Energia hidráulica

Se você alguma vez observou uma escavadeira em ação, você sabe que é uma ferramenta extraordinariamente poderosa. Um operador experiente pode escavar uma trincheira de 1,5 m de profundidade e 3 m de extensão em menos de 15 minutos. Basta pensar em quanto tempo você levaria para fazer isso com apenas uma pá! Surpreendentemente, todo esse trabalho é realizado pela hidráulica - bombeamento de líquido para movimentar pistões.

O conceito de maquinário hidráulico pode parecer meio bizarro - como pode o bombeamento de líquido proporcionar tal potência? - mas na verdade é muito simples. Primeiro, vamos dar uma olhada na idéia básica de um sistema hidráulico e então veremos como uma escavadeira usa esses sistemas para escavar e carregar tais quantidades de terra.

Os sistemas hidráulicos simplesmente transmitem as forças de ponto-a-ponto através do fluído. A maioria dos sistemas usa um fluído incompressível, um fluído que é tão denso quanto possível. Este tipo de fluído transmite quase toda a força original em vez de absorver uma parte dela. O fluído incompressível mais comumente usado em maquinário hidráulico é o óleo.

Para a máquina extremamente simples mostrada abaixo, o operador empurra o óleo com um pistão, de modo que o óleo empurre outro pistão, elevando-o.

Multiplicação hidráulica

Como o segundo pistão tem um diâmetro maior que o primeiro pistão, o segundo pistão se move em uma distância um pouco menor, mas empurra com força maior.

O conceito básico em ação é uma troca entre distância e força. O trabalho que você faz ao pressionar o pistão na esquerda tem dois componentes - a quantidade de força que você aplica e a distância que você empurra o pistão. Isso empurra uma certa quantidade de fluído. Como o fluído é incompressível, pode absorver a força que você aplica, então empurra o pistão da direita. O fluído tem a mesma pressão (quilos por centímetro quadrado) em cada ponto do sistema. Como a pressão no pistão à direita está trabalhando em uma área maior, esse pistão empurra para cima com uma força maior.

É muito fácil imaginar o exato fator de multiplicação. Assuma que o pistão da esquerda tenha um diâmetro de 5,08 cm (raio de 2,54 cm), enquanto o pistão da direita 15,25 cm (raio de 7,62 cm). A área de cada pistão é Pi * r². A área do pistão da esquerda é, portanto, 3,14 (3,14 * 1²), enquanto a da direita é 28,26 (3,14 x 3²). A área do pistão da direita é nove vezes maior que a área do pistão da esquerda. Isso significa que qualquer força aplicada ao pistão esquerdo será nove vezes maior que o pistão da direita. Portanto, na ilustração acima, a força de 45 kg aplicada ao pistão esquerdo cria uma força ascendente de 408 kg no pistão direito. Mas, mantendo a permuta força-distância, você movimentou o pistão esquerdo 23 cm e elevou o pistão direito apenas 2,5 cm.

Imagem cedida pela Caterpillar A multiplicação hidráulica permite que as escavadeiras escavem com força tremenda

Na retroescavadeira mostrada acima, o sistema hidráulico bombeia o óleo a até 232 kgf/cm², e os pistões do cilindro no braço da escavadeira têm um diâmetro de até 13,34 cm. Isso dá a cada pistão do cilindro uma força de 31.750 quilos.