AULA PRÁTICA 9 CARNEIRO HIDRÁULICO

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Eduardo Ribas Chaplin
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1 1!" AULA PRÁTICA 9 CARNEIRO HIDRÁULICO I - INTRODUÇÃO O carneiro hidráulico, também chamado bomba de aríete hidráulico, balão de ar, burrinho, etc., foi inventado em 1796 pelo cientista francês Jacques E. Montgolfier. Trata-se de um aparelho muito simples e de grande utilidade para o abastecimento de água nas fazendas, podendo ser definido como uma máquina de elevação de água com energia própria. Uma vez instalado, este aparelho trabalha dia e noite (24 h / dia). O aparelho é instalado em nível inferior ao do manancial. A água que chega ao carneiro hidráulico inicialmente sai por uma válvula de descarga, até o momento em que é atingida uma certa velocidade elevada. No momento em que atinge uma velocidade elevada, a válvula de descarga fecha-se repentinamente ( Golpe de Aríete ), ocasionando uma sobrepressão que possibilita, automaticamente, a elevação de uma parcela de água que nele penetra a uma altura superior à aquela de onde a água proveio, sem necessitar do auxílio de qualquer força motriz externa, bastando para isso que se tenha uma pequena queda hidráulica. 1) VANTAGENS Além de ser uma máquina simples, robusta e barata (± R$ 300,00), funciona ao mesmo tempo aproveitando a queda d água e elevando uma fração desta; Apresenta rendimento ( R ) relativamente elevado, podendo variar, na maioria dos casos, de 50 % a 80 % ; Os gastos com manunteção são praticamente desprezíveis; Trabalha dia e noite ( 24h / dia ), sem qualquer energia externa, exceto a da própria queda d água.

Trata-se de um aparelho muito simples e de grande utilidade para o abastecimento de água nas fazendas, podendo ser definido como uma máquina de elevação de água com energia própria.

2 2 2) PARÂMETROS À SE CONSIDERAR NA INSTALAÇÃO: Esses parâmetros, muitas das vezes podem se tornar fatores limitantes. Necessidade da existência de queda d água; Deve ser utilizado com água limpa, pois a água a ser recalcada é parte da água de acionamento; Eleva somente parte da água de acionamento. II - CONSTITUIÇÃO, INSTALAÇÃO E FUNCIONAMENTO DE UM CARNEIRO HIDRÁULICO Uma instalação de bombeamento com carneiro hidráulico basicamente, de: CONSTITUI-SE, 1- Fonte ou manancial d água, que pode ser um córrego, canal, etc. desde que o mesmo permita uma queda até o local de assentamento do carneiro; 2- Tubulação de adução ou alimentação, a qual desempenha a função de conduzir a água da fonte à entrada do carneiro; 3- Carneiro Hidráulico; 4- Tubulação de recalque ou de saída, que conduz a água energizada pelo carneiro até o reservatório superior; 5- Reservatório ou caixa onde será armazenada a água conduzida pela tubulação de recalque.

II - CONSTITUIÇÃO, INSTALAÇÃO E FUNCIONAMENTO DE UM CARNEIRO HIDRÁULICO Uma instalação de bombeamento com carneiro hidráulico basicamente, de: CONSTITUI-SE, 1- Fonte ou manancial d água, que pode ser

3 3 Fonte de Alimentação LEGENDA h Altura de queda H Altura Total de Recalque c Campânula v Válvula de escapamento a Tubulação de adução r Tubulação de recalque e Válvula de admissão p Parafuso (reposição de ar) o Orifício de entrada de ar r Reservatório h a c p v H o P.R. e Campânula de ar Válvula de escape ( v ) Válvula de admissão ( e )

Válvula de admissão p Parafuso (reposição de ar) o Orifício de entrada de ar r

4 4 1) CUIDADOS NA INSTALAÇÃO DO CARNEIRO HIDRÁULICO: Deve-se instalar o Carneiro Hidráulico em base firme (alvenaria) e nivelada; Admite-se: 1,5 m < h < 9 m, sendo condições ótimas: 2,0 m < h < 5 m; 5 h < Comprimento do tubo de alimentação < 10 h. Se for superado este valor, utlilizar um tubo de maior diâmetro que o recomendado pelo fabricante; O tubo de Alimentação deve: - Ser o mais reto possível; - Estar sempre abaixo da Linha piezométrica; - Possuir ralo de entrada; - Ter um registro próximo ao Carneiro Hidráulico; - Usar de preferência tubos metálicos (maior Golpe de Aríete). Tubo de Recalque: - Deve ser o mais curto possível; - Deve ser colocado em posição ascendente até o reservatório. Deve-se, periodicamente, permitir a entrada de ar na campânula. III - PARÂMETROS PARA A ESCOLHA DO CARNEIRO HIDRÁULICO: A descarga (vazão) fornecida pelo carneiro hidráulico depende da vazão de acionamento e também da altura de queda; A altura H a que se pretende elevar a água influi igualmente sobre o valor do rendimento do carneiro; A capacidade do carneiro hidráulico, isto é, a vazão (descarga) recalcada q, é calculada pela equação: Q.h.R = q.h (Equação Geral) portanto: R.Q.h q = H

Se for superado este valor, utlilizar um tubo de maior diâmetro que o recomendado pelo fabricante; O tubo de Alimentação deve: - Ser o mais reto possível; - Estar sempre abaixo da Linha piezométrica;

5 5 onde: q vazão recalcada ( litros / min.) R rendimento do carneiro hidráulico ( Tabela-1). Q vazão de alimentação ( litros / min.) h Altura de queda ( metros ) H Altura Total de recalque (Desnível + Perda de Carga) ( metros ) O Rendimento Hidráulico do Carneiro ( R ) varia segundo a relação entre a ALTURA DE QUEDA e a ALTURA TOTAL DE RECALQUE (Desnível + Perda de Carga) A Tabela 1 apresenta valores médios de rendimento hidráulico para diferentes relações de h / H: TABELA 1: Rendimento hidráulico do carneiro em função da relação entre a altura de queda ( h ) e a altura total de recalque ( H ) Relação h / H Rendimento ( % ) 1 : : : : : : : 8 50 A escolha do carneiro (Tabela 2) deve ser feita em função da Vazão de Alimentação e altura de queda. TABELA 2: Tamanhos usuais de carneiro hidráulico e suas principais características N Vazão de alimentação ( litros / minuto) Tubo de entrada ou alimentação (polegada) Tubo de saída ou recalque (polegada) Altura de Queda (metros) 3 7 a /2 2,5 a a /4 1/2 3 a a /4 4 a a /4 5 a 7

TOTAL DE RECALQUE (Desnível + Perda de Carga) A Tabela 1 apresenta valores médios de rendimento hidráulico para diferentes relações de h / H: TABELA 1: Rendimento hidráulico do carneiro em função da

6 Para a determinação da ALTURA TOTAL DE RECALQUE (Desnível + Perda de Carga), a PERDA DE CARGA deve ser calculada pela Equação Universal ou Equação de Flamant (equações vistas em aula teórica) ou de maneira prática utilizando-se da Tabela 3. TABELA 3 Perda de carga (hf) em metros, calculada pela equação de Flamant, para 100 metros de tubulação de PVC rígido para vazões de até 72 litros/min e diâmetros dos tubos variando de 1/2 a 2 Q (l/min) 1/2" 3/4" 1" 1 1/2" Q (l/min) 1" 1 1/2" 2" 1 0, ,36 1,57 2 1, ,94 1,65 3 2, ,54 1,73 4 4, ,15 1,82 5 6, ,77 1,90 6 8, ,41 1, , ,07 2, , ,73 2, ,02 3, ,41 2, ,47 3, ,10 2, ,18 4, ,81 2, ,16 5, ,53 2, ,40 6, ,26 2, ,88 7, ,00 2, ,62 8, ,76 2, ,56 2, ,53 2, ,72 2, ,32 3, ,93 2, ,12 3, ,21 3, ,93 3, ,54 3, ,75 3, ,94 3, ,59 3, ,40 4, ,44 3, ,91 4, ,31 3, ,49 5, ,18 3, ,12 5, ,02 0, ,82 5, ,14 1, ,57 6, ,27 1, ,38 6, ,40 1, ,25 7, ,53 1, ,17 7, ,66 1, ,15 8, ,79 1, ,19 8, ,93 1, ,29 9, ,07 1, ,44 9, ,21 1, ,23 1, ,35 1, ,79 1, ,49 1,35 OBS: Velocidade do escoamento entre 0,5 e 2 m/s. 6

TABELA 3 Perda de carga (hf) em metros, calculada pela equação de Flamant, para 100 metros de tubulação de PVC rígido para vazões de até 72 litros/min e diâmetros dos tubos variando de 1/2 a 2 Q

7 7 Exercício: Determinação do Tamanho do Carneiro Hidráulico (Escolha do Carneiro). 1 - Para o fornecimento de água às diversas atividades agrícolas de uma fazenda, foi construída uma caixa d água com capacidade de 6 m 3, a qual deve ser abastecida diariamente. Próximo a este reservatório, com cota 6 m abaixo, existe uma fonte de água com vazão contínua de 0,5 L/s (30 L/min). que permite uma queda de 3 m. Determinar o tamanho do carneiro hidráulico a ser utilizado para elevação e abastecimento de água até a caixa d água. De acordo com os dados existentes, tem-se: altura de queda (h) = 3 m volume a ser recalcado diariamente é de 6 m 3, então a vazão mínima será de: 6000 litros q = 4, 2 litros / minuto minutos Utilizando um tubo de 1/2 de PVC, pela Tabela 3, a perda de carga (hf) será de : 4,12 hf =. 75 m = 3 m 100 A altura total de recalque (H) será: H = desnível + perda de carga H = 6 m + 3 m + 3 m = 12 m - relação h/h = 3/12 = 1/4 pela Tabela 1 rendimento é igual 70% - utilizando a equação : Q.h.R = H.q tem-se: H q Q = = h R 12 m 3 4,2 L / min m 0,70 Q = 24 L/min ou seja, a vazão para abastecimento do carneiro deve ser de, no mínimo, Q = 24 L/min. Esta vazão é menor que a disponível (30 L/min). A escolha do carneiro, neste caso, será em função da vazão de alimentação (Q). Pela Tabela 2, o carneiro indicado é o de Número 4, com tubulação de adução de 1 1/4 e tubulação de recalque de 1/2.

Próximo a este reservatório, com cota 6 m abaixo, existe uma fonte de água com vazão contínua de 0,5 L/s (30 L/min). que permite uma queda de 3 m.

8 2 - Considerando os dados do problema anterior (em parte), e, desejando utilizar toda a vazão disponível (30 L/min), determinar o tamanho do carneiro e calcular a vazão recalcada. altura de queda (h) = 3 m 8 altura total de recalque (H) = 12 m rendimento (Tabela 1) para h / H = 1 / 4 R = 70 % Vazão de acionamento (Q) = 30 L / min Pela equação Q.h.R = H.q, tem-se : Q h R 30 L / min 3m 0,70 q = = = H 12 m 5,25 L / min - Portanto, dos 30 L / min do manancial, 5,25 L / min são elevados até o reservatório, e os restantes 24,75 L / min são gastos no trabalho motor de elevação. - O tamanho do carneiro hidráulico é dado em função da vazão Q = 30 L / min, e, pela Tabela 2, o carneiro indicado é o de Número 5, o qual deve possuir uma tubulação de adução de 2 e a tubulação de recalque de 3/4.

q, tem-se : Q h R 30 L / min 3m 0,70 q = = = H 12 m 5,25 L / min - Portanto, dos 30 L / min do manancial, 5,25 L / min são elevados até o reservatório, e os restantes 24,75 L / min são gastos no

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