Carneiro Hidráulico

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO 
FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS 
FACULDADE DE ENGENHARIA 
 
 
 
SISTEMA DE ENSINO PRESENCIAL CONECTADO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DOURADOS-MS 
2018 
 
 
 
 
 
 
 
TURMA PRÁTICA III 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURSO DE ENGENHARIA DE ENERGIA - UFGD 
CARNEIRO HIDRÁULICO 
Construção e ensaios 
 
 
 
Dourados 
2018 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CARNEIRO HIDRÁULICO 
Construção e ensaios 
 
Relatório Experimental apresentado ao Curso de 
Engenharia de Energia da UFGD - Universidade Federal da 
Grande Dourados, para a disciplina Mecânica dos Fluidos 
Experimental referente ao experimento “CONSTRUÇÃO E 
ENSARIOS COM UM CARNEIRO HIDRÁULICO” 
realizado dia 20/06/2018. 
 
 
Prof. Dr. Orlando M. Jr. 
 
 
 
 
TURMA PRÁTICA 3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 RESUMO .................................................................................................................. 3 
2 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 4 
3 DESENVOLVIMENTO/ MATERIAIS E MÉTODOS ................................................. 6 
3.1 MATERIAL ............................................................................................................ 6 
3.2 MÉTODO ............................................................................................................... 7 
4 ANÁLISE DOS DADOS ........................................................................................... 9 
4.1 TABELAS E GRÁFICOS ....................................................................................... 9 
4.2 EFICIÊNCIA DO DISPOSITIVO .......................................................................... 10 
5 DIMENSIONAMENTO ........................................................................................... 12 
6 CONSLUSÃO ........................................................................................................ 14 
REFERÊNCIAS ........................................................................................................ 15
3 
 
1 RESUMO 
No experimento foram realizados testes com um carneiro hidraulico, 
construindo no LAMAQFLU, e testando na área externa do prédio da Faculdade de 
Engenharia. O desnível em relação a fonte foi de 1,47 metros e a altura de recalque 
foi de 4,80 metros. A vazão de recalque obtida foi de 1,41 x 10 ^-5 m3/s. Também foi 
calculado o tamanho ideal do tubo de alimentação, chegando a um valor de 5,8 
metros. A eficiência do dispositivo testado foi de 12,4 %. 
4 
 
2 INTRODUÇÃO 
O carneiro hidráulico é um dispositivo que, através do golpe de aríete, 
bombeia água para alturas maiores do que a fonte de alimentação do dispositivo. 
Como a fonte sempre está mais alta que o carneiro, a água flui naturalmente até o 
dispositivo. O golpe é causado pela interrupção brusca do fluxo de água sobre uma 
tubulação, com o fechamento de uma válvula. 
Imagem 1: Estrutura de um carneiro hidráulico didático. Fonte: 
http://www.feiradeciencias.com.br/sala07/07_57.asp. 
 
O fluxo é bruscamente interrompido pela válvula de desperdício, e, 
devido a velocidade do escoamento, a mola é contraída, bloqueando a 
passagem de água. Desse modo ocorre uma variação no momento linear 
associado ao movimento da água, sendo dado por �⃗� = 𝑚�⃗� (2.1, Fonte: 
HALLYDAY. Fundamentos de Física – Volume 1). 
A segunda lei de Newton diz que �⃗� =
𝑑�⃗�
𝑑𝑡
 (2.2, Fonte: HALLYDAY. 
Fundamentos de Física – Volume 1), portanto, quanto menor for o tempo 
associado a variação do momento linear, maior será a força que irá agir sobre a 
área interna do carneiro, ou seja, maior sera a pressão interna do sistema. 
Esse acontecimento, também pode ser descrito pela equação de 
Bernoulli 𝑝 +
1
2
𝜌𝑣2 + 𝜌𝑔ℎ = 𝑐 (Fonte: HALLYDAY. Fundamentos de Física – 
Volume 2), onde a queda de velocidade é compensada com o aumento da 
http://www.feiradeciencias.com.br/sala07/07_57.asp
5 
 
pressão. 
Essa pressão faz com que a válvula de entrega abra, permitindo a 
entrada de água na garrafa, devido as características compressíveis do ar. 
Desse modo, quando a pressão na garrafa se iguala a pressão no sistema 
inferior, a válvula de fecha novamente, e a expansão do ar faz com que a água 
seja bombeada para cima através do tubo de saída. 
Após todo esse processo, a força que estava sendo aplicada na mola, 
é menor que a força de expansão da mola, fazendo com que a válvula se abra 
novamente. 
Portanto, essa interrupção brusca do fluxo faz surgir o “golpe de aríete”, 
provocando um aumento de pressão no interior do conjunto e transformando a energia 
cinética da água em energia potencial gravitacional. Esse aumento de pressão é 
suficiente para elevar a água para um reservatório a uma determinada altura, com 
suas devidas proporções. 
 
 
6 
 
3 DESENVOLVIMENTO / MATERIAL E MÉTODOS 
Durante a aula prática o objetivo foi analisar o comportamento da bomba 
carneiro hidráulico. A mesma utiliza um efeito conhecido como “golpe de aríete’’ para 
bombear água de um nível mais baixo para um nível mais alto. Utiliza-se a própria 
força da gravidade, para obter pressão suficiente para elevar uma quantidade de água 
para um reservatório a uma determinada altura sem a necessidade de combustível 
fóssil ou uso de eletricidade. 
3.1 MATERIAL 
Para a realização do experimento foi necessário a utilização de diversos 
materiais, que conforme fora proposto a construção do mesmo no padrão de 1 
polegada – os materiais já estão tabelados na literatura, são eles: 
• 01 Garrafa PET 2 litros; 
• 01 Tampas de garrafa com furo de 15mm de diâmetro; 
• 01 Bucha de redução; 
• 01 Tê PVC rosca – diâmetro de entrada: ¾’’; 
• 01 Buchas de redução PVC rosca – diâmetro de entrada: ¾’’ x ½’’; 
• 01 Adaptador de mangueira – diâmetro de entrada: ½’’; 
• 01 Niple PVC – diâmetro de entrada: ¾’’; 
• 01 Bucha de redação PVC rosca – diâmetro de entrada: 1’’ x ¾’’; 
• 01 Válvula retenção vertical (tipo Docol) – diâmetro de entrada: 1’’; 
• 02 Niple galvanizado – diâmetro de entrada: 1’’; 
• 01 Tê galvanizado – diâmetro de entrada: 1’’; 
• 01 Válvula de poço docol (latão docol) – diâmetro de entrada: 1’’; 
• 01 Parafuso com três porcas e uma arruela – diâmetro de entrada: 5/16 ou M8; 
• 01 Mola de acionador da válvula de descarga para vaso sanitário marca (hydra). 
 
 
 
 
 
7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Imagens 2 e 3 – Carneiro Hidráulico devidamente montado, 
no qual a imagem 2 (a esquerda) representa o mesmo ainda 
não regulado e a imagem 3 (a direita) este já se encontra em 
perfeito estado de regulagem e pronto para a inicialização 
dos testes propostos. Fonte própria. 
3.2 MÉTODO 
Os dados catalogados foram realizados a partir do momento em que o carneiro 
hidráulico encontrou-se finalmente instalado, regulado (esta é a parte de crucial 
importância para o bom funcionamento do mesmo, pois obtendo um boa regulagem 
do parafuso na válvula de poço entorno de 40 a 60 golpes de aríete, o seu índice de 
eficiência estará em suas projeções máximas) e posicionado (uma segunda 
característica de relevância é o seu posicionamento em relação ao reservatório de 
captação, que segundo Evangelista (2011) admite-se: 1,5m < h < 9m, sendo 
condições ótimas: 2m < h < 5m). Conforme é ilustrado na imagem 4. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Imagem 4: Ilustração teórica de funcionamento do carneiro hidráulico a ser analisado. Fonte: CARNEIRO 
HIDRÁULICO - UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE AGRONOMIA E ENGENHARIA 
DE ALIMENTOS SETOR DE ENGENHARIA RURAL. 
 
8 
 
Para a configuração experimental realizada, os dados foram (em relação a imagem 
4) h – 1,47 m e H – 4,80 m. E a altura da coluna de água em cima do registro do reservatório 
foi de 30 cm. 
Os testes foram realizados em três séries de 60 segundos,onde foram contados o 
numero de golpes durante esse período. A fim de obter o volume mais precisamente, deixou-
se o carneiro bombear até chegar em 1 litro de água no reservatório, e fez-se a relação para 
quanto foi bombeado em 1 minuto. 
9 
 
4 ANÁLISE DOS DADOS 
A partir dos dados obtidos experimentalmente, foi possível fazer a análise gráfica 
dos dados, e assim tirar as conclusões sobre a eficiência do dispositivo. 
4.1 TABELAS E GRÁFICOS 
 Como a altura da coluna de água acima do registro, é possível calcular a 
vazão da água teórica de saída do registro, que será dado pela equação 𝑄𝑣 = 𝐴�̂�. �⃗� =
𝐴𝑣 cos 𝜃 = 𝐴√2𝑔ℎ (4.1.1, NUSSENZVEIG. Curso de Física Básica – Volume 2). 
 Assim é possível obter a vazão de saída do reservatório, que é de 7,62 x 
10^-4 m3/s, mas como é necessário considerar a contração da veia liquida, a vazão 
será 0,6xV, ou 4,572 x 10^-4 m3/s, teoricamente. 
 Essa vazão se mostrou diferente da calculada experimentalmente, onde, 
se mediu a vazão de 3,72 x 10 ^-4 m3/s, bem próximo do valor teórico proposto. 
A tabela 1 faz referência aos dados recolhidos quando foi esperado o 
carneiro recalcar 1 litro de água, em vez de apenas a água recalcada em 1 minuto, 
pois o recipiente onde estava sendo medido o volume de água recalcada tinha 1 L 
como medida mínima. 
Tabela 1: Vazão obtida ao deixar o carneiro bombear 1 litro de água 
Medida Vazão de recalque (m3/s) x10^-5 
1 1,25 
2 1,47 
3 1,49 
Média 1,41 ± 0,13 
 
A tabela 2 mostra a quantidade de litros bombeados em 1 minuto a partir 
da relação do tempo gasto para bombear 1 litro, e o número de golpes durante o 
processo. 
Tabela 2: Dados obtidos experimentalmente com o carneiro hidráulico. 
Medidas Golpes Tempo (s) Volume bombeado (L) 
1 67 60 0,75 
2 60 60 0,88 
10 
 
3 69 60 0,90 
Média 65,3 ± 5 60 0,84 ± 0,08 
 
O gráfico 1 representa a quantidade de litros bombeados a cada golpe de 
aríete. Dessa forma é possível perceber que o funcionamento é dado por uma relação 
linear (equação no gráfico). 
 
 
4.2 EFICIÊNCIA DO DISPOSITIVO 
A eficiência do carneiro hidráulico, é dada por: 
𝜂 =
𝑞𝐻
𝑄ℎ
𝑥100 (4.2.1, CARARO, D.C.) 
Onde, 𝜂 é o rendimento, em porcentagem, 𝑞 a vazão de água de recalque, 
𝐻 altura de recalque, em relação ao carneiro hidráulico, 𝑄 vazão da fonte de 
alimentação e ℎ o desnível entre a fonte e o carneiro. 
Assim, a eficiência do carneiro construído foi de: 
𝜂 =
(1,41 ± 0,13)𝑥10−5𝑥4,80
3.72𝑥10−4𝑥1,47
𝑥100 = 12,4 ± 1,1% 
Em relação a queda disponível e a altura de recalque, h/H, foi possível 
recalcar a água com uma queda de apenas 30,6% da altura de recalque. 
Comparando com a eficiência dos dispositivos testados pela outra turma, 
y = 0,0133x - 0,0760,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
2,25
2,50
2,75
3,00
1 8
1
5
2
2
2
9
3
6
4
3
5
0
5
7
6
4
7
1
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2
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0
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3
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2
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1
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1
6
9
1
7
6
1
8
3
1
9
0
Li
tr
o
s
Golpes de aríete
Gráfico 1: Litros bombeados em função dos golpes de 
aríete
11 
 
que foram de 23,2% (Prática 2) e 14,6% (Prática 1), se pode notar que, a partir de 
diferentes regulagens do dispositivo, é possível melhorar significativamente e 
eficiência. 
 
12 
 
5 DIMENSIONAMENTO 
 Um carneiro hidráulico bem dimensionado, segue alguns fatores 
importantes, como a quantidade de água disponível para recalque, o aproveitamento, 
a vazão de recalque e o comprimento do tubo de alimentação e de recalque. 
 A água disponível para recalque pode ser facilmente calculada fazendo o 
calculo do volume do reservatório que se pretende utilizar. No experimento, o 
reservatório foi o barril aproximadamente cilíndrico. 
 O comprimento do tubo de alimentação pode ser obtido através da equação 
𝐿𝑞 = ((
𝐻
ℎ
) 0,3) + 𝐻 (5.1), que no experimento realizado seria ideal com 5,8 metros, e 
o comprimento do tubo de recalque normalmente é escolhido a partir da altura e a 
distância de recalque. Como no experimento, o recalque era apenas vertical, o ideal 
seria um tubo com aproximadamente 4,8 metros. 
 O rendimento, ou aproveitamento, é tabelado, sendo: 
Imagem 5: relação entre as alturas e o rendimento. Fonte: 
https://www.agro.ufg.br/up/68/o/Carneiro_Hidr_ulico_01.pdf. 
 
A vazão do carneiro também pode ser escolhida antes de sua construção, 
sendo dependente do tamanho dos tubos de alimentação e recalque, bem como do 
desnível entre o carneiro e a fonte disponíveis: 
Imagem 6: Dados para escolha da vazão adequada do carneiro. Fonte: 
https://www.agro.ufg.br/up/68/o/Carneiro_Hidr_ulico_01.pdf 
 
E importante destacar que para a vazão de recalque, é interessante estar 
13 
 
atento para a quantidade de água disponível. Caso o reservatório tenha uma taxa de 
enchimento menor do que a taxa de bombeamento do carneiro, a fonte ficará sem 
água disponível. 
14 
 
6 CONCLUSÃO 
Após a análise dos dados obtidos experimentalmente, e das pesquisas 
realizadas, é possível notar que o carneiro hidráulico é um dispositivo de 
funcionamento simples, e de muita utilidade, diminuindo muito o trabalho humano em 
lugares de muito desnível onde as fontes de água são distantes. 
Mas, é de suma importância destacar a necessidade de o dispositivo ser 
bem projetado antes de sua instalação, para ocorrer o mínimo desperdício de água, e 
evitar que ocorram problemas como o esvaziamento da fonte, e assim a falta de água 
em um momento de necessidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
15 
 
REFERÊNCIAS 
NUSSEINZVEIG, H. Moyses. CURSO DE FÍSICA BÁSICA II – Fluidos, oscilações 
e Ondas, Calor. 4ª Edição. Editora Blucher. 
CARARO, D.C.; et al. CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS DE UM CARNEIRO 
HIDRAÚLICO COM MATERIAIS ALTERNATIVOS. Revista Brasileira de Engenharia 
Agrícola e Ambiental, v.11, n.4, p.349–354, 2007 Campina Grande, PB. Disponível 
em: http://www.scielo.br/pdf/%0D/rbeaa/v11n4/v11n04a01.pdf. Acesso em 23 de 
junho de 2018. 
EVANGELISTA, Adão W. P. CARNEIRO HIDRÁULICO. UNIVERSIDADE FEDERAL 
DE GOIÁS ESCOLA DE AGRONOMIA E ENGENHARIA DE ALIMENTOS SETOR DE 
ENGENHARIA RURAL. Disponível em: 
https://www.agro.ufg.br/up/68/o/Carneiro_Hidr_ulico_01.pdf. Acesso em 23 de junho 
de 2018. 
CAPÍTULO II - O R I F Í C I O S. UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ CENTRO DE 
TECNOLOGIA DEPART. DE RECURSOS HÍDRICOS E GEOLOGIA APLICADA. 
Disponível em: http://leg.ufpi.br/subsiteFiles/ct/arquivos/files/pasta/CAP%202.pdf. 
Acesso em 23 de junho de 2018. 
 
http://leg.ufpi.br/subsiteFiles/ct/arquivos/files/pasta/CAP%202.pdf