Calcule as forças de avanço e recuo dos cilindros abaixo:

Questão

Calcule as forças de avanço e recuo dos cilindros abaixo:

Imagem 1
ExercícioØ êmboloØ hastePressão
110 mm4 mm2 bar
220 mm8 mm58,0151 psi (lbf/pol²)
310 mm4 mm6 bar
43,2 cm1,2 cm87,0226 psi
56,3 cm2,0 cm6 bar
6160 mm40 mm10 bar
70,32 m0,063 m1000 Kpa

Resposta

96%

Forças (avanço e recuo) calculadas para cada cilindro (em N):

  1. Ø êmbolo 10 mm, Ø haste 4 mm, 2 bar
  • Avanço: 15,71 N
  • Recuo: 13,20 N
  1. Ø êmbolo 20 mm, Ø haste 8 mm, 58,0151 psi
  • Avanço: 125,66 N
  • Recuo: 105,55 N
  1. Ø êmbolo 10 mm, Ø haste 4 mm, 6 bar
  • Avanço: 47,12 N
  • Recuo: 39,60 N
  1. Ø êmbolo 3,2 cm, Ø haste 1,2 cm, 87,0226 psi
  • Avanço: 498,23 N
  • Recuo: 428,17 N
  1. Ø êmbolo 6,3 cm, Ø haste 2,0 cm, 6 bar
  • Avanço: 1870,35 N
  • Recuo: 1681,86 N
  1. Ø êmbolo 160 mm, Ø haste 40 mm, 10 bar
  • Avanço: 20106,19 N
  • Recuo: 18849,56 N
  1. Ø êmbolo 0,32 m, Ø haste 0,063 m, 1000 kPa
  • Avanço: 80424,77 N
  • Recuo: 77307,88 N

Explicação

Para cilindros pneumáticos/hidráulicos, usamos:

  • Área do êmbolo: Ap=πD24A_p=\dfrac{\pi D^2}{4}
  • Área da haste: Ah=πd24A_h=\dfrac{\pi d^2}{4}
  • Área efetiva no recuo (lado anular): Ar=ApAhA_r=A_p-A_h
  • Força de avanço: Fav=PApF_{av}=P\cdot A_p
  • Força de recuo: Frec=PArF_{rec}=P\cdot A_r

Onde DD é o diâmetro do êmbolo e dd o diâmetro da haste.

Conversões de pressão usadas:

  • 1bar=105Pa1\,\text{bar}=10^5\,\text{Pa}
  • 1psi=6894,757Pa1\,\text{psi}=6894{,}757\,\text{Pa}
  • 1kPa=103Pa1\,\text{kPa}=10^3\,\text{Pa}

A seguir, em cada item calculo ApA_p, AhA_h, ArA_r e aplico F=PAF=P\cdot A (sempre em SI: PP em Pa e AA em m², resultando FF em N).

  1. D=10mm=0,010mD=10\,\text{mm}=0{,}010\,\text{m}, d=4mm=0,004md=4\,\text{mm}=0{,}004\,\text{m}, P=2bar=2105PaP=2\,\text{bar}=2\cdot10^5\,\text{Pa}
  • Ap=π(0,010)24=7,85398×105A_p=\frac{\pi(0{,}010)^2}{4}=7{,}85398\times10^{-5}
  • Ah=π(0,004)24=1,25664×105A_h=\frac{\pi(0{,}004)^2}{4}=1{,}25664\times10^{-5}
  • Ar=6,59734×105A_r=6{,}59734\times10^{-5}
  • Fav=2105Ap=15,71NF_{av}=2\cdot10^5\cdot A_p=15{,}71\,\text{N}
  • Frec=2105Ar=13,20NF_{rec}=2\cdot10^5\cdot A_r=13{,}20\,\text{N}
  1. D=20mm=0,020mD=20\,\text{mm}=0{,}020\,\text{m}, d=8mm=0,008md=8\,\text{mm}=0{,}008\,\text{m}, P=58,0151psiP=58{,}0151\,\text{psi}
  • P=58,01516894,757=399999,96Pa4,0×105PaP=58{,}0151\cdot6894{,}757=399999{,}96\,\text{Pa}\approx4{,}0\times10^5\,\text{Pa}
  • Ap=π(0,020)24=3,14159×104A_p=\frac{\pi(0{,}020)^2}{4}=3{,}14159\times10^{-4}
  • Ah=π(0,008)24=5,02655×105A_h=\frac{\pi(0{,}008)^2}{4}=5{,}02655\times10^{-5}
  • Ar=2,63894×104A_r=2{,}63894\times10^{-4}
  • Fav=PAp=125,66NF_{av}=P\cdot A_p=125{,}66\,\text{N}
  • Frec=PAr=105,55NF_{rec}=P\cdot A_r=105{,}55\,\text{N}
  1. Mesmo DD e dd do item (1), mas P=6bar=6105PaP=6\,\text{bar}=6\cdot10^5\,\text{Pa}
  • Fav=61057,85398×105=47,12NF_{av}=6\cdot10^5\cdot7{,}85398\times10^{-5}=47{,}12\,\text{N}
  • Frec=61056,59734×105=39,60NF_{rec}=6\cdot10^5\cdot6{,}59734\times10^{-5}=39{,}60\,\text{N}
  1. D=3,2cm=0,032mD=3{,}2\,\text{cm}=0{,}032\,\text{m}, d=1,2cm=0,012md=1{,}2\,\text{cm}=0{,}012\,\text{m}, P=87,0226psiP=87{,}0226\,\text{psi}
  • P=87,02266894,757=599999,99Pa6,0×105PaP=87{,}0226\cdot6894{,}757=599999{,}99\,\text{Pa}\approx6{,}0\times10^5\,\text{Pa}
  • Ap=π(0,032)24=8,04248×104A_p=\frac{\pi(0{,}032)^2}{4}=8{,}04248\times10^{-4}
  • Ah=π(0,012)24=1,13097×104A_h=\frac{\pi(0{,}012)^2}{4}=1{,}13097\times10^{-4}
  • Ar=6,91150×104A_r=6{,}91150\times10^{-4}
  • Fav=PAp=498,23NF_{av}=P\cdot A_p=498{,}23\,\text{N}
  • Frec=PAr=428,17NF_{rec}=P\cdot A_r=428{,}17\,\text{N}
  1. D=6,3cm=0,063mD=6{,}3\,\text{cm}=0{,}063\,\text{m}, d=2,0cm=0,020md=2{,}0\,\text{cm}=0{,}020\,\text{m}, P=6bar=6105PaP=6\,\text{bar}=6\cdot10^5\,\text{Pa}
  • Ap=π(0,063)24=3,11725×103A_p=\frac{\pi(0{,}063)^2}{4}=3{,}11725\times10^{-3}
  • Ah=π(0,020)24=3,14159×104A_h=\frac{\pi(0{,}020)^2}{4}=3{,}14159\times10^{-4}
  • Ar=2,80309×103A_r=2{,}80309\times10^{-3}
  • Fav=6105Ap=1870,35NF_{av}=6\cdot10^5\cdot A_p=1870{,}35\,\text{N}
  • Frec=6105Ar=1681,86NF_{rec}=6\cdot10^5\cdot A_r=1681{,}86\,\text{N}
  1. D=160mm=0,160mD=160\,\text{mm}=0{,}160\,\text{m}, d=40mm=0,040md=40\,\text{mm}=0{,}040\,\text{m}, P=10bar=106PaP=10\,\text{bar}=10^6\,\text{Pa}
  • Ap=π(0,160)24=2,01062×102A_p=\frac{\pi(0{,}160)^2}{4}=2{,}01062\times10^{-2}
  • Ah=π(0,040)24=1,25664×103A_h=\frac{\pi(0{,}040)^2}{4}=1{,}25664\times10^{-3}
  • Ar=1,88496×102A_r=1{,}88496\times10^{-2}
  • Fav=106Ap=20106,19NF_{av}=10^6\cdot A_p=20106{,}19\,\text{N}
  • Frec=106Ar=18849,56NF_{rec}=10^6\cdot A_r=18849{,}56\,\text{N}
  1. D=0,32mD=0{,}32\,\text{m}, d=0,063md=0{,}063\,\text{m}, P=1000kPa=106PaP=1000\,\text{kPa}=10^6\,\text{Pa}
  • Ap=π(0,32)24=8,04248×102A_p=\frac{\pi(0{,}32)^2}{4}=8{,}04248\times10^{-2}
  • Ah=π(0,063)24=3,11725×103A_h=\frac{\pi(0{,}063)^2}{4}=3{,}11725\times10^{-3}
  • Ar=7,73075×102A_r=7{,}73075\times10^{-2}
  • Fav=106Ap=80424,77NF_{av}=10^6\cdot A_p=80424{,}77\,\text{N}
  • Frec=106Ar=77307,88NF_{rec}=10^6\cdot A_r=77307{,}88\,\text{N}

Como não há alternativas de múltipla escolha, o resultado final são as forças de avanço e recuo em newtons para cada exercício.

Alternativa correta: (sem alternativas).

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