PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA CATÓLICA DE MINAS GERAIS Programa Programa de Graduação em Engenar!a "u#m!$a La%ora&'r!o de F(u#do) Me$*n!$o) Cur)o Engenar!a "u#m!$a +, -er#odo
Relatório de Fluidos Mecânicos Carneiro Hidráulico
Professor: Fernanda Palladino Pedroso
Alunos: Sthefany Sthefany Marques França Arthur Augusto Rocha Oliveira
, )"Á*ISES E RESU*T)#OS.................................................................................0+ 'O"'*US%O.........................................................................................................0 REFER/"'I)S..........................................................................................................10
3
1.OJETIVO O2servar o 3rinc43io de funciona5ento6 verificar a 3erda acentuada de va!7o e calcular os rendi5entos volu58trico e hidráulico de u5 carneiro hidráulico'
!. I"TRO#U$%O O
carneiro
hidráulico
consiste
e5
u5a
5áquina
hidráulica
5ista6
a3resentando caracter4sticas de u5a 5áquina hidráulica o3eratri! e de u5a 5áquina hidráulica 5otri!6 3ois6 o seu funciona5ento origina9se de u5a fonte de energia hidráulica 3roveniente da va!7o e queda da água dis3on4vel na ca3taç7o' Segundo a figura $6 o carneiro cont85 u5a c5ara ;$<6 nor5al5ente feita e5 ferro fundido6 que de3osita certo volu5e de água e ar' .igada a esta6 encontra9se u5a tu2ulaç7o de aduç7o atrav8s de u5 orif4cio guarneiro 3or u5a válvula unidirecional dotada de 5ola cali2rável6 ou u5a válvula 2asculante ;=<' ,o con>unto "6 confor5e figura $6 desli!a u5a válvula 5otora co53osta de 5artelo e castelo' A válvula 5artelo verte a água do tu2o de aduç7o se53re que a válvula n7o está e5 sua 3osiç7o de fecha5ento6 onde esta se assenta contra u5a sede conhecida co5o castelo' Fiura 1 =ista da c5ara e da válvula 5artelo
Os con>untos c5ara e castelo 3osiciona59se a2ai?o do reservat@rio de aduç7o' A c5ara está direta5ente ligada ao tu2o de recalque6 de acordo co5 a figura"' (5 re3ouso6 a 3ress7o no seu interior equivale a h'
4
Fiura ! Re3resentaç7o da 5ontage5 do la2orat@rio
O funciona5ento do carneiro consiste na li2eraç7o da válvula 5artelo do gru3o "' Co5 isso6 u5 flu?o de água surge do reservat@rio na cota H 3ara o e?terior6 3ercorrendo livre5ente 3elo cor3o "' A aceleraç7o da água 3roveniente do escoa5ento for5ado 3ela válvula 5artelo e o castelo força u5 regi5e de escoa5ento' (ssa aceleraç7o 3rovoca u5a reduç7o na 3ress7o6 levando ao desequil42rio da válvula 5artelo dentro do con>unto"' (sta ent7o 8 i53elida 3ara ci5a co5 aceleraç7o constante6 devido a u5a 3ress7o que vence o 3r@3rio 3eso da válvula' O gol3e de ar4ete ocorre devido B su2ida da válvula 5artelo6 que cria u5 3rogressivo efeito de frenage5 so2re a 5assa l4quida e5 escoa5ento' )uando esta se encontra total5ente a2erta e sofre u5 fecha5ento 2rusco6 gera esse gol3e' Sendo assi56 irá 3rovocar u5a so2re3ress7o local que se 3rolonga e5 onda de intensidade decrescente6 no sentido 5ontante' 0este 5odo6 a onda criada fará co5 que a válvula vi!inha se a2ra dando entrada a certo volu5e de água 3ara dentro da c5ara' Aliviando assi5 a so2re3ress7o na adutora levando ao fecha5ento da válvula6 que se situa na 3arte inferior da c5ara' O ar6 co53ri5ido na 3arte su3erior da c5ara6 reage e?3andindo9se e e?3ulsando o e?cesso de volu5e de água 3ela tu2ulaç7o de recalque' O rendi5ento volu58trico do carneiro 8 5uito 2ai?o6 havendo considerável 3erda de va!7o' Assi56 t59se:
5
ηt =
q×h ( 1 ) Q × H
ηv =
q (2 ) Q
Sendo: ηt
D rendi5ento energ8tico do carneiroE
ηv
D rendi5ento volu58trico do carneiroE
q D va!7o recalcada e5 l5inE ) D va!7o adu!ida 3ara o carneiro e5 l5inE h D altura de elevaç7o da água ;h D &6G1 5
. &RO'E#IME"TO E(&ERIME"T)*
&'$ ()*+PAM(,-OS
•
C5ara
•
Cor3o da =álvula
•
-anque de ca3taç7o ;n4vel constante<
•
.inha adutora
•
.inha de recalque
•
-anque su3erior
•
-anque 3ara a 5ediç7o da va!7o recalcada
•
-anque 3ara 5ediç7o das 3erdas de va!7o
•
-u2o de 3lástico 3ara 5ediç7o da variaç7o de n4vel do tanque
•
-u2o de 3lástico 3ara 5ediç7o da variaç7o de n4vel do tanque G
6
Fiura Modelo esque5ático da 5ontage5 do la2orat@rio'
&'" PROC(0+M(,-OS
Sa2endo que o 3asso da rosca na instalaç7o do la2orat@rio era de $6"1556 deter5inou9se6 3elo 3osiciona5ento da 3orca na haste rosqueada6 o curso da válvula' (ste curso era variado alterando9se o nI5ero de voltas da 3orca na haste' Para cada curso da válvula6 esta2eleceu9se u5 te53o de funciona5ento 3ara o carneiro6 no qual 5ediu9se a variaç7o do n4vel dos tanques6 atrav8s dos tu2os de 3lástico trans3arente' O te53o esta2elecido foi de " 5inutos' Calculou9se ent7o as va!Jes recalcada ;q<6 3erdida ;qK< e adu!ida ;)<' O tanque coletava a va!7o recalcada ;q< 3elo carneiro6 enquanto o tanque G coletava a va!7o 3erdida ;qK<' Sendo:
q=
S 7 × h7
q ' =
t
( 3)
S 8 × h8 t
(4)
7
Q=q + q ' ( 5 )
Onde: S D área da 2ase do tanque ;S D $'%&" c5 "
Calculara59se ta5285 os rendi5entos energ8ticos e volu58tricos do carneiro 3ara os diversos cursos da válvula6 fa!endo uso das equaçJes $ e "' Para a o2tenç7o dos dados fora5 feitas cinco 5ediçJes6 girando9se a 3orca u5a volta a cada 5ediç7o' -odos os resultados fora5 registrados na folha de teste'
,. )"Á*ISES E RESU*T)#OS
Ta2ela 13 Resultados o2tidos Abertura da válvula
Curso da Válvula
tempo
Variação do nivel do tq 7
Volume do TQ 7
Variação do nivel do tq 8
Volume do TQ 8
A
C
(t)
(h7)
(V7)
(h8)
(V8)
%
mm
min
m
m!
m
m!
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Va,ão -ealada
Va,ão perdida
Va,ão adu,ida
-endimento Volum.trio
-endimento Total
(q)
( q/ )
(Q)
(η.)
( η&)
01min
01min
01min
%
%
$#$$"7
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"#7
#
Pode se o2servar que há u5a 3erda 5uito considerável de fluido co5 o siste5a de carneiro hidráulico' Mes5o au5entando9se a altura 3ara que se 3ossa trans3ortar á 5aiores distncias6 nota9se u5a 3erda 5uito grande' Perce3t4vel 8 o rendi5ento volu58trico 2ai?4ssi5o'
,. 'O"'*US%O
O carneiro hidráulico 8 u5 dis3ositivo auto5ático elevador de água' Seu 3rinc43io de funciona5ento 8 si53les' -rata9se de u5 flu?o de água que atravessa o cor3o do 5ecanis5o e6 quando sua velocidade atinge u5 valor adequado6 u5a válvula o interro53e a2ru3ta5ente' A energia cin8tica de toda água gera no cor3o da 2o52a u5 violento gol3e6 de força suficiente 3ara e53urrar certa quantidade de água a u5a 2oa altura6 sendo recolhida nu5a cai?a dKágua' A 2o52a carneiro transfor5a energia cin8tica da água e5 energia 3otencial' ,o entanto6 u5a consideraç7o i53ortante que deve ser feita a res3eito deste equi3a5ento6 8 o fato de a3resentar 2ai?o rendi5ento volu58trico' Co5o ocorre u5a 3erda considerável de va!7o6 o rendi5ento total da convers7o de energia de u5 carneiro hidráulico 8 2ai?o6 5es5o ocorrendo elevaçJes de n4vel que 3ode5 su3erar at8 oito ve!es a queda dis3on4vel' (ste fato 3Lde ser co53rovado na 3rática6 >á que o valor encontrado 3ara o rendi5ento 5á?i5o volu58trico foi de "%6%6 u5a ve! que o rendi5ento 5á?i5o 3adr7o 3ara essas es3ecificaçJes 8 de &1' Co5 esse dado 3ode9se o2servar que o valor o2tido 8 G6N 5enor6 ou corres3onde a u5 decr8sci5o de "N'
