RESUMO - MÁQUINAS HIDRÁULICAS E PNEUMÁTICAS

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MÁQUINAS HIDRÁULICAS E PNEUMÁTICAS 
 
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TODAS AS QUESTÕES APRESENTADAS ESTÃO CORRETAS 
 
1.1 Fundamentos e dimensionamento de orifícios 
 
O líquido no interior do reservatório flui por todas as direções e, com o 
estrangulamento do jato na saída do orifício, passa a apresentar uma seção contraída 
conhecida por vena contracta. 
A água flui em um orifício de uma polegada de diâmetro, com uma carga de 5m sobre 
o centroide da abertura, e o jato d’água atinge um anteparo colocado à 1,5m de 
distância a aproximadamente 0,15m (15cm) abaixo da linha centra da seção de 
contração da veia. 
Nessa situação, qual o valor do coeficiente cc se o valor do coeficiente de descarga 
(cd) for igual à 0,70? 
 
0,80. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A vazão que flui por um orifício depende, dentre outros fatores, da posição em que 
ele está localizado no reservatório. Em geral, o controle se torna possível devido à 
altura da carga sobre o orifício e ao tamanho do orifício. 
Se existirem diversos furos em um mesmo recipiente, como será o perfil de 
velocidade ao longo do tanque? 
 
 
 
 
Um orifício pode ser classificado quanto à sua forma geométrica, ao seu tamanho, 
à sua localização em relação à superfície livre do fluido ou, ainda, de acordo com o 
escoamento a jusante à abertura. São muitas as classificações possíveis. 
Sobre essas definições, podemos afirmar que: 
 
um orifício pode ser considerado pequeno se seu tamanho relativo for muito menor do que 
a carga de água sobre ele. 
 
Dentre as aplicações dos orifícios, destaca-se a possibilidade de controlar o volume 
em um reservatório por meio do controle da vazão de saída. Qual a vazão (Q) da água 
que flui livremente através de um orifício circular de 4 polegadas de diâmetro com 
bordas quadradas? 
Considere que a cota do centro do orifício é de 100m, enquanto que a cota do nível da 
superfície da água é de 125m, o coeficiente de descarga é de 0,76 e a gravidade como 
sendo 9,81m/s2. 
 
 
136l/s. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Em geral, os cálculos hidráulicos em orifícios desconsideram as perdas de carga e o 
efeito de contração do jato d’água. Quando tais valores não podem ser considerados 
nulos, em aplicações práticas, há uma perda significativa também no valor da vazão 
que atravessa o orifício. Um orifício possui um jato com velocidade real de 13l/s sob 
uma carga d’água de 6m, e os seguintes coeficientes de correção: cd = 0,74 e cc = 0,88. 
Qual o valor da perda de carga devido à hidrostática nesse orifício? 
 
1,77m 
 
 
 
 
 
 
 
1.2 Fundamentos e dimensiomentos de bocais e tubos curtos 
 
Considere um reservatório de grandes dimensões, no qual é fixado um bocal externo 
de 80mm de diâmetro. Sabendo-se que a perda de carga através do bocal é igual a 
5m, encontre a vazão, considerando que o coeficiente de descarga é igual a 0,82. 
40,82l/s. 
 
 
 
 
 
 
Determine a vazão, para um bocal de 90mm de diâmetro, acoplado a um reservatório 
com H = 4,5m, considerando: 
(a) bocal cilíndrico externo (Cd = 0,82); 
(b) bocal cilíndrico interno de veia livre (Cd = 0,52); 
(c) bocal cilíndrico interno de veia colada (Cd = 0,75). 
49,02l/s; 31,08l/s; 44,83l/s. 
 
 
 
 
 
Um bocal cônico do tipo convergente-divergente, com um gargalo de 42mm está 
instalado em um reservatório, com carga sobre o centro do bocal igual a 3 metros. 
Determine o diâmetro máximo de divergência para evitar a descontinuidade do fluxo, 
sabendo-se que a pressão atmosférica é igual a 10mH2O e a pressão, na seção de 
contração, é de 2,5mH2O. Também encontre a máxima vazão. 
57,45mm; 10,63l/s. 
 
 
 
 
Para um bocal cônico convergente-divergente, os diâmetros de saída e da vena 
contracta são iguais a 60mm e 40mm, respectivamente. Encontre a máxima perda de 
carga, considerando uma pressão atmosférica de 10,3m e pressão na seção contraída 
de 25kpa. 
2,73m. 
 
 
 
 
Considere que um bocal convergente-divergente, com um diâmetro da seção 
contraída de 3cm, está descarregando água constantemente. O nível de água entre o 
reservatório e o centro do bocal é de igual a 2,5m. Encontre o diâmetro máximo de 
saída do bocal e a vazão máxima possível, quando a pressão atmosférica é de 10,3mca 
e a carga na contração é de 2,5mca. 
4,27cm e 495,05cm³/s. 
 
 
 
 
 
2.1 Vertedores 
 
Um vertedor é um dispositivo aplicado à medição ou ao controle de vazões em 
escoamento. 
Sobre as partes constituintes dessas estruturas hidráulicas de tão ampla aplicação, é 
possível afirmar: 
 
A largura da soleira é chamada de luz e é a dimensão da soleira pela qual há 
escoamento da água. 
 
Vertedores triangulares são utilizados principalmente em condições de baixas 
vazões. Essas estruturas apresentam relativa facilidade em sua construção e 
comumente são construídas com triângulo com dois lados iguais e um ângulo reto. 
Qual a vazão de um vertedor de soleira triangular com lâmina (h) de 35cm? 
 
101,4L/s. 
 
 
 
 
 
 
Um vertedor retangular pode ser utilizado para medição da vazão em um canal. Entre 
os vertedores, pode-se afirmar que o mais exaustivamente estudado é justamente o 
vertedor retangular de paredes delgadas. 
Sobre os vertedores retangulares, é possível afirmar: 
 
Um vertedor retangular de parede delgada é como uma placa delgada cuja geometria 
conhecida permite o cálculo simplificado de vazão. 
 
Vertedores laterais são utilizados para controle de nível em geral de canais 
retangulares. Tais estruturas apresentam uma construção bem simples e, por isso, 
podem ser utilizadas em diversas ocasiões. 
Sobre os vertedores laterais, é correto afirmar: 
Vertedores laterais facilitam o controle de vazão, apesar da complexidade dos 
cálculos. 
 
Considere que um vertedor Cipoletti será instalado em um canal com inclinação dos 
lados de 1H:4V para controlar a saída de uma vazão de 0,5m3/s. O canal retangular tem 
2,5m de largura, escoa a água em regime permanente e uniforme com vazão de 
8m3/s, tem declividade de fundo (i) correspondente a 1m/km e coeficiente de 
rugosidade (n) de 0,023. 
Qual deverá ser a largura (b) desse vertedor para que a lâmina (h) não seja maior que 
50cm? 
76cm. 
 
 
 
 
 
 
 
2.2 Conjuntos elevatórios 
 
Num prédio de 13 pavimentos, com 4 apartamentos por andar, será montada uma 
estação de bombeamento de água que deverá funcionar 12 horas por dia. Admite-se 
uma quota de 200 litros por habitantes por dia e uma média de 3 habitantes por 
apartamento. Supondo que as tubulações sejam de aço galvanizado, determine os 
diâmetros da tubulação de recalque e sucção. Considere que os diâmetros nominais 
disponíveis são (em mm): 15, 20, 25, 32, 40, 50, 60, 75, 85 e 100. 
Dr = 32 mm; Ds = 40 mm. 
 
 
 
 
 
 
 
Dado o conjunto elevatório apresentado, determine a altura manométrica e a potência 
do conjunto motor-bomba. As potências nominais disponíveis em cavalo-vapor (cv) 
são: 0,125; 0,17; 0,25; 0,33; 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2 e 3. 
Hm = 42,10 e Pot = 0,5. 
 
 
 
 
 
 
 
Determine a altura manométrica e a potência hidráulica necessária para recalcar 42 
l/s de água durante 24 h/dia, sabendo-se que as tubulações de sucção e recalque 
devem ser de ferro fundido novo, com 12 m e 2000 m de 
comprimento respectivamente. Considere que o peso específico da água é igual a 
9806 N/m³. 
34,6 m e 14,2 kW. 
 
A instalação elevatória mostrada a seguir deve recalcar água do reservatório inferior 
para o superior. Determine a potência da bomba e do motor. 
Pb = 3,7 cv e Pm = 4,2 cv. 
 
 
Além da bomba e das tubulações, os demais componentes do conjunto elevatório são 
essenciais para o desempenho adequado do sistema. Sobre as peças especiais, 
assinale a alternativa correta: 
O registro de gaveta geralmente é instalado após a válvula de retenção para controlar 
a vazão e facilitar a manutenção. 
 
3.1 Potência e NPSH 
Em sistemas de abastecimento de água podem ser utilizadas bombas hidráulicas em 
várias etapas: parabombear a água captada até a estação de tratamento de água, para 
transportar a água tratada de um reservatório para outro ou nas linhas de distribuição 
de consumidores. Em um sistema de distribuição de água, a temperatura observada 
é acima de 30°C. Caso você queira otimizar o fluxo bombeado, qual opção você 
escolhe? 
Reduzir o comprimento da tubulação de sucção. 
 
A viscosidade é uma propriedade física dos fluidos. Basicamente, quanto maior a 
viscosidade, maior a resistência de um fluido ao escoamento. Quando há variação da 
viscosidade no transporte de fluidos, o que se pode afirmar? 
A viscosidade pode ser corrigida por fatores e tem uma relação com o número de Reynolds, 
variando com o regime do fluido. 
 
Deve-se ter controle sobre a altura hidráulica líquida de sucção (NPSH) das bombas, 
para que o sistema sempre opere com a NPSHRequerida do sistema menor que 
a NPSHDisponível pelo conjunto motor-bomba-tubulação. 
Considerando definições básicas de NPSH, pode-se afirmar que: 
NPHSDisponível é característica de instalação e corresponde à pressão antes do flange de 
sucção. 
 
Considerando uma bomba centrífuga usada para elevação da água, em uma altura 
geométrica de 10m, por meio de uma tubulação de 10cm de diâmetro, tem-se as 
características da bomba (em determinada rotação constante) no gráfico abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
O valor de NPSH representa a altura necessária, na entrada de uma máquina 
hidráulica, para que não ocorra a cavitação do sistema. Resumidamente, o valor do 
NPHSDisponível tem que ser maior que o valor do NPSHRequerido, para que o risco de 
ocorrer a cavitação seja minimizado. 
Qual número adimensional pode ser utilizando no cálculo para obtenção do valor de 
NPSHRequerido em bombas ou turbinas? 
Número de Thoma. 
 
3.2 Introdução à hidráulica: características gerais dos sistemas hidráulicos 
Sistemas hidráulicos utilizam que tipo de fluido de trabalho? 
Óleo hidráulico. 
 
Sistemas hidráulicos têm como principais características: 
baixas velocidades com grandes forças e precisão de acionamento. 
 
Qual o nome da propriedade física que ocorre em razão do atrito interno das 
moléculas no interior dos fluidos e se manifesta quando o fluido entra em 
escoamento, manifestando-se em forças que tentam impedir o movimento do fluido? 
Viscosidade. 
 
Qual o significado físico da variável física vazão? 
É o deslocamento de um volume de fluido em uma unidade de tempo. 
 
Se uma bomba hidráulica opera em uma pressão de 200 kg/cm2 e o cilindro hidráulico 
tem área de 80 cm2 , qual é a força que o atuador pode produzir? 
16000 kg. 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.1 Controles pneumáticos 
 
As primeiras aplicações do ar comprimido ocorreram em equipamentos de mineração 
e até mesmo em aparelhos musicais. Posteriormente, a utilização dos sistemas 
pneumáticos na indústria se deu em meados do século XIX. Por volta de 1920, 
começou a ser utilizado como ar de controle na automatização e racionalização dos 
processos de trabalho, em que passou a ser amplamente utilizado a partir de 1950. 
Inicialmente, como era realizado o controle dos primeiros sistemas pneumáticos? 
Assinale a alternativa correta. 
Manualmente. 
 
"A aplicação de comando e controle pneumático baseado nas funções lógicas em 
máquinas e instalações industriais, os quais permitem a execução de movimentos 
físicos definidos, só foi possível devido a _______________________________." 
Assinale a alternativa que completa a afirmativa corretamente. 
evolução tecnológica. 
 
É um dispositivo que monitora os sinais e atua de forma adequada para manter o 
processo dentro dos limites especificados de acordo com uma programação 
previamente definida, ativando e controlando o sistema. Como esse dispositivo é 
chamado? 
Assinale a alternativa correta. 
Controlador 
 
As válvulas pneumáticas são componentes pneumáticos utilizados para controlar e 
manipular a direção, pressão ou vazão de ar comprimido. Neste contexto, assinale a 
alternativa referente às válvulas controladoras de pressão. 
Esse tipo de válvula tem como função manter constante a pressão de trabalho, 
independentemente do consumo de ar e da pressão da rede. 
 
Em um sistema pneumático, em alguns casos é necessário que haja diminuição da 
quantidade de ar que passa através da tubulação, situação que ocorre 
constantemente para regular a velocidade dos atuadores ou formar condições de 
temporização pneumática. Para essa situação, utiliza-se qual tipo de válvula? 
Válvula de fluxo. 
 
 
 
 
 
 
4.2 Atuadores pneumáticos 
São elementos mecânicos que, por meio de movimentos lineares ou rotativos, 
transformam em energia mecânica, produzindo trabalho, a energia cinética gerada 
pelo ar pressurizado e em expansão. Esses elementos recebem o nome de 
_______________. 
Assinale a alternativa correta. 
Atuadores 
 
São atuadores conhecidos pelo seu movimento de retração ou expansão, que é 
realizado pela ação de uma mola interna ao tubo cilíndrico, podendo ainda ter retorno 
por força externa. Essa descrição corresponde a qual tipo de atuador? 
Atuador linear de simples efeito. 
 
Trata-se de um atuador utilizado para atender a grandes deslocamentos sem a 
necessidade de aplicação de elevada força. Dessa forma, o diâmetro da camisa pode 
ser reduzido. Sua estrutura consiste em dois atuadores pneumáticos de duplo efeito, 
montados um de costas para o outro, que não necessitam ter o mesmo diâmetro ou 
sequer o mesmo comprimento de curso. 
Essa descrição se refere a qual tipo de atuador? 
Atuador geminado. 
 
Para que um atuador possa ser devidamente dimensionado, devemos partir de três 
informações básicas. Quais são essas informações? 
 
I) Força 
II) Pressão 
III) Temperatura 
IV) Curso 
V) Tipo de fluido 
 
Dentre as alternativas citadas, estão corretas apenas: 
I, II e IV. 
 
Quanto aos atuadores pneumáticos, é correto afirmar que: 
são utilizados em circuitos pneumáticos e são responsáveis por realizar determinado 
trabalho, por meio da conversão da energia cinética em energia mecânica. 
 
 
 
5.1 Introdução à pneumática 
 
As maiores vantagens do uso da pneumática são: 
Maiores velocidades dos atuadores e menores custos de implementação. 
 
A propriedade que o ar comprimido apresenta de redução de volume por uma força 
externa é denominada: 
compressibilidade. 
 
Os balões sobem no ar devido à qual princípio físico? 
O ar quente é mais leve do que o ar frio. 
 
Sendo a força o produto da pressão pela área, para uma pressão de linha de 7 kgf/cm2, 
e área do atuador de 28,57 cm2, qual a força que o atuador exerce? 
200 kgf. 
F= p x A = 7 kgf/cm2 x 28,58 cm2 = 200 kgf. 
 
Sendo a vazão o quociente do volume no tempo (Q = vazão = V/t ), um compressor 
para encher pneus tem vazão de 25 LPM (litros por minuto). Um colchão inflável para 
casais tem dimensões de 1,5 m x 2 m x 0,1 m. Qual o tempo (em minutos) necessário 
para o enchimento do colchão pelo compressor? 
12 minutos. 
Volume do colchão = 1,5 m x 2 m x 0,1 m = 0,3 m3 = 300 litros. 
Q = V/t onde t = V/Q = 300/25 = 12 min. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5.2 Características dos sistemas pneumáticos 
 
Em uma transformação isométrica (volume constante), temos P1/T1 = P2/T2, na 
temperatura ambiente T1 de 27ºC. Se a pressão for elevada para 2 bar (200 Kpa), qual 
a temperatura final em graus centígrados? 
Obs: nas transformações, temos que usar a temperatura absoluta Kelvin, então, 27ºC 
= 300ºK, pois TK = TC + 273, pressão atmosférica de 1 bar (100 Kpa). 
 
 
 
 
 
 
 
 
A panela de pressão opera a volume constante. Qual o nome dessa transformação? 
Isométrica. 
 
"A pressão exercida em um líquido confinado em forma estática atua em todos os 
sentidos e direções, com a mesma intensidade, exercendo forças iguais em áreas 
iguais." Como é denominado esse princípio? 
Pascal 
 
Dentro da cadeia de comando pneumático, quais elementos fazem o comando dos 
atuadores? 
Válvulas direcionais. 
 
Temos um cilindropneumático de 10cm de diâmetro a uma pressão de 8 Kg/cm². Qual 
a força que esse cilindro pneumático pode exercer, sabendo que esta é o produto da 
pressão pela área? 
628 Kg. 
 
 
 
 
 
 
6.1 Válvulas de controle hidráulico 
 
Componente hidráulico com a finalidade de regular a máxima pressão de trabalho do 
circuito é: 
válvula de alívio ou segurança. 
 
A válvula que permite fluxo livre de fluido em um sentido (no sentido de afastar o 
pistão ou esfera de sua sede) e impede o fluxo no sentido contrário é: 
válvula de retenção simples. 
 
Para acionamento simples de um cilindro hidráulico de dupla ação sem paradas 
intermediárias são usadas válvulas direcionais do tipo: 
quatro vias e duas posições. 
 
Para acionamento simples de um cilindro hidráulico de dupla ação com paradas 
intermediárias são usadas válvulas direcionais do tipo: 
quatro vias e três posições. 
 
Válvula que permite definir um nível de pressão predeterminado para acionamento de 
uma carga, como um cilindro hidráulico, é: 
válvula de sequência. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.2 Técnicas de comando hidráulico e aplicações a circuitos básicos 
 
A resistência ao escoamento ou o inverso da fluidez é denominada: 
Viscosidade 
 
Quais são os componentes hidráulicos montados dentro do reservatório? 
Bomba e filtro. 
 
Qual é o tipo de bomba hidráulica com melhor rendimento volumétrico e maior 
eficiência, operando em pressões mais altas:? 
Bomba de pistões. 
 
Para acionamento simples de um cilindro hidráulico de dupla ação, sem paradas 
intermediárias, são usadas válvulas direcionais do tipo: 
quatro vias e duas posições. 
 
Sendo força o produto da pressão vezes a área – F= P X A, um cilindro de 20,2 cm2 de 
área em uma pressão de 200 Kg/cm2 , qual a força resultante desse cilindro? 
4.040 kg.