Os Conceitos básicos da hidráulica e especificando a origem

Etapa 1

Aula-tema: Hidrodinâmica - Cinemática dos Fluidos. Escoamento em Condutos.

Passos:

        Os conceitos básicos da hidráulica, especificando a origem,

comparações e aplicações. Pesquise, colete dados e descreva:

        Há centenas de anos a humanidade descobriu a utilização energética dos fluidos. As primeiras rodas d'água foram construídas por volta de 200 A.C. perdurando seu uso até os dias atuais através dos moinhos de água. Sua evolução técnica resultou nas mais atuais usinas hidrelétricas, destinadas à geração de milhões de quilowatt de potência.

Antes da descoberta da máquina a vapor, a energia de corrente de ar e água, como também a força muscular, eram as únicas formas de energia aproveitáveis para realização de trabalho mecânico.

Em 1600, Johannes Kepler (1571-1630) desenvolveu a bomba de engrenagens, o que no inicio não despertou maior interesse.

De maior importância para o desenvolvimento da hidrostática, foram os trabalhos do cientista francês Blaise Pascal (1623-1662), que no ano de 1640 enunciou o principio da prensa hidráulica, o memorável principio pascal. Sua aplicação industrial, contudo, só se efetivou em 1795 quando o mecânico inglês Joseph Bramah (1749-1814) construiu uma prensa hidrostática utilizando água como meio de transferência de energia.

Após o desenvolvimento, a partir de 1763, da máquina a vapor pelo engenheiro escocês James Watt (1736-1819) a hidrostática passou a ser aproveitada tecnicamente para a transmissão de pressão hidráulica em sistemas.

A operação de máquinas de trabalho era obtida por meio de pistões operando com água sob  pressão, proveniente do acionamento de bombas hidrostáticas por máquina a vapor.

Na segunda metade do século XIX, W.G. Armstrong (1810-1900) desenvolveu na Inglaterra várias máquinas hidrostáticas e componentes de sistemas de transmissão, que foram empregados principalmente na indústria naval, tais como acionamentos de âncoras e guindastes. Vários elementos de direção hidráulica utilizados anualmente são semelhantes aos empregados naquela época.

Os sistemas de transmissão hidráulica tiveram sua importância afetada no início do século XX, em função da simplicidade oferecidas pelos acionamentos elétricos decorrentes das então conhecidas técnicas de transmissão de energia elétrica. Em 1900, o inventor amador americano Eli Janney deu um novo impulso aos sistemas hidráulicos quando, ao substituir a água por óleo como meio de transferência de energia, reduziu problemas de lubrificação de vazamentos. Janney também nesse período elaborou uma bomba hidrostática utilizando o

Principio de pistões axiais.

No ano de 1910 começaram a ser empregados os controladores hidrostáticos de turbinas hidráulicas. Também no mesmo ano, Hele Shaw introduz a primeira máquina de pistões radiais utilizando óleo como fluido operante. Vinte anos após, Hans Thoma inicia o desenvolvimento das máquinas de pistões axiais e, em 1936, Harry Vickers desenvolveu uma válvula limitadora de pressão pilotada.

Em 1950, o francês Jean Mercier constrói o primeiro acumulador hidropneumático de grandes proporções, utilizado como fonte auxiliar de energia nos sistemas hidráulicos.

A partir da década de 50 a hidráulica passa a ter um desenvolvimento acentuado em todos os segmentos da automação industrial. Os trabalhos apresentados em 1958 por Blackbum, Lee e Shearer nos Estados Unidos, contribuíram significativamente para o desenvolvimento dos sistemas hidráulicos de controle continuo. Por suas características, este novo campo da hidráulica recebe o nome de servo hidráulica, separando-se da chamada hidráulica convencional.

Concomitantemente ao desenvolvimento das técnicas dos processos de fabricação, os sistemas hidráulicos vão se sofisticando, permitindo sua utilização a pressões cada vez mais altas, tornando-os, mas compactos, precisos e eficientes. A alta precisão e resposta dinâmica das chamadas servo-válvulas eletro hidráulicas exigem processos de fabricação altamente sofisticados, além da utilização de  aparatos hidráulicos eletrônicos especiais, elevando de forma significativa os custos de instalação, restringindo seu emprego a sistemas específicos.

As exigências crescentes da automação de processos industriais a custos compatíveis, aliado ao crescimento vertiginoso da microeletrônica e ao estudo compreensivo das reais necessidades, levam ao desenvolvimento, a partir da década de 70, de válvulas de controle exigentes em termos de resposta dinâmica, mais flexíveis quanto ao uso conjunto com atuadores lineares diferentes ou não, necessitando aparatos especiais para controle de contaminação, as chamadas válvulas proporcionais vêm dando notoriedade aos sistemas de controle em malha aberta.

Atualmente identificam-se três campos na hidráulica; os sistemas hidráulicos

convencionais, a servo hidráulica e os sistemas hidráulicos proporcionais. Recentemente, em face dos problemas decorrentes da crise do petróleo e da necessidade de controle da qualidade ambiental, começam a surgir trabalhos que apontam para uma reformulação quanto ao tipo de fluido utilizado em sistemas, com óleos de origem vegetal e o retorno da água.

Começaram a surgir também os componentes de sistemas hidráulicos empregando tecnologia de novos materiais, indicando que as possibilidades da hidráulica estão longe de serem esgotadas.

Enunciado por Blaise Pascal, e por isso chamada de lei Pascal que diz:

“Toda a pressão aplicada sobre um fluido confinado em um recipiente fechado, age

igual em todas as direções dentro da massa fluida e perpendicularmente às paredes do recipiente.” (Fig. 1.1)

         

                         [pic 1] 

                                                     Figura 1.1 A lei de Pascal

LEI DE BERNOULLI (LEI DA VAZÃO)

Em dinâmica dos fluidos, a equação de Bernoulli, atribuída a Daniel Bernoulli, descreve o comportamento de um fluido que se move ao longo de um tubo. Há basicamente duas formulações, uma para fluidos incompressíveis e outra para fluidos compressíveis.

A forma original, que é para um fluxo incompressível sob um campo gravitacional uniforme (como o encontrado na Terra), é:

[pic 2]ou [pic 3]

ou

v = velocidade do fluido ao longo do conduto

g = aceleração da gravidade

h = altura com relação a um referencial

p = pressão ao longo do conduto

ρ = densidade do fluido

As seguintes convenções precisam ser satisfeitas para que a equação se aplique:

Escoamento sem viscosidade ("fricção" interna = 0)

Escoamento em estado estacionário

Escoamento incompressível (ρ constante em todo o escoamento)