SOFTWARE PARA DIMENSIONAMENTO DE CARNEIRO HIDRULICO

MANUEL RANGEL BORGES NETO

Professor do Centro Federal de Educao Tecnolgica de Petrolina-PE Caixa Postal 178-CEP 56302-970 Petrolina-PE. Fone/Fax :(87) 3862 38 00

GRACE ANNE PONTES BORGES Professora da Faculdade de Tecnologia de So Paulo- FATEC

Departamento de Processamento de Dados Praa Cel. Fernando Prestes, n 30. Bom Retiro- So Paulo-SP

EVERTON PONTES BORGES Aluno do Centro Federal de Educao Tecnolgica do Rio Grande do Norte

Avenida Sen. Salgado Filho, 1559.Tirol, Natal -RN Curso Tecnologia em Automao Industrial

RESUMO

A busca constante por novas fontes de energia renovveis muitas vezes nos afasta de aplicaes de solues j existentes. O Carneiro Hidrulico uma mquina desenvolvida no ano de 1796, utilizada para bombeamento de gua, sem a utilizao de energia eltrica e pode ser empregado por pequenos produtores rurais, em regies onde o acesso rede convencional de energia limitado. O objetivo deste trabalho a apresentao de um Software desenvolvido para auxiliar o dimensionamento dos carneiros hidrulicos comerciais, onde no necessrio nenhum conhecimento prvio de hidrulica, servindo ainda como recurso didtico aplicvel em cursos tcnicos e tecnolgicos que possuam a disciplina de irrigao ou hidrulica.

ABSTRACT

The search for new renewable energy sources sometimes takes us always from existing solutions applications. The hydraulic ram is equipment developed in 1796, used to water pumping, without using electricity energy and can be used for small rural producer in places where the conventional electricity grid access is limited. The objective of this work is Software introducing, developed to help a commercial hydraulic ram dimensioning, which isnt necessary previous hydraulic knowledge, and can also be used as a didactic resource at technicians and technologists courses in subjects as hydraulics or irrigation.

1-INTRODUO: O mercado globalizado impressor de um forte apelo competitivo, leva a necessidade de reduo de insumos de produo, dentre eles, a energia eltrica (SEBRAE, 2000). A constante busca por fontes alternativas de energia nos remete a propores de um sem nmero de solues e novas tecnologias, e nos afasta muitas vezes de alternativas j utilizadas h bastante tempo. O carneiro hidrulico, mquina desenvolvida no ano de 1796 pelo francs Jacques E. Montgolfier (CARVALHO, 1998), um equipamento utilizado para elevao de gua a partir do efeito conhecido como golpe de arete, sem a utilizao de bombas acionadas eletricamente. Pode ser uma soluo para pequenas vazes e perfeitamente aplicveis a pequenos produtores rurais, e a regies onde o acesso rede convencional de energia limitado. Existem carneiros comerciais de diversos tamanhos e vazes, mas j h o desenvolvimento de alternativas de baixo custo desenvolvido pela Universidade Federal de Lavras-MG, que podem ser montados pelos prprios produtores rurais (BARRETO, 2000). O Carneiro hidrulico, apesar de ter sua construo e manuteno de fcil execuo requer daquele que o dimensiona conhecimentos de fundamentos da hidrulica, e de informaes tcnicas nem sempre disponveis.

O golpe de arete de natureza complexa, cuja determinao importante para a aplicao de medidas preventivas em situao onde este pode provocar avaria ao sistema de aduo (ABATE&BOTREL,2002) O objetivo deste trabalho a apresentao de um Software, CarneiroCalc, desenvolvido para auxiliar o dimensionamento dos carneiros hidrulicos comerciais, onde no necessrio nenhum conhecimento prvio de hidrulica, servindo ainda como recurso didtico aplicvel em cursos tcnicos e tecnolgicos que possuam a disciplina de irrigao ou hidrulica. 2-PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM CARNEIRO HIDRULICO A figura 1 representa o esquema bsico de um carneiro hidrulico a gua em um primeiro momento, flui pela tubulao de aduo (a) e pela vlvula de escape (V1) adquirindo energia cintica. Ao ser fechada bruscamente, esta vlvula, a energia da gua em movimento, transformada em presso e abre a vlvula de admisso (V2) da campnula (C), permitindo a entrada da gua para a mesma, que por sua vez tem sua massa de ar comprimida elevando sua presso interna, fazendo que a gua escoe pela tubulao de recalque (r). Simultaneamente a presso da tubulao de aduo reduzida permitindo nova movimentao de gua e repetio do processo, mantendo a o fluxo constante de gua.

Figura 1-Esquema de funcionamento de um carneiro hidrulico

3-ASPECTOS PRTICOS: Existem alguns aspectos prticos defendidos por alguns autores quanto a valores mnimos e mximos da altura de queda, altura de recalque, dimetro da tubulao entre entrada e sada, o material utilizado, que influenciam diretamente no funcionamento do Carneiro e recomendaes de diversos autores (ABATE&BOTREL, 2002). Foram utilizados para o dimensionamento do software os padres adotados por Carvalho (1998). 4-O SOFTWARE O programa foi desenvolvido em linguagem Delphi, em ambiente Windows de forma a proporcionar para o usurio facilidade e interatividade. 4.1-TELA DE ABERTURA Ao se inicializar o programa apresentada a tela da Figura 2, o usurio dever seguir para a barra de Menu, e selecionando o campo arquivo, dever escolher entre Novo para a seleo de um novo arquivo, ou Abrir quando j houverem selees j gravadas.

Figura 2- Tela de Abertura 4.2 ENTRADA DE DADOS O usurio ao escolher a opo Novo na tela de abertura apresentado a tela de entrada de dados conforme a Figura 3.

Figura 3- Tela de Entrada de Dados O usurio dever optar pelo tipo de tubulao a ser utilizada na instalao se Ao Galvanizado ou PVC. Em seguida dever preencher os campos com as informaes requeridas. So elas:

Vazo de Sada q, representada em litros por minuto, a vazo necessria, previamente calculada pelo usurio, para abastecer seu reservatrio em 24 horas;

Altura da Fonte h, representada em metros, a altura geomtrica do desnvel entre a fonte de abastecimento e o Carneiro Hidrulico;

Altura do Reservatrio H, representada em metros, a altura geomtrica do desnvel entre o Reservatrio a ser cheio e o Carneiro Hidrulico;

Comprimento daTubulao L, representada em metros o comprimento da tubulao de recalque.

Aps o preenchimento dos dados suficiente clicar no boto relatrio para que o programa execute a seleo e apresente-a na tela ao lado podendo salv-la em disco rgido ou flexvel, ou ainda, imprimi-la.

5- EXEMPLO DE APLICAO Seja uma instalao que possua uma necessidade de vazo de 3,2 litros por minuto, altura da fonte de 2,0 metros, altura do reservatrio de 10,0 metros e tubulao em PVC de 75 metros de comprimento. 1passo: Escolha da do tipo de tubulao Figura 4

Figura 4 Tipo de Tubulao

2passo: Preenchimento dos campos de dados Figura 5.

Figura 5- Campos de Dados 3passo: Acionar o boto relatrio Figura 5 e em seguida apresentada na tela ao lado o resultado da seleo Figura 6.

Figura 5- Boto Relatrio

Figura 6- Resultado da Anlise 6-CLCULOS ADOTADOS PARA O DIMENSIONAMENTO Foram adotados os clculos e tabelas citadas por Carvalho (1998). 6.1-PERDAS NA TUBULAO Para tubulao em PVC utilizou-se a frmula de Flamant (1):

LDQkhf = 75,4

75,1

(1)

Onde, hf= perda de carga, m; L = comprimento da tubulao,m; D= dimetro da tubulao, m; Q= vazo , m/s; K= 0,000824(PVC). Para tubulao em Ao galvanizado utilizou-se a frmula de Fair-hipple-Hsiao (2)

LDQhf = 88,4

88,1

002021,0 (2)

onde, hf= perda de carga, m; L = comprimento da tubulao,m; D= dimetro da tubulao, m; Q= vazo, m/s. 6.2-ALTURA MANOMTRICA DE RECALQUE.

hfHhHr ++= (3)

6.3 RENDIMENTO HIDRULICO DO CARNEIRO (R):

Relao h/ Hr Rendimento(%)

1:2 80 1:3 75 1:4 70 1:5 65 1:6 60 1:7 55 1:8 50

Tabela 1-Rendimento hidrulico do carneiro em funo da relao entre queda(h) e altura

manomtrica de recalque (Hr) (CARVALHO, 1998). 6.4-CLCULO DA VAZO MNIMA DO CARNEIRO (Q):

(3)

hRHqQ r=

6.5- ESCOLHA DO CARNEIRO EM FUNO DA VAZO MNIMA:

N Vazo de alimentao (l/min) Tubo de entrada Tubo de sada peso (Kg) 3 7 a 15 1 !/2 23 4 11 a 26 1 1/4 !/2 32 5 22 a 45 2 3/4 46 6 70 a 120 3 1 1/4 80

Tabela 2: Tamanhos usuais de Carneiro e suas principais caractersticas.(CARVALHO, 1998)

6.6- VALIDAO DOS DADOS DE ENTRADA

A altura da fonte h no dever ser inferior a 1,0m ou superior a 9,0m para que no haja baixo rendimento ou desgaste excessivo da vlvula de descarga, respectivamente.

A altura total de recalque (Hr) condicionada entre 6 e 10 vezes o valor da altura da fonte (h).

O comprimento da tubulao de aduo recomendada que seja entre 6 e 12 vezes a altura da fonte (h).

Quando os dados inseridos pelo usurio extrapolam os parmetros acima, o programa emite uma mensagem de erro, ou advertncia como segue na Figura 7.

Figura 7- Mensagem de Erro

7-CONSIDERAES FINAIS O software proposto de fcil aplicao, e pode ainda ser incrementado, em verses posteriores, com a insero de um tutorial, que possa levar ao usurio a conhecer passo a passo, a escolha de um carneiro hidrulico, assim como, incluir novos modelos com caractersticas diferentes.

PALAVRAS CHAVE: Carneiro Hidrulico, Golpe de Arete, Fontes Alternativas de Energia, Irrigao, Software. REFERNCIAS [1] SEBRAE; Curso Eficincia Energtica nas Micro, Pequenas e Mdia Empresas.; Braslia; 2000. [2] CARVALHO,J.A.; Aproveitamento da Energia Hidrulica para Acionamento de Roda Dgua e Carneiro Hidrulico;Textos Acadmicos;Universidade Federal de Lavras;Lavras-MG;1998. [3] BARRETO,A.C.; Carneiro Hidrulico de PVC-Comercial;Escola Agrotcnica Federal de Uberaba;Uberaba-MG;2000. [4] ABATE, C. BOTREL, T. A; Carneiro Hidrulico com Tubulao de Alimentao em Ao Galvanizado e PVC; Scientia Agrcola; Vol 59; n.1;p.197-203;jan/mar; 2002