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