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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.
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:
1-
CONSTITUI-SE,
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;
2Tubulação de adução ou alimentação, a qual desempenha a função de conduzir a
água da fonte à entrada do carneiro;
3-
Carneiro Hidráulico;
4Tubulação 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.
3
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
Fonte de
Alimentação
Reservatório
r
H
p
a
h
c
v
o
P.R.
e
Campânula
de ar
Válvula de
escape ( v )
Válvula de
admissão ( e )
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
HIDRÁULICO:
PARA
A
ESCOLHA
DO
CARNEIRO
→
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
calculada pela equação:
Q.h.R = q.H
portanto:
R.Q.h
q = ---------H
(Equação Geral)
q, é
5
onde:
q→
R→
Q→
h →
H→
vazão recalcada ( litros / min.)
rendimento do carneiro hidráulico ( Tabela-1).
vazão de alimentação ( litros / min.)
Altura de queda ( metros )
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
1:2
1:3
1:4
1:5
1:6
1:7
1:8
Rendimento ( % )
80
75
70
65
60
55
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°°
3
4
5
6
Vazão de
alimentação
( litros / minuto)
7 a 15
11 a 26
22 a 45
70 a 120
Tubo de entrada Tubo de saída
ou recalque
ou alimentação
(polegada)
(polegada)
1”
1/2”
1 1/4”
1/2”
2”
3/4”
3”
1 1/4”
Altura de
Queda
(metros)
2,5 a 4
3 a 5
4 a 6
5 a 7
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"
1
0,36
3/4"
1"
1 1/2"
Q
(l/min)
1"
1 1/2"
37
11,36
1,57
2
1,22
38
11,94
1,65
3
2,49
39
12,54
1,73
4
4,12
40
13,15
1,82
5
6,09
41
13,77
1,90
6
8,37
42
14,41
1,99
7
10,97
43
15,07
2,08
8
13,85
44
15,73
2,17
9
17,02
3,24
45
16,41
2,27
10
20,47
3,95
46
17,10
2,36
11
24,18
4,73
47
17,81
2,46
12
28,16
5,57
48
18,53
2,56
13
32,40
6,47
49
19,26
2,66
14
36,88
7,44
50
20,00
2,77
15
41,62
8,47
51
20,76
2,87
2"
16
9,56
2,35
52
21,53
2,98
17
10,72
2,63
53
22,32
3,09
18
11,93
2,93
54
23,12
3,20
19
13,21
3,24
55
23,93
3,31
20
14,54
3,57
56
24,75
3,42
21
15,94
3,92
57
25,59
3,54
22
17,40
4,27
58
26,44
3,66
23
18,91
4,65
59
27,31
3,78
24
20,49
5,03
60
28,18
3,90
25
22,12
5,43
61
4,02
0,99
26
23,82
5,85
62
4,14
1,02
27
25,57
6,28
63
4,27
1,05
28
27,38
6,73
64
4,40
1,08
29
29,25
7,18
65
4,53
1,11
30
31,17
7,66
66
4,66
1,14
31
33,15
8,14
67
4,79
1,18
32
35,19
8,81
68
4,93
1,21
33
37,29
9,16
69
5,07
1,24
34
39,44
9,69
70
5,21
1,28
35
10,23
1,41
71
5,35
1,31
36
10,79
1,49
72
5,49
1,35
OBS: Velocidade do escoamento entre 0,5 e 2 m/s.
7
Exercício: Determinação do Tamanho do Carneiro Hidráulico (Escolha do
Carneiro).
1Para o fornecimento de água às diversas atividades agrícolas de uma fazenda, foi
construída uma caixa d’água com capacidade de 6 m3, 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 m3, então a vazão mínima será de:
q=
6000 litros
≅ 4,2 litros / minuto
24 . 60 minutos
Utilizando um tubo de 1/2” de PVC, pela Tabela 3, a perda de carga (hf) será de :
hf =
4,12
. 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:
Q =
H q
12 m 4,2 L / min
=
hR
3 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”.
8
2Considerando 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
•
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 =
Q h R 30 L / min 3 m 0,70
=
= 5,25 L / min
H
12 m
- 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 “ .