consiste em um alojamento contendo um pistão e uma haste. Seu funcionamento é baseado na Lei de Pascal, já descrita. O fluido hidráulico é bombeado para dentro do cilindro por um lado, fazendo com que o pistão faça um movimento em linha reta. O cilindro hidráulico pode transmitir forças muito elevadas. A figura a seguir mostra as três situações de um cilindro de dupla ação:
- A: O pistão com a haste do pistão está na posição mais à esquerda.
- B: o fluido hidráulico é fornecido pela conexão esquerda do cilindro. O fluido empurra o pistão para a direita. O líquido no lado direito do pistão é drenado para o cilindro através da conexão direita.
- C: o pistão está na posição mais à direita.
No lado da haste do pistão (à direita na imagem acima), a área de superfície onde o fluido hidráulico pressiona o pistão é menor.
A imagem a seguir mostra o mecanismo de uma escavadeira. A combinação de dobradiças, alavancas e cilindros hidráulicos operados separadamente garante que a caçamba da escavadeira seja muito manobrável. Os cilindros são do tipo de dupla ação: ao mudar a direção do fluido de e para o cilindro, o pistão se move na outra direção.
Além dos cilindros de dupla ação, existem também:
- Cilindro de simples ação: este tipo de cilindro contém uma conexão hidráulica. Uma mola atrás do pistão fornece o curso de retorno.
- Cilindro com amortecimento hidráulico: o movimento do pistão é travado no final do curso.
- Cilindro telescópico: vários cilindros unidos criam um grande comprimento de trabalho quando estendidos. Quando retraído, o espaço de instalação é relativamente pequeno, graças ao design telescópico.
Calcular o volume sistólico:
Devido aos diferentes designs dos cilindros, suas aplicações são versáteis: quando a haste do pistão tem que exercer muita força, o diâmetro da haste é maior, assim como o pistão, o cilindro e o volume de fluido no cilindro. As dimensões dependem do local de instalação e da aplicação para a qual o cilindro é utilizado. Deparamo-nos com as seguintes dimensões:
- diâmetro do pistão (D)
- diâmetro da haste (d)
- curso do(s) pistão(ões)
A imagem abaixo mostra um cilindro contendo o pistão com haste. A explicação das abreviaturas é mostrada ao lado da imagem.
Declaração:
- D = diâmetro do pistão
- d = diâmetro da haste
- s = acidente vascular cerebral
- Az = área do pistão
- Ar = área do anel
- Ast = área da haste
- Vz = volume do lado do pistão
- Vr = volume lateral da haste
Com as dimensões do pistão e do cilindro podemos calcular o volume varrido do lado do pistão (Vz). Para isso precisamos da área superficial do pistão (Az) e multiplicamos esse número pelo curso. Quando Az é desconhecido, podemos calcular a área com a seguinte fórmula:
Para determinar a fórmula do curso no lado direito do pistão, devemos subtrair a área da haste do pistão. Surge a seguinte fórmula:
Com essas fórmulas calcularemos o volume varrido do cilindro abaixo.
Inserimos na fórmula os dados para calcular o volume varrido no lado do pistão no estado totalmente estendido. A resposta final está em metros cúbicos porque é um volume. Convertemos a última resposta em notação científica.
Em seguida, inserimos os dados no lado da haste para calcular qual é o volume de fluido com um pistão totalmente retraído. Acabamos com um volume de fluido menor, pois esse espaço é ocupado pela haste do pistão. Também convertemos esta resposta em notação científica.
Com cilindros com haste contínua com os mesmos diâmetros, a determinação do fluxo do fluido é mais fácil: o fluxo volumétrico de entrada é igual ao volume de saída.
Calcule a pressão do sistema:
A pressão no cilindro para empurrar o pistão para a direita prevalece na superfície do pistão Az. Podemos calcular esta pressão se conhecermos a força que o pistão exerce sobre o objeto que precisa ser movido. Esta força é de 10 kN (10.000 N). Por conveniência, usamos os dados restantes do pistão e do cilindro da seção anterior.
Calculamos a pressão no cilindro com a seguinte fórmula. A força F é conhecida (10.000 N), mas a área superficial do pistão ainda é desconhecida.
Então, primeiro calculamos a área da superfície do pistão:
Agora que conhecemos a área superficial do pistão, podemos calcular a pressão:
Ao dividir F (Newton) por A (metro quadrado) obtemos uma resposta em Newton por metro quadrado [N/m²]. Isso é igual a Pascal, porque 1 Pa = 1 N/m².
Dividindo o número de Pascal por 100.000 obtemos o número de barras. Vemos isso na resposta à fórmula acima.
Calcule o fluxo de volume:
Podemos calcular o fluxo volumétrico dividindo os dados já conhecidos pelo tempo em que o pistão realiza o(s) curso(s) completo(s). Definimos este tempo (t) em 5 segundos.
Calculamos o fluxo de volume com a seguinte fórmula:
Calcule a potência:
Finalmente, podemos calcular a potência necessária para mover o cilindro da esquerda para a direita. Para fazer isso, multiplicamos a pressão do sistema pela vazão volumétrica. O cálculo é mostrado abaixo.
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