CONSTRUÇÃO E AVALIAÇÃO DE EQUIPAMENTO PARA BOMBEAMENTO DE ÁGUA TIPO “CARNEIRO HIDRÁULICO...

ENCICLOPDIA BIOSFERA, Centro Cientfico Conhecer - Goinia, vol.7, N.13; 2011 Pg.

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CONSTRUO E AVALIAO DE EQUIPAMENTO PARA BOMBEAMENTO DE GUA TIPO CARNEIRO HIDRULICO ALTERNATIVO

Jakeline Rosa de Oliveira1, Marcio Koetz2, Tonny Jos Arajo da Silva2, Ellen Cristina Alves de Anicsio3

1.Graduanda do curso de Engenharia Agrcola e Ambiental, Universidade Federal do Mato Grosso/Campus Universitrio de Rondonpolis, Bolsista PIBIC/CNPq

2. Professor Doutor da Universidade Federal do Mato Grosso/Campus Universitrio de Rondonpolis ([email protected]), Rondonpolis-Brasil

3. Graduanda do curso de Engenharia Agrcola e Ambiental, Universidade Federal do Mato Grosso/Campus Universitrio de Rondonpolis. Brasil.

Data de recebimento: 07/10/2011 - Data de aprovao: 14/11/2011

RESUMO O uso de carneiro hidrulico, equipamento amplamente empregado em propriedades rurais onde a energia escassa ou inexistente, caracteriza-se como fonte alternativa ao bombeamento. Neste experimento objetivou-se avaliar as caractersticas construtivas do carneiro hidrulico alternativo com garrafa PET descartvel. O carneiro hidrulico foi montado no laboratrio de Hidrulica do Instituto de Cincias Agrrias e Tecnolgicas (ICAT), Campus Universitrio de Rondonpolis, Universidade Federal de Mato Grosso. Os testes foram realizados na rea externa do ICAT. As fontes de variao do experimento foram as garrafas PETs descartvel com capacidade de 0,6 L e 2 L, onde avaliou-se o volume recalcado, volume desperdiado, altura da gua recalcada e nmero de golpes de arete por minuto. O desempenho do carneiro hidrulico com a garrafa PET de 0,6 L, foi superior ao da garrafa PET de 2 L, em volume recalcado. O nmero de golpes de arete foi de 75 e 85 golpes por minuto para 2 L e 0,6 L, respectivamente. Houve, portanto, uma pequena oscilao em relao aos diferentes volumes das garrafas. A vazo 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 vazo de 20,4 L/min, sendo suficientes para uma pequena propriedade rural, em que usa-se normalmente um menor volume de gua diria. A caracterstica construtiva selecionada para o carneiro hidrulico testado foi o uso de garrafa PET descartvel com capacidade de 0,6 L, por apresentar maior vazo de recalque. PALAVRAS-CHAVE: carneiro hidrulico, golpe de arete, 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

INTRODUO

O carneiro hidrulico uma bomba, porm funciona sem o uso de qualquer forma de energia externa. O uso de carneiro hidrulico, equipamento muito empregado em propriedades rurais onde a energia 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 hidrulico apresenta, como vantagens, a no necessidade de fontes externas de energia, tais como os combustveis derivados de petrleo ou energia eltrica, a manuteno e a operao simples, no exigindo mo-de-obra qualificada, o custo de aquisio e/ou montagem relativamente baixos e a possibilidade de uso durante 24 h por dia recalcando gua sem emisso de poluentes ou gases. Como desvantagens, ABATE & BOTREL (2002) e CARVALHO (1998) apontam que a eficincia determinada pelas condies locais, o golpe de arete produz rudo, h necessidade de queda dgua e utilizao de gua limpa, alm de recalcar somente uma pequena frao da vazo disponvel na alimentao.

Quanto ao rendimento do carneiro hidrulico segundo ZARATE ROJAS (2002), o mesmo depende principalmente da relao da altura de queda do reservatrio de alimentao at o carneiro hidrulico e altura de elevao do aparelho ao reservatrio superior e, ainda, da perfeio com que 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 hidrulico fabricado com garrafa PET est entre 30 e 60%.

O carneiro hidrulico fabricado com garrafa PET um aparelho relativamente recente, com pouca informao e de grande importncia em locais sem energia eltrica. Todavia, ele requer estudos que melhorem seu desempenho por mudanas em suas caractersticas construtivas e quantifiquem sua vazo de alimentao, de recalque, desperdiada, e rendimento.

Este trabalho teve como objetivo avaliar as caractersticas hidrulicas de um carneiro hidrulico construdo com garrafa PET para diferentes variaes construtivas, com a finalidade de recomendar a combinao de melhor desempenho.


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METODOLOGIA O carneiro hidrulico foi montado no Instituto de Cincias Agrrias e

Tecnolgicas (ICAT), Campus Universitrio de Rondonpolis, Universidade Federal de Mato Grosso. Sua montagem ocorreu no laboratrio de hidrulica do curso de Engenharia Agrcola e Ambiental. Para a construo do carneiro hidrulico em uma propriedade, por exemplo, so necessrios os seguintes componentes: cmara de ar de garrafa PET de 0,6L e 2L (2), ts galvanizados de 1 polegada (2), niples de bronze de 1 polegada (3), vlvula de reteno vertical de 1 polegada (1), vlvula de poo de 1 polegada (1), bucha de bronze e reduo de 1 polegada para de polegada (1), adaptador para mangueira de para (1), parafuso com duas porcas (1), mola de acionador da vlvula de descarga para vaso sanitrio (1), fita veda rosca (1) e cola para cano PVC . Para a realizao do teste do carneiro hidrulico na UFMT, foi acrescentado outras peas, como um manmetro, niples de bronze de 1 polegada (2), registro de 1 polegada (1), niple de reduo de 1 polegada para (1), buchas de bronze e reduo de 1 polegada para de polegada (2) e bucha de bronze e reduo de 1 polegada para 1/2 polegada (Figura 1).

FIGURA 1- Carneiro montado. Fonte: dados originais dos autores.

Foi construdo um suporte para a caixa dgua com uma altura de 1,95 metros de altura com material reciclado do prprio campus. No laboratrio de hidrulica foram feitas as devidas conexes das tubulaes (bia, extravasor, tubo de alimentao do carneiro) na caixa dgua de 300 L. O suporte e a caixa dgua foram posicionados na rea externa do bloco da engenharia, prximo a casa de vegetao onde havia uma fonte de alimentao para a caixa dgua. O tubo de alimentao do carneiro possua seis metros de comprimento e um dimetro de 1polegada e uma inclinao de 45, devido seu comprimento foi coloc ado um suporte a 3 metros de distncia da caixa dgua para evitar ao mximo as perdas de cargas (Figura 2). Usando niple redutor de uma 1 polegada para polegada o carneiro hidrulico foi conectado ao tubo de alimentao (Figura 3). Aps a montagem do experimento iniciou-se os testes para adequao do carneiro hidrulico. Desta forma mediu-se o volume de gua que escoava pelo tubo de alimentao durante 15 segundos para a determinao da vazo.


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Como a vazo foi muito elevada em relao capacidade do reservatrio, o mesmo esvaziava-se rapidamente, o que no permitiu fazer nenhum teste com um tempo maior com este modelo de caixa dgua, alm da tubulao de chegada que possua um dimetro maior do que o necessrio para a determinao das caractersticas de vazo do carneiro hidrulico.

FIGURA 2 - viso geral, caixa dgua, FIGURA 3 - Carneiro Hidrulico instalado suporte, tubo de alimentao. no tubo de alimentao Fonte:dados originais dos autores; Fonte: dados originais dos autores.

Sendo assim, o carneiro hidrulico foi instalado em uma tubulao conectada a uma moto-bomba da casa de vegetao, com o intuito de realizar os testes, apesar do volume da caixa dgua ser de apenas 500 L. Aps a instalao do carneiro hidrulico, fez-se os ajustes para que possibilitasse desta forma o incio dos testes com o recalque de gua. Como neste local no havia declividade natural do terreno para o funcionamento do carneiro, utilizou-se uma moto-bomba de cv da casa de vegetao para conduo do testes (Figura 4).

FIGURA 4 Carneiro hidrulico instalado no tubo de alimentao oriundo de moto-bomba. Fonte: dados originais dos autores.

Aps a instalao do carneiro, iniciaram-se os testes com uma garrafa PET de 0,6L, onde mediu-se o volume de recalque, o volume desperdiado e a altura da gua recalcada. Em seguida utilizou-se uma garrafa PET de 2L, onde tambm foi


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medido o volume de recalque, o volume desperdiado e a altura da gua recalcada (Figura 5). Para medir o volume, utilizou-se um recipiente metlico de volume elevado para se obter o volume desperdiado e um recipiente plstico para a obteno do volume de recalque. A vazo foi medida pelo processo volumtrico usando uma proveta com capacidade de 1 L e cronmetro. Durante o teste, utilizou-se um manmetro de Bourdon para a obteno da presso de recalque. Deve-se tambm fazer o ajuste da mola de modo que posicione a porca de aperto da haste no ponto em que ocorre a maior vazo de gua recalcada. Foram feitas vrias tentativas at encontrar a posio adequada da mola para o funcionamento adequado do carneiro hidrulico.

FIGURA 5- Carneiro Hidrulico com garrafa PET de 2 L em funcionamento. Fonte: dados originais dos autores.

RESULTADOS E DISCUSSES

Os dados coletados foram analisados comparativamente considerando-se o desempenho do carneiro hidrulico de garrafa PET, para diferentes volumes de garrafas. Para cada volume da garrafa PET, foram realizados os testes, sendo que os valores esto dispostos na tabela 1.

TABELA 1 - Valores de volume de recalque, volume desperdiado de gua e presso, para os diferentes volumes da garrafa PET

Garrafa PET

Tempo Volume de Recalque

Volume Desperdiado

Presso 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 hidrulico, 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 presso de recalque de 1,7 m.c.a., um pouco superior a presso de recalque da garrafa PET de 2 L, que foi de 1, 5 m.c.a.

Quanto ao nmero de golpes de arete, obteve-se de 75 a 85 golpes por minuto (Tabela 2), uma pequena oscilao em relao aos diferentes volumes de garrafa. Um nmero menor de golpes por minuto indica um desgaste menor de peas mveis, o que pode induzir a uma vida til menor destas peas.

Pode-se observar que a vazo de recalque para a garrafa PET de 0,6 L foi de 0,416 L/s, superior a vazo da garrafa PET de 2 L, em que obteve-se 0,348 L/s. Em relao a vazo desperdiada, obteve-se uma vazo de 0,439 L/s para a garrafa de 2 L, ou seja, menor que a vazo de 0,573 L/s para a garrafa de 0,6 L/s.

Usualmente, o rendimento do carneiro hidrulico no alto visto que grande parte da gua fornecida ao equipamento no recalcada e tambm pelo uso de muitas peas, as quais amortecem o golpe arete. Segundo CERPCH (2002) o rendimento do carneiro hidrulico fabricado em PVC est entre 30 a 60%.

Em funo da restrio de gua para a realizao de vrios testes, recomenda-se que novos projetos com o carneiro hidrulico alternativo sejam realizados sem nenhuma restrio de gua, uma vez que a maior parte da gua usada para a realizao dos testes desperdiada e no retorna para o reservatrio.

TABELA 2 - Valores de vazo de recalque, vazo desperdiada de gua e nmero de golpes de arete, para os diferentes tratamentos efetuados.

Vazo Garrafa PET Vazo Recalque Vazo Desperdiada 0,6 L 0,416 L/s 0,573 L/s 2 L 0,348 L/s 0,439 L/s

CONCLUSES

1. A caracterstica construtiva selecionada para o carneiro hidrulico testado foi o uso de garrafa PET descartvel com capacidade de 0,6 L por apresentar maior vazo de recalque. 2. O uso inadequado da mola no carneiro hidrulico poder acarretar no mal funcionamento do carneiro hidrulico.

AGRADECIMENTOS

Ao CNPq pela concesso de bolsa PIBIC/UFMT primeira autora.


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REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

ABATE, C.; BOTREL, T. A. Carneiro hidrulico com tubulao de alimentao em ao galvanizado e em PVC. Scientia Agrcola, Piracicaba, v.59, n.1, p.197-203, 2002.

AZEVEDO NETTO, J. M; ALVAREZ, G. A. Manual de Hidrulica. 2.ed. So Paulo: Edgar Blucher, v.1, p.1724.1988.

CARARO, D. C.; DAMASCENO, FLAVIO A.; GRIFFANTE, G.; ALVARENGA, LVIA A. Caractersticas construtivas de um carneiro hidrulico com materiais alternativos. Agriambi, Campina Grande, v. 11, n.4, p.349-354, 2007.

CARVALHO, J. A. Aproveitamento de energia hidrulica para acionamento de roda dgua e carneiro hidrulico. Lavras: UFLA/ FAEPE, 1998. 98p.

CERPCH Centro Nacional de Referncia em Pequenos Aproveitamentos Hidroenergticos. 2002. Disponvel em: http://www.cerpch.efei.br. Acesso em 22 de set. de 2011.

ZRATE ROJAS, R. N. Modelagem, otimizao e avaliao de um carneiro hidrulico. Tese de Doutorado. Piracicaba:ESALQ, 2002. 70p.

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