carneiro hidraulico final
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Universidade Federal da Grande Dourados
FAEN- Faculdade de Engenharia
Disciplina: Mecânica dos Fluidos Experimental
Augusto Zangrando
Caio Henrique Clavico
Gabriela Peterson Vargas
Jessica Diniz
Lauanna Almeida
Nathan Arruda
Carneiro Hidráulico
Dourados, 2014
Augusto Zangrando
Caio Henrique Clavico
Gabriela Peterson Vargas
Jessica Diniz
Lauanna Almeida
Nathan Arruda
Carneiro Hidráulico
Dourados, 2014.
Relatório técnico apresentado como
requisito parcial para obtenção da
aprovação na disciplina de Mecânica
dos Fluidos Experimental, no curso de
Engenharia de Energia, na
Universidade Federal da Grande
Dourados.
Prof. Dr. Orlando Moreira Junior.
Resumo
Carneiro Hidráulico é um mecanismo que usa diferenças de pressões (golpe de aríete)
para bombear água, ou seja, é um surto de pressão que ocorre em um tubo conduzindo água,
cujo escoamento sofre uma interrupção abrupta. (Filho.G.L.T,2002.)
Objetivo
Temos por objetivo a construção de carneiro hidráulico sendo ele um instrumento simples e
de baixo custo, mas que o equipamento nos proporcione um rendimento bom e aceitável nas
condições em que o mesmo foi realizado.
Introdução
O Carneiro Hidráulico foi criado em 1722 por Jhon Whitehurst, mas ele precisava ainda de
um operador para fazê-lo funcionar, pois na sua época era necessário que um operador ficasse o
tempo todo abrindo e fechando uma torneirinha para o mecanismo funcionar. Ai entrou em cena
então os irmãos franceses Montgolfier que tornaram o equipamento automático.
O nome ‘’Carneiro’’ veio de um aparelho de guerra da idade média que era construído com
uma tora de madeira reforçada com uma cabeça de carneiro em uma das extremidades e dai
também vem o nome aríete. Por ação de força humana o carneiro se movia para frente e para
trás e era usado para derrubar muralhas e portões.
Figura 1- Carneiro instrumento de guerra. (Probert, 1993).
Sabendo de onde e como o carneiro hidráulico surgiu vamos a sua apresentação útil para
os dias atuais.
O Carneiro Hidráulico é um dispositivo utilizado para bombear água, é prático e barato, de
manejo simples e pouca manutenção, além de não precisar de energia elétrica nem combustível
para funcionar. Essa máquina de funcionamento automático é capaz de aproveitar o efeito do
"golpe de aríete" para bombear a água. O "golpe de aríete" é um surto de pressão que ocorre em
um tubo conduzindo água, cujo escoamento sofre uma interrupção abrupta.
O funcionamento da bomba carneiro, ou bomba de aríete, é muito simples; trabalha
utilizando um fluxo de água, que ao atingir certa velocidade, é interrompido abruptamente por
uma válvula, toda a energia cinética contida na água de todo o sistema (não só o contido no
mecanismo da bomba, mas também o da canalização) provoca no corpo da bomba um violento
golpe, este golpe empurra certa quantidade de água para um ponto mais alto do terreno, sendo
armazenada em um reservatório.
A bomba carneiro transforma energia cinética da água em energia potencial. Mesmo tendo
um rendimento hidráulico pequeno, é muito útil em propriedades rurais, podendo ser adquirido
pronto ou construído com poucos materiais e recursos.
O uso da bomba carneiro está estreitamente ligado ao modo de funcionamento e esquema
de instalação para que ela funcione corretamente.
É importante ressaltar que parte da água que passa pela bomba carneiro não é transferida
para o reservatório mais elevado, variando essa quantidade conforme o modelo e as dimensões.
Parte da água, após fazer o seu papel de empurrar o aríete, é descartada pela válvula de
impulsão e volta ao seu curso natural no riacho.
Materiais Utilizados
Tabela 1- Materiais usados para construção do carneiro hidráulico.
Numero Peça Diâmetro
1 1 Tubo PVC ¾”
2 1 T rosqueavél ¾”
3 1 Niple rosqueavél ¾”
4 1 Bucha de redução
rosqueavél 1” para ¾”
5 1 Válvula de retenção
vertical DOCOL 1”
6 – 9 2 Niple Galvanizado 1”
7 1 tudo PVC 1”
8 Te Galvanizado 1”
10 1 Válvula Sucção DOCOL 1”
11 1 Adaptador interno ¾”
12 1 Parafuso com duas
porcas e uma arruelas --
13 1 Mola --
Figura 2 – Materiais utilizados e numerados referentes à tabela 1. (Fonte própria).
Figura 3 – Continuação dos materiais utilizados referente à tabela 1. (Fonte própria).
Ferramentas Utilizadas
Tabela 2- Ferramentas usadas para auxiliar a construção do carneiro hidráulico.
Número Ferramenta
1 Chave de cano
2 Alicate universal
3 Alicate de ponta fina
4 Veda rosca
Figura 3 – Ferramentas referentes à tabela 2. (Fonte própria).
Fundamentação Teórica
Uma instalação de bombeamento com carneiro hidráulico constitui-se basicamente, de:
- Fonte ou manancial d´água;
- Tubulação de adução ou alimentação;
- Carneiro Hidráulico;
- Tubulação de recalque;
- Reservatório.
Figura 4 – Esquema e exemplo de instalação de um carneiro hidráulico. (Filho.G. 2002)
A vazão fornecida pelo carneiro hidráulico depende da vazão de acionamento e também da
altura da queda;
A altura total de recalque (H) influi igualmente sobre o valor do rendimento do carneiro;
A vazão de alimentação (Q) é calculada pela equação:
( )
Portanto:
Onde:
Q: Vazão de alimentação
q: vazão recalcada
R: rendimento do carneiro hidráulico
h: Altura de queda
H: Altura total de recalque
O rendimento hidráulico do carneiro (R) varia dependendo da relação entre a altura de
queda (h) e a altura total de recalque (H). Como pode ser visto na tabela 3:
Tabela 3: Porcentagem de água aproveitada. (Filho.G. 2002)
Relação h / H Aproveitamento(R)
1:2 0,60
1:3 0,55
1:4 0,50
1:5 0,45
1:6 0,40
1:7 0,35
1:8 0,30
Um fator importante no carneiro que depende do diâmetro dos canos e diâmetro usado no
equipamento, isto se pode ver na tabela 4:
Tabela 4: Diâmetro de entrada e de saída. (Filho.G. 2002)
Quantidade de agua disponível em litros por horas
Tubo de entrada em polegadas Tubo de saída em polegadas
420 a 900 1’’ ½’’
660 a 1560 1 ¼’’ ½’’
1320 a 2700 2’’ ¾’’
4200 a7200 3’’ 1 ¼’’
No carneiro hidráulico, seu funcionamento consiste em transforma uma energia que é
inicialmente energia potencial, ao descer para o equipamento se transformar em energia cinética,
durante passa pelo equipamento se transforma em pressão, devido ao golpe, e volta a ser
energia cinética subindo até chegar ao seu ponto final e voltar a seu estado de energia potencial.
Metodologia
Montagem do carneiro:
Para começar a montar o carneiro hidráulico vamos seguir os seguintes passos.
Primeiramente devemos passar uma fita veda roscar em todas as peças utilizadas para
evitar vazamentos como pode ser vista na figura 5.
Figura 5
O próximo passo é conectar o tubo PVC ao ‘T’ rosqueavél, depois encaixar o adaptador
interno ¾ “ no outro bocal do ‘T’. Figura 6.
Figura 6
Pegamos o niple rosqueavél de ¾’’ e conectamos ele a bucha de redução rosqueavél de 1’’
para ¾’’ e em seguida encaixamos no ultimo bocal disponível do ‘T’.Figura 7.
Figura 7
Juntamos então a válvula de retenção vertical de 1’’ na bucha de redução rosqueavél de 1’’
para ¾’’. Figura 8.
Figura 8
Pegamos então os dois niples galvanizados de 1’’ e conectamos cada um em um bocal do
‘T’ galvanizado de 1’’, depois de ter essa peça montada conectamos um dos niple a válvula de
retenção vertical. Figura 9.
Figura 9
Conectamos então o cano de PVC de 1’’ no bocal disponível do ‘T’ galvanizado e no niple
livre de 1’’ colocamos a válvula de sucção de 1’’. Figura 10.
Figura 10
Para finalizar a montagem do carneiro hidráulico devemos destacar que a válvula de
sucção deve ser regulada para que o golpe de aríete aconteça, e para regular devemos apertar
ou soltar o parafuso para melhor adaptar a mola nele contida. No nosso caso a melhor solução foi
soldar duas porcas no parafuso e no final do mesmo soldar também uma arruela para que ficasse
mais fácil movimentar a mola.
Figura 11
Montagem da instalação para funcionamento do carneiro:
Após montarmos o carneiro hidráulico podemos seguir para o objetivo do experimento, que
nada mais era do de conseguir um bom rendimento prático.
Para iniciar os testes o técnico do laboratório instalou um reservatório de alimentação a
uma altura de 1m92cm e uma roldana em uma janela para posicionar o balde de 20L a uma altura
de recalque de 4m74cm.
Primeiramente tentamos realizar os teste com uma mangueira de 1’’ saindo da flange do
reservatório de alimentação até um adaptador interno também de 1’’ conectado no carneiro,
porém na hora de realizar a apresentação para o professor percebemos que a vazão de recalque
estava muito baixa comparada com as demais apresentação de outros alunos, então fomos atrás
de corrigir o que estava ocasionando esse erro, e através das referências usada para realização
desse mesmo relatório percebemos que deveríamos trocar a mangueira por cano de PVC pois o
mesmo proporcionaria uma pressão e velocidade maior do que a mangueira e assim foi feito.
Então o segundo passo foi posicionar o carneiro hidráulico conectado no reservatório de
alimentação e para isso usamos uma conexão de 45° e de 1” para encaixar no cano de mesmo
diâmetro que saia da flange do reservatório, para alcançar o altura do reservatório usamos um
cano de PVC de 1’’ e de 1m74cm de altura e novamente uma conexão de 45° ligada ao cano
anterior a no outro cano de PVC que continuava com mesmo diâmetro de 1’’ e então ligamos isso
tudo no bocal disponível no ‘T’ galvanizado do carneiro hidráulico (numero 08 referente a figura
2).
No adaptador interno (numero 11 referente a figura 2) conectamos a mangueira que era
elevada até o balde de 20L. (O segundo passo pode ser visto na figura 12).
Para iniciar os testes e descobrir o rendimento determinamos que o tempo padrão fosse de
dois minutos, então enchíamos todo o recipiente de alimentação e começávamos a regular o
parafuso da válvula de sucção para conseguir o golpe de aríete, assim que se conseguia isso se
esperava a vazão de recalque se estabilizar para colocarmos o balde e começar a contar os dois
minutos, acabado o tempo o volume do balde era medido com um béquer de 1L e ao mesmo
tempo em que o instrumento funcionava um saco plástico era posicionado junto a válvula de
sucção para calcular o volume que era desperdiçado pelo carneiro hidráulico essa água era
depositada em outro balde de 20L e medida com um béquer de 500 ml.
Esses testes foram repetidos quatro vezes para uma melhor precisão.
Figura 12
Resultados e Discussões
Tendo os valores fixos de altura de queda (h) e altura total de recalque (H),
respectivamente como e . Tivemos então as seguintes medidas realizadas, ver
tabela 5.
Tabela 5 – Medidas obtidas no experimento.
Medida Tempo (min) Vazão de recalque (l/min)
Golpe por minuto
Vazão de saída (l/min)
1 2,00 2,90 157 10,0
2 1,83 2,75 100 9,5
3 1,88 2,60 112 7,0
4 2,00 3,00 167 12,0
Valor médio 1,93 2,81 134 9,63
Para saber o rendimento teórico, começamos calculando a relação da altura de queda (h) e
altura total de recalque (H).
Sabendo a relação das alturas e tomando como base a tabela 3 podemos interpolar a mesma
para achar o rendimento condizente com essa relação.
Para calcular então a vazão de água de alimentação (Q), temos:
( ) ( )
( ) ( )
Sabendo então todas as variáveis podemos enfim descobrir se o rendimento prático é igual ou
próximo do rendimento teórico.
( ) ( )
( ) ( )
Supondo que o estudante não possua uma tabela com os rendimentos teóricos e queria calcular
seu rendimento pratico, pode-se obter a vazão de alimentação através da vazão de recalque (q) e
a vazão de descarga (Qd):
Com isso, calcula-se o rendiemento:
( ) ( )
( ) ( )
Conclusão
Com este relatório mostra como essa bomba hidráulica, denominada carneiro hidráulico,
pode ser montada e colocada em funcionamento de forma simples e eficaz, com o passo a passo
exemplificado no decorrer do relatório.
Também é possível analisar seu rendimento teórico que foi apresentado na fundamentação
teórica e de acordo com o tipo de instalação usada com o obtido pelo carneiro montado, e pode-
se comparar este rendimento com o rendimento prático do carneiro montado e apresentado neste
relatório e pode-se perceber que é possível conseguir o mesmo rendimento, se, todavia, o
equipamento montado estiver em condições adequadas e funcionamento eficaz.
Referências
Aula prática – 9, Carneiro hidráulico I - Introdução.
Link disponivel < www.deg.ufla.br/site/_adm/upload/file/9_aula%20pratica%209.PDF > visualizado
17/06/2014 às 16h30min. Carneiro hidráulico : Link disponível < http://www.aevouzela.net/hidrosfera/carneiro_hdraulico.html> visualizado 16/06/14 às 16h 28min O carneiro hidraulico o que é, e como construilo - Apresentação Link disponivel: < http://www.cerpch.unifei.edu.br/arquivos/carneiro-hidraulico/carneiro-hidraulico.pdf> visualizado 17/06/14 às 16h56min. Golpe de aríete – Carneiro Hidráulico – Didático. CarneiroHidra2.pdf ( passado por email pelo professor que ministra a matéria) Visualizado
03/06/2014 às 11:30).
Implantação do carneiro hidráulico nas propriedades dos alunos da escola Estadual técnica
agricóla guaporé – O começo de tudo.
Link disponível < http://www.clicrbs.com.br/blog/pdf/10745_original.pdf > Visualizado 03/06/2014
às 11h30min.
Carneiro hidráulico, Equipamento bombeia água sem utilizar energia elétrica ou óleo diesel. Link disponível: <http://revistagloborural.globo.com/GloboRural/0%2C6993%2CEEC1510081-4528%2C00.html> Visualizado 17/06/2014 às 16h18min.
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