ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.13; 2011 Pág. 1728 CONSTRUÇÃO E AVALIAÇÃO DE EQUIPAMENTO PARA BOMBEAMENTO DE
ÁGUA TIPO “CARNEIRO HIDRÁULICO ALTERNATIVO”
Jakeline Rosa de Oliveira1, Marcio Koetz2, Tonny José Araújo da Silva2, Ellen Cristina Alves de Anicésio3
1.Graduanda do curso de Engenharia Agrícola e Ambiental, Universidade Federal do Mato Grosso/Campus Universitário de Rondonópolis, Bolsista PIBIC/CNPq
2. Professor Doutor da Universidade Federal do Mato Grosso/Campus Universitário de Rondonópolis (marciokoetz@yahoo.com.br), Rondonópolis-Brasil
3. Graduanda do curso de Engenharia Agrícola e Ambiental, Universidade Federal do Mato Grosso/Campus Universitário de Rondonópolis. Brasil.
Data de recebimento: 07/10/2011 - Data de aprovação: 14/11/2011
RESUMO
O uso de carneiro hidráulico, equipamento amplamente empregado em propriedades rurais onde a energia é escassa ou inexistente, caracteriza-se como fonte alternativa ao bombeamento. Neste experimento objetivou-se avaliar as características construtivas do carneiro hidráulico alternativo com garrafa PET descartável. O carneiro hidráulico foi montado no laboratório de Hidráulica do Instituto de Ciências Agrárias e Tecnológicas (ICAT), Campus Universitário de Rondonópolis, Universidade Federal de Mato Grosso. Os testes foram realizados na área externa do ICAT. As fontes de variação do experimento foram as garrafas PETs descartável com capacidade de 0,6 L e 2 L, onde avaliou-se o volume recalcado, volume desperdiçado, altura da água recalcada e número de golpes de aríete por minuto. O desempenho do carneiro hidráulico com a garrafa PET de 0,6 L, foi superior ao da garrafa PET de 2 L, em volume recalcado. O número de golpes de aríete foi de 75 e 85 golpes por minuto para 2 L e 0,6 L, respectivamente. Houve, portanto, uma
pequena oscilação em relação aos diferentes volumes das garrafas. A vazão obtida para a garrafa PET de 0,6 L, correspondeu a 25,2 L/min e para a garrafa PET de 2,0 L, uma vazão de 20,4 L/min, sendo suficientes para uma pequena propriedade rural, em que usa-se normalmente um menor volume de água diária. A característica construtiva selecionada para o carneiro hidráulico testado foi o uso de garrafa PET descartável com capacidade de 0,6 L, por apresentar maior vazão de recalque.
PALAVRAS-CHAVE: carneiro hidráulico, golpe de aríete, garrafa PET
CONSTRUCTION AND EVALUATION OF EQUIPMENT FOR PUMPING WATER TYPE "HYDRAULIC RAM ALTERNATIVE"
ABSTRACT
The use of hydraulic ram, equipment widely used on farms where energy is scarce or nonexistent, is characterized as a source alternative to pumping. In this experiment aimed to evaluate the characteristics of the hydraulic ram constructive alternative to disposable plastic bottle. The hydraulic ram was mounted in the hydraulic laboratory of the Institute of Agricultural Sciences and Technology (ICAT), Campus Rondonopolis, Federal University of Mato Grosso. The tests were performed in the
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outer area of the ICAT. Sources of variation in the experiment were the disposable plastic bottles with a capacity of 0.6 L and 2 L, which we assessed the volume repressed, wasted volume, height and number of water pressed waterhammer per minute. The performance of the hydraulic ram with the 0.6 L PET bottle, the bottle was superior to PET 2 L in volume repressed. The number of water hammer was 75 and 85 strokes per minute for 2 L and 0.6 L, respectively. There was therefore a small oscillation with respect to various volumes of the bottles. The throughput obtained for the PET bottle 0.6 L, corresponding to 25.2 L / min and the 2.0 L PET bottle, a flow of 20.4 L / min, enough for a small farm, that normally uses a smaller volume of water daily. The constructive characteristic selected for the hydraulic ram was tested using disposable PET bottle with a capacity of 0.6 L, due to its higher flow rate of repression.
KEYWORDS: hydraulic ram, water hammer, PET bottle
INTRODUÇÃO
O carneiro hidráulico é uma bomba, porém funciona sem o uso de qualquer forma de energia externa. O uso de carneiro hidráulico, equipamento muito empregado em propriedades rurais onde a energia é escassa ou inexistente, caracteriza-se como fonte alternativa ao bombeamento (ABATE & BOTREL, 2002).
De acordo com HORNE & NEWMAN (2005) apud CARARO et al. (2007), o carneiro hidráulico apresenta, como vantagens, a não necessidade de fontes externas de energia, tais como os combustíveis derivados de petróleo ou energia elétrica, a manutenção e a operação simples, não exigindo mão-de-obra qualificada, o custo de aquisição e/ou montagem relativamente baixos e a possibilidade de uso durante 24 h por dia recalcando água sem emissão de poluentes ou gases. Como desvantagens, ABATE & BOTREL (2002) e CARVALHO (1998) apontam que a eficiência é determinada pelas condições locais, o golpe de aríete produz ruído, há necessidade de queda d’água e utilização de água limpa, além de recalcar somente uma pequena fração da vazão disponível na alimentação.
Quanto ao rendimento do carneiro hidráulico segundo ZARATE ROJAS (2002), o mesmo depende principalmente da relação da altura de queda do reservatório de alimentação até o carneiro hidráulico e altura de elevação do aparelho ao reservatório superior e, ainda, da perfeição com que é fabricado o aparelho. AZEVEDO NETTO & ALVAREZ (1988), afirmam que o rendimento varia entre 20 e 70%. De acordo com CERPCH (2002), o rendimento do carneiro hidráulico fabricado com garrafa PET está entre 30 e 60%.
O carneiro hidráulico fabricado com garrafa PET é um aparelho relativamente recente, com pouca informação e de grande importância em locais sem energia elétrica. Todavia, ele requer estudos que melhorem seu desempenho por mudanças em suas características construtivas e quantifiquem sua vazão de alimentação, de recalque, desperdiçada, e rendimento.
Este trabalho teve como objetivo avaliar as características hidráulicas de um carneiro hidráulico construído com garrafa PET para diferentes variações construtivas, com a finalidade de recomendar a combinação de melhor desempenho.
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METODOLOGIA
O carneiro hidráulico foi montado no Instituto de Ciências Agrárias e Tecnológicas (ICAT), Campus Universitário de Rondonópolis, Universidade Federal de Mato Grosso. Sua montagem ocorreu no laboratório de hidráulica do curso de Engenharia Agrícola e Ambiental. Para a construção do carneiro hidráulico em uma propriedade, por exemplo, são necessários os seguintes componentes: câmara de ar de garrafa PET de 0,6L e 2L (2), tês galvanizados de 1 polegada (2), niples de bronze de 1 polegada (3), válvula de retenção vertical de 1 polegada (1), válvula de poço de 1 polegada (1), bucha de bronze e redução de 1 polegada para ¾ de polegada (1), adaptador para mangueira de ¾ para ½ (1), parafuso com duas porcas (1), mola de acionador da válvula de descarga para vaso sanitário (1), fita veda rosca (1) e cola para cano PVC . Para a realização do teste do carneiro hidráulico na UFMT, foi acrescentado outras peças, como um manômetro, niples de bronze de 1 polegada (2), registro de 1 polegada (1), niple de redução de 1 polegada para ¾ (1), buchas de bronze e redução de 1 polegada para ¾ de polegada (2) e bucha de bronze e redução de 1 polegada para 1/2 polegada (Figura 1).
FIGURA 1- Carneiro montado.
Fonte: dados originais dos autores.
Foi construído um suporte para a caixa d’água com uma altura de 1,95 metros de altura com material reciclado do próprio campus. No laboratório de hidráulica foram feitas as devidas conexões das tubulações (bóia, extravasor, tubo de alimentação do carneiro) na caixa d’água de 300 L. O suporte e a caixa d’água foram posicionados na área externa do bloco da engenharia, próximo a casa de vegetação onde havia uma fonte de alimentação para a caixa d’água. O tubo de alimentação do carneiro possuía seis metros de comprimento e um diâmetro de 1polegada e uma inclinação de 45°, devido seu comprimento foi coloc ado um suporte a 3 metros de distância da caixa d’água para evitar ao máximo as perdas de cargas (Figura 2). Usando niple redutor de uma 1 polegada para ¾ polegada o carneiro hidráulico foi conectado ao tubo de alimentação (Figura 3). Após a montagem do experimento iniciou-se os testes para adequação do carneiro hidráulico. Desta forma mediu-se o volume de água que escoava pelo tubo de alimentação durante 15 segundos para a determinação da vazão.
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Como a vazão foi muito elevada em relação à capacidade do reservatório, o mesmo esvaziava-se rapidamente, o que não permitiu fazer nenhum teste com um tempo maior com este modelo de caixa d’água, além da tubulação de chegada que possuía um diâmetro maior do que o necessário para a determinação das características de vazão do carneiro hidráulico.
FIGURA 2 - visão geral, caixa d’água, FIGURA 3 - Carneiro Hidráulico instalado
suporte, tubo de alimentação. no tubo de alimentação Fonte:dados originais dos autores; Fonte: dados originais dos autores.
Sendo assim, o carneiro hidráulico foi instalado em uma tubulação conectada a uma moto-bomba da casa de vegetação, com o intuito de realizar os testes, apesar do volume da caixa d’água ser de apenas 500 L. Após a instalação do carneiro hidráulico, fez-se os ajustes para que possibilitasse desta forma o início dos testes com o recalque de água. Como neste local não havia declividade natural do terreno para o funcionamento do carneiro, utilizou-se uma moto-bomba de ½ cv da casa de vegetação para condução do testes (Figura 4).
FIGURA 4 – Carneiro hidráulico
instalado no tubo de alimentação oriundo de moto-bomba.
Fonte: dados originais dos autores.
Após a instalação do carneiro, iniciaram-se os testes com uma garrafa PET de 0,6L, onde mediu-se o volume de recalque, o volume desperdiçado e a altura da água recalcada. Em seguida utilizou-se uma garrafa PET de 2L, onde também foi
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medido o volume de recalque, o volume desperdiçado e a altura da água recalcada (Figura 5). Para medir o volume, utilizou-se um recipiente metálico de volume elevado para se obter o volume desperdiçado e um recipiente plástico para a obtenção do volume de recalque. A vazão foi medida pelo processo volumétrico usando uma proveta com capacidade de 1 L e cronômetro. Durante o teste, utilizou-se um manômetro de Bourdon para a obtenção da pressão de recalque. Deve-utilizou-se também fazer o ajuste da mola de modo que posicione a porca de aperto da haste no ponto em que ocorre a maior vazão de água recalcada. Foram feitas várias tentativas até encontrar a posição adequada da mola para o funcionamento adequado do carneiro hidráulico.
FIGURA 5- Carneiro Hidráulico com garrafa PET
de 2 L em funcionamento.
Fonte: dados originais dos autores.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os dados coletados foram analisados comparativamente considerando-se o desempenho do carneiro hidráulico de garrafa PET, para diferentes volumes de garrafas. Para cada volume da garrafa PET, foram realizados os testes, sendo que os valores estão dispostos na tabela 1.
TABELA 1 - Valores de volume de recalque, volume desperdiçado de água e pressão, para os diferentes volumes da garrafa PET Garrafa PET Tempo Volume de Recalque Volume Desperdiçado Pressão de recalque 0,6 L 30 s 12,5 L 17,2 L 1,7 m.c.a. 2 L 33 s 11,5 L 14,5 L 1,5 m.c.a.
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Nota-se de acordo com a tabela 1, que o desempenho do carneiro hidráulico, com a garrafa PET de 0,6 L, foi superior ao da garrafa PET de 2 L, tanto em volume recalcado quanto na altura do recalque. Obteve-se para a garrafa PET de 0,6 L, uma pressão de recalque de 1,7 m.c.a., um pouco superior a pressão de recalque da garrafa PET de 2 L, que foi de 1, 5 m.c.a.
Quanto ao número de golpes de aríete, obteve-se de 75 a 85 golpes por minuto (Tabela 2), uma pequena oscilação em relação aos diferentes volumes de garrafa. Um número menor de golpes por minuto indica um desgaste menor de peças móveis, o que pode induzir a uma vida útil menor destas peças.
Pode-se observar que a vazão de recalque para a garrafa PET de 0,6 L foi de 0,416 L/s, superior a vazão da garrafa PET de 2 L, em que obteve-se 0,348 L/s. Em relação a vazão desperdiçada, obteve-se uma vazão de 0,439 L/s para a garrafa de 2 L, ou seja, menor que a vazão de 0,573 L/s para a garrafa de 0,6 L/s.
Usualmente, o rendimento do carneiro hidráulico não é alto visto que grande parte da água fornecida ao equipamento não é recalcada e também pelo uso de muitas peças, as quais amortecem o golpe aríete. Segundo CERPCH (2002) o rendimento do carneiro hidráulico fabricado em PVC está entre 30 a 60%.
Em função da restrição de água para a realização de vários testes, recomenda-se que novos projetos com o carneiro hidráulico alternativo sejam realizados sem nenhuma restrição de água, uma vez que a maior parte da água usada para a realização dos testes é desperdiçada e não retorna para o reservatório.
TABELA 2 - Valores de vazão de recalque, vazão desperdiçada de água e número de golpes de aríete, para os diferentes tratamentos efetuados.
Vazão Garrafa
PET Vazão Recalque Vazão Desperdiçada
0,6 L 0,416 L/s 0,573 L/s
2 L 0,348 L/s 0,439 L/s
CONCLUSÕES
1. A característica construtiva selecionada para o carneiro hidráulico testado foi o uso de garrafa PET descartável com capacidade de 0,6 L por apresentar maior vazão de recalque.
2. O uso inadequado da mola no carneiro hidráulico poderá acarretar no mal funcionamento do carneiro hidráulico.
AGRADECIMENTOS
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ABATE, C.; BOTREL, T. A. Carneiro hidráulico com tubulação de alimentação em aço galvanizado e em PVC. Scientia Agrícola, Piracicaba, v.59, n.1, p.197-203, 2002.
AZEVEDO NETTO, J. M; ALVAREZ, G. A. Manual de Hidráulica. 2.ed. São Paulo: Edgar Blucher, v.1, p.1724.1988.
CARARO, D. C.; DAMASCENO, FLAVIO A.; GRIFFANTE, G.; ALVARENGA, LÍVIA A. Características construtivas de um carneiro hidráulico com materiais alternativos.
Agriambi, Campina Grande, v. 11, n.4, p.349-354, 2007.
CARVALHO, J. A. Aproveitamento de energia hidráulica para acionamento de
roda d’água e carneiro hidráulico. Lavras: UFLA/ FAEPE, 1998. 98p.
CERPCH – Centro Nacional de Referência em Pequenos Aproveitamentos
Hidroenergéticos. 2002. Disponível em: http://www.cerpch.efei.br. Acesso em 22 de
set. de 2011.
ZÁRATE ROJAS, R. N. Modelagem, otimização e avaliação de um carneiro
