ALTERNATIVAS VISANDO POTENCIALIZAR O USO DO CARNEIRO HIDRÁULICO NO BOMBEAMENTO DE ÁGUA DAS CHUVAS MATERIAL E MÉTODOS

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1 ALTERNATIVAS VISANDO POTENCIALIZAR O USO DO CARNEIRO HIDRÁULICO NO BOMBEAMENTO DE ÁGUA DAS CHUVAS Tiago BONETTI 1, Uberson boaretto ROSSA 2, Fabrício Campos MASIERO 3, João Célio de ARAÚJO 4. INTRODUÇÃO São várias as vantagens em utilizar o carneiro hidráulico para bombeamento de água, segundo Abate e Botrel (2002) e Cararo et al. (2007) não utiliza energia externa para seu acionamento, pode ser utilizada 24 horas por dia, bombeia água sem emissão de poluentes, tem custo de aquisição baixo e por fim, é de fácil instalação e manutenção. O equipamento ao funcionar emite um ruído metalizado, que em muitos casos pode desestimular o seu emprego em locais próximos de circulação constante de pessoas, devido ao incômodo proporcionado. O carneiro hidráulico pode ser constituído por vários tipos de materiais e com dimensões distintas, o que resulta em desempenhos variados com relação ao potencial de elevação de água e vazão obtida. O objetivo deste trabalho foi potencializar o uso de carneiros hidráulicos no recalque de água proveniente das chuvas, por meio de alternativas como a utilização de materiais distintos, alteração de componentes, posicionamento de componentes e isolamento acústico visando diminuir os ruídos produzidos. MATERIAL E MÉTODOS O projeto foi desenvolvido no Laboratório de Hidráulica do Instituto Federal Catarinense Campus Rio do Sul, Latitude e longitude Os carneiros hidráulicos utilizados neste trabalho foram construídos por tubos e conexões com diâmetro de 25 mm, sendo: 2 tês, 4 nipels, 1 registro, 1 joelho, 1 redução, 1 válvula de impulso, 1 válvula de retenção e câmara de ar com 32 mm de diâmetro e 100 cm de comprimento. Inicialmente foram avaliados oito carneiros hidráulicos, respeitando-se o padrão do modelo previamente escolhido, que consistiram na associação de conexões de PVC, de metal galvanizado, ou da associação destes materiais, montados com conjuntos de válvulas de diferentes formatos. Para o funcionamento do sistema foi necessário realizar uma modificação da válvula de retenção para que ela funcionasse como uma válvula de impulso. Todos os testes foram realizados em uma estrutura que consistia em uma caixa d água em uma altura de 3 metros, para servir como fonte de alimentação, tubo de alimentação para o carneiro hidráulico de material de PVC com um comprimento de 5 metros, tubulação de recalque com material de PVC flexível em uma altura de 5 metros. A água desperdiçada na

2 RENDIMENTO (%) operação era coletada e bombeada novamente para a fonte de alimentação do sistema com o auxílio de uma bomba elétrica afogada, formando um sistema fechado, sempre mantendo-se o volume da água no reservatório elevado constante na marca pré-estabelecida. Seguindo a mesma metodologia, realizaram-se ensaios com todos os modelos de carneiros hidráulicos, desta vez, mantendo-se a válvula de escape na posição horizontal. Em seguida utilizou-se o carneiro hidráulico com a melhor eficiência até então, sendo conexões de PVC associadas com a válvula de impulso na posição horizontal, assim avaliou-se a influência da câmara de ar no bombeamento de água. Primeiramente utilizou-se diferentes comprimentos de câmara de ar, sendo elas: 100 cm (T1); 75 cm (T2); 50 cm (T3); 25 cm (T4); 5 cm (T5). Em seguida utilizaram-se materiais recicláveis como garrafas PET com os volumes de 2,0 litros (T6) e 0,6 litros (T7). Foram desenvolvidas caixas acústicas de madeira, isopor e os dois materiais combinados para a minimização dos ruídos produzidos pelo carneiro hidráulico. Analisou-se o ruído produzido com auxílio de um decibelímetro digital portátil do modelo DL-4020, em distâncias crescentes do equipamento: 1m; 2m; 3m; 4m; 5m; 6m; 7m; 8m; 9m; 10m; sendo realizadas as medições na mesma altura do carneiro hidráulico. Para o cálculo do rendimento de todos os tratamentos utilizou-se o método D Aubusisson, conforme Kitani e Willardson (1984) apud Abate e Botrel (2002) sendo considerado o mais empregado para a determinação do rendimento dos carneiros hidráulicos. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Figura 1 nota-se que a posição da válvula apresentou um efeito positivo no rendimento do bombeamento de água. Também pode ser observado que as conexões de PVC obtiveram melhores resultados quando comparado com conexões de metal galvanizados. 15 A B C D 15,58 15,68 15,41 15, 15,09 14, ,98 13,2 12,41 12, ,61 11,47 11,65 10,54 10,74 11, METAL PVC METAL PVC Situação 1 Situação 2 Figura 1 Valores de rendimento do carneiro hidráulico.

3 O conjunto formado pela válvula de metal galvanizado associada a conexões de metal apresentou menores rendimentos quando comparados com o carneiro hidráulico construído com a mesma válvula, mas com conexões de PVC, comportamento semelhante nas duas situações 1 e 2. Foi observado um comportamento semelhante quando testada a válvula do modelo de PVC e montada com conexões de PVC, apresentando um rendimento de 15,68 %, valor superior quando associada com conexões de metal. De acordo com resultados obtidos por Abate e Botrel (2002) o PVC apresentou menores perdas de carga por efeito da rugosidade interna de material do que as peças galvanizadas, influenciando na eficiência do equipamento. O rendimento máximo de bombeamento de água na altura de 5 metros foi obtido quando a válvula de impulso foi mantida na posição horizontal. De acordo com Cerpch (2002) quanto mais compacto o carneiro hidráulico, eliminado joelhos e curvas, menor a perda de carga do fluido. Rojas (2002) também afirmou que o fluxo da água deve ocorrer livre de curvas, sendo o mais reto possível para evitar perda de carga. O número de golpes por minuto influencia diretamente o rendimento da operação do carneiro hidráulico sendo que a melhor regulagem foi encontrada entre 70 a 80 batidas por minuto. De acordo com Abate e Botrel (2002) menores batidas por minuto produzem maior pressão na tubulação e consequentemente apresentam recalque maior por batida. Cararo et al. (2007) citam que um número menor de golpes indica um menor desgaste das peças móveis, dentre elas a válvula de escape. A regulagem empregada neste trabalho também foi coerente com os mesmos autores que obtiveram entre 70 a 80 golpes por minuto, com uma pequena oscilação em relação da altura de recalque e tipo de válvula. O emprego de câmaras de ar com os comprimentos de 100 cm; 75 cm; 50 cm e a garrafa PET de 2 litros e 0,6 litros não diferenciaram estatisticamente entre si. A câmara de ar tem a função de comprimir o ar no momento do golpe de aríete e seguida impulsionar o fluido para a tubulação de recalque. Tal fato justifica o baixo rendimento do carneiro hidráulico quando é reduzido a câmara de ar em um volume de 0,031 litros, ilustrado na figura, o volume não foi suficiente para proporcionar a compressão do ar e refletindo no rendimento. O rendimento dos carneiros ensaiados não ficou na faixa apresentada por Cerpch (2002), sendo 30 a 60 %, quando o mesmo utilizou carneiro hidráulico montado com garrafa PET. Provavelmente a estrutura empregada nesta pesquisa foi responsável pelo menor rendimento encontrado, visto que grande parte da água fornecida pelo equipamento não foi recalcada.

4 DECIBÉIS (DB) RENDIMENTO (%) 17,28 15,68,09 15,91 15, ,03 2 0,6 0,615 0,461 0,307 0,154 0 VOLUME (Litros) Figura 2 Rendimento do carneiro hidráulico em função da diferença do volume da câmara. Cabe salientar que o comprimento empregado na tubulação de alimentação coincidiu com o mínimo necessário segundo Azevedo Netto et al. (1998) e Jennings (1996), diminuindo assim a onda de pressão produzida pelo golpe de aríete. De acordo com a Figura 3, a batida da válvula de recalque pode produzir um ruído que atingiu valores máximos de 72 db a uma distância de 1 metro e 62 db a uma distância de 10 metros do carneiro hidráulico. 75 SEM CAIXA ISOPOR MADEIRA MADEIRA + ISOPOR DISTÂNCIA (M) Figura 3 Análise do ruído produzido pelo golpe de aríete em decibéis. Quando utilizado caixa acústica, para minimizar o ruído, foram obtidos valores de ruídos máximos de 61 db para caixa construída com madeira e isopor, 62 db para a caixa construída de madeira e 63 db para caixa construída com isopor, na distância de 1 metro. Já na distância de 10 metros foram obtidos 55,2 db para a caixa construída com madeira e isopor, 56 db para a caixa construída de madeira e 56 db para caixa construída de isopor. CONCLUSÃO Nas condições em que foi realizado este trabalho, a utilização da válvula de recalque na posição horizontal e associada com conexões de PVC a operação apresenta melhor rendimento,

5 por apresentar menor perda de carga, mas por se tratar de PVC, apresenta menor resistência e consequentemente menor vida útil quando comparada com a válvula de metal. E quanto utilizada câmara de ar nos comprimentos de 75 e 50 cm apresenta uma boa eficiência. A operação do carneiro hidráulico produz um som máximo de 72 db a uma distância de 1 metro e 62 db em uma distância de 10 metros, mas, quando envolvido por uma estrutura acústica, o som é minimizado de tal forma que não apresenta risco a saúde. Mas é importante salientar que os testes foram realizados em ambiente fechado, necessitando de novos estudos em ambiente aberto. AGRADECIMENTOS Ao IFC e FAPESC pela concessão de bolsa de estudos e apoio financeiro recebido para realização do projeto. REFERÊNCIAS ABATE, C.; BOTREL, T. A. Carneiro hidráulico com tubulação de alimentação em aço galvanizado e em PVC. ScientiaAgrícola, Piracicaba, v.59, n.1, p , AZEVEDO NETTO, J. M.; FERNANDES, F. M.; ARAUJO, R. Manual de hidráulica. 8. ed. São Paulo: Edgard Blücher, p ISBN CARARO, D. C.; DAMASCENO, F. A., GRIFFANTE, G.; ALVARENGA, L. A. Características construtivas de um carneiro hidráulico com materiais alternativos.revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental. Campina Grande, v.11, n.4, p , mar, CERPCH. Centro Nacional de Referência em Pequenos Aproveitamentos Hidroenergéticos. Disponível em: < Acesso em: mai. 20. JENNINGS, G. D. Hydraulic Ram Pumps. Water Qualiy e Waste Management:Cooperative Extension Service, North Carolina, EBAE 1-92, North Carolina, Mar,1996. Disponível em: < >. Acesso em: Mai.de 20. ROJAS, Ricardo Nicolás Zárate. Modelagem, Otimização e Avalição de um Carneiro Hidráulico Tese (Doutorado em Agronomia). Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo, Piracicaba, 2002.