Como funcionam as máquinas hidráulicas

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A idéia básica por trás de qualquer sistema hidráulico é muito simples: a força que é aplicada em um ponto é transmitida para outro ponto usando um fluido incompressível. O fluido é quase sempre um tipo de óleo. A força é quase sempre multiplicada no processo. A figura abaixo mostra o sistema hidráulico mais simples possível:
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Um sistema hidráulico simples que consiste em dois pistões e um tubo cheio de óleo conectando-os. Clique na seta vermelha para ver a animação.

Neste desenho, dois pistões (vermelho) se encaixam em dois cilindros de vidro cheios de óleo (azul claro) e se conectam um ao outro com um tubo cheio de óleo. Se você aplicar uma força descendente a um pistão (a esquerda neste desenho), então a força é transmitida para o segundo pistão através do óleo no tubo. Como o óleo é incompressível, a eficiência é muito boa - quase toda a força aplicada aparece no segundo pistão. A melhor coisa sobre os sistemas hidráulicos é que o tubo que conecta os dois cilindros pode ter qualquer comprimento e forma, permitindo que ele passe por todos os tipos de coisas que separam os dois pistões. O tubo também pode ser garfo, de modo que um cilindro mestre possa acionar mais de um cilindro escravo,se desejado.

A coisa interessante sobre sistemas hidráulicos é que é muito fácil adicionar multiplicação de força (ou divisão) ao sistema. Se você leu Como funciona um bloco e equipamento ou Como funcionam as engrenagens , então sabe que a força comercial para a distância é muito comum em sistemas mecânicos. Em um sistema hidráulico, tudo que você faz é mudar o tamanho de um pistão e cilindro em relação ao outro, como mostrado aqui:

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Multiplicação hidráulica. O pistão à direita tem uma área superficial nove vezes maior que o pistão à esquerda. Quando a força é aplicada ao pistão esquerdo, ele moverá nove unidades para cada unidade que o pistão direito mover, e a força será multiplicada por nove no pistão direito. Clique na seta vermelha para ver a animação.

Para determinar o fator de multiplicação , comece observando o tamanho dos pistões. Suponha que o pistão à esquerda tenha 2 polegadas de diâmetro (raio de 1 polegada), enquanto o pistão à direita tenha 6 polegadas de diâmetro (raio de 3 polegadas). A área dos dois pistões é Pi * r 2 . A área do pistão esquerdo é, portanto, 3,14, enquanto a área do pistão à direita é de 28,26. O pistão à direita é 9 vezes maior que o pistão à esquerda. O que isto significa é que qualquer força aplicada ao pistão esquerdo aparecerá 9 vezes maior no pistão direito. Portanto, se você aplicar uma força descendente de 100 libras no pistão esquerdo, uma força ascendente de 900 libras aparecerá à direita. O único problema é que você terá que pressionar o pistão esquerdo 9 polegadas para levantar o pistão direito 1 polegada.

Os freios do seu carro são um bom exemplo de um sistema hidráulico básico acionado por pistão. Quando você pressiona o pedal de freio em seu carro, ele está empurrando o pistão no cilindro mestre do freio . Quatro pistões escravos, um em cada roda, acionam as pastilhas de freio contra o rotor do freio para parar o carro. (Na verdade, em quase todos os carros na estrada hoje, dois cilindros mestres estão acionando dois cilindros escravos cada um. Dessa forma, se um dos cilindros mestres tiver um problema ou provocar um vazamento, ainda é possível parar o carro.)

Na maioria dos outros sistemas hidráulicos, cilindros hidráulicos e pistões são conectados através de válvulas a uma bomba que fornece óleo de alta pressão. Você aprenderá sobre esses sistemas nas seções a seguir.

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