Princípios Fundamentais da Hidráulica

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1.2.1 Aplicação

Uma das aplicações mais comuns do Princípio de Stevin são os vasos comunicantes, que é um conjunto de dois ou mais vasos, que são postos em comunicação entre si de tal modo que um líquido que se verter em um deles se distribui por todos os outros. Sendo assim as superfícies livres do líquido nos vasos comunicantes ficam situados ao mesmo nível.

[pic 4]

1.3 Princípio de Arquimedes

O Princípio de Arquimedes se define da seguinte forma: “Todo corpo mergulhado num fluido (líquido ou gás) em repouso, fica sujeito a uma força vertical de baixo para cima, cuja intensidade é igual ao valor do peso do fluido deslocado pelo corpo.” Este fato recebe o nome de Empuxo.

O Empuxo se deve a diferença das pressões exercidas pelo fluido nas superfícies inferior e superior do corpo. Sendo as forças aplicadas pelo fluido na parte inferior maiores que as exercidas pela parte superior, a resultante dessas forças fornece uma força vertical de baixo para cima que é o Empuxo.

A situação a seguir mostra o funcionamento do Princípio de Arquimedes: um copo totalmente cheio d’água e uma esfera de chumbo. Se colocarmos a esfera na superfície da água, ela vai afundar e provocar o extravasamento de uma certa quantidade de água. A força que a água exerce sobre a esfera terá direção vertical, sentido para cima e módulo igual ao do peso da água que foi deslocada como mostra a figura.

[pic 5]

2. TRANSMISSÃO DE FORÇA

Pode-se definir força, 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.

Se a superfície do embolo A1 é móvel, é possível a transmissão de força. A pressão de recipiente é transmitida para a superfície A2 do embolo maior, produzindo uma força maior.

[pic 6]

Relação de transmissão de força de F1 para F2:

Pe = F1/A1 Pe = F2/A2

Portanto: F1/A1 = F2/A2

onde: P = pressão F = força A = área

(Princípio de Pascal)

As seguintes equações se aplicam quando o sistema está em equilíbrio:

P1 = P2

Quando as duas equações estão balanceadas, é formada a equação:

F1/A1 = F2/A2

O comportamento das forças é igual ao das superfícies dos êmbolos. Se a superfície A2 for quatro (4) vezes maior que a superfície A1, a força é quadriplicada, (ou seja, a força será 4 vezes maior).

Este é o princípio da prensa hidráulica.

“ O que se ganha em força deve ser empregado em deslocamento”

Esse tipo de equipamento recebe o nome de elevador hidráulico ou prensa hidráulica. Seu funcionamento se baseia no Princípio de Pascal e ajuda a levantar grandes massas.

[pic 7] Elevador Hidráulico

As prensas hidráulicas constituem-se de um tubo preenchido por um líquido confinado entre dois êmbolos de áreas diferentes. Quando aplicamos uma força [pic 8] no êmbolo de área A1, surge uma pressão na região do líquido em contato com esse êmbolo. Como o incremento de pressão é transmitido integralmente a qualquer ponto do líquido, podemos dizer que ele também atua no êmbolo de A2 com uma força de intensidade [pic 9] proporcional à área do êmbolo 2. Vejamos a figura abaixo: [pic 10]

3. TRANSMISSÃO HIDRAULICA DE PRESSÃO

Na prensa hidráulica há transferência de força, sendo a pressão sempre a mesma em todo o sistema.

Em um transmissor hidráulico de pressão temos o aumento de pressão.

Se aplicarmos uma pressão Pe1 na superfície do embolo A1, uma força F atua sobre este embolo de menor diâmetro, agindo assim sobre a superfície A2. Com isso, a pressão Pe2 será maior que a pressão Pe1.

[pic 11]

O efeito de intensificação deve ser observado também no cilindro de ação dupla. Quando um cilindro que tem, por exemplo, uma relação de superfície de 2:1, e o lado do embolo é submetido a pressão, o liquido do lado da haste deve ter facilidade no escoamento (não estar bloqueado), pois neste caso ocorreria o efeito de intensificação de pressão, a um valor 2 vezes maior.

[pic 12]

Devido a este efeito, quando o cilindro é submetido hidraulicamente, deve-se observar o efeito de intensificação.

4. HIDRODINÂMICA

O objetivo da hidrodinâmica é o estudo dos fluídos em movimento. Ela tem aplicação prática em sistemas de abastecimento de água, irrigação das terras, entre outros.

4.1. Hidrodinâmica x Hidrostática

A principal diferença entre as duas é que a Hidrodinâmica é o ramo que estuda os fluídos quando eles estão em movimento, enquanto a Hidrostática estuda os fluídos em condições de repouso.

4.2. Escoamento

Para se descrever o escoamento do fluído, utilizamos o princípio de Euler, onde fixa-se um ponto no fluído e acompanha-se a evolução da velocidade em função do tempo. A partir disso, classificamos o escoamento em dois tipos:

- Escoamento estacionário: também conhecido como laminar, acontece quando a velocidade não depende mais do tempo, ou seja, a velocidade de escoamento é a mesma em todos os pontos.

Exemplos: Escoamento de ar e gases e o movimento da água de um rio calmo.

- Escoamento não estacionário: também conhecido como turbulento, acontece quando a velocidade varia de acordo com o tempo.

Exemplos: quedas de água nas regiões onde as rochas, ou outros obstáculos, estão no leito e contribuem para a formação dos rápidos encachoeirados

4.3. Vazão

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