TRABALHO DE HIDRÁULICA - CARNEIRO HIDRÁULICO

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Faculdade do Sul da Bahia - Fasb
Engenharia Civil
6° Período
	
CARNEIRO HIDRÁULICO E GOLPE DE ARÍETE
BRUNO OLIVEIRA, JAMILLE BAHIA, MAURO LOPES, SINTIA SANTOS.
Bruno Oliveira, boy.olivegomes@gmail.com
Jamille Bahia, jamilleabahia@gmail.com
Mauro Lopes, maurosiminio@yahoo.com.br
Sintia Santos, sintiasantos30@gmail.com
RESUMO: Este artigo vai discutir sobre o Carneiro Hidráulico e o Golpe de Aríete, cujo objetivo à priori é apresentar o funcionamento, fórmulas e conceitos. Além deste objetivo apresentado, busca-se apresentar os tipos de carneiros hidráulicos e sugerir, de acordo com custo/benefício, o melhor tipo, observando também a qualidade, robustez e o uso dos parâmetros apresentados por Evangelista (2011).
Este equipamento visa bombear a água sem a utilização de energia elétrica, usando somente a energia potencial gravitacional da água. É um instrumento de funcionamento automático, de baixo custo, que utiliza a energia hidráulica do “golpe de aríete” para seu funcionamento, enquanto o Golpe de Aríete é a reação causada pela interrupção abrupta do fluxo de água em um condutor. 
Palavras-chave: Sustentabilidade; Energia hidráulica; qualidade.
1	INTRODUÇÃO
A necessidade da humanidade em tornar a vida mais confortável com menor esforço físico motiva a criatividade humana para a busca de soluções de problemas diversos, a bomba de carneiro hidráulico é uma delas, dentre milhões de equipamentos criados pelo homem. Este equipamento hidráulico foi inventado por John Whitehurst em 1772 e mais tarde desenvolvido pelos irmãos franceses Montgolfier que o tornaram um aparelho automático com o objetivo de bombear a água de um dado reservatório para locais de maior altitude, para ser servida através da gravidade nos pontos de consumo. 
Antes desta invenção, os pequenos e médios produtores agrícolas e pecuaristas sofriam com a dificuldade de levar a água até os pontos necessários para hidratar/alimentar suas criações de animais e para ser servida em suas casas.
Com a invenção do Carneiro hidráulico, tornou-se possível e rentável o deslocamento de água para as áreas de consumo da propriedade, por ser um dispositivo prático, de baixíssimo custo que bombeia a água, vence os desníveis, é de simples manejo, pouca manutenção, e melhor, não necessita de energia elétrica ou de qualquer outro tipo de combustível para o seu funcionamento. Tiago Filho, 2002, apresenta um conceito bem conciso e eficiente sobre tal equipamento:
É uma máquina de funcionamento automático que utiliza a energia potencial hidráulica conduzida por um tubo que contém válvulas que abrem e fecham, provocando o “golpe de aríete”, bombeando e recalcando 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 carneiro hidráulico é uma máquina que pode ser adquirida no mercado ou ser construída a nível de propriedade rural.(TIAGO FILHO, 2002)
2	REFERENCIAL TEÓRICO
2.1	FUNCIONAMENTO DO CARNEIRO HIDRÁULICO
	Neste artigo, selecionamos alguns acadêmicos que escreveram sobre o assunto para constituir as bases teóricas: Soares, 2011, Professor titular da UFMG, Doutor em Astrofísica pela University of Groningen - Kapteyn Institute of Astronomy, Holanda; Botrel, 2002, Professor titular da Universidade de São Paulo, Doutor em Agronomia; Tiago filho, 2002, professor titular da Universidade de Itajubá, doutor em Engenharia Civil, na área de Hidráulica; Evangelista, 2011, Professor Associado da Universidade Federal de Goiás (UFG), Doutor em Engenharia Agrícola (Irrigação e Drenagem) pela Universidade Federal de Viçosa (2003); entre outros.
Soares, 2011, em seu artigo “O carneiro hidráulico como um análogo mecânico do coração” descreve em linhas gerais todo o funcionamento deste equipamento tão importante e eficaz, especialmente, em áreas rurais. 
Em linhas gerais, o funcionamento do Carneiro Hidráulico ocorre da seguinte forma. O fluxo da água proveniente do manancial de água (veja a Fig. 1) provoca o fechamento da válvula de desperdício e gera um choque hidráulico — o chamado golpe de aríete — que força a abertura da válvula de entrega, pois a água não tem outro lugar por onde fluir. A água é assim forçada para a garrafa de compressão do ar e daí, através do tubo de saída, para o reservatório. Este fluxo, em direção a um nível de energia potencial gravitacional maior, desacelera, por sofrer uma força contrária ao seu movimento, e eventualmente reverte o seu sentido de fluxo, fechando a válvula de entrega. Quase que simultaneamente, o fluxo no tubo de impulso vai ao repouso e a válvula de desperdício reabre, permitindo que o fluxo por ela se reinicie. Logo em seguida, ocorre novo fechamento da válvula e o ciclo se repete. [...] A compressão do ar amortece o golpe de aríete e o ar comprimido melhora também a eficiência do bombeamento, permitindo um fluxo mais estável através do tubo de saída. (SOARES, 2011)
 Ibidem, Figura 1 – Carneiro com a válvula de entrega e a válvula de desperdício.
Segundo Abate e Botrel, 2002, para garantir o sucesso do equipamento e atingir o resultado esperado, o equipamento deve ter as seguintes características: O desnível entre o reservatório de alimentação e o Carneiro Hidráulico; o comprimento e o diâmetro das tubulações; o material usado na fabricação da tubulação; o volume de água desperdiçada e o volume de água recalcada. O material usado na fabricação da tubulação pode influir na elevação da pressão do golpe de aríete devido ao módulo de elasticidade do material, causando menor rendimento.
No entanto considera-se que esta colocação de Abate e Botrel, 2002, ficou um pouco na superficialidade visto que eles não definiram parâmetros considerados aceitáveis. 
2.2 	GOLPE DE ARÍETE
A propósito, a relação entre a arma aríete e o golpe de aríete tratado neste artigo, vem da idade média, faz-se uma analogia entre uma arma usada na época (grande tora de madeira usada para dar golpes) e o barulho da bomba quando a água escoa devido à gravidade por um tubo e sofre uma interrupção brusca, similar a um golpe. 
Para falar sobre o golpe de Aríete do carneiro hidráulico, Costa, 2009, explica o processo conhecido, enfatizando como se processa os efeitos da pressão, quando a bomba está em pleno funcionamento.
O efeito de súbitas alterações de pressão (choques de pressão) em tubulações é geralmente conhecido como golpe de aríete. Os esforços causados por tais choques de pressão são frequentemente muito maiores que os esforços aos quais os equipamentos estão normalmente sujeitos. A onda de choque, que viaja com a velocidade do som, pode causar deformações ou mesmo ruptura de equipamentos. Um golpe de aríete é reconhecido por ruídos violentos. A origem do golpe de aríete hidráulico acontece quando uma tubulação é fechada muito rapidamente por uma válvula, o movimento da coluna do líquido à montante da válvula de bloqueio é subitamente interrompido. A força da inércia produz um choque de pressão. Como líquidos são praticamente incompressíveis, este choque se propaga em todas as direções. Imediatamente à jusante da válvula de bloqueio, o fluxo não cessa instantaneamente e forma-se um vácuo. O líquido, em consequência, retorna (efeito rebote) contra a válvula de bloqueio e forma uma onda de choque. Esta onda viaja de um lado a outro e gradualmente perde sua intensidade. Estes choques de pressão podem ser absorvidos pelo correto dimensionamento de válvulas e tubulações. Podem ser diminuídos pelo uso dos chamados vasos amortecedores (COSTA, 2009). 
2.3 TIPOS DE CARNEIROS HIDRÁULICOS
 A – Industrializado; B – Artesanal; C - Artesanal.
 Fonte: UFMG, (2011). Fonte: página do site do Mercado livre Fonte CERPCH (2002).[1: UFMG – Universidade Federal de Minas Gerais][2: CERPCH – Centro Nacional de Referência em Pequenos Aproveitamentos Hidroenergético.]
2.4 PARÂMETROS
PARA ESCOLHA DO CARNEIRO HIDRÁULICO
Evangelista, 2011, apresenta um importante estudo sobre os parâmetros e medidas para a escolha do carneiro hidráulico, observando a necessidade o contexto de uso do equipamento: Considera-se este estudo de grande importância, pois ele oferece as informações necessárias e adequadas para a fabricação do equipamento. Vamos utilizar a mesma formatação usada pelo autor, devido a disposição do texto e tipos de informação: 
 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: 
 (Equação Geral) portanto:
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 )
Tabela 2: A escolha do Carneiro deve ser feita em função da Vazão de Alimentação e altura de queda.
3	CONCLUSÃO
Considerando que a invenção do carneiro hidráulico trouxe, em especial, baixo custo logístico, praticidade e viabilidade aos usuários, buscou-se pesquisar sobre o custo/benefício dos tipos de carneiros hidráulicos apresentados no item 2.3 deste artigo. Constatou-se que seus valores para aquisição variam de acordo com o material utilizado para sua fabricação (no caso dos artesanais), da qualidade e robustez do material (no caso do industrializado) e com a escolha do diâmetro da tubulação. O preço do equipamento mostrado na figura C varia entre 60,00 a 80,00 reais (feito com a garrafa pet), o utilizado com tubo de PVC de acordo com a figura B entre 100,00 a 200,00 reais, e o industrializado da figura A entre 1.000 a 1.800,00 reais, essa variação de preço se deve aos diversos diâmetros de tubos disponíveis que estão diretamente ligados ao volume recalcado.
Procurou-se, então, conhecer os tipos de carneiro Hidráulico apresentados neste trabalho: representados nas figuras A, B e C do item 2.3, avaliamos seu desempenho e funcionamento e chegamos à conclusão que o equipamento que nos pareceu mais confiável e com grau de robustez e vida útil longa, visto que é fabricado dentro das especificações exigidas é o Carneiro hidráulico industrializado, os demais também funcionam, mas não oferecem a mesma performance do sugerido. 
REFERÊNCIAS 
SOARES, Domingos; Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG, O Carneiro hidráulico como um análogo mecânico do coração. Belo Horizonte MG -Fevereiro2011.
https://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiy99SWmKLWAhXDQpAKHS6dAokQFggmMAA&url=http%3A%2F%2Fwww.fisica.ufmg.br%2Fdsoares%2Fcarcor%2Fcarcor.pdf&usg=AFQjCNE3q4aNCXQxhtPrgGpLIajtLI3ZeA (Acesso em 13 set 2017).
ABATE, Caroline; BOTREL, Tarlei Arriel. Carneiro Hidráulico com tubulação de alimentação em aço galvanizado e em PVC. SCIELO - 2002.
https://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjf3rijmaLWAhUGFZAKHS2FAckQFggvMAE&url=http%3A%2F%2Fwww.scielo.br%2Fpdf%2Fsa%2Fv59n1%2F8095.pdf&usg=AFQjCNEL8zTQQyIvBmHUVH-PIS13hEa02Q (Acesso em 13 set 2017).
FILHO, Geraldo Lúcio Tiago. Carneiro Hidráulico, o que é e como construí-lo - CERPCH – 2002.
https://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjz9ffOmaLWAhXDEJAKHSHQAqwQFggmMAA&url=http%3A%2F%2Fbambuapique.com%2Fcarneiro%2520hidraulico.pdf&usg=AFQjCNGuiJyUG2aRp7i7XIjrd9BtC2c8YQ(Acesso em 13 set 2017).
EVANGELISTA, Adão Wagner Pêgo. Universidade Federal de Goiás UFG, Escola de agronomia e engenharia de alimentos, setor de engenharia rural. CARNEIRO HIDRÁULICO - 2011.
https://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiuld71maLWAhVFf5AKHZigDy8QFggsMAE&url=https%3A%2F%2Fwww.agro.ufg.br%2Fup%2F68%2Fo%2FCarneiro_Hidr_ulico_01.pdf&usg=AFQjCNGqWvEMWIpFA1S1TowY-5RugdZQeA(Acesso em 13 set 2017).
COSTA, Raimundo Nonato Távora; Universidade Federal do Ceará, Departamento de Engenharia Agrícola, Hidráulica Aplicada. Golpe de aríete – Transiente Hidráulico - 2009.
https://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiZssiwmqLWAhWMkZAKHTPJBbQQFggmMAA&url=http%3A%2F%2Fwww.gpeas.ufc.br%2Fdisc%2Fhidr%2Faula05.pdf&usg=AFQjCNHDSkYKOXmcyLk1Ls1ioSvHZ0FPeg(Acesso em 13 set 2017).