PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Instituto Politécnico – Curso de Engenharia Civil

6º Relatório Hidráulica dos Condutos Forçados (Prática) Professor: Hiram Jackson Ferreira Sartori

Aluno: Suellen Barbosa do Nascimento

6º Relatório – Prática: Carneiro Hidráulico – 20/05/2014

Questão 01: Descreva o equipamento, seu funcionamento e os

procedimentos adotados na prática:

O carneiro hidráulico é empregado para elevar água a alturas limitadas, sem

utilizar fonte de energia externa que não seja a própria energia de posição da água

disponível que se deseja elevar. Para tanto, o carneiro hidráulico utiliza-se do

fenômeno do golpe de ariete.

O "golpe de aríete" é um surto de pressão que ocorre em um tubo conduzindo

água, cujo escoamento sofre uma interrupção abrupta. Este fenômeno pode ser

observado quando interrompemos bruscamente o fluxo de água em uma mangueira

e podemos perceber que a mangueira se movimenta.

O carneiro hidráulico é composto de uma fonte de água (No caso da pratica

um reservatório) que permite uma queda até o local de assentamento do carneiro;

uma tubulação de adução ou alimentação, que conduz a água do reservatório à

entrada do carneiro; o Carneiro Hidráulico; a tubulação de recalque ou de saída, que

conduz a água energizada pelo carneiro até o reservatório superior e o reservatório

onde será armazenada a água conduzida pela tubulação de recalque.

Esquema elevatório por meio do carneiro hidráulico

Esquema Golpe de Ariete

Ele possui uma válvula de acionamento que ao ser subitamente fechada

provoca uma sobrepressão. Esta faz com que a água seja forçada contra uma outra

válvula, chamada de válvula de retenção, passe por ela e fique armazenada em uma

câmara sob pressão. É essa pressão que faz com que a água saia da câmara e

possa ser levada a um ponto mais elevado. O fechamento da válvula de

acionamento ocorre por efeito do próprio fluxo de água, não sendo necessário

nenhum dispositivo adicional para promover seu fechamento.

A altura que o carneiro hidráulico eleva a água será função da pressão dentro

da câmara, e esta pressão, por sua vez, será função da intensidade do golpe de

aríete, que depende, como vimos, da velocidade de fechamento da válvula de

acionamento e da altura de queda para acionamento do carneiro. À medida que

aumentamos a altura para a qual se deseja elevar a água (altura de recalque),

dentro da faixa de operação do carneiro, a vazão irá diminuindo, ou seja, maior

altura de recalque implica em menor vazão bombeada e vice-versa.

Após introdução dos conhecimentos teóricos fomos levados à bancada com o

carneiro hidráulico. A prática consistiu em variar o curso da válvula, através do

posicionamento da porca na haste rosqueada, e medir a variação do nível de água

tanto no reservatório de recalque quanto no reservatório de perdas volumétricas,

num período de tempo determinado. Inicialmente foi medido a altura após zerar o

sistema. Assim, foi ajustado o curso (passo) da válvula para uma volta (1,25 mm), e

colocou-se o carneiro para funcionar pelo tempo de 3 minutos. Após o tempo

determinado a válvula foi fechada, interrompendo a passagem de água da adução

para o carneiro, e após a estabilização dos níveis, foram feitas as leituras de ℎr e ℎp

nos tanques de água recalcada (esquerda) e o tanque de água perdida (direita).

Em seguida, repetiu-se esse procedimento para 1,50; 2,0; 2,5; 3,0 e 3,5

voltas, sempre paralisando o sistema após 3 minutos e medindo as devidas alturas.

Por meio destas alturas seria possível determinar o volume em cada reservatório,

uma vez que são conhecidas as áreas dos mesmos, e por fim determinar as vazões

(perdida, de recalque e aduzida).

Foto: Sistema elevação por meio de Carneiro Hidráulico – Laboratório PUC Minas

Reservatório Fonte e tubulação de adução – Laboratório PUC Minas

Reservatório Superior – Tubulação de recalque – Laboratório PUC Minas

Questão 02: Realize os cálculos

Área h7

(cm²):1632 Área h8 (cm²): 3706 H(m): 1,93 h(m): 3,4

Abertura da

válvulaPassos

Curso da

VáulvulaTempo

Níveis

medidos

(h recalcada)

Variação do

nível tq 7

(h recalcada)

Volume do

tq 7

(recalcada)

Níveis

medidos (h

perdida)

Variação do

nível do tq 8

(h perdida)

Volume

do tq 8

(perdida)

Vazão

recalcada

Vazão

perdida

Vazão

aduzida

Rendimento

volumétrico

Rendimento

total

A mm C (t) (h7) (V7) (h8) (V8) (q) (q') (Q) (ŋv) (ŋt)

% 1,25 mm min cm cm cm³ cm cm cm³ l/min l/min l/min % %

- - - - 5 - - 6,5 - - - - - - -

28,5714286 1,00 1,25 3 8,5 3,5 5.712,00 10 3,5 12.971,00 1,90 4,32 6,23 30,57 53,86

42,8571429 1,50 1,88 3 15,4 6,9 11.260,80 17,5 7,5 27.795,00 3,75 9,27 13,02 28,83 50,79

57,1428571 2,00 2,50 3 24 8,6 14.035,20 26 8,5 31.501,00 4,68 10,50 15,18 30,82 54,30

71,4285714 2,50 3,13 3 34,6 10,6 17.299,20 38,6 12,6 46.695,60 5,77 15,57 21,33 27,03 47,62

85,7142857 3,00 3,75 3 45,1 10,5 17.136,00 54 15,4 57.072,40 5,71 19,02 24,74 23,09 40,68

100 3,50 4,38 3 56 10,9 17.788,80 72,7 18,7 69.302,20 5,93 23,10 29,03 20,43 35,98

FOLHA DE TESTE DO CARNEIRO

Questão 03: Elabore os gráficos de: Rendimento vol x Curso; Rendimento

total x Curso; Vazão aduzida x curso; vazão perdida x curso; vazão recalcada x

curso.

Questão 04: Discuta os resultados

Através da análise dos gráficos é possível verificar que a distância do

reservatório de origem até o carneiro hidráulico não pode ser muito pequena, a fim

de que a onda de sobrepressão não encontre menor resistência para se propagar

pelo tubo do que para abrir a válvula (V1).

É possível verificar que quanto maior o curso, maior será a vazão que

passará, porém quanto maior o curso e vazão menor será o rendimento .

Outra consideração importante que se deve fazer a respeito do carneiro

hidráulico é o fato de apresentarem no geral baixo rendimento volumétrico. Como

ocorre uma perda considerável de vazão, apesar de conseguir boas elevações de

nível o rendimento total da conversão de energia de um carneiro hidráulico é baixo.

Questão 05: Elabore suas conclusões

Após a prática e análise dos resultados, podemos concluir que o carneiro

hidráulico, trata-se de um aparelho muito simples, que é eficiente na elevação de

água utilizando de energia própria. Ele tem grande utilidade para o abastecimento de

água nas fazendas e sua principal vantagem é o seu uso por 24 horas direto sem

gastar nenhuma energia.

Existem muitos carneiros hidráulicos em meios rurais bem simples,

construídos pelos próprios fazendeiros utilizando do princípio de se aproveitar a

queda d’água para elevá-la a uma altura maior que a eu estava antes.

Como desvantagem apresenta um baixo rendimento quando comparado às

bombas, porém para uma utilização mas simples, mostra-se super eficiente e viável.

Porém, é importante ressaltar, que na verdade para se considerar a elevação

por meio de um carneiro hidráulico, deve-se descontar a altura do reservatório

inicial, e por isso deve ser analisado quando realmente este artifício compensará.