Golpe de aríete
(Carneiro hidráulico - Didático)

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Apresentação
A bomba “carneiro”, ou carneiro hidráulico é um dispositivo automático elevador de água. Seu princípio de funcionamento é simples. Um fluxo de água atravessa o corpo do mecanismo, quando a velocidade desse fluxo atinge um valor adequado, uma válvula o interrompe abruptamente. A energia cinética da água toda (não só a do corpo da bomba, como também aquela da canalização) determina no corpo da bomba um violento golpe. Esse golpe é suficiente para empurrar uma certa quantidade de água a uma boa altura, sendo recolhida numa caixa d’água. A bomba carneiro transforma energia cinética da água em energia potencial. Seu rendimento hidráulico é pequeno.
A montagem didática a seguir põe em destaque esse “golpe de aríete” devido à brusca Interrupção do movimento da água e a sua conseqüente elevação.

Nota: Em pesquisa sobre o carneiro hidráulico encontrei um excelente artigo -- Carneiro Hidráulico - Resgate Secular -- que o Prof. Luiz Roberto Toledo apresenta nas páginas do Globo Rural (outubro de 1997), descrevendo o trabalho do Prof. Luiz Antonio Lima e do pós-graduando (à época) Antonio Carlos Barreto, da Universidade de Lavras - MG. Tentei por várias vezes entrar em contato com Luiz Roberto Toledo (através da Revista), sem sucesso, infelizmente. Esse artigo eu reproduzo (três páginas da Revista Globo Rural de Outubro de 97) depois desse meu modesto trabalho didático sobre o tema.

Material e Montagem

(a) Cortar a garrafa PET de refrigerante na posição indicada. Veja item (a) do projeto 56- Turbina à reação, nessa Sala.

(b) Amarre 3 fios de linha de pesca no gargalo da garrafa. Passe suas extremidades livres pelos orifícios simétricos feitos na borda recém-cortada da garrafa e a seguir una-os em um só fio de pesca. Fixe o sistema a um suporte. Na boca da garrafa adapte uma rolha de borracha com 1 furo.

(c) Pelo orifício da rolha passe um dos ramos de um cotovelo de vidro. Adapte um tubo de vidro em forma de T (junção T) a esse cotovelo, mediante um tubinho de látex. Um tubo de vidro de extremidade afilada (tipo conta-gotas reto) é preso (mediante látex) a perna central do T. Outro pedaço de tubo de látex é encaixado na extremidade livre do T.  

(d) Adapte o conjunto (c) na boca da garrafa e, apertando com os dedos o tubinho de látex livre, encha a garrafa com água. Quando cheia, solte o tubinho de látex permitindo o escoamento de água.

Aperte rapidamente esse tubinho, para Interromper bruscamente a saída de água e fazer surgir o golpe de aríete. Repare na elevação da água na perna central do T. Na bomba carneiro real, esse estrangulamento é feito automaticamente. Veja, você aproveitou-se da própria energia da água para fazer subir água!

Um projeto didático completo
A montagem abaixo ilustra um projeto didático completo para descrever e operar o Carneiro Hidráulico; uma excelente sugestão para Feira de Ciências.

As válvulas de entrega e de desperdício são feitas com esfera de aço (rolamentos) vedando compartimento cônico.
Na válvula de desperdício o vértice do cone está 'para cima', na saída de água [ /O\ ] e a esfera repousa sobre uma tela logo abaixo (quando a pressão diminui --- pela velocidade de escoamento --- a esfera é sugada e fecha essa saída).
Na válvula de entrega o cone está com o vértice 'para baixo' [ \O/ ] e a esfera está vedando a entrada de água na garrafa de compressão. Quando a válvula de desperdício se fecha, a onda de compressão levanta a esfera da válvula de entrega, permitindo a entrada de água na garrafa de compressão.
Quando a pressão do ar na garrafa se iguala à pressão da água na válvula de entrega, a esfera desce e veda a comunicação. Na fase seguinte é a pressão do ar dentro da garrafa que, superando a pressão da coluna de água no tubo de saída, permite a passagem de água da garrafa para o reservatório superior.

Um modo de ilustrar como o ar comprimido na garrafa 'empurra' a água de seu interior para o reservatório pode ser evidenciado pela seguinte montagem didática (meu protótipo foi feito com duas garrafas PET de 2 litros; as próprias tampas foram furadas para permitirem as passagens dos tubos plásticos):

De início a água do béquer enche o funil; a pressão exercida por essa coluna de água vence a pressão do ar no interior da garrafa B e desce; o nível de água na garrafa B aumenta e comprime o ar da garrafa B; a pressão desse ar comprimido transfere-se para a garrafa A, forçando a água de A transferir-se para a garrafa B via funil --- e o processo continua 'por conta própria'. Uma festa!
Você reconheceu que montagem é essa? Não! Ora, .... é a fonte de Heron! Apenas o prato que recolhe a água (no modelo tradicional) foi 'trocado' pelo funil e o tubo que 'esguicha' a água para cima transformou-se no tubinho que joga água no funil (veja Fontes de Heron, e compare!).

Sobre a montagem de um real Carneiro Hidráulico, reproduzo abaixo um excelente artigo.

Reprodução em formato .jpg de três páginas da Revista Globo Rural de Outubro de 1997

Aos amigos que desfrutarem desse trabalho, apreciaria comentários sobre essas "válvulas de retenção vertical" (lista de material itens N e O), detalhando seu funcionamento, indicando locais prováveis para adquirir tais válvulas (eis porque tentei várias vezes entrar em contato com os autores do trabalho) e, possivelmente, um 'modo caseiro' de produzí-las.
Antecipo agradecimentos.

Léo-Luiz Ferraz Netto - leobarretos@uol.com.br

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Com satisfação recebi algumas mensagens relativas ao parágrafo acima (válvulas de retenção). Agradeço a todos.
Abaixo coloco a cópia de uma dessas gratas e carinhosas mensagens:

"Caro professor,
Sou engenheiro e quero parabenizá-lo pelo excelente trabalho realizado em seu site feira de ciências, tenho certeza que é de grande valia para professores em sua preparação de aula.
No artigo sobre golpe de aríete, que no momento estou verificando, pois pretendo elevar uma pequena quantidade de água em um sítio, deparei com sua questão sobre as válvulas de retenção. Estou anexando um arquivo com o catálogo do fabricante Metalúrgica Ipê [ www.mipel.com.br  ] que traz os modelos utilizados no artigo da revista Globo Rural. Pode ser que este assunto já tenha sido esclarecido mas fica uma pequena contribuição para seu trabalho. Estas válvulas são facilmente encontradas, pelo menos em São Paulo onde resido, na Rua Florêncio de Abreu no centro da cidade mas o fabricante pode informar outros endereços.
Roberto Wenke Filho"

Nota: O arquivo anexado, referido no texto do amigo Roberto, pode ser 'baixado' do próprio site da Metalúrgica Ipê.
           Mais detalhes e informações sobre o Carneiro Hidráulico serão sempre bem vindas.

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Mais informações acabaram de chegar, indicando outro local de compra de tais válvulas de retenção  horizontais e verticais [ www.balaroti.com.br ]. 'Salgadinhos' os preços, não?! Eis os visuais:

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Novas contribuições, indicam (e eu endosso e agradeço) os seguintes links sobre o tema "Carneiro Hidráulico" e "Golpe de Aríete":

http://www.hidrovector.com.br/ebook-carneiro-hidraulico.asp

http://www.ceset.unicamp.br/webdidat/matdidat.php?cod=ST713&nome=Ariovaldo+Jose+da+Silva

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