O frasco spray é um tipo de máquina extremamente útil e uma excelente demonstração dos princípios básicos da hidráulica. A cabeça de um frasco spray é constituída de poucas partes. Ela possui um gatilho que ativa uma pequena bomba. Essa bomba está conectada a um tubo plástico que succiona o produto de limpeza da parte inferior do reservatório. A bomba projeta este líquido por um tubo estreito e o lança para fora por um pequeno orifício na ponta do conjunto. O orifício, ou esguicho, serve para direcionar o fluxo do líquido para que esse forme um jato concentrado.

O único elemento um pouco mais complexo nesse projeto é a bomba de fluido, que também é muito simples. O elemento de movimentação principal é um pistão, alojado dentro do cilindro. Dentro do cilindro há uma pequena mola. Para operar a bomba, deve-se puxar o gatilho, pressionando o pistão para o cilindro. O pistão em movimento comprime a mola, portanto, ao liberar o gatilho, ele é expelido novamente para fora do cilindro. Esses dois movimentos do pistão, para dentro e novamente para fora do cilindro, constituem todo o ciclo da bomba.

No movimento para baixo, ao pressionar o pistão, a área do cilindro é contraída, expelindo o líquido para fora da bomba. No movimento para cima, a mola impulsiona o pistão de volta, expande a área do cilindro e succiona o fluido para dentro da bomba. Em um frasco spray, é necessário succionar o fluido do reservatório abaixo e forçá-lo por todo o tubo acima. Para se utilizar todo o fluido que se move pelo tubo, a bomba somente pode forçar o fluido para cima - ela não pode forçar o fluido de volta ao reservatório. Em outras palavras, ele deve se mover através da bomba apenas em uma direção.

O dispositivo que torna essa ação possível é chamado de válvula de sentido único. Um frasco spray possui duas válvulas de sentido único em um sistema de bombeamento: um entre a bomba e o reservatório e outro entre a bomba e o esguicho. Normalmente, a válvula entre a bomba e o reservatório consiste de uma pequena esfera de borracha que descansa dentro de um pequeno suporte. Os lados do suporte são angulados de forma que a esfera não caia. Dependendo do design, tanto a gravidade ou uma pequena mola mantém essa esfera posicionada contra o suporte para que a passagem da água seja bloqueada quando não há bombeamento. Quando o pistão se move (ao liberar o gatilho), a área de expansão do cilindro succiona o fluido abaixo deslocando a esfera para fora do suporte. Enquanto a esfera permanece deslocada, o fluido está livre para fluir desde o reservatório. Porém, ao pressionar o gatilho, a força externa do fluido em movimento pressiona a esfera em direção ao suporte, bloqueando a passagem para o reservatório. Consequentemente, o fluido pressurizado é pressionado apenas para o tubo.

No mecanismo do spray desenhado acima, a válvula de sentido único entre a bomba e o esguicho é um tipo de copo, que se encaixa sobre a extremidade do tubo. No movimento para cima, a pressão interna da bomba pressiona o copo contra o tubo, fazendo com que o ar não possa sair pelo esguicho. Na descida, a pressão do fluido eleva levemente o copo do tubo e flui pelo esguicho. Sem a válvula de sentido único, o sistema de bomba não poderia succionar o fluido do reservatório, pois não haveria sucção (sem queda na pressão do ar). A subida não reduziria a pressão do ar na bomba; apenas succionaria mais ar para manter a pressão.

Essa válvula também funciona como um sistema de travamento. Ao prender a peça do esguicho, ela pressiona o copo da válvula fortemente sobre o tubo, de forma que não se pode forçar a saída do líquido. Ao afrouxar a peça do esguicho, há espaço suficiente para o copo da válvula se mover em ambas as direções.

Ao utilizar um frasco spray pela primeira vez, deve-se pressionar o gatilho algumas vezes para que o sistema possa expelir líquido. Há duas razões para este problema:

  • antes de começar a bombear, a máquina está posicionada na direção para baixo, e não para cima (o pistão está para fora do cilindro). Ao pressionar o gatilho pela primeira vez, o pistão se move, e não há líquido para bombear; somente há ar na câmara do cilindro. O pistão tem que entrar em ação para succionar fluido do reservatório;
  • na primeira subida, a bomba começa succionando o liquido de limpeza do reservatório. Mas ele também succiona o ar que está no tubo plástico que segue até o reservatório. Antes de começar a pulverizar o líquido de limpeza, este ar estacionado deve ser expelido do mecanismo. Para isso podem ser necessários alguns ciclos de movimento.

Este simples design de bomba é chamado de bomba de pistão recíproco e é utilizada para diversas tarefas. Além de pressurizar água, ar e muitos outros fluidos, esse design pode também extrair água e óleo do subsolo. Nós também temos bombas recíprocas em nossos corpos: seu coração se expande para succionar sangue em baixa pressão através de uma válvula de sentido único e se contrai para forçar o sangue em alta pressão por outra válvula de sentido único novamente em seu corpo. O mesmo mecanismo básico que põe em funcionamento um simples frasco de spray também serve para nos manter vivos.

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