1 - Introduo1.1 - Carneiro Hidrulico O carneiro Hidrulico um dispositivo simples e de grande utilidade para o abastecimento de gua em regies em que no h energia eltrica. Ele utiliza diferenas de presses (golpe de arete) para fazer o bombeamento da gua utilizando como fonte energtica a prpria energia potencial do reservatrio de suco localizado acima do carneiro. A Figura 1 representa a instalao e alguns acessrios de um carneiro hidrulico. Este funciona, basicamente, da seguinte forma: a gua que chega ao carneiro hidrulico inicialmente sai por uma vlvula de descarga, at o momento em que atingida certa velocidade elevada. Quando se atinge essa velocidade elevada, a vlvula de descarga fecha-se repentinamente (Golpe de Arete), ocasionando uma sobre-presso que possibilita, automaticamente, a elevao de uma parcela de gua que nele penetra a uma altura superior aquela de onde a gua proveio, sem necessitar do auxlio de qualquer fora motriz externa, bastando para isso que se tenha uma pequena queda hidrulica. [1]

Figura 1 Instalao e alguns acessrios de um carneiro hidrulicoOs constituintes da instalao so: Fonte ou manancial dgua, podendo ser um crrego, canal, rio, etc. desde que ele permita uma queda ate o reservatrio de suco. Tubulao de aduo ou alimentao, em que possui a funo de conduzir a gua da fonte entrada do carneiro Carneiro hidrulico Tubulao de recalque ou de sada, que conduz a gua energizada pelo carneiro at o reservatrio superior Reservatrio ou caixa onde ser armazenada a gua conduzida pela tubulao de recalque.Durante o funcionamento do carneiro hidrulico uma parcela da gua desperdiada e por isso necessrio saber o rendimento do carneiro. Tal rendimento obtido pela seguinte relao: Onde, = Rendimento do carneiro hidrulico; = Vazo de alimentao [l/min]; = altura de queda [m]; = altura do recalque (Desnivel + Perda de carga) [m]; = vazo recalcada [l/min].Alguns cuidados devem ser tomados na instalao do carneiro hidrulico, tais como: O carneiro hidrulico deve ser instalado em uma base firme (de alvenaria) e nivelada; Admite-se: 1,5 m < h< 9 m , sendo condies timas: 2,0 m < h< 5 m;

O comprimento do tubo de alimentao deve ser maior que 5h e menor que 10h. Se for superado este valor, utilizar um tubo de maior dimetro que o recomendado pelo fabricante;

O tubo de alimentao deve ser o mais reto possvel, estar sempre abaixo da linha piezomtrica, possuir ralo de entrada, ter um registro prximo ao carneiro hidrulico e usar de preferncia tubos metlicos (maior Golpe de Arete);

O tubo de recalque deve ser o mais curto possvel e deve ser colocado em posio ascendente ate o reservatrio;

Deve-se, periodicamente, permitir a entrada de ar na campnula.

possvel obter os valores mdios de rendimento hidrulico utilizando a relao h/H, conforme apresentada na Tabela 1, e escolher os dimetros das tubulaes com base na vazo de alimentao e altura de queda, conforme a Tabela 2.

Tabela 1 - Relao h/H e rendimento para um Carneiro Hidrulico

Tabela 2 Parmetros para o dimensionamento de um Carneiro Hidrulico

1.2 Bombeamento

Instalao de bombeamento tpica:

Para se fazer um projeto de uma instalao de bombeamento necessrio determinar os dimetros e materiais que compem as tubulaes (suco e recalque). A partir destes dimetros as vazes podero ser aferidas com a frmula de BresseOnde: = dimetro em metros Q = vazo em m3/s K= coeficiente econmico {balano entre os gastos com tubulao (investimento), e os gastos com a operao da instalao (custo operacional 0,8 a 1,3); usual k=1}

Deve-se determinar tambm os acessrios e trechos retos presentes na instalao. Desta forma as perdas de carga podero ser calculadas (utilizando tambm a vazo aferida no item anterior, que torna possvel determinar as velocidades do fluido na instalao)a) Perdas de carga em trechos retos (equao de Darcy Weissbach):

Onde: f = fator de atrito (funo do nmero de Reynolds e da rugosidade relativa); L = comprimento da tubulao reta (metros); V= velocidade do escoamento (metros por segundo); = dimetro do tubo (metros); g = acelerao da gravidade (metros por segundo ao quadrado).

b) Perda de carga em acessrios de acordo com as equaes:

Onde k = parmetro tabelado caracterstico de cada acessrio

c) A perda de carga total na tubulao (recalque e suco) ser:

d) A perda de carga total calculada dever ser acrescida de uma margem de segurana de 10%:

Para calcular a altura manomtrica pode-se utilizar uma das seguintes equaes:

Onde, = presso no reservatrio de recalque = presso no reservatrio de suco.

Onde: M = leitura do manmetro, localizado na instalao de recalque, imediatamente aps a bomba; V = leitura do vacumetro localizado na instalao de suco imediatamente antes da bomba; y = diferena de nvel entre estes medidores, manmetro e vacumetro;

2 - ObjetivosAvaliar a instalao elevatria com carneiro hidrulico e instalao de bombeamento (a instalao que alimenta o reservatrio de suco do carneiro hidrulico) do laboratrio de Mquinas Hidrulicas do CEFET MG, Campus II. 3- MateriaisDuas instalaes de bombeamento localizadas no Laboratrio de Mquinas Hidrulicas do CEFET-MG (Campus II).4 - Metodologia 4.1 - Carneiro Hidrulico Inicialmente verificou e anotou os valores das alturas de gua presente no reservatrio de recalque e de descarte. Certificou-se a presena de 4 chapas na vlvula de escape e abriu o registro de alimentao do Carneiro. Foram feitas 4 medies das alturas entre os dois reservatrios, com intervalos de 2 minutos entre elas, totalizando 8 minutos de experimento. Realizou-se novamente o mesmo procedimento, porem utilizando apenas 1 chapa.Foram anotadas a area da seo transversal de cada reservatrio, com o intuito de calcular a vazo mdia em cada compartimento. Foram utilizados os softwares comerciais, Microsoft Excel e EES, para obteno dos resultados.4.2 - Instalao de BombeamentoInicialmente foram anotados os valores de comprimento da tubulao de suco e de recalque, e observado os dispositivos presente na linha, para fazer o calculo da perda localizada. Foi ligada a instalao de bombeamento e anotado os valores do manmetro, do vacumetro e a distncia entre eles e finalmente desligou-se o equipamento. Foram utilizados os softwares comerciais, Microsoft Excel e EES, para obteno dos resultados.

5 - Resultados e DiscursoOs dados coletados na primeira parte da experiencia, referente a altura nos reservatorios para cada medio na pratica do carneiro Hidrulico, esto representados nas Tabela 3 e 4.Tabela 3- Dados experimentais referente a folga de 4 chapasFolga de 4 chapas

Mediesh1 inicial (cm)hf final (cm)Hi inicial (cm)Hf final (cm)

17,011,87,518,0

211,816,518,029,5

316,521,029,539,8

421,025,039,850,0

Tabela 4- Dados experimentais referente a folga de 4 chapasFolga de 1 chapa

Mediesh1 inicial (cm)hf final (cm)Hi inicial (cm)Hf final (cm)

125,529,050,355,6

229,033,055,661,0

333,037,061,066,5

437,040,566,571,8

A altura dos reservatorios de alimentao e recalque, a razo entre elas e a area dos tanques de recalque e descarte so:H (m) = 4,2h (m) = 1,97H/h = 2,1A1 recalque (cm) = 1577A2 descarte (cm) = 3021Atravez dos calculos no software EES obteve-se os resultados representados na Figura N

Figura N - Resultados referente a pratica do Carneiro Hidrulico

Os dados referentes ao segundo experimento, em que analisou-se outra instalao de bombeamento esto representados na Tabela 5.

7 - BibliografiaCarvalho, Djalma Francisco. Instalaes Elevatrias. Bombas. 6 ed. Belo Horizonte: Fumarc, 1977.360p.

Fox, R.W., Pritchard, P.J. eMcDonald, A.T. Introduo Mecnica dos Fluidos. 6a ed., Ed. LTC, 2006

8 - Anexos8.1 - Calculo EES Carneiro Hidrulico"rea do reservatrio de recalque"A_1 = 1577 [cm] "rea do reservatrio de descarte"A_2 = 3021[cm]"Altura do reservatrio de recalque"h_1 = 1,97 [m] "Altura do reservatrio de descarte"H_2 = 4,20 [m]

"Ajuste 4 chapas""!h_1_1: Altura do nvel do reservatrio de recalque para 4 chapas"Duplicate k = 1;4

h_1_1[k]=hf_1_1[k]-hi_1_1[k]

End

hi_1_1[1]=7,0 [cm]hf_1_1[1]=11,8 [cm]hi_1_1[2]=11,8 [cm]hf_1_1[2]=16,5 [cm] hi_1_1[3]=16,5 [cm]hf_1_1[3]=21,0 [cm]hi_1_1[4]=21,0 [cm]hf_1_1[4]=25,0 [cm]

h_1_1_medio=(h_1_1[4]+h_1_1[3]+h_1_1[2]+h_1_1[1])/4

"!h_1_2: Altura do nvel do reservatrio de descarte para 4 chapas"Duplicate k=1;4

h_1_2[k] = hf_1_2[k] - hi_1_2[k]

End

Hi_1_2[1]= 7,5 [cm]Hf_1_2[1]= 18,0 [cm]Hi_1_2[2]= 18,0 [cm]Hf_1_2[2]= 29,5 [cm]Hi_1_2[3]= 29,5 [cm]Hf_1_2[3]= 39,8 [cm] Hi_1_2[4]= 39,8 [cm] Hf_1_2[4]= 50,0 [cm]

H_1_2_medio=(H_1_2[4]+H_1_2[3]+H_1_2[2]+H_1_2[1])/4

"Clculo das Vazes""Vazo de Recalque"q_1_1=((h_1_1_medio)*A_1)/(2*1000) [l/min]

" Vazo de Alimentao"q_1_3=(q_1_1)+(H_1_2_medio*A_2)/(2*1000) [l/min]

"Clculo do Rendimento"R_1=(q_1_1*H_2/100)/(q_1_3*h_1/100)

"Ajuste 1 chapa""!h_2_1: Altura do nvel do reservatrio de recalque para ajuste 1 chapa"Duplicate k=1;4

h_2_1[k]=hf_2_1[k]-hi_2_1[k]

End

hi_2_1[1]=25,5 [cm]hf_2_1[1]=29 [cm]hi_2_1[2]=29 [cm]hf_2_1[2]=33 [cm] hi_2_1[3]=33 [cm]hf_2_1[3]=37 [cm]hi_2_1[4]=37 [cm]hf_2_1[4]=40,5 [cm]

h_2_1_medio=(h_2_1[4]+h_2_1[3]+h_2_1[2]+h_2_1[1])/4

"!h_2_2: Altura do nvel do reservatrio de descarte para ajuste 1 chapa"Duplicate k=1;4

h_2_2[k]=hf_2_2[k]-hi_2_2[k]

End

Hi_2_2[1]= 50,3 [cm]Hf_2_2[1]= 55,6 [cm]Hi_2_2[2]= 55,6 [cm]Hf_2_2[2]= 61,0 [cm]Hi_2_2[3]= 61,0 [cm]Hf_2_2[3]= 66,5 [cm] Hi_2_2[4]= 66,5 [cm] Hf_2_2[4]= 71,8 [cm]

H_2_2_medio=(H_2_2[4]+H_2_2[3]+H_2_2[2]+H_2_2[1])/4

"Clculo das Vazes""Vazo de Recalque"q_2_1=(h_2_1_medio*A_1)/(2000) [l/min]

"Vazo de Alimentao"q_2_2=(q_2_1)+(H_2_2_medio*A_2)/(2*1000) [l/min]

"Clculo do Rendimento"R_2=(q_2_1*H_2/100)/(q_2_2*h_1/100)