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.