Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos: Conceitos e Princípios

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Derly Ferreira dos Santos – CCE 0353 
SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 
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APRESENTAÇÃO DO CURSO 
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
TÓPICO A SEREM ABORDADOS NO PRÓXIMO SLIDE 
 
 
 
 
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Apresentação do curso 
 
Esta disciplina tem a função de transmitir aos alunos, os conceitos 
físicos, envolvidos na hidráulica e pneumática e apresentar as 
características e funcionamento dos elementos que constituem estas 
tecnologias. 
 
Tem a função, também, de capacitar o aluno para analise e a criação 
de projetos de circuitos hidráulicos e pneumáticos. 
 
 
 
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A1 – Conceitos e princípios básicos de hidráulica. 
A2 – Produção e distribuição do fluido hidráulico. 
A3 – Válvulas hidráulicas. 
A4 – Atuadores hidráulicos. 
A5 – Fluidos hidráulicos. 
A6 – Elementos de eletrohidráulica. 
A7 – Projeto de circuitos hidráulicos e Pneumáticos. 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: 
1. BONACORSO, N. G. e NOLLI, V., Automação Eletropneumática. 
São Paulo: Editora Érica, 2009. 
2. FIALHO, A. B., Automação Pneumática – Projetos, 
dimensionamento e análise de circuitos. São Paulo: Editora Érica, 
2003. 
 
3. FIALHO, A. B., Automação Hidráulica – Projetos, 
dimensionamento e análise de circuitos. São Paulo: Editora Érica, 
2002. 
 
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1.0 - Introdução à hidráulica 
Objetivo: Aprimorar os processos produtivos e a busca da qualidade. 
 
Para se buscar a otimização de sistemas nos processos industriais, faz-se o 
uso da junção dos meios de transmissão de energia, sendo estes: 
Mecânica 
Elétrica 
Eletrônica 
Pneumática e Hidráulica 
 
 
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A hidráulica vem se destacando e ganhando espaço como um meio de 
transmissão de energia nos mais variados segmentos do mercado, sendo a 
Hidráulica Industrial e Móbil as que apresentam um maior crescimento. 
 
O termo “Hidráulica” derivou-se da raiz grega Hidro, que tem o significado de 
água, por essa razão entendem-se por Hidráulica todas as leis e 
comportamentos relativos à água ou outro fluido, ou seja, Hidráulica é o 
estudo das características e uso dos fluidos sob pressão. 
 
 
 
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2.0 - CONCEITOS E PRINCÍPIOS BÁSICOS DA HIDRÁULICA 
Para compreendermos a hidráulica e suas aplicações, se faz necessário o 
conhecimento básico de conceitos físicos. 
2.1 Força 
Força é qualquer influência capaz de produzir uma alteração no movimento de 
um corpo. Temos como unidade de medida de força o newton (N). 
2.2 Resistência 
A força que pode parar ou retardar o movimento de um corpo é uma 
resistência. Exemplos de resistência são: o atrito e a inércia. 
 
 
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2.3 O Atrito como Resistência 
A resistência por atrito ocorre sempre que dois objetos estejam em contato e 
que as suas superfícies sem movam uma contra a outra. 
2.4 A Inércia como Resistência 
A inércia é a relutância de um corpo em aceitar uma alteração no seu 
movimento. 
 
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A inércia está diretamente relacionada à quantidade de matéria no corpo. 
Quanto maior a massa ou a matéria em um corpo, mais pesado é este e, 
consequentemente, mais difícil movê-lo ou Pará-lo. 
 
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2.5 Energia 
Uma força que pode causar o movimento de um corpo é energia. 
 
2.6 A Inércia como Energia 
A inércia, sendo a relutância de um corpo a uma alteração no seu movimento, 
pode também ser energia. Um corpo em movimento exibe uma relutância ao 
ser parado, e pode assim bater em outro corpo e causar o seu movimento. 
Com uma bola de madeira e outra de chumbo movendo-se na mesma 
velocidade, a bola de chumbo exibe uma inércia maior, desde que é mais 
difícil Pará-la. 
 
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A bola de chumbo tem mais energia do que a bola de madeira. 
 
 
 
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2.7 Lei da Conservação de Energia 
A lei da conservação de energia diz que a energia não pode ser criada nem 
destruída, embora ela possa ser transformada de uma forma à outra. 
 
 
 
 
 
 
 
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2.8 O Estado Cinético da Energia 
 
A energia no estado cinético está em movimento. Ela causa o movimento 
quando toca a superfície de um objeto. 
 
 
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Quando no estado potencial a energia está acumulada, ela está pronta e 
esperando para entrar em ação, para transformar-se em energia cinética tão 
logo surja a oportunidade. 
 
A energia potencial tem a propriedade de transformar-se em energia cinética 
por causa do seu constituinte físico, ou da sua posição acima de certo ponto 
de referência. 
 
 
 
 
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Por causa da elevação, a água contida em uma torre de água é energia 
potencial. Ela tem a propriedade de escoar por gravidade pela torneira de uma 
residência que estiver em um nível mais baixo. 
 
 
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2.9 O Estado de Alteração de Energia 
A energia potencial tem a propriedade de se transformar em energia cinética. 
E a energia cinética pode ser também transformada em energia potencial. 
 
A água na torre contém energia potencial que se transformará em energia 
cinética hidráulica quando a torneira abrir. Esta energia cinética pode se 
transformar em energia potencial à medida que se enche um outro recipiente 
(por exemplo, um copo). 
 
 
 
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2.10 Trabalho 
É o movimento de um objeto através de uma determinada distância. Temos 
como unidade para trabalho o: newton * metro (Nm) 
A expressão que descreve o trabalho é: 
 
 
 
 
 
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2.11 Potência 
 
A unidade para medir "potência" é o N.m/s. James Watt, o inventor da 
máquina a vapor, quis comparar a quantidade de potência que a sua máquina 
poderia produzir com a potência produzida por um cavalo. Por métodos 
experimentais, Watt descobriu que um cavalo poderia erguer 250 kgf à altura 
de 30,5 cm em um segundo, que é igual a: 
 
 
 
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A expressão que descreve potência é: 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2.12 Definição de Pressão 
 
Pressão é a força exercida por unidade de superfície. Em hidráulica, a 
pressão é expressa em kgf/cm2, atm ou bar. 
 
A pressão também poderá ser expressa em psi (Pound per square inch) que 
significa libra força por polegada quadrada, abrevia-se lbf/pol2. 
 
 
 
 
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2.13 Lei de Pascal 
 
A pressãoexercida em um ponto qualquer de um líquido estático é a mesma 
em todas as direções e exerce forças iguais em áreas iguais. 
 
Vamos supor um recipiente cheio de um líquido, o qual é praticamente 
incompressível. 
 
 
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Quando aplicamos uma força de 10 kgf em uma área de 1 cm2, obtemos 
como resultado uma pressão interna de 10 kgf/cm2 agindo em toda a parede 
do recipiente com a mesma intensidade. 
 
Este princípio, descoberto e enunciado por Pascal, levou à construção da 
primeira prensa hidráulica no princípio da Revolução Industrial. Quem 
desenvolveu a descoberta de Pascal foi o mecânico Joseph Bramah. 
 
 
 
 
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2.14 Princípio Prensa Hidráulica 
 
 
 
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Sabemos que: 
 
 
 
 
 
 
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Portanto, 
 
 
 
Temos que a pressão, agindo em todos os sentidos internamente na câmara 
da prensa, é de 10 Kgf/cm2. 
 
 
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Esta pressão suportará um peso de 100 Kgf se tivermos uma área A2 de 10 
cm2, sendo: 
 
 
 
 
 
 
 
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Portanto, 
 
 
 
Podemos considerar que as forças são proporcionais às áreas dos pistões. 
 
 
 
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2.15 Fatores de Conversão de Unidades de Pressão 
 
 
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Equivalência entre Unidades de Pressão 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2.16 Conservação de Energia 
 
Relembrando um princípio enunciado por Lavoisier, onde ele menciona: 
 
"Na natureza nada se cria e nada se perde, tudo se transforma." 
 
Realmente não podemos criar uma nova energia e nem tão pouco destruí-la e 
sim transformá-la em novas formas de energia. 
 
 
 
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Quando desejamos realizar uma multiplicação de forças significa que teremos 
o pistão maior, movido pelo fluido deslocado pelo pistão menor, sendo que a 
distância de cada pistão seja inversamente proporcional às suas áreas. 
 
O que se ganha em relação à força tem que ser sacrificado em distância ou 
velocidade. 
 
 
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Quando o pistão de área = 1 cm2 se move 10 cm desloca um volume de 
10cm3 para o pistão de área = 10 cm2. Consequentemente, o mesmo 
movimentará apenas 1 cm de curso. 
 
 
 
 
 
 
 
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2.0 - VANTAGENS E DESVANTAGENS DO SISTEMA HIDRÁULICO 
2.1 Vantagens 
 
1.1.1 A hidráulica tem a grande vantagem de suportar muito mais pressão e com isso o 
sistema ganha em força, podendo levantar grande peso, ou aplicar grande força com o 
mínimo esforço, utilizando mangueiras finas. 
 
1.1.2 Na hidráulica pode-se aplicar uma pressão maior que na pneumática e, como 
Força = Pressão x área, quanto maior pressão, maior será a força no cilindro. 
 
1.1.3 Mantém uma força alta e constante em diferentes velocidades e por muito tempo. 
Pelo fato do óleo ser um fluido incompressível, o sistema hidráulico permite precisão 
de operação, um pouco menor que o acionamento de motores elétricos 
(servomotores), mas bem maior que os pistões pneumáticos. 
 
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2.2 Desvantagens 
 
2.2.1 A hidráulica requer uma fonte de energia cara, às vezes inviável 
economicamente para o projeto, 
 
2.2.2 Apresenta altos custos de manutenção. 
 
2.2.3 Alguns sistemas hidráulicos são lentos e podem vazar. 
 
2.2.4 As válvulas devem ser precisas e são caras. 
 
2.2.5 O sistema hidráulico está sujeito a vazamentos de óleo do sistema. 
 
 
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2.3 Conclusão: 
Portando, se o projeto hidráulico precisa de pouca precisão e pequena força, é 
melhor optar pela pneumática, que pode ser adquirida por um preço mais 
baixo e requer menos manutenção que a hidráulica. 
 
Em geral hidráulica se emprega quando se quer maior força, porém se perde 
em velocidade. Se o projetista optar por mais velocidade, o sistema 
pneumático é o mais indicado, mas leve sempre em consideração onde o 
mesmo vai ser empregado, porque outros fatores agravantes devem ser 
levados em conta. 
 
O sistema hidráulico tem a desvantagem de não poder ser utilizado em 
trabalhos que exijam rapidez. Tende a ser um pouco mais lento que o sistema 
pneumático. Nesse caso, a pneumática é melhor. 
 
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Tópico a ser abordado no próximo slide: 
3.0 – ELEMENTOS BÁSICOS