UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE

CENTRO DE CINCIAS E TECNOLOGIA

PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

Avaliao da Performance de um Sistema

de Bombeamento de gua Acionado Por

Propulso Humana

Autor: Francisco de Assis Brasileiro Filho

Orientadores: Prof. Dr. Antonio Gilson Barbosa de Lima

Prof. Dr. Yoge Jeronimo Ramos da Costa

Campina Grande, dezembro de 2012

PB Brasil

.

ii

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE

CENTRO DE CINCIAS E TECNOLOGIA

PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

Avaliao da Performance de um Sistema

de Bombeamento de gua Acionado por

Propulso Humana

Autor: Francisco de Assis Brasileiro Filho

Orientadores: Prof. Dr. Antonio Gilson Barbosa

Prof. Dr. Yoge Jeronimo Ramos da Costa

Curso: Engenharia Mecnica

rea de Concentrao: Fenmenos de Transporte e Energia

Dissertao de mestrado apresentada ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia

Mecnica, como requisito para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Mecnica.

Campina Grande, dezembro de 2012

PB Brasil

iii

iv

v

DEDICATRIA

minha esposa Maria de Lourdes Lopes Brasileiro e aos meus

filhos, Candice Lopes Brasileiro, Thyago Lopes Brasileiro, Hayane

Lopes Brasileiro, Ramon Lopes Brasileiro, Rodrigo Lopes

Brasileiro e Rachel Chrystianne Lopes Brasileiro.

vi

AGRADECIMENTOS

A Deus que me deu fora sabedoria e graa para vencer um dos obstculos mais

difceis enfrentado at hoje.

Ao Prof. Francisco Barbosa de Lucena pela bondade que lhe peculiar, por ter

acreditado no meu trabalho.

Ao Prof. Dr. Celso Rosendo Bezerra Filho, pela pacincia, ajuda, o que muito me

motivou para concluso e realizao deste trabalho.

Ao Prof. Dr. Marcelo Bezerra Grilo pelo apoio e ajuda em momentos de dvidas.

Ao Prof. Dr. Yoge Jernimo Ramos da Costa por sua ajuda no momento em que mais

necessitei sem o qual no teria conseguido concluir meu sonho maior.

Ao Prof. Dr. Antonio Gilson Barbosa de Lima por ter acreditado que eu seria capaz de

realizar este trabalho, alm da grande ajuda prestado para finalizao deste trabalho.

Ao Prof. Dr. Juscelino de Farias Maribondo pelo incentivo e ajuda.

A toda equipe do LabEM, Daniel, Renan, Marcelo, pela grande ajuda na realizao

dos experimento.

A toda equipe de mestrado e doutorado, Joo Paulo, Joo, Daniel, Josedite, Iran,

Paulo, Vieira, Vernica Pinto, Helder Giuseppe, Luis Roberto e demais companheiros,

obrigado pelo incentivo e ajuda.

vii

A vida como uma bicicleta.

Para manter sua vida equilibrada voc a deve manter em movimento.

Albert Einstein

viii

SUMRIO

INTRODUO .......................................................................................................................................1

REVISO BIBLIOGRFICA ................................................................................................... 3

2.1 Sistemas usados na elevao d gua ................................................................................... 3

2.2 Classificaes das mquinas elevadoras............................................................................... 3

2.2.1. Mquinas elevadoras por transporte .....................................................................................5

2.2.1.1 Balde ................................................................................................................... 5

2.2.1.2 Corrente .............................................................................................................. 5

2.2.1.3 Noras ................................................................................................................... 6

2.2.1.4 Roda d gua ....................................................................................................... 7

2.2.2 Mquinas elevadoras por aspirao e recalque (bombas) .....................................................9

2.2.2.1 Bomba de pisto (movimento alternativo) ......................................................... 9

2.2.2.2 Bomba por diafragma (movimento oscilante) .................................................. 11

2.2.2.3 Bomba peristltica ............................................................................................ 12

2.2.3 Mquinas elevadoras ........................................................................................................... 13

2.2.3.1 Carneiro hidrulico ........................................................................................... 13

2.2.3.2 Bomba dgua pneumtica de ar comprimido .................................................. 15

2.2.4 Mquinas elevadoras rotativas ............................................................................................ 16

2.2.4.1 Bomba de engrenagem ..................................................................................... 16

2.2.4.2 Bomba d`gua rotativa de palheta .................................................................... 17

2.2.4.3 Bomba rotativa de pisto .................................................................................. 18

2.2.5 Bomba alternativa ................................................................................................................ 18

2.2.5.1 Princpios gerais ............................................................................................... 18

2.2.5.2 Fontes de energia para acionamento de mquinas elevadoras d gua ............. 20

2.2.6 O estado da arte sobre sistemas de bombeamentos de gua alternativos ............................... 24

METODOLOGIA ..................................................................................................................... 40

3.1 Experimental ................................................................................................................... 40

3.1.1 Sistema de bombeamento pedal ...................................................................................... 40

3.1.2 Testes experimentais ........................................................................................................... 49

ix

3.1.2.1 Equipamentos auxiliares ............................................................................................... 49

3.1.3 Procedimento experimental ........................................................................................................ 54

3.1.4 Procedimento Terico .................................................................................................. 59

RESULTADOS E DISCUSSO ............................................................................................. 67

4.1 Avaliao experimental do desempenho do sistema de bombeamento .......................... 67

4.2 Avaliao terica do desempenho do sistema de bombeamento pedal........................ 71

4.2.1 Avaliao da fora no pedal ................................................................................................. 71

4.2.3 Comparao entre foras no pedal e mbolo da bomba..................................................... 73

4.2.4 Avaliao do torque nos eixos da manivela e do pedal ....................................................... 74

4.2.5 Avaliao das potncias da bomba e do pedal (potncia humana) ..................................... 77

4.2.6 Avaliao da performance da bomba e sistema de bombeamento. ................................... 77

4.3 Consideraes finais sobre o sistema de bombeamento ................................................. 82

CONCLUSES E SUGESTES PARA FUTUROS TRABALHOS ..................................... 86

5.1 - Concluses .................................................................................................................... 86

5.2 - Sugestes para trabalhos futuros .................................................................................. 87

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ..................................................................................... 88

x

RESUMO

BRASILEIRO, Francisco de Assis, Avaliao da Performance de um Sistema de

Bombeamento de gua Acionado Por Propulso Humana. Campina Grande: Ps-

Graduao em Engenharia Mecnica, Universidade Federal de Campina Grande, 2012, 116 p.

Dissertao (mestrado).

Bombas tem sido usadas para transportar gua de um local para outro. Estes

equipamentos podem ser acionados por cataventos, energia solar, motores eltricos e

combustveis fosseis. Contudo, em regies onde a energia eltrica no est disponvel, pode-

se usar fontes no convencionais, como a fora humana. Neste sentido, este trabalho tem

como objetivo avaliar a performance de um sistema de bombeamento pedal acionado por

propulso humana. O procedimento utilizado foi baseado na otimizao de um sistema

experimental envolvendo o prottipo e seres humanos, em diversas condies operacionais de

altura de recalque. Apresenta-se uma modelagem terica para determinar a eficincia da

bomba de pisto e do sistema de bombeamento. Resultados de vazo, fora, torque, potncias

e rendimento mecnico so apresentados e analisados. Verificam-se que diante dos resultados

alcanados possvel afirmar que o prottipo vivel, para as condies, recalque de gua at

7 m de altura e vazo volumtrica de 0,700 m/s.

Palavras Chave: Sistema de bombeamento; bomba de pisto; gua; foras; potncia;

eficincia; terico; experimental.

xi

ABSTRACT

BRASILEIRO, Francisco de Assis, Performance Evaluation of a Water Pumping System

Operated by Human Propulsion. Campina Grande: Ps-Graduao em Engenharia

Mecnica, Universidade Federal de Campina Grande, 2012, 116 p. Dissertao (mestrado).

Pumps have been used to transport water from one location to another. These

equipments can be powered by weathervanes, solar energy, electric motors and combustion

engines. However, in regions where electricity is not available, you can use unconventional

sources, such as human strength. Thus, this study ai am to evaluate the performance of a

system of pumping operated by human propulsion. The procedure used was based on the

optimization of an experimental system involving humans and the prototype under various

operating conditions. Theoretical modeling to determine the efficiency of a piston pump and

pumping system.Results of volumetric flowrate, force, torque, power and mechanical

performance are presented and analyzed. The results show that the prototype is viable to

conditions of pumping up 7m an volumetric flowrate of 0,700 m/s.

Keywords: Pumping system; piston pump; water; force; power; efficiency, theorical;

experimental.

xii

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 Bomba de pisto e Picota fabricada no sculo 1 em ferro fundido ........................... 4

Figura 2.2 Balde ou sarrilho ....................................................................................................... 5

Figura 2.3 Corrente ..................................................................................................................... 6

Figura 2.4 Vista em corte lateral de nora de balde ..................................................................... 7

Figura 2.5 Roda d gua ............................................................................................................. 7

Figura 2.6 Roda mista sobre flutuador ....................................................................................... 8

Figura 2.7 Parafuso de Arquimedes .......................................................................................... 9

Figura 2.8 Bomba de pisto simples ......................................................................................... 11

Figura 2.9 Bomba de diafragma para gua ............................................................................... 12

Figura 2.10 Bomba peristltica ................................................................................................. 13

Figura 2.11 Carneiro hidrulico................................................................................................ 14

Figura 2.12 Carneiro hidrulico com garrafa PET ................................................................... 15

Figura 2.13 Bomba d`gua de ar comprimido pneumtica ...................................................... 16

Figura 2.14 Bomba d gua rotativa de engrenagens ................................................................. 17

Figura 2.15 Bomba rotativa de palheta ..................................................................................... 18

Figura 2.16 Bomba rotativa de pisto ....................................................................................... 19

Figura 2.17 Esquema de bomba de pisto ................................................................................ 20

Figura 2.18 Bomba de pisto acionada por catavento ............................................................. 22

Figura 2.19 Bomba centrifuga ................................................................................................. 25

Figura 2.20 Diferentes tipos de bomba em operao ............................................................... 26

Figura 2.21 Bomba de mecate .................................................................................................. 27

Figura 2.22 Carneiro hidrulico com garrafa PET ................................................................... 28

Figura 2.23 Sistema de bombeamento sendo operado por bicicleta......................................... 29

Figura 2.24 Sistema de bombeamento sendo preparado para uso ............................................ 29

Figura 2.25 Bicicleta com bomba ............................................................................................. 30

Figura 2.26 Bomba acionada por pedais de bambu .................................................................. 31

Figura 2.27 Bomba de gua acionada por savonius ................................................................. 32

Figura 2.28 Diversos sistemas de bombeamento pedal em operao .................................... 33

Figura 2.29 Sistema de bombeamento pedal recalcando gua de um poo ........................... 33

xiii

Figura 2.30 Bomba de gua Jabsco .......................................................................................... 34

Figura 2.31 Bomba de rio rife .................................................................................................. 35

Figura 2.32 Bomba de diafragma ............................................................................................. 36

Figura 2.33 Esquema da bomba de diafragma ......................................................................... 36

Figura 2.34 Unidade de bombeamento pedal aperfeioada ................................................... 37

Figura 2.35 Bomba dgua manual puxa-empurra .................................................................... 38

Figura 2.36 Copos da bomba .................................................................................................... 39

Figura 2.37 Roda com manivela ............................................................................................... 40

Figura 3.1 Unidade de bombeamento a pedal acionada por proulso humana ........................ 41

Figura 3.2 Unidade de bombeamento pedal acionada por propulso humana

aperfeioada ............................................................................................................ 42

Figura 3.3 Bomba de pisto ...................................................................................................... 42

Figura 3.4 Vlvulas em bronze ................................................................................................. 43

Figura 3.5 Registros e coneces ............................................................................................ 43

Figura 3.6 mbolo da bomba de pisto com vedante .............................................................. 43

Figura 3.7 Unidade de bombeamento a pedal .......................................................................... 44

Figura 3.8 Coroa 48, 38 e 28 dentes ......................................................................................... 45

Figura 3.9 Coroas 3,4,5 e corrente ........................................................................................... 45

Figura 3.10 Coroa 3 e corrente ................................................................................................. 45

Figura 3.11 Vista traseira do sistema de bombeamento ........................................................... 46

Figura 3.12 Unidade de bombeamento a pedal pronto para uso .............................................. 47

Figura 3.13 Vista do sistema de transmisso ............................................................................ 47

Figura 3.14 Eixo O3 ................................................................................................................. 48

Figura 3.15 Eixo O2 e coroa 1 .................................................................................................. 48

Figura 3.16 Parte trazeira da bomba ......................................................................................... 49

Figura 3.17 Bomba d gua manual Riachuelo de dupla seo ................................................ 49

Figura 3.18 Sistema biela-manivela ......................................................................................... 49

Figura 3.19 Vacumetro ........................................................................................................... 50

Figura 3.20 Manmetros .......................................................................................................... 50

Figura 3.21 Termhigrmetro .................................................................................................. 51

Figura 3.22 Balana Eltrica welmy ........................................................................................ 51

Figura 3.23 Ciclo computador cateie velo 8 ............................................................................. 52

xiv

Figura 3.24 Tambor de coleta d gua ...................................................................................... 52

Figura 3.25 Mangueira Flexiteno ............................................................................................. 53

Figura 3.26 Garrafa PET com tubulao de recalque ............................................................... 53

Figura 3.27 Andaime com tambor e balana ............................................................................ 54

Figura 3.28 Proveta sendo usada para medir o volume de gua bombeada ............................. 54

Figura 3.29 Unidade de bombeamento a pedal em uso ............................................................ 55

Figura 3.30 Unidade de bombeamento pedal ........................................................................ 56

Figura 3.31 Tambor armazenando gua para medio de volume ........................................... 57

Figura 3.32 Averiguando volume da gua................................................................................ 57

Figura 3.33 Medio da presso no manmetro de mercrio ................................................... 58

Figura 3.34 Medio do volume da gua ................................................................................. 58

Figura 3.35 Andaime com tambor ............................................................................................ 58

Figura 3.36 Tambor sobre balana para medio da massa dgua ......................................... 59

Figura 3.37 Diagrama e esquema do sistema de bombeamento ............................................... 61

Figura 3.38 Esquema da bomba ............................................................................................... 62

Figura 3.39 Esquemas de foras atuando no mbolo da bomba. .............................................. 63

Figura 3.40 Esquema de foras atuando nos eixos O2 e O3 .................................................... 64

Figura 3.41 Esquema de foras atuando nas coroas (2,3 e 4) e fora no pedal ........................ 64

Figura 3.42 Vista frontal do sistema de transmisso. ............................................................... 65

Figura 3.43 Esquema de medio da bomba ............................................................................ 66

Figura 4.1 Vazo mssica da gua em funo da velocidade angular das coroas de

28 e 38 dentes. ........................................................................................................ 68

Figura 4.2 Presso na sada da bomba para as coroas 28 e 38 dentes, em funo da

altura manomtrica ................................................................................................. 71

Figura 4.3 Vazo volumtrica da gua em funo da altura manomtrica de recalque ........... 71

Figura 4.4 Fora no pedal em funo da altura manmetrica de recalque, para

as2coroas de 28 e 38 dentes. ................................................................................... 72

Figura 4.5 Fora e torque no eixo do pedal em funo da altura manomtrica de

recalque. .................................................................................................................. 73

Figura 4.6 Fora e torque no eixo do pedal em funo da altura manomtrica de

recalque, coroa com 38 dentes. ............................................................................... 74

xv

Figura 4.7 Fora no pedal e mbolo da bomba em funo da altura manomtrica de

recalque (coroa 28 dentes). ..................................................................................... 75

Figura 4.8 Fora no pedal e mbolo da bomba em funo da altura mannmetrica de

recalque, Coroa de 38 dentes. ................................................................................. 75

Figura 4.9 Torque nos eixos O2 (eixo da manivela) e O4 (eixo do pedal) em funo

da altura manomtrica para as coroas de 28 e 38 dentes. ...................................... 76

Figura 4.10 Torque nos eixos O2 (eixo da manivela) e O4 (eixo do Pedal) em funo

da altura manomtrica para as coroas de 28 e 38 dentes. ....................................... 77

Figura 4.11 Torque no eixo O4 (pedal), para coroas de 28 e 38 dentes em funo da

altura manmetrrica de recalque............................................................................. 77

Figura 4.12 Potncia da bomba e do pedal (humana) em funo da altura

manomtrica de recalque para as coroas de 28 dentes. .......................................... 78

Figura 4.13 Potncia da bomba e do pedal (humana) em funo da altura

manomtrica de recalque para as coroas de 38 dentes. .......................................... 79

Figura 4.14 Performance do sistema de bombeamento a pedal em funo da altura

manomtrica para as coroas de 28 e 38 dentes ....................................................... 79

Figura 4.15 Performance do sistema de bombeamento em funo da potncia da

bomba para as coroas de 28 e 38 dentees ............................................................... 81

Figura 4.16 Rendimento volumtrico em funo da altura, para as coroas 28 e 38

dentes ...................................................................................................................... 82

Figura 4.17 Potncia mxima disponibilizada para um homem, mulher e criana e

aquela usada para acionar o sistema de bombeamento deste trabalho .................. 83

Figura 4.18 Assento considerado como ideal ........................................................................... 84

Figura 4.19 Banco, posio das mos, regio lombar e falta de proteo para os ps ............. 85

Figura 4.20 Sistema de transmisso sendo acionado ................................................................ 86

Figura 4.21 Posicionamento original da bomba manual .......................................................... 86

xvi

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 Fontes de energia para o acionamento de mquinas elevadoras dgua ................. 21

Tabela 2.2 Potncia para uma pessoa sem condicionamento fsico ......................................... 23

Tabela 2.3 Potncia disponvel para uma pessoa que pratica atividade fsica ......................... 23

Tabela 2.4 Potncia disponvel para homem, mulher e criana ............................................... 23

Tabela 3.1 Condies experimentais usadas nesta pesquisa .................................................... 59

Tabela 4.1 Dados obtidos apartir dos experimentos realizados................................................ 70

Tabela 4.2 Dados tericos obtidos a partir de experimentos realizados com a unidade

de bombeamento pedal ....................................................................................... 80

Tabela 4.3 Vazes das bombas fornecidas por diversos autores ............................................. 82

Tabela 4.4 Comparao entre as potncias disponibilizada para um homem, uma

mulher e uma criana, e aquela disponibilizada para acionar o sistema de

bombamento pedal .............................................................................................. 83

xvii

NOMENCLATURA

Letras Latinas

Ab rea da bomba (m)

Ab rea do mbolo da bomba (m)

db Dimetro da bomba (m)

FC1 Fora na coroa 1 (N)

FC2 Fora na coroa 2 (N)

FC3 Fora na coroa 3 (N)

FC4 Fora na coroa 4 (N)

FC5 Fora na coroa 5 (N)

Fb Fora no mbolo da bomba (N)

Fm Fora na manivela (N)

Fp Fora no pedal (N)

g Acelerao da gravidade (m/s)

He Altura manomtrica de entrada (suco) (m)

Hs Altura manomtrica de sada (m)

lb Comprimento do mbolo da bomba (m)

m Massa (kg)

Vazo mssica (kg/h)

P Presso (Pa)

Pa Pascal (Pa)

Pe Presso de entrada (suco) (Pa)

Ps Presso de sada ou recalque (Pa)

Q Vazo (m/h)

rC1 Raio da coroa 1 (m)

rC2 Raio da coroa 2 (m)

rC3 Raio da coroa 3 (m)

rC4 Raio da coroa 4 (m)

rC5 Raio da coroa 5 (m)

xviii

rm Raio da manivela (m)

rpm Rotao por minuto (rpm)

rP Raio do pedal (m)

rv Raio do volante (m)

t Tempo (s)

Tem Torque no eixo da manivela (N.m)

TO1 torque no eixo 1 (N.m)

TO2 Torque no eixo 2 (N.m)

TO3 Torque no eixo 3 (N.m)

v Velocidade (km/h)

V Volume (m)

Vb Volume da bomba (m)

Vb Volume do mbolo da bomba (m)

b Potncia da bomba (W)

p Potncia do pedal (W)

Letras Gregas

O3 Velocidade angular no eixo 3 (rad/s)

O2 Velocidade angular no eixo 2 (rad/s)

O1 Velocidade angular no eixo 1 (rad/s)

V Velocidade angular do volante (rad/s)

Massa especifica da gua (kg/m)

t Peso especfico tabelado (m/kg)

r Peso especifico real (m/kg)

v Rendimento volumtrico da bomba (%)

m Rendimento da potncia da bomba e do homem (%)

CAPTULO I

INTRODUO

Semirido o espao geogrfico onde ocorrem secas prolongadas que levam ao

fracasso agrcola e migraes do homem do campo para grandes e pequenos centros

habitacionais. O maior problema do semirido no bem a falta de chuva e sim sua

irregularidade no tempo e espao, ou seja, quanto tempo transcorre entre uma chuva e a

prxima, e a que distncia a prxima chuva poder cair da chuva anterior. Contudo, chuvas

irregulares fazem parte do clima, e, o ser humano tem uma parcela de culpa, no que diz

respeito ao desmatamento, queima das matas e caa sem controle (gua de Chuva, 2012).

Ser que s no Brasil existem regies semiridas, e o que dizer do mundo? Em regies

da frica chove alguns dias por ano ou passa at vrios anos sem chover, por essa razo

existem to poucas plantas e animais. Existem 49 pases do globo terrestre com clima

semelhante ao nordeste brasileiro que um dos maiores, mais populoso e tambm mais mido

do mundo.

Para suprir suas necessidades, a populao rural depende da chuva, de poos

perfurados e cisternas. Porm, esses poos ou audes ficam bastante distante de suas

residncias. Devido a isto, a gua transportada atravs de carroas e caminhes pipa at seu

destino final que so as residncias ou pequenas lavouras (Mendona et al., 2009).

Se por um lado a gua extremamente importante, por outro, a energia tambm

desempenha seu grande papel. A energia essencial para o desenvolvimento social e

econmico e para uma melhor qualidade de vida. Segundo o Balano Energtico Nacional

(BEN, 2012), o sol continua sendo a principal fonte de energia para a terra, alm disso, todas

as formas de energia devem ser usadas de maneira a preservar a atmosfera, a sade humana e

o meio ambiente, diminuindo o efeito estufa provocado pela queima de combustveis

derivados do petrleo e demais substncias txicas. Neste sentido, diversas pesquisas em

novas fontes de energia renovveis como heliotrmica, solar, fotovolticas, elica, hdrica,

biomassa, marinha, animal e humana tm sido desenvolvidas (BEN, 2012).

2

No caso particular do fornecimento de gua para populaes rurais, a energia

renovvel de gerao autnoma, desempenha um papel importante, e tem contribudo para o

desenvolvimento social de muitas regies isoladas em vrias partes do mundo. A garantia do

suprimento de gua e melhora das condies de higiene, reduz a incidncia de doenas

associadas ao acesso inadequado da mesma, bem como, a diminuio da migrao humana

para outras regies. Desta forma, a gua tem um papel fundamental, considerando a situao

do semirido nordestino.

Nos dias atuais, o homem tem procurado formas de bombear a gua para seu

armazenamento e uso. A bomba centrfuga de altas vazes pode ser acionada por um motor a

diesel ou gasolina ou como naturalmente mais utilizado, acionado por energia eltrica. A

bomba de diafragma pode ser acionada por roda dgua, como tambm, pode ser acionada por

eletricidade (maior uso) e em veculos, pode ser acionada por baterias. A bomba de pisto

utiliza como fora motriz, energia elica e solar convertida para eltrica ou fora humana.

Sendo assim, a inexistncia de rede eltricas em muitos locais do semirido,

irregularidade e os custos do fornecimento de combustvel em muitas regies, motivam a

introduo de sistemas de bombeamento baseados em recursos energticos disponveis

localmente. Neste contexto, o desenvolvimento de uma unidade de bombeamento pedal

acionada mecanicamente por fora humana, surge como uma possvel forma de reduzir os

problemas com transporte de gua, consumo de energia e impacto ambiental.

Considerando o cenrio apresentado, esta pesquisa tem como objetivos:

a) Modificar e aperfeioar um sistema de bombeamento de gua existente,

acionada pedal por propulso humana;

b) Avaliar a performance do sistema de bombeamento acionado pedal por propulso

humana, para diferentes alturas de recalque.

3

CAPITULO II

REVISO BIBLIOGRFICA

2.1 Sistemas usados na elevao d gua

Quando se necessita elevar gua a um local acima da sua fonte, usam-se as j bem

conhecidas bombas dgua ou sistemas elevadores. Atualmente existe uma gama

diversificada de bombas, das mais simples as mais sofisticadas.

A origem da bomba dgua surgiu nos primrdios da humanidade. Na antiga Grcia,

desde o sculo VI a.C. j havia tecnologia para captao e distribuio de gua longas

distncias. Em Atenas nessa poca, j existiam caixas d'gua localizadas nas partes mais altas

da cidade. Um dos primeiros utenslios teria sido um balde ligado a uma corda (Figura 2.1b),

mais tarde suspenso por um gancho e, depois, por uma roldana, por ser mais fcil transportar

o material.

A bomba de pisto, era usada em Roma no governo de Csar Augusto (sculo I a.C), e

em Alexandria (sculos V e VI a.C.). Nessa epoca j existiam bombas em ferro fundido

(Figura 2.1). No decorrer dos tempos, novos tipos de bombas foram criadas, outras

desenvolvidas, no entanto as antigas bombas de pisto ou mbolo possuem ainda hoje um uso

em larga escala, devido s condies exigidas (pequenas vazes). A picota (cegonha) ainda se

encontra disseminada nos nossos campos (Dalley e Oleson, 2012).

2.2 Classificaes das mquinas elevadoras

As mquinas elevadoras podem ser classificadas de diversas formas, tais como: por

transporte, aspirao e recalque, por colunas, rotativos e alternativos.

Por transporte: balde, corrente, nora de balde e de rosrio, rodas, parafusos de

Arquimedes e rodas mistas.

Por aspirao e recalque: pisto (movimento alternativo), diafragma

(movimento oscilante), de rotor (movimento circular).

4

Por Coluna: carneiro hidrulico e bomba de ar comprimido.

Rotativas: um s rotor (palhetas, pisto rotativo e parafuso simples) e com

vrios rotores (engrenagens, mltiplos rotores e parafusos).

Alternativas: pisto e diafragma (acionadas mecanicamente).

Figura 2.1) a) Bomba de pisto, fabricada em ferro fundido (2011). Fonte: http://www.bombascentrifugas.com.br/bombas-uma-breve-histria-2 (2011)

Figura 2.1) b) Picota. Fonte: http://www.bombascentrifugas.com.br/bombas-uma-breve-histria-2 (2011)

http://www.bombascentrifugas.com.br/bombas-uma-breve-histria-2http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Gemes_kut.JPGhttp://www.bombascentrifugas.com.br/bombas-uma-breve-histria-2

5

2.2.1. Mquinas elevadoras por transporte

Neste grupo esto inclusas as mquinas mais simples e mais antigas, muitas das quais,

j tecnologicamente superadas e raramente utilizadas, a exemplo de: baldes, correntes, noras

de balde e rosrio, rodas d gua com (baldes, ps, mista), parafusos de Arquimedes (MIRTI et

al 2012).

2.2.1.1 Balde

Consiste basicamente de um balde preso a uma corda acionada manualmente, a mo

livre, atravs de sarrilho (Figura 2.2).

Figura 2.2 - Balde ou Sarrilho.

Fonte: http://www.bombascentrifugas.com.br/bombas-uma-breve-histria-2 (2011).

2.2.1.2 Corrente

Consiste em elevar a gua pela simples aderncia do lquido corrente conforme

mostra a Figura 2.3. uma corrente metlica de material leve montada em roldanas. A

velocidade da corrente deve ser superior velocidade de descida do lquido. Com isso, forma-

se uma corrente lquida que tende a acompanhar a corrente metlica. Na parte superior da

corrente h uma escova ou anel de borracha que retira a gua. Vale salientar que a corrente

deve ter os elos curtos e achatados. A velocidade da corrente tem um valor mdio abaixo do

qual no h elevao, e acima deste valor a gua retorna pelo lado oposto da corrente.

possvel com o uso dessa corrente elevar gua de poos com profundidade at 30 m.

http://www.bombascentrifugas.com.br/bombas-uma-breve-histria-2

6

2.2.1.3 Noras

As noras ou esteiras foram muito usadas antigamente, antes do advento das bombas,

tendo seu uso diminudo nas ultimas dcadas. Divide-se em dois tipos: de balde e de rosrio.

a) Nora com balde

constitudo por um grande nmero de baldes montados numa cadeia sem fim

atrelada a uma roldana na parte superior, na qual aplicada a fora motriz para retirada do

fludo. A fora motriz pode ser proveniente de motor, manual ou trao animal. Com o girar

da roldana, os baldes deslocam-se no sentido das setas, passando por dentro da gua do poo,

subindo cheios e despejando em um coletor apropriado. A vazo desse tipo de mquina

depende da capacidade dos baldes, da velocidade perifrica da cadeia e do nmero de baldes

que passa por segundo. A Figura 2.4 ilustra a configurao dessa mquina.

b) Nora de rosrio

semelhante a de balde, com a diferena de que a cadeia provida de discos de couro

ou de borracha que, passando por um tubo vertical, faz com que a gua seja elevada no

interior deste.

Figura 2.3 Corrente.

Fonte: Daker (1983)

7

Figura 2.4 Vista em corte lateral de nora de balde. Fonte: Daker (1983).

2.2.1.4 Roda d gua

A roda d gua um dispositivo circular montado sobre um eixo, contendo na sua

periferia baldes ou aletas dispostas de modo a poder aproveitar a energia hidrulica atuante

sobre o sistema.

a) Roda com baldes

Os baldes so montadas diagonalmente na roda. A gua conduzida por um canal e

derramada na parte alta da roda, de modo a encher os baldes a medida que estes passam pela

parte alta da roda, isso faz com que um dos lados da roda fique mais pesada, fazendo-a girar.

Este tipo de roda extrai, principalmente, a energia potencial da gua, uma vez que faz o

aproveitamento do deslocamento da gua de um ponto mais alto para um ponto mais baixo

(Figura 2.5).

Figura 2.5 - Roda dgua com balde.

Fonte:http://PT.wikipedia.org/wiki/ficheiro (2011).

Balde

Balde

Balde

corrente

Calha

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Noriacristina.JPG

8

b) Roda mista (baldes e aletas)

Esta roda empregada em rios, aproveitando a velocidade da gua para seu

funcionamento. A roda tem em sua periferia grandes ps e um nmero determinado de baldes.

A medida que a gua do rio se desloca, movimenta e impulsiona as ps, dando movimento de

rotao. Entre as ps, os baldes so adaptados de modo a encherem-se com o movimento da

roda, elevando e despejando em coletor prprio a gua captada. Nos rios onde o regime de

cheias fornece pequena variao do nvel da gua, essa roda instalada nas margens. Quando

a variao do nvel mais acentuada, elas so instaladas em flutuadores que acompanham o

movimento de sobe e desce do rio (Figura 2.6).

Figura 2.6 Roda mista sobre flutuador.

Fonte: Daker (1983)

2.2.1.5 Parafuso de Arquimedes

Arquimedes ( 287 - 212 a.C.), idealizou e construiu um parafuso de rosca larga e

colocou-o no interior de um cilindro e no topo, uma manivela, para poder girar o parafuso.

Esse dispositivo tinha a vantagem de ser porttil, podendo ser transportado de um local para

outro, por essa razo, foi largamente utilizado para elevar gua pelos egpcios (Lima, 2003).

9

Os gregos no Sculo III a.C. usaram bastante este dispositivo para pequenas elevaes

de no mximo 3,50 m. O rendimento apresentado est entre 40 e 60%. Sua vazo est em

aproximadamente 0,004 m/h, para uma altura manomtrica de 1m, quando acionado por um

homem com boas condies fsicas, durante um intervalo de tempo de 6 horas seguidas, at

0,7 m/h para uma altura de 4,5 m quando acionado por moinhos de vento (Figura 2.7).

Figura 2.7 - Parafuso de Arquimedes.

Fonte:http://www.bombascentrifugas.com.br (2011)

2.2.2 Mquinas elevadoras por aspirao e recalque (bombas)

Este tipo de bomba faz com que o fluido se mova isolando um volume determinado e,

aplicando uma fora (provoca um deslocamento), que conduz este para uma sada ou local de

descarga. Esta expecie conhecida por bomba volumtrica, sendo que as mais usadas so as

de pisto, de diafragma e centrfuga.

2.2.2.1 Bomba de pisto (movimento alternativo)

A bomba de pisto foi tido como o maior invento da poca e foi idealizada pelo o

matmtico grego Ctesibius, provavelmente h cerca de 250 anos a.C. Essa bomba s veio ser

construda mais tarde por seu discipulo Hero, de Alexandria. Uma bomba pisto pode ser

caracterizada como aquela que possui movimento de vai e vem, diferindo do funcionamento

das bombas centrfugas e rotativas que possuem movimento circular.

10

O movimento circular de um pedal, por exemplo transformado em movimento

retilneo, por meio de um sistema biela manivela, durante o movimento alternado de vai e vem

do pisto da bomba. Pelo sentido do seu deslocamento, cria uma depresso (vcuo) abrindo a

vlvula de suco (a escova ocorre automaticamente - bomba autoescovante). Quando o fluido

comprimido, a vlvula de escape se abre, permitindo que o fluido escape para fora do cilindo

contra a presso resultante da carga dinmica. Um dos inconvenientes da bomba de pisto se

prende ao movimento intermitente da gua recalcada.

A bomba de pisto, mbolo (Figura 2.8), basicamente construda dentro de um

cilindro, onde se movimenta um pisto acoplado a uma haste que se prolonga para fora

acionado atravs de uma manivela. Em geral, para todo tipo de bomba d`gua existem limites

de suco dos lquidos a serem bombeados verticalmente. Esse valor para a gua

teoricamente de 7 m de coluna de gua, nas chamadas condies normais de presso e

temperatura, ou CNTP. A razo simples: no ato de puxar gua do fundo do poo para cima,

existe certa altura, com relao ao nvel dessa gua, a partir da qual no mais possvel elevar

a gua. Na altura mencionada dentro do cano, existe uma presso negativa (um vcuo)

equivalente ao peso da coluna de gua, que to intensa que se inicia naturalmente a

evaporao da gua, fenmeno tambm conhecido como "quebra da coluna". Quando

acontece a quebra, a gua no cai, retornando ao poo, simplesmente a coluna fica parada

nesta altura e no sobe mais.

Quando o pisto se desloca no sentido de admisso, cria-se um vcuo no interior da

cmara. No sentido inverso, ou seja, na descarga, o pisto exerce presso sobre o lquido

fazendo com que os gases condensados durante a admisso se convertam novamente em gua,

voltando assim a situao inicial.

Na prtica, no poo onde deseja-se retirar a gua, devido sua altura sobre o mar, da

temperatura ambiente, das vibraes da bomba e outros, fica difcil elevar gua por suco, a

mais de 6, 7 ou 8 m. Para elevar gua a mais de 6 m, existem muitas outras tcnicas de boa

eficincia, como usar diversas bombas em srie ou bombas centrfugas multi-estgio, que

permitem, dependendo do modelo da bomba e das tubulaes, elevar a gua a centenas de

metros. Para puxar gua de poo com mais de 6m pode-se usar a bomba de roda ou bomba

de corda (Sociedade do Sol, 2003).

11

Figura 2.8 - Bomba de pisto simples.

Fonte: http://www.bombascentrifugas.com.br (2011).

2.2.2.2 Bomba por diafragma (movimento oscilante)

A bomba de diafragma um tipo de bomba no qual o aumento de presso se realiza

pelo empurrar de uma parede elstica, membrana ou diafragma que varia o volume da cmara,

aumentando ou diminuindo de forma alternada; tem como principal funo o contrle de

movimento dos fludos de uma zona de menor presso para a de maior presso.

So usadas em pequenas vazes e em pequenas alturas e continuamente no meio rural,

em esgotamento de valas, sendo conhecidas como bomba relgio ou bomba japi. Dividem-se

em duas categorias: diafragma rgido e diafragma flexvel. A bomba de diafragma produzida

em bronze e as duas vlvulas oscilam em um corpo de ferro fundido atuando em conjunto com

uma outra vlvula situada dentro do corpo da bomba. Uma alavanca externa aciona a bomba

que, quando acionada no sentido anti - horrio, faz com que a vlvula esquerda do corpo feche

e a do diafragma do mesmo lado abra. Desta forma, a gua passa do compartimento inferior

do corpo para o superior.

O maior uso de uma bomba de diafragma est nos automveis, bombeando

combustveis, podendo ser de acionamento mecnico ou eltrico. Existe um tipo de bomba de

diafragma flexvel ou elstico denominada popularmente bomba sapo, ou ainda bomba

submersa eltrica ou bomba vibratria eltrica, por ser uma bomba que pode fornecer

grandes vazes pequenas alturas. Pode ser usada para o bombeamento de guas sujas ou

mesmo lamas. bastante usada no meio rural.

http://www.bombascentrifugas.com.br/

12

Este tipo de bomba bastante simples, composta por um eletroim, uma vlvula e um

martelete que vibra a 120 pulsos por segundo, conseguindo elevar gua altura de 85 m com

vazo de cerca de 0,078 m3/h (Figura 2.9).

Figura 2.9 Bomba de diafragma para gua. Fonte:www.bomba+diafragma+pneumatica (2010).

2.2.2.3 Bomba peristltica

conhecida como a bomba perfeita, sem vlvulas, selos ou gaxetas e o fluido apenas

entra em contato com a parte interior da mangueira. Por serem simples de instalar, fcil de

operar e de manuteno rpida, as bombas peristlticas possuem um alto ndice de venda, ou

seja, uma das mais vendidas no mundo. Possuem uma capacidade de bombeamento de at

0,78 metros cbicos por hora com uma presso de at 7 bar.

A concepo de uma bomba peristltica bastante simples. Uma compresso obtida

por um rotor em movimento gerado quando duas sapatas acopladas a ele exercem uma

compresso numa mangueira de borracha reforada, que isola por completo o fluido a ser

bombeado. A aspirao criada quando o movimento das sapatas que comprimem a borracha

contra o corpo da bomba cria uma aspirao constante na entrada da bomba, impelindo assim

o fluido para a sada da mesma. O corpo da bomba contm um lubrificante que reduz o atrito

das sapatas na mangueira de borracha. O fluido bombeado s entra em contacto com a parede

interna da mangueira, o que permite o bombeamento de uma grande variedade de fluidos

reagentes.

http://www.bomba+diafragma+pneumatica/

13

Suas principais vantagens so: baixo custo, fcil manuteno, elevada presso de

recalque, pode funcionar a seco sem dano algum. Este tipo de bomba est sendo bastante

desenvolvido no Estado de Montana - USA, para o bombeamento de gua. Mas sua principal

utilizao para o bombeamento de sangue humano, por este no ter nenhum risco de

contaminao com o meio ambiente ou at mesmo de componentes existente no sistema

(Figura 2.10).

Figura 2.10 - Bomba Peristltica. Fonte: http://www.hbtd.alibaba.com. (2011)

2.2.3 Mquinas elevadoras

2.2.3.1 Carneiro hidrulico

O carneiro hidrulico uma bomba dgua bastante usada no meio rural devido a falta

ou excassez de energia eltrica. Foi criado pelo ingls John Whitohust, em 1772, porm

necessitava de um operador para faz-la funcionar. Assim, os irmos Montgolfier, em 1786,

tornaram o aparelho automtico (posto em funcionamento no necessitava mais de operador).

Trata-se, portanto de um aparelho bastante simples e de grande utilidade, por isso sua energia

originada da propria gua em movimento.

http://www.hbtd.alibaba.com/

14

muito usado no meio rural para bombear gua de rios e de outros mananciais

hdricos para reservatrios elevados. Existem dois tipos: o carneiro hidrulico tradicional, com

estrutura de ferro (Figura 2.11), e o carneiro hidrulico feito com garrafa PET (Figura 2.12).

Em ambos, o fluxo dgua feito por tubulaes, entre o carneiro e o ponto dgua. Um

carneiro hidrulico deve ser instalado no mnimo a um metro e meio abaixo da fonte dgua e

a dez metros de distncia deste ponto. Alm disso, o carneiro hidrulico com garrafa PET

pode ser construdo pelo produtor rural, por ser um equipamento simples e que usa uma

energia limpa que no degrada o meio ambiente (Abate e Botel, 2002).

Figura 2.11 Carneiro Hidrulico.

Fonte: Pereira (2012)

Figura 2.12 Carneiro hidrulico com garrafa PET.

Fonte: Oliveira (2011).

15

2.2.3.2 Bomba dgua pneumtica de ar comprimido

O ar comprimido, como fonte de energia, aciona a bomba dgua de duplo diafragma,

(Figura 2.13a-b) sendo apropriado seu uso, para locais de dificil bombeamento,

proporcionando uma vazo de 59 m/h para gua. Esse tipo de bomba oferece diversas

vantagens tcnicas e operacionais, dificilmentes atingidas por outros tipos de bombas. As

bombas pneumticas so to versteis que sua gama de aplicao fundamentalmente

ilimitada. Elas se dividem em dois mdulos, a parte molhada um deles (manifoalds e cmara

de bombeamento) e a outra, que o bloco central, a parte seca, onde est a atuao do ar

comprimido. Dois diafragmas separam os dois conjuntos e tem como funo isolar o ar

comprimido da parte lquida.

No sistema existe uma vlvula de ar que direciona o ar comprimido para o bloco

central, enquanto isso um dos diafragmas pressurizado (cmara B), que por sua vez

impulsiona o fludo existente na cmara de lquido. O lquido direcionado para cima causado

pela ao conjunta esfera/assento, sendo direcionado atravs dos coletores (manifolds) para a

sada. No mesmo instante, o outro diafragma arrastado para trs atravs do eixo que interliga

os dois diafragmas, succionando lquido para dentro da outra cmara de bombeamento

(cmara A). Quando os cursos dos diafragmas so completados, a vlvula pressuriza a cmara

do diafragma oposto, e assim completa o ciclo descrito acima. A bomba pneumtica de duplo

diafragma possui uma vazo de at 59,0 m/h (metro cbico por hora) e seu uso destinado

para: produtos qumicos txicos, adesivos, tintas e vernizes, bombeamento de extrato de

tomates, iogurtes, cremes, cosmticos, entre outros (Figura 2.13).

a) b)

Figura 2.13 a) Bomba d`gua de ar comprimido. b) Bomba dgua de dupla seo. Fonte: www.bomax.com.br (2012).

http://www.bomax.com.br/

16

2.2.4 Mquinas elevadoras rotativas

Sua maior utilizao nos sistemas hidrulicos, no fornecimento de energia ao fludo.

Possui tambm vasta aplicao em avies, automveis, mquinas operatrizes e prensas.

Seu princpio de funcionamento da seguinte forma: a gua colhida na cmara por

uma bomba rotativa e em seguida impulsionado por um motor eltrico, a bomba centrfuga

proporciona velocidade ao fludo expulsando-o da cmara. A principal diferena da bomba

rotativa para uma centrfuga, que, a bomba rotativa de deslocamento positivo com

movimento circular, enquanto que a centrifuga uma bomba de deslocamento no-positivo

2.2.4.1 Bomba de engrenagem

A bomba de engrenagem pode possuir duas ou mais engrenagens que se acoplam, ou

membros que se acoplam em forma de lbulos dentro de uma carcaa adequada. Ambas as

engrenagens so montadas prximo parede interna do corpo da bomba. O lquido arrastado

para a parte perifrica das duas engrenagens e forado ento, atravs da abertura de sada. No

contato de cada par de dentes criado um vcuo, que faz com que a presso atmosfrica

pressione o fluido para dentro dos espaos vazios, existente no contato dos dente da

engrenagem.

As pequenas folgas entre a parede da cmara da bomba e os dentes das engrenagens

criam um selo apertado, impelindo assim o lquido, direcionando para o recalque. As bombas

de engrenagens so capazes de produzir elevada presso interna, sendo muito vazes utilizadas

para bombear lquido expesso, tais como petrolo bruto e breu. Seu uso em veculos bastante

vasta, para bombeamento de gasolina e leo (Figura 2.14).

Figura 2.14 Bomba d`gua de engrenagens.

Fonte:www.bomba+de+agua+engrenagem (2012).

17

2.2.4.2 Bomba d`gua rotativa de palheta

O princpio de funcionamento da bomba de palheta consiste em fazer, com que as

palhetas acompanhem o contorno de uma carcaa. O mecanismo de bombeamento processa-se

da seguinte forma: o volume do fludo deslocado pela bomba de palheta determinado pela

diferena entre as distncias mxima e mnima em que as palhetas so estendidas, em funo

da sua largura.Nada pode ser feito para modificar a largura da parede, enquanto a bomba

estiver em operao. No entanto, uma bomba de palheta pode ser projetada, de modo que a

distncia de deslocamento das palhetas possa ser modificadas. Atravs da ao de uma fora

centrifuga, as palhetas tendem sair, do rotor, assim, em contato permanente realizado com a

face interna do corpo.

Este sistema possui a vantagem de proporcionar vida longa a bomba, devido ao fato

das palhetas terem sempre contato com o corpo, mesmo que estas apresentem desgastes nas

extremidades. Assim o fludo penetra na bomba atravs do vcuo gerado por um orifcio de

entrada localizado em um ponto onde ocorre a expanso do tamanho das cmaras em funo

do sentido de rotao do rotor. Em seguida, o fludo transportado para a sada da bomba,

onde as cmaras reduzem seu tamanho, forando-o a sair para fora da bomba (Figura 2.15).

Figura 2.15 Bomba rotativa de palheta. Fonte: www.bomba+de+gua+rotativa+palheta(2012).

http://www.bomba+de+gua+rotativa+palheta

18

2.2.4.3 Bomba rotativa de pisto

Especialmente indicadas para as mais dificeis condies de trabalho, podendo bombear

todo tipo de fludos. Este tipo de bomba gera uma ao de bombeamento, fazendo com que os

pistos se alterem dentro de uma carcaa cilindrica. O mecanismo de bombeamento de uma

bomba de pisto, consiste basicamente de uma carcaa cilindrica, pistos com sapatas, placa

de deslizamento, sapata com molas e placa com orificio.

Estes tipos de bombas operam baseados no princpio de que, se um pisto produz um

movimento de vaivm dentro de um tubo, puxar o fludo num sentido e o expelir no sentido

contrrio. Para garantir uma longa vida til, as bombas rotativas de pisto apresentam uma

construo bastante resistente. Seus componentes so projetados para garantir um

desempenho satisfatrio para altas presses.

Figura 2.16 Bomba rotativa de pisto.

Fonte:www.ebah.com.br (2012).

2.2.5 Bomba alternativa

2.2.5.1 Princpios gerais

As bombas alternativas, so mquinas que deslocam sempre o mesmo volume de

lquido para cada siclo de movimento de vaivm dos rgos transmissores de energia ao

fludo. As bombas alternativas pertencem a categoria das bombas de deslocamento positivo,

porque o lquido no seu interior desloca-se praticamente com a mesma velocidade e o mesmo

sentido do elemento bombeador, no permitindo recirculao ou retorno.

19

No curso do pisto, o deslocar do mbolo tende a produzir o vcuo no interior da

cmara, provocando assim o escoamento do lquido existente num reservatrio devido ao

atmosfrica, sendo esta superior a existente na cmara da bomba. Eessa diferena de presso

que faz com que a vlvula de suco se abra e a de recalque se feche quando necessrio.

Para o curso de descarga, o mbolo exerce fora sobre o lquido, forando-o a se

direcionar para o recalque, enquanto a vlvula do recalque est se abrindo, mantendo fechada

a da aspirao. Na bomba alternativa, o movimento interno do pino do pisto convertido em

movimento circular por meio de uma biela (Figura 2.17). Para o bom funcionamento de uma

bomba alternativa necessrio o bom funcionamento do mbolo e das vlvulas de suco e

recalque.

Segundo Black (1979), o funcionamento de uma bomba de pisto bastante

semelhante ao de um motor veicular, que so:

Exausto de ar: O pisto se desloca at o fundo do cilindro, forando o

ar para fora.

Entrada da gua: Neste tempo de subida, cria-se um vcuo; a presso

atmosfrica faz com que a gua escoe para dentro do cilindro.

Transferncia de gua: Durante esse tempo de descida, a gua escoa

atravs da vlvula, isto , transferida para face superior do pisto.

Descarga da gua. Na medida em que o pisto sobe, a gua

descarregada, isto , ela sai da bomba.

Figura 2.17 Esquema da Bomba de pisto. Fonte: www.mcgarcia.vilatic.org (2012).

http://www.mcgarcia.vilatic.org/

20

2.2.5.2 Fontes de energia para acionamento de mquinas elevadoras d gua

Diversas fontes de energia tem sido usada para acionar bombas e sistemas de

bombeamentos. A Tabela 2.1 sumariza algumas delas.

Tabela 2.1 Fontes de energia que acionam mquinas elevadoras dgua

Fonte: Holanda (2001)

a) Catavento (energia elica)

Catavento um dispositivo que aproveita a energia do vento (elica) (Figura 2.18), para

acionar uma bomba mecnica de pisto, que est acoplada diretamente ao rotor atravs da

paletas elicas. O funcionamento da bomba dado pelo acionamento dos movimentos de sobe

e desce exercido pelo rotor das palas, numa sequncia contnua, bombeando gua para fora do

poo ou aude. Uma das desvantagens do catavento o seu custo, que varia entre R$ 7.000,00

a R$ 30.000,00 e ter dependncia do vento, no entanto sua vazo pode variar de 8 a 30 m/dia

(Yvel, 2011), (Fedrizzi, 1997).

Energia Mquinas que

utilizam energia Mquinas elevadoras

Humana e animal Mquinas elevadoras por transporte

Bomba de pisto

Bomba de diafragma

Bomba de pisto e de diafragma

Elica Moinho de vento Rodas de ps

Hlice de Arquimedes

Da queda d'gua Carneiro hidrulico

Da gua em

movimento

Roda d'gua Bomba de pisto e roda mista

Bomba centrfuga

De combustveis Motores a exploso Bomba rotativa

Lenha Mquina a vapor Bomba de pisto

Eltrica Motores eltricos Bomba de ar comprimido

Bomba de pulsao

21

Figura 2.18 - Bomba de pisto acionada por catavento. Fonte: www.citiservi.com.br (2011)

b) Propulso humana

Qual a capacidade humana de esforo em diferentes processos de condicionamento

fsico que um homem, uma mulher e uma criana suportariam sobre condies normais?

A temperatura ambiente, as condies do local de trabalho, a forma como determinada

pessoa se alimenta, so fatores importantes a considerar, para conseguir atingir um

determinado nvel dentro do grupo de trabalho a que o homem pertence. Alm disso, todo

esforo depende do estado de treinamento do corpo pelo condicionamento fsico. Tudo isto

so fatores a serem considerados. O que adianta uma boa nutrio quando se tem uma vida

sedentria. Outro fator importante o peso corporal, se, por exemplo, duas pessoas fizerem

um mesmo esforo fsico igual a por exemplo 80 W, para uma pessoa que pesa 50 kg, este

um esforo relativamente muito maior do que para uma pessoa da mesma idade, com bom

condicionamento fsico, que pesa 80 kg (Mellerowicz, 1984).

http://www.citiservi.com.br/

22

Os dados fornecidos nas Tabelas 2.4 referem-se a potncia fsica que o ser humano

pode ser capaz de desenvolver para acionar determinado equipamento disponibilizando um

determinado esforo fsico com as mos e ps. Os dados fornecidos nas Tabelas 2.3 a 2.4 so

relativas a homens, mulheres e crianas de idades diferentes e biotipos diversificados. Foram

dados de longa durao realizados em laboratrios, monitorados por aparelhos de preciso, e

supervisionados por mdicos e professores formados em educao fsica.

Tabela 2.2 - Potncia para uma pessoa sem condicionamento fsico. Fonte: Gutierrez (2005).

Gnero Idade Potncia (W)

Homem 20 a 30 anos 2,0 W / kg

Mulher 20 a 30 anos 1,5 W / kg

Tabela 2.3 - Potncia para uma pessoa que pratica atividade fsica. Fonte: Gutierrez (2005)

Gnero Idade Potncia (W)

Homem 20 a 30 anos 2,67 W / kg

Mulher 20 a 30 anos 2,00 W / kg

Tabela 2.4 - Potncia disponvel para homem, mulher e criana.Fonte: Gutierrez (2005)

Gnero Acionamento Potncia (W)

Homem Perna : pedal, manivela 100

Brao ; pedal, manivela 70

Mulher Perna : pedal, manivela 75

Brao :pedal, manivela 50

Criana

(menino / menina)

Perna : pedal, manivela 65

Brao : manivela, alavanca 40

23

c) Motor Eltrico

Motor eltrico um equipamento destinado a transformar energia eltrica em

mecnica. De todos os tipos de motores, continua sendo o mais usado, pois combina as

vantagens da energia eltrica baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de

comando. um dispositivo simples, possuindo grandes versatilidade de adaptao de cargas

aliado a um timo rendimento, em outros fenmenos eletromecnicos, tais como foras

eletrotticas. O princpio de funcionamento dos motores eletromagnticos, que existe uma

fora em todo fio quando esta conduz corrente eltrica imerso em um campo magntico. A

fora descrita pela lei de Lorentz, sendo esta perpendicular ao fio e ao campo magntico.Em

um motor giratrio, a parte que gira se chama rotor. Os fios criam um campo magntico,

fazendo com que o rotor gire, quando um torque desenvolvido sobre a linha central do

campo magntico formado.

Os motores so constitudos de eletroms que so posicionados em ranhuras do

material ferromagntico, que constitui o corpo do rotor e enroladas adequadamente dispostas

em volta do material, que constitui o estator, sendo este a parte estacionria ou corpo do

motor. Os motores eltricos mais comuns so: motores de corrente contnua e corrente

alternada.

Para os motores de corrente contnua se faz necessrio o uso de uma fonte, que

converte a corrente alternada para contnua. Por essa razo, seu uso mais restrito casos

especiais, em que estas exigncias compensam o custo muito mais elevado para instalao, ou

no caso da alimentao usada ser do tipo contnua, como no caso do uso de pilhas em

dispositivos eletrnicos.

Os motores de correntes alternadas, so os mais utilizados, porque a distribuio de

energia eltrica feita normalmente em correntes alternadas. Tem como princpio de

funcionamento um campo giratrio, que inicia quando um sistema de corrente alternada

trifsico aplicado em polos defasados fisicamente em 120. Dessa forma, um par de polos

possui o campo de maior intensidade, que associados vetorialmente possui um efeito

semelhante de um campo giratrio que se desloca ao longo do estator e que tambm se altera

com o tempo.

24

Os principais tipos de motores eltricos so os motores sncronos, que funcionam com

velocidade constante. So normalmente usados, quando se necessita velocidades estveis sob

ao de cargas variveis. Motor de induo, funciona com velocidade estvel, que varia com a

carga aplicada ao eixo. Devido a sua simplicidade, robustez e baixo custo, o motor mais

utilizado de todos, sendo portanto o ideal para acionar uma bomba centrifuga (Figura 2.19).

Figura 2.19 Bomba centrfuga.

Fonte:http//www.machineryzone.com (2012).

2.2.6 O estado da arte sobre sistemas de bombeamentos de gua alternativos

A pesquisa sobre energia sempre foi um fator essencial para evoluo e crescimento da

humanidade. A preocupao para obteno de novas fontes de energia tem sido uma

constncia. O ser humano ao longo da sua histria sempre buscou novas alternativas que

facilitasse seu meio de vida, sempre dominando tecnologias em matrizes energeticas, tais

como, a biomassa (lenha), o petrleo e o carvo. Hoje, as pesquisas sobre novas buscas em

fontes energticas mais eficazes e eficientes so bastante estimuladas, sobretudo, quando o

assunto gira em funo da crise energtica e do prejuzo causado pela queima da fauna, flora e

a grande poluio provocada pelos combustveis fsseis.

Atualmente novas pesquisas esto sendo desenvolvidas, novos trabalhos esto sendo

estimulados, grandes empresas esto procurando pesquisadores com grandes idias, tudo isso

evidenciado atravs de textos, revistas, trabalhos de mestrado e doutorados aplicados sobre

bombas dguas e suas utilizaes em residncias, pequenas lavouras, indstrias, etc. A seguir

apresenta-se uma reviso bibliogrfica sobre o tema.

25

Baumann (2011) apresenta um estudo sobre a oficina Malienne Pump, em que o

prprio agricultor produz sua bomba d gua manual de pisto para irrigao em pequena

escala e as usa em suas residncias para o pequeno cultivo das suas prprias lavouras. As

associaes se uniram e criaram tecnologia direcionada para fabricao de tipos de bomba que

se ajustasse a condio local e se adequasse ao uso do pequeno agricultor com toda matria

prima disponibilizada ( tubos de PVC, barras de ao de construo, madeira, couro e pneu de

bicicleta) para fabricao do equipamento.

As bombas foram construdas e testadas, no entanto seus desempenhos ficaram muito

restritos, mas, mesmo assim poderiam recalcar gua para uma altura manomtrica de

aproximadamente doze metros. O seu custo de produo de aproximadamento U$ 60,00,

inclundo o processo de instalao. Como o agricultor constroe sua prpria bomba, ele prprio

se encarrega da manuteno, sendo bastante frequente pelo fato das bombas serem construdas

de forma artesenal (Figura 2.20 a-c).

a) b) c)

Figura 2.20 Diferentes tipos de bombas em operao. a) Bomba com acionamento manual

Bomba com acionamento de bambu. b). c) Bomba acionada por manivela. Fonte:Baumann (2011).

Martin (2011) desenvolveu um prottipo de bomba de Mecate, tendo como base a

adaptao de uma antiga cadeia de bomba de pisto produzida desde os primrdios na China.

Durante os anos setenta e oitenta foi bastante incentivada introduo da bomba de corda em

muitos pases, por meio de projetos em desenvolvimento, voltados para o pequeno agricultor.

26

O princpio de funcionamento da bomba de pisto desenvolvida por Martin (2011)

consiste em um quadro de bicicleta com seu sistema de transmisso (coroa, corrente e pinho)

acionado por uma pessoa atravs dos pedais. Interligado ao sistema esta uma corda que aciona

duas roldanas, que por sua vez, movimenta uma corda com alguns pequenos copos de plstico

preso por uma corda dentro de um tubo de PVC vertical (Bartle 2012), sendo que, uma de

suas extremidades fica submersa dentro do poo dgua Figura 2.21a-b). A gua enche os

copos sendo conduzido pelo movimento contnuo do sistema de transmisso.

a) b)

Figura 2.21 Bomba de Mecate. a) Esquema geral da bomba. b) Detalhe do pequeno copo

utilizado na bomba. Fonte: Martin (2011)

Oliveira et al. (2011) realizaram um estudo sobre a construo e avaliao de um

carneiro hidrulico com garrafa PET descartvel (Figura 2.22). O experimento foi montado no

Laboratrio de Hidrulica do Instituto de Cincias Agrrias e Tecnolgicas (ICAT), no

campus da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul.

As variveis do experimento foram as garrafas PET descartvel de 0,6 e 2,0 litros,

onde foi avaliado o volume recalcado, volume desperdiado, altura da gua recalcada e

nmeros de golpes de arete por minuto. Aps avaliao verificou-se que o desempenho do

carneiro hidrulico com a garrafa PET de 0,6 litros, foi superior ao de 2,0 litros, para o

recalque.

A quantidade de golpes de arete variaram entre 75 e 85 golpes por minuto para ambas

as garrafas, respectivamente. Observou-se ainda, uma pequena diferena em relao aos

27

diferentes volumes das garrafas. A vazo para a garrafa PET de 0,6 litros, correspondeu a 25,2

litros/min e para a garrafa PET de 2,0 litros, obteve-se uma vazo de 20,4 litros/min.

Figura 2.22 - Carneiro hidrulico com garrafa PET.

Fonte: Oliveira (2011).

Marroquin (2010) apresenta um sistema de bombeamento dgua a pedal acionado por

propulso humana, ou seja, com o uso das pernas. Este sistema pode bombear entre 50 e 100

litros/min (18,9 a 37,8 gales por minuto) e pode puxar gua de at 30 m de profundidade

com o uso de pequenos copos acoplado a uma corda.

Seus principais componentes so: um sistema de transmisso de bicicleta (coroa,

corrente e pinho), volante feito de concreto e uma corda com copos acopladas. Toda a

estrutura de madeira, que d ao sistema o suporte necessrio para ser sustentvel. Como

mostram as Figuras 2.23 e 2.24, o sistema consiste em acoplar uma bicicleta, que serve de

acionamento para o sistema de bombeamento, que por sua vez aciona uma roldana por onde

passa uma corda contendo diversos pequenos copos de borracha presos a ela.

28

Figura 2.23 - Sistema de bombeamento sendo operado por bicicleta.

Fonte: Marroquin (2010)

Figura 2.24 - O sistema de bombeamento sendo preparado para uso.

Fonte: Marroquin (2010)

Leary (2010) decidiu em parceria com a Maya Pedal (ONG), recolher bicicletas velhas

e transform-las em equipamentos que pudesse de alguma forma contribuir para o bem estar

do pequeno agricultor. O objetivo neste caso foi adaptar uma bomba d`gua manual a uma

bicicleta, surgindo assim a bicibomba ou bomba d`gua acoplada a uma bicicleta mvel

(Figura 2.25a-b). Foi concebida para trabalhar com a potncia da perna, que cinco vezes

superior a do brao humano. Uma pessoa normal que pratique exerccio fsico pode produzir

aproximadamente 100W com as pernas, por um curto intervalo de tempo (Leary, 2010).

29

A bomba foi acoplada sobre o eixo traseiro da bicicleta junto com suporte de encosto

para o sistema na hora do bombeamento. Consequentemente, o sistema pode ser usado para

regar pequenas lavouras e elevar gua de um aude para uma caixa d`gua. Segundo Leary

(2010), o sistema possui um poder de suco de 5 m de altura, um poder de recalque igual a

26 m de altura e vazo de 40 litros/minuto.

a) b)

Figura 2.25 - a) Bicicleta com bomba. b) Bicicleta pronta para uso. Fonte: Leary (2010)

Practical Action (2012) reporta uma bomba dgua acionada por pedais de bambu cuja

fora motriz a humana, sendo esta sua principal vantagem, uma vez que o equipamento no

precisa de energia eltrica, elica ou fotovoltica para ser acionada. A bomba pedal de

bambu tem contribudo para o acrscimo da renda dos agricultores, por apresentar uma maior

vazo em relao s acionadas atravs das mos, devido a maior resistncia das pernas. A

bomba pisto acionada por pedal de bambu, possu um poder de suco de at 6,0 m abaixo

da superfcie e possui uma vazo mxima de 18 m por hora (estes dados so valores

aproximados e devem ser tomados como guia) (Practical Action, 2006). Com o aumento da

altura de recalque, a vazo volumtrica, segundo a Practical Action, tende a diminuir. Este

tipo de bomba foi desenvolvido no Nepal e a maioria das peas so artesenais, ou seja,

fabricadas no local das atividades, produzindo assim uma renda para a economia local.

30

O equipamento desenvolvido basicamente para irrigao de pequenas lavouras (2000 3000

m), onde os prprios familiares se revezam no acionamento do mecanismo. A bomba de

pisto composta por dois cilindros e conjuntos selecionados de vlvulas, sendo estes

acionados atravs de pedais de bambu, criando assim cursos alternados no dois pistos,

bombeando a gua atravs de pulsaes (Figura 2.26 a-b).

a) b)

Figura 2.26 - Bomba acionada por pedais de bambu. a) Sistema de bombeamento sendo

acionado. b) Esquema da bomba de pisto acionada a pedal de bambu. Fonte: Practical Action (2006).

Zingman (2007), da equipe do AD-Lab, projetou e construiu um Savonius Elico para

acionar (70 a 100 rpm) um eixo vertical ligado a um rotor com turbina para uso em sistemas

de bombemento de gua na zona rural de Honduras. Para a realizao deste experimento foi

estudado diversos tipos de equipamentos com mudanas nos mecanismos aerodinmicos, para

conseguir fazer com que o mecanismo funcionasse adequadamente. A bomba de gua

utilizada foi a de cordas com pequenos canecos que se deslocam preso a corda dentro de um

tubo, com uma das extremidas dentro da gua. O Savonius feito de tambores de leo cortado

em duas metades e aparafusados em sentido oposto uma a outra. Diversos testes foram

apresentados porm, o equipamento no funcionava. No entanto, depois de muitas mudanas,

o resultado obtido surgiu com as alteraes do mecanismo, reduo de peso e atenuao de

atritos dos componentes (Figura 2.27).

31

Figura 2.27 - Bomba d`gua acionada por Savonius. Fonte: Zingman (2007).

Hiller (2007) apresentou no Zmbia, uma bomba dgua pedal acionada por

propulso humana (Figura 2.28a-e), com o objetivo de avaliar a contribuio do sistema para

o bem estar do pequeno agricultor. A bomba de pisto acionado por propulso humana

(pernas). Segundo Hiller (2007), a bomba possu uma vazo de 2,5 a 5,0 m/h, que suficiente

para irrigar 0,2 a 0,4 hectres, alm de plantios de hortalias. De acordo com a Empresa de

Desenvolvimento Internacional (IDE), a bomba aumentou o rendimento agrcola para mais de

US$ 100,00 por ano, o que no deixa de ser um dado significativo, devido ao estado de

pobreza de algumas regies do Pas.

Nos ltimos dez anos a IDE vem procurando conscientizar o homem do campo sobre

os benefcios que o sistema fornece para o pequeno agricultor. Porm, um grande problema na

acessabilidade da bomba de pedal para os mais pobres, continua sendo seu preo (US$100,00)

que, devido ao estado de probreza, continua sendo um impecilho para sua aquisio. Para uma

famlia que vive abaixo de 1,0 a 2,0 dolares por dia, esta soma portanto impossvel de ser

paga.

No entanto, segundo a IDE, um fazendeiro comprou o sistema de bombeamento

pedal, lucrou com ele e hoje uma das pessoas mais prspera da regio, conseguindo comprar

mais terra, aumentar seu plantio e, ainda mais, seu poder aquisitivo.

32

a) b) c) d) e)

Figura: 2.28a-e) Diversos sistemas de bombeamento pedal em operao. a) Sistema sendo

acionado com as pernas. b) Sistema sendo acionado com as mos. c) Bomba acionada por

pedais de madeira. d) Sistema de bombeamento. e) Sistema de bombeamento sendo operado. Fonte: Hiller (2007).

Adeoti et al. (2007) realizaram um estudo na frica Ocidental, com uso de

computadores, para avaliar o desempenho de uma bomba dgua pedal (Figura 2.29)

acionada por um sistema de transmisso de bicicleta (coroa, corrente e pinho), como uma

possvel alternativa para substituir o balde preso a uma corda. O objetivo foi melhorar a

produo e a renda e com isto, diminuir o ndice de pobreza entre as famlias dos agricultores

rurais. Nesse estudo, os dados coletados foram anotados e as estratgias adotadas foram

utilizadas para a divulgao, adoo e impacto que causaria o funcionamento de um sistema

de bombeamento pedal nas comunidades. As principais fontes de dados foram obtidos

atravs dos usurios do equipamento (proprietrio ou no) e os resultados foram comparados.

Os dados obtidos mostraram que houve um ganho real atravs do tempo, da reduo da carga

horria e aumento das reas irrigadas, porque muitos agricultores s tinham um hectare de

terra.

Figura2.29 Sistema de bombeamento pedal recalcando gua de um poo.

Fonte: Adeoti et al. (2007).

33

O sistema de bombeamento pedal possui uma gama de caractersticas que supera

alguns outros equipamentos de irrigao, tais como: a utilizao sobre uso prolongado do peso

corporal e da musculatura das pernas. Neste sistema, o operador pedala em p, o que oferece a

este usurio operar o equipamento por um longo perodo de tempo. Outra vantagem que as

peas, por serem simples, podem ser encontradas facilmente em locais onde vendem

componentes de bombas de pisto e lojas de materiais para bicicletas.

Foi constatada uma vazo entre 5 a 10 m/h, dados esses obtidos em uma situao real

a partir de poos perfurados, com uma suco real comprovada de at sete metros (7,0 m) de

profundidade. Foram realizados testes em superfcies tais como lagos, rios e audes de vrias

cidades africanas, e os benefcios do sistema foram bem aceitos pelas comunidades (Adeoti et

al., 2007).

Gilg et al. (2006) apresentaram uma nova bomba dgua de modelos Jabsco 1973-1003

que funciona baixa e alta rotao, com vazo oscilando segundo a rotao, ou seja, podendo

bombear 2,2 gales (1 galo americano corresponde a 3,78 litros) ou mais por minuto (0,5 m/h)

e pode ser operada entre 500 a 1800 rpm. Pde-se perceber que esta bomba apresentou uma

tima vazo. Para uma altura manomtrica de 10 ps, que equivale a 3,05m, onde no recalque

apresenta uma presso de 4,3 psi ou 0,296 bar. Esta bomba acionada por uma bicicleta comum,

na qual a bomba acoplada quando existe a necessidade de bombear a gua. Com o trmino da

operao, a bomba novamente desconectada, voltando bicicleta as suas atividades, que o

transporte do ciclista (Figura 2.30(a-b).

a) b)

Figura 2.30 a) Bomba d`gua Jabsco b) Bomba dgua Jabsco em operao. Fonte: Gilg et al. (2006).

34

A bomba de rio Rife (2012) um sistema que no depende do homem para o

bombeamento de gua, sendo totalmente mecnico. Funciona sem eletricidade ou

combustvel, sendo o seu poder de bombeamento fornecido pelo fluxo de gua, o que consiste

em sua pior desvantagem, porque se no houver uma correnteza, no existir, portanto energia

para o sistema.

Como no sistema existe apenas um corpo mvel, o acoplamento assim lubrificado

pelo prprio fluido. Todas as partes so anti-corrosivas e concebidas para suportar um elevado

tempo de trabalho sem requerer manuteno. Alm de apresentar boa vazo, a bomba de Rio

Rife pode ser usada para as necessidades bsicas domsticas, irrigaes, lagoas e jardinagem.

muito til para ser usada em tanques com peixes, porque o fluido bombeado est com

grande quantidade de ar (Figura 2.31).

Figura 2.31 - Bomba de rio Rife. Fonte:www.amazon.com/rp-100-river-pump (2002).

Holanda (2001) projetou, desenvolveu e testou uma bomba de diafragma para uso

baixa rotao, que pode ser acionada por um sistema de transmisso (coroa, corrente e

pinho), vento e por roda dgua. Foi realizado um estudo comparativo do seu desempenho

em relao a uma bomba de pisto encontrada no comrcio e pde-se observar que: com o

aumento da potncia no eixo da roda dgua, a vazo que fornecida atravs da bomba de

pisto tende a um aumento no seu rendimento. Este um comportamento que no existe na

bomba de diafragma. Controlando a vazo sobre a roda dgua, o rendimento da bomba de

pisto foi muito superior ao da bomba de diafragma e que, o rendimento da bomba de

diafragma aumenta com o decrscimo da altura de recalque (Figura 2.32a-b).

35

A bomba de diafragma composta por duas cmaras cilndricas, local onde o

diafragma est acoplado, sendo o diafragma produzido de uma borracha adequada para seu

uso. Um esquema da bomba encontra-se na Figura 2.33 com todos os seus componentes. A

vazo mdia apresentada pela bomba de diafragma acionada pela roda dgua foi 1,3 m/s e a

potncia foi aproximadamente 3,20 Watt.

A bomba de pisto apresentou uma vazo mdia de aproximadamente 1,13 m/h e

potncia mdia de 7,8 Watts. Pode-se ver que a bomba de pisto apresentou um valor mdio

para vazo volumtrica inferior bomba de diafragma.

a) b)

Figura 2.32 Bomba de diaframa. a) Acoplada ao eixo da roda d`gua. b) Vista frontal com

tubulao e vlvula. Fonte: Holanda (2001).

Figura 2.33 Esquema da bomba de diafragma.

Fonte: Holanda (2001).

36

Brasileiro (1991), citado por Pereira e Melo (2010), desenvolveu um sistema de

bombeamento dgua acionado por trao humana utilizando, um sistema de transmisso de

bicicleta (pedal, coroa, corrente e pinho) que serviu para acionamento do eixo da bomba.

Todo sistema de transmisso foi interligado por corrente de bicicleta, que acionado atravs do

pedal fazia com que todas as partes mveis entrasse em movimento circular acionando assim

uma manivela. A manivela, ao se movimentar aciona o mbolo da bomba responsvel pelo

movimento do fludo.

A estrutura do sistema era a mesma de uma bicicleta. A bomba usada foi uma bomba

de pisto com dupla seo, marca Riachuelo, de forma que o significado disto era que a vazo

obtida (1,6 m/h) fosse superior a uma bomba comum. A novidade deste trabalho, foi o

adicionamento de um volante de patrol com massa em torno de 47 kg, que tinha como funo,

armazenar energia para depois dissipa-la no mbolo da bomba para que a presso no interior

da cmara fosse atenuada. Como uma continuidade do trabalho de Brasileiro (1991),

Guimares e Rocha (2005), aperfeioou o sistema de bombeamento, nas seguintes partes:

O assento do modelo original era na vertical, semelhante a uma bicicleta

comum. Na verso modificada a posio do banco com encosto ficou na horizontal.

O sistema bomba, biela e manivela estava situado na parte dianteira do sistema.

No modelo atual, o sistema bomba, biela e manivela esta acoplado na parte traseira .

O sistema original era pesado, enquanto que o atual bem mais fcil de

locomoo, por ter todo estrutura confeccionada em tubos. A Figura 2.34 ilustra com mais

detalhes o que foi esplanado.

Figura 2.34 Unidade de bombeamento pedal aperfeioado.

Fonte: Guimares e Rocha (2005).

37

Sociedade do Sol (2003) reporta o desenvolvimento da mais simples das bombas, que

uma bomba dgua semelhante bomba de encher pneu de bicicleta. A bomba dgua puxa-

empurra possui um conjunto de vlvulas de reteno e suco que funciona de forma simples:

quando a suco abre, o recalque fecha, e vice-versa.

Sua construo bastante simples e seu material de baixo custo facilmente

encontrado no comrcio. Seu funcionamento basicamente semelhante a uma seringa gigante

que succiona a gua atravs de um tubo dentro do cilindro, em seguida expele para fora por

outro tubo. As duas vlvulas de reteno direcionam o fluxo da gua enquanto o movimento

de vai e vem executado, o processo torna-se contnuo enquanto o sistema de bombeamento

estiver sendo acionado.

Pode-se afirmar que essa tecnologia funciona de forma satisfatria, no entanto, sua

vazo muito pequena s servindo basicamente para bombear gua para pequenos plantios

(Figura 2.35a-b).

a) b)

Figura 2.35a-b) Bomba d`gua manual puxa-empurra. a) Modelo construda de tubos. b)

Detalhes das vlvulas. Fonte: Sociedade do Sol (2003).

Mancebo (2010) projetou a bomba de gua de corda elevada. Este projeto foi

elaborado pela universidade de Castila La Mancha e AECID para a engenharia sem

fronteiras. Foi realizado um estudo sobre detalhes de construo e manuteno de bombas.

Com essa bomba a gua pode ser bombeada a uma altura de 6 metros ou ser conduzida at

38

uma caixa de gua e distribuda por gravidade para residncias e pequenas plantaes. A

bomba de corda uma bomba volumtrica com deslocamento positivo e seu funcionamento

est baseado em pequenas capturas com confinamento de pequenos volumes de gua dentro

de um pequeno copo (Figura 2.36).

Para conseguir esse objetivo dispe-se de uma corda que arrasta uma srie de

pequenos pistes cada um separado por uma distncia de 1 metro e presos a corda por um

orifcio central. Quando a corda passa pelo interior do tubo com os pistes, por serem estes

muito justo com o cano, este impede seu retorno, conduzindo-os at uma abertura na altura

determinado do tubo para a sada de gua (Figura 2.36).

Figura 2.36 Copos da bomba. Fonte: Mancebo (2010).

A roda que acionada manualmente por uma pessoa, possu uma corda de dimetro de

430 mm, por essa razo pode obter uma vazo de 1m/h, com uma potncia de acionamento

48W perfeitamente disponvel para uma criana ou mulher, de forma confortvel. Seu

rendimento justificado (90 %) por ser superior a muitas bombas convencionais existentes no

mercado. A Figura 2.37 apresenta a Roda de acionamento manual por manivela.

39

Figura 2.37 - Roda com manivela. Fonte: Mancebo (2010)

40

CAPITULO III

METODOLOGIA

3.1 Experimental

3.1.1 Sistema de bombeamento pedal

O modelo usado para os testes foi um sistema de bombeamento de gua pedal

acionado por propulso humana, aperfeioado de um projeto original de 1991, desenvolvido

pelo prprio autor, conforme ilustra a Figura 3.1. Este projeto original foi aperfeioado por

Guimares e Rocha (2005) com um design bem mais moderno, tomando a forma do novo

prottipo conforme ilustra a Figura 3.2. Contudo, um estudo criterioso de desempenho do

sistema no foi realizado por Guimares e Rocha (2005).

Sendo assim, dando continuidade ao trabalho de anlise deste prottipo, enfatiza-se

para esta nova etapa, a parte prtica do sistema tais como: clculo de foras, torque nos eixos

e manivela, vazo do fluido, altura manomtrica e eficincia do desempenho da bomba e

sistema de bombeamento.

Figura 3.1- Unidade de bombeamento acionada por propulso humana. Fonte: Pereira (2010).

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Figura 3.2 Unidade de bombeamento pedal acionada por propulso humana aperfeioada.

Fonte: Pereira (2010).

A bomba utilizada no sistema foi uma bomba comercial manual de pisto de duplo

efeito, de marca Riachuelo, conforme ilustra a Figura 3.3a-c. Esta bomba, contm uma

vlvula de bronze na entrada, para a suco, e outra na sada, para o recalque (Figura 3.4).

Para a suco e recalque, os tubos e coneces em uso possuem um dimetro mximo de uma

polegada (Figura 3.5). O mbolo da bomba (Figura 3.6) que bombeia toda gua, est acoplado

uma biela que d movimento de vai e vem, impulsionando e succionando a gua, quando o

sistema entra em operao.

a) b) c)

Figura 3.3 Bomba de pisto. a) Vista superior mostrando a camisa de bronze b). Bomba

manual riachuelo. c) Corpo da bomba sem o mbo