Neste post você irá aprender o que é o carneiro hidráulico, como ele funciona e como estimar a vazão bombeada pelo carneiro
1) O que é o carneiro hidráulico?
O carneiro hidráulico é um dispositivo de bombeamento que funciona sem energia elétrica ou combustível, utilizando apenas a energia da própria água em queda
Ele é muito usado em áreas rurais para elevar parte da água a níveis mais altos do que a fonte original
Veja na imagem abaixo os principais componentes de um carneiro hidráulico:
Observe que ele é composto por uma válvula de impulso, válvula de retenção, registro de esfera e câmara de ar
Até o final deste post você terá compreendido a função de cada um destes componentes
2) Princípio de funcionamento
O funcionamento do carneiro hidráulico baseia-se principalmente no golpe de aríete, um fenômeno que ocorre quando um fluido em movimento é interrompido bruscamente, gerando um pico de pressão
Talvez você já tenha observado o golpe de aríete enquanto lavava o carro ou molhava as plantas com uma mangueira
No momento em que interrompe bruscamente a saída de água com o dedo, é possível notar que a mangueira se expande e treme
Isso ocorre devido a propagação da onda de choque de alta pressão
Quanto maior é a velocidade com que a água sai da mangueira, maior é a sobrepressão no momento em que o fluxo é interrompido
O que interrompe o fluxo bruscamente no carneiro hidráulico é a válvula de impulso mostrada anteriormente na imagem do tópico 1
3) Etapas do ciclo de funcionamento
Vamos ver agora as etapas do ciclo de funcionamento do carneiro hidráulico
1ª ETAPA
A água escoa de um reservatório para o carneiro, aproveitando um desnível (queda) entre a fonte e o equipamento
Parte desta água sai pela válvula de impulso, que logo se fecha devido à ação da água em movimento
Esse brusco fechamento produz um pico de pressão, que é conhecido como “golpe de aríete”
2ª ETAPA
O pico de pressão proveniente do golpe de aríete força a entrada de água na câmara de ar, fazendo com que o ar seja comprimido, armazenando temporariamente energia (Ver Figura 2)
3ª ETAPA
O aumento da pressão na câmara de ar faz com que a válvula de retenção feche, e o ar comprimido empurra a água pela única saída disponível (Ver Figura 3)
Com a água em repouso, a pressão na válvula de impulso diminui, fazendo com que ela se abra e o ciclo se repita
4) Vazão do carneiro hidráulico
Não existe uma fórmula que forneça o valor exato para a vazão bombeada pelo carneiro hidráulico, entretanto, ela pode ser estimada através da fórmula empírica mostrada logo abaixo:
\[ Q_{\mathrm{Bombeada}} = \eta \cdot Q_{\mathrm{Fonte}} \cdot \frac{H_{\mathrm{Queda}}}{H_{\mathrm{Elevação}}} \]Onde:
η = rendimento global do carneiro (adimensional)
QFonte = Vazão que a água chega no carneiro
HQueda = Altura de queda disponível entre a fonte e o carneiro
HElevação = Altura de elevação (recalque)
OBS.1: Analisando a fórmula é possível constatar que quanto maior for a vazão da fonte e quanto maior a razão entre a altura de queda e a altura de elevação, maior é a vazão de bombeamento
OBS.2: O carneiro hidráulico costuma ter um rendimento muito baixo e uma grande quantidade de água é perdida no bombeamento. Em geral, ela é utilizada para coletar água de rios ou lagos
Vídeo sobre o carneiro hidráulico
OBS.: Essa é a planilha mais simples e intuitiva que conheço para o dimensionamento de bombas centrífugas. Ela calcula a altura manométrica total, vazão de projeto, potência necessária da bomba e NPSH disponível. Além disso, gera memorial de cálculo automaticamente
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Escrito por: Pedro Henrique Lelis Brito
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