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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
ERISMAR NIVALDO JORGE FERNANDES
Natal/RN, 2019.
FABRICAÇÃO E ESTUDO DE BOMBA ALTERNATIVADE DUPLA
IMPULSÃO
Por
Erismar Nivaldo Jorge Fernandes
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
como Requisito Parcial Para
obtenção do Grau de
Bacharel em Engenharia Mecânica.
Natal/RN, 2019.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
A Comissão Examinadora Abaixo Assinada,
Aprova o Trabalho de Conclusão:
FABRICAÇÃO E ESTUDO DE BOMBA ALTERNATIVA CASEIRA DE
DUPLA IMPULSÃO.
Elaborado Por
ERISMAR NIVALDO JORGE FERNANDES
Como Requisito Parcial Para
Obtenção do Grau de
Bacharel em Engenharia Mecânica.
___________________________________________
__________________________
Prof. Dr. Luiz Guilherme Meira de Sousa (Orientador)
__________________________
Me. Mário César De Oliveira Spinelli
__________________________
Prof. Me. Salomão Sávio Batista
Natal/RN, 2019
DEDICO
Aos meus pais, Eguimar Nivaldo Fernandes e Antônia Jorge Fernandes,
principalmente minha mãe que não desistiu de mim e não me deixou desistir,
me deram os ensinamentos necessários para que eu possa me tornar uma
pessoa de bem e passar esses ensinamentos pelas próximas gerações e para
as pessoas próximas a mim. A minha esposa Ana Lurdes De Sousa Militão que
me incentiva e esta sempre ao meu lado e a meus irmãos Eguimar Nivaldo
Jorge Fernandes e Adriana Cristina Jorge Fernandes que estão ao meu lado
nessa caminhada.
1
RESUMO
Foi fabricada e testada uma bomba de pistão de dupla impulsão de bombeamento
manual e de baixo custo, para as operações de enviar ou elevar água, sem o uso de
bombas industriais que exigem a presença de energia elétrica, capacitando-as para ser
utilizadas até mesmo locais pouco acessíveis. Serão apresentados os processos de
fabricação, montagem e operacionalidade da bomba projetada. Os componentes da
bomba de dupla impulsão concebida são de PVC, o que facilitou a montagem do protótipo
hidráulico estudado. A maior vantagem dessa bomba em relação às bombas
convencionais alternativas é sua capacidade de bombeio em duplo efeito, o que aumenta
significativamente o volume bombeado. A bomba criada e fabricada pode ser utilizada
para sistemas de bombeamento eólico, acionada por cata ventos de eixos verticais ou
horizontais, na operação de retirada de água de poços, cisternas e reservatórios. Os
testes realizados demonstraram a viabilidade de utilização da bomba produzida, obtendo-
se bombeamento para até cinco metros de altura.
Palavras-chaves: máquinas hidráulicas, bomba alternativa, dupla impulsão, baixo
custo.
2
Sumário DEDICO .................................................................................................................................... iv
RESUMO ................................................................................................................................ 1
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 3
1.1 Apresentações do trabalho................................................................................................ 3
1.2 OBJETIVOS ........................................................................................................................ 8
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...................................................................................................... 9
2.1 Bombas Hidráulicas ....................................................................................................... 9
2.2 Bombas alternativas .................................................................................................... 10
2.3 Bombas de Água Manual ............................................................................................. 11
2.4 Bombas alternativas caseiras....................................................................................... 13
2.5 Bombas de simples impulsão....................................................................................... 14
3 METODOLOGIA .................................................................................................................. 17
3.1 MONTAGEM................................................................................................................ 19
3.2 Princípio de Funcionamento ........................................................................................ 22
3.3 Testes, Resultados e discussões ................................................................................... 25
3.4 Testes ......................................................................................................................... 26
4 CONCLUSÕES ..................................................................................................................... 28
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................................... 29
3
1 INTRODUÇÃO
1.1 Apresentações do trabalho
A obtenção de água para o homem na antiguidade era uma verdadeira luta,
equipamentos capazes de elevar quantidades significativas de água surgiram diante de
necessidades, e em épocas bastante distintas.
As bombas hidráulicas possuem um vasto campo de aplicação, porém, poucas
são as pessoas que sabem da importância em seu dia a dia. Podem-se encontrar essas
bombas em quase tudo: carro, avião, navio, cidades etc.
Os primeiros dispositivos para coleta e elevação da água foram os baldes com
cordas atadas. Logo em seguida instalou-se um balde em uma das extremidades de uma
longa alavanca, e uma pedra pesada na extremidade oposta. Este sistema ficou
conhecido como toleno. (NETTO, 2004).
Dos incontáveis tipos e modelos de bombas já criados e desenvolvidos pelo
homem, há quatro em específico que marcaram a sua evolução. São elas as bombas de
roda d’água, as bombas espirais, as bombas de embolo e as bombas centrífugas.
Os aparelhos de tipo cadeia e de roda com canecos periféricos foram
desenvolvidos e utilizados na antiga Pérsia e no velho Egito. Já no Século IX a.C., os
Jardins da Babilônia eram alimentados com água elevadas por um sistema engenhoso e
mais sofisticados.
Por volta de 460 a.C., Heródoto descreveu um tipo de bomba aspirante que
passou a ser utilizada em embarcações marítimas da época. Já em 250 a.C., Arquimedes
inventou a bomba de parafuso, reaproveitado com total sucesso em algumas aplicações
atualmente. Mais um tipo interessante de bomba desenvolvida na antiguidade foi uma
constituída por um duto em forma de espiral desenvolvido em torno de um eixo giratório.
Porém, essas bombas consideradas primitivas não serviam para aspirar a água, assim, a
altura de elevação era muito limitada.
Ainda por volta de 120 a.C., foi construída a primeira bomba premente, feita de
bronze, e era empregada principalmente em navios. O grande passo dado na época foi a
4
invenção do pistão conjugado às válvulas de abertura e fechamento automático. Baseado
nesses princípios estabelecidos, uma câmara pneumática foi criada para manter a água
sob pressão. Assim foi criada a primeira bomba de combate a incêndio. Uma bomba de
operação manual foi instalada pelos romanos em Silchester nessa mesma época.
Um aparelho denominado tympanum foi mencionado por Marcus VitriviusPolio em
seu tratado. Este aparelho era constituído de uma roda d’água com uma câmara circular
ao longo de toda a periferia da roda e subdividida em oito compartimentos. Em seu
tratado também estava inclusa uma descrição de uma bomba de êmbolo. A figura 1
apresenta um desenho esquemático de uma bomba de água usada pelos Romanos a
milhares de anos.
Figura 1: bomba de água utilizada na antiguidade
O bombeamento de água é uma aplicação das bombas hidráulicas que mais tem
apelo social. Uma grande parte de nossa população, principalmente na zona rural, precisa
utilizar uma operação de bombeamento para ter acesso à água.
Na atualidade as pessoas residentes das grandes cidades normalmente possuem
água encanada fornecida por uma empresa pública que nos envia água já tratada
diretamente para nossa torneira, porém, essa realidade nem sempre foi verdadeira. Em
cidades mais interioranas é muito comum as famílias enfrentarem dificuldades para
conseguirem extrair água de algum local de difícil acesso para conseguir suprir as
necessidades mais básicas como a de lavar, de cozinhar e até mesmo de tomar banho.
5
São muito utilizados os cata ventos para acionamento de bombas alternativas,
propiciando a retirada de água de poços para o atendimento as necessidades básicas
dessas populações.
As bombas mais utilizadas no processo de bombeamento são as alternativas
volumétricas e as centrífugas e periféricas, em função de seus menores custos e maior
simplicidade de operação.
As bombas alternativas volumétricas são muito antigas, sendo o primeiro tipo de
bomba a ser inventado pelo homem. São as bombas utilizadas em sistemas eólicos de
bombeamento, para regiões onde haja inexistência de energia elétrica, para o
acionamento de outro tipo de bomba.
A bomba alternativa mais convencional criada pelo homem tinha modelo similar
ao mostrado pela Figura 2, composta por um pistão ou embolo, um cilindro e duas
válvulas de retenção.
Figura 2: Desenho esquemático dos principais elementos de uma bomba simples
impulsão.
Apesar de bastante utilizadas as bombas alternativas convencionais apresentam,
uma limitação em seu funcionamento, qual seja, a intermitência. Produzem o
bombeamento apenas em um sentido de movimento do pistão ou embolo.
6
Visando produzir um protótipo hidráulicode bombeamento semi-contínuo foi
projetada, fabricada e estudada uma bomba alternativa volumétrica de dupla impulsão.
As principais características dessa bomba são seus fáceis processos de
fabricação, montagem e operacionalidade, além do baixo custo e mais rendimento teórico
que uma bomba alternativa rudimentar.
Os resultados dos testes realizados comprovaram a viabilidade de aplicação da
bomba alternativa volumétrica de dupla impulsão proposta, que pode ser utilizada para
bombeamento eólica, acionada por um cata-vento. Como mostra a Figura 3.
Figura 3:Cata ventos para bombeamento de água.
Desde o princípio da civilização humana o transporte de líquidos, para diferentes
utilizações, foi um dos fatores necessários à sobrevivência da espécie. O completo
entendimento das variáveis que envolvem o transporte de fluidos incompressíveis fez com
que se desenvolvesse uma nova ciência, a que chamamos de mecânica dos fluidos.
Dentro deste contexto a engenharia aplicou o conhecimento desenvolvido por esta área
para criar equipamentos capazes de concatenar eficiência e robustez.
7
Dos dispositivos desenvolvidos para o transporte de fluidos incompressíveis
destacam-se as bombas centrífugas, de tipo construtivo simples possuem larga aplicação
nas indústrias, residências e instalações agrícolas.
Então se construiu uma bomba manual de pistão de dupla impulsão de baixo
custo com o intuito de transportar água de diferentes distancias e alturas com ou sem o
auxilio de energia elétrica e com mais desempenho que uma bomba de simples impulsão,
pois com menos ciclos é possível obter mais água, a bomba de dupla impulsão consegue
retirar água tanto na subida do pistão como na descida.
A utilização desse aparelho pode ser utilizada em casas ou fazendas para
transporte de água, esta bomba é de baixo custo e pode ser feito em casa utilizando
tubos de PVC (Policloreto de Vinila) e bolas de tênis de mesa, o PVC é um material que
se encontra com facilidade no mercado e é utilizado no abastecimento de água em
residenciais e também utilizado em esgotos.
Um dos maiores benefícios que esta bomba bem vedada proporciona é não haver
desperdício de água durante o trabalho, diferente de outros tipos de bombas caseiras, por
exemplo, (Carneiro hidráulico que será explicado mais a frente que tem um desperdício
de até mais de 50%).
Neste trabalho serão abordados os processos de fabricação, montagem e
operação da bomba de dupla impulsão proposta, que apresenta baixo custo evantagens
operacionais em relação às bombas alternativas de única impulsão.
8
1.2 OBJETIVOS
1. 2. 1 Geral
Demonstrar a viabilidade de utilização de uma bomba volumétrica alternativa dupla
impulsão.
1. 2. 2 Específicos
Projetar a bomba dupla impulsão proposta
Fabricar a bomba projetada
Testar o funcionamento da bomba
Encontrar a melhor aplicação para a bomba concebida
9
2 REVISÃOBIBLIOGRÁFICA
2. 1 Bombas Hidráulicas
Asbombas hidráulicassão dispositivos mecânicos idealizados para mover os líquidos
com pressão suficiente para transmitir a energia no corpo de fluido.
Esta é uma forma mais técnica de dizer que uma bomba hidráulica bombeia um
fluido, geralmente um óleo de baixa viscosidade, com força suficiente de modo que possa
ser usado para desempenhar um trabalho desejado.
Existem váriostipos de bombas hidráulicasde uso geral, onde se incluem as bombas
de engrenagens, bombas de parafuso, bombas de deslocamento fixo de palhetas,
bombas radiais ou bombas axiais, e também as bombas de pistão. A figura 4 mostra um
modelo de bomba hidráulica.
Figura 4: Modelo de Bomba Hidráulica Industrial
Assim como a variedade de bombas hidráulicas é muito grande, o mesmo acontece
com as suas aplicações, tendo um amplo uso no ramo industrial. Mas mesmo antes da
era industrial, elas já eram muito usadas, como para usar os cata-ventos ou rodas d’água
no bombeio do líquido para o consumo das cidades, bem como na irrigação e para o
consumo animal.
10
Atualmente, suas aplicações são inúmeras, como nas bombas para irrigação,
abastecimento de água, de gasolina e outros combustíveis, bem como em sistemas de
condicionamento de ar, refrigeração e no deslocamento de produtos químicos.
Elas também são úteis no combate a enchentes, serviços em embarcações e em
demais processos industriais, entre muitas outras funções. Na figura 5 mostra-se um
carneiro hidráulico muito usado para elevação de água em locais sem energia elétrica.
Figura 5: Carneiro hidráulico apara a operação de bombeamento.
2. 2 Bombas alternativas
As bombas alternativas são bombas de deslocamento positivo cuja característica
fundamental reside na sua função dosadora, que permite manter constante o volume
bombeado, qualquer que seja a pressão na descarga, desde que seja mantida a rotação
constante, e que a pressão de descarga seja compatível com o projeto da bomba.
Esta característica é que estabelece a diferença fundamental com suas equivalentes
bombas centrífuga e determina a grande versatilidade quanto às configurações
operacionais. Alem disso, permite, quase em todos os casos, operar próximo do máximo
rendimento mecânico e volumétrico, viabilizando a sua utilização em operações de
injeção de fluido e transferência de óleo em altas pressões com menor custo de operação.
A figura 6 demonstra uma versão simplificada de bomba alternativa.
11
Figura 6: Esquema de uma bomba de simples impulsão em corte parcial.
2. 3 Bombas de Água Manual
A engenharia hidráulica evoluiu muito no último século, porém para algumas
necessidades básicas como um simples bombeamento de água em circunstancias críticas
ou sem recursos elétricos não temos uma ferramenta de fácil acesso.
Sentindo a necessidade dessa ferramenta para bombeamento de água em
diferentes condições e aplicações, fomos incentivados a desenvolver esse projeto. Uma
bomba manual, leve, adaptável em inúmeras situações, de fácil construção e baixo custo.
A física dita os limites de sucção dos líquidos a serbombeado verticalmente, na
superfície deste planeta, teoricamente, para a água, esse valor é de 10,33m de coluna de
água, nas chamadas condições normais de pressão e temperatura, ou CNPT, equivalente
a uma altura de zero metro - nível do mar.
A razão é simples: no ato de puxar água do fundo do poço para cima, existe certa
altura, com relação ao nível dessa água, a partir da qual não é mais possível elevar a
água. São os tais 10,33m mencionados acima. Nesta altura, dentro do cano, existe uma
pressão negativa (um vácuo) equivalente ao peso da coluna de água, que é tão intensa
que se inicia naturalmente a evaporação da água, fenômeno também conhecido como
"quebra da coluna".
Quando acontece a quebra, a água não cai, retornando ao poço. Simplesmente a
coluna fica parada nesta altura e não sobe mais. Na prática, no poço onde desejamos
retirar a água, devido à sua altura sobre o mar, da temperatura ambiente, das vibraçõesda
12
bomba e outros, fica difícil elevar água por sucção, a mais de 6, 7 ou 8m.
Para elevar água começando por sucção de mais ou menos os 6m da superfície
da água do poço/reservatório, tem-se que colocar mais uma bomba em série com a 1ª
bomba.
O ideal para puxar água com profundidades acima dos 6m, mantendo o baixo
custo, é usar uma bomba para empurrar (por dentro de um tubo) a coluna de água desde
o fundo do poço até a altura desejada. Existem também as bombas elétricas que
trabalham submersas dentro da água do poço e com boa eficiência para esse tipo de
trabalho.
Nabomba alternativa a pistão efeito de bombeamento é produzido pelo
movimento alternado, de vai e vem, de um pistão num tambor vedado e preenchido com
um líquido.
Uma força exterior faz o pistão penetrar no cilindro, este movimento força
ovolume equivalente do fluido a se deslocar. Como o cilindro é vedado há o aumento da
pressão no seu interior, que gera a força necessária para abrir a válvula de recalque e
permite a saída do fluido, que recebeu energia cinética: movimento, e energia potencial:
pressão.
Alternando o movimento, com a saída do pistão, vácuo se forma no interior do
cilindro. Esta depressão é compensada pela entrada do fluido que está no duto de
admissão; a pressão ambiente força o fluido, e a abertura da válvula de admissão, que vai
ocupar o volume deixado pela saída do pistão. Um novo ciclo tem início.
As bombas alternativas usam um arranjo de diafragma, pistão ou êmbolo e
cilindro, com válvulas de sucção e descarga integradas na bomba. Bombas desta
categoria variam de monocilíndricas (chamadas desimplex), chegando, em alguns casos
até nove cilindros. A maioria das bombas alternativas são de dois (duplex) ou três (triplex)
cilindros.
Além disto, podem ser deação simples, onde os cursos de sucção e descarga são
independentes ou deação dupla, succionando e descarregando em ambos os sentidos.
As bombas podem ser movidas diretamente a ar comprimido, a vapor ou através de um
13
mecanismo biela-manivela, este acionado por um motor elétrico, de combustão interna
através de polias e correias, engrenagens ou mesmo com acionamento direto.
Estas bombas foram largamente empregadas no início da era industrial, no século
XIX, como bombas de alimentação de caldeiras. Embora sejam usadas ainda hoje, as
bombas alternativas são mais empregadas para o bombeamento de líquidos altamente
viscosos, incluindo concreto e petróleo.
Por questões hidráulicas, as bombas alternativas tendem a apresentar números
ímpares de pistões ou êmbolos, sendo a única exceção o número 2. Portanto, a
classificação de número de êmbolos ou pistões costuma ser:
Simplex: para bombas com um único êmbolo ou pistão;
Duplex: para bombas com dois êmbolos ou pistões;
Triplex: para bombas com três êmbolos ou pistões;
Quintuplex: para bombas com cinco êmbolos ou pistões;
Septuplex:para bombas com sete êmbolos ou pistões (rara);
Nonuplex:para bombas com nove êmbolos ou pistões (rara).
2. 4 Bombas alternativas caseiras
No que diz respeito às bombas de fabricação caseira, podemos citar também
mais alguns tipos, como por exemplo: o modelo Puxa-Empurra, o Carneiro Hidráulico, a
bomba submersa, dentre outras. A figura 7 apresenta um carneiro- hidráulico idealizado e
fabricado no laboratório LMHES da UFRN.
14
Figura 7: Carneiro hidráulico artesanal fabricado a partir de canos e conexões de PVC.
O Carneiro Hidráulico é um aparelho muito simples e de grande utilidade para o
abastecimento de água nas comunidades rurais, podendo ser definido como uma
máquina de elevação de água com energia própria, pois seu funcionamento depende
basicamente apenas da energia gravitacional, pois faz a retirada e distribuição da água de
um reservatório localizado com uma dada elevação até o chão. Uma vez instalado, o
Carneiro Hidráulico funciona 24 horas por dia.
A água que chega ao carneiro hidráulico inicialmente sai por uma válvula de
descarga, até o momento em que é atingida uma dada velocidade elevada.No momento
em que atinge uma velocidade elevada, a válvula de descarga fecha-se repentinamente
(“Golpe de Aríete”), ocasionando uma sobre pressão que possibilita, automaticamente, a
elevação de uma parcela de água que nele penetra a uma altura superior àquela de onde
a água proveio, sem necessitar do auxílio de qualquer força motriz externa, bastando para
isso que se tenha uma pequena queda hidráulica.
2. 5 Bombas de simples impulsão
O princípio de funcionamento dessa bomba é bem simples. Funciona como uma seringa
gigante, sugando a água vinda por um tubo para dentro do cilindro e depois a empurrando para
fora por outro tubo. A figura 8 demonstra os componentes básicos de uma bomba de simples
impulsão e seu princípio de funcionamento.
15
Figura 8: Modelo Esquemático de uma Bomba de Simples Impulsão
As duas válvulas de retenção, figura 09, servirão para direcionar o fluxo da água
enquanto é feito o vai-e-vem do êmbolo da seringa. Assim a água entra por uma válvula e
sai por outra, sendo forçada a seguir uma única direção.
Figura 9: válvulas de retenção da bomba alternativa
No caso da bomba de dupla impulsão em questão abordada nesse trabalho
apresenta construção e operação semelhante à bomba de simples impulsão, porém é
necessário instalação de mais duas válvulas de retenção para que o duplo efeito seja
alcançado, pois a bomba em questão admite e libera água tanto na descida como na
16
subida do êmbolo assim possibilitando uma melhor eficiência. Veja abaixo, figura 10, o
desenho esquemático da bomba de dupla impulsão.
Figura 10: desenho esquemático da bomba de dupla impulsão
17
3 METODOLOGIA
Na construção do projeto apresentado neste trabalho tentou-se reunir materiais
fáceis de serem encontrados no mercado e com preços baixos, pois um dos pontos chave
do projeto é justamente o baixo custo na obtenção da bomba manual de pistão de dupla
impulsão.
Essa bomba foi originalmente desenvolvida para bombear água para fins não
potáveis. Caso deseje usar essa bomba para bombear água potável, não poderá usar
nenhum tipo de graxa, pasta, e ou qualquer outro produto químicotóxicoque se misture na
água, e deverá tomar muito cuidado para não deixar água parada no sistema por alguns
dias.
Vejamos a seguir na tabela 1 que lista de todos os materiais precisos para se construir a
bomba.
Tabela 1: lista de materiais e suas respectivas quantidades utilizadas na fabricação da
bomba.
ITEM DESCRIÇÃO QUANTIDADE
1 Tubo de PVC 50 mm 1
2 Caps. 50 mm 2
3 Tê 25mm 2
4 Colares de PVC 50 mm por ¾ 4
5 Batedor de suspensão (pistão) 1
6 Adaptadores hidráulicos 25 mm 4
7 Buchas de redução de 40/25 8
8 Luvas50 mm 4
9 Bucha de redução 50/40 mm 8
10 Curvas 90° soldável 4
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11 Retentor de comando de válvulas de corcel 1
12 Haste de suspensão automotiva 1
13 Tubos de PVC, com diâmetro de ¾ 12
14 Porca, tamanho 17 1
15 1m² de madeira 1
Além dos materiais listados acima, podemos destacar também o uso de
ferramentas auxiliares que permitiram uma melhor montagem e ajuste de todas as partes
da bomba de corda. É o caso da furadeira de bancada, disponível em laboratório, chaves
de fenda, cola, massa epóxi, serra e lixa.
Abaixo podemos observar imagens, figura 11, dos principais componentes
utilizados na fabricação da bomba hidráulica de pistão deste trabalho em questão.
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Figura 11: principais materiais utilizados na construção da bomba
3.1 MONTAGEM
De acordo com o projeto para começar a montagem da bomba foi fabricada as
quatro válvulas de retenção com luvas soldáveis, buchas de redução e bolas de tênis de
mesa.Veja abaixo a ilustração, figura 12, de uma das válvulas de retenção desmontada.
Figura 12- válvula de retenção desmontada utilizada no projeto
No projeto inicial utilizaríamos o cano de 100 mm (para o cilindro), mas devido a
custos e falta de peças necessárias no mercado como colar de PVC foi utilizado tubos de
20
50 mm, utilizando o colar de 50 mm por ¾ para fazer a ligação entre o cilindro e as
válvulas de retenção onde ficariam duas válvulas de cada lado em sentidos contrários
para funcionarem como desejados pelo projeto.
Foram feitos 4 furos no cilindro com uma furadeira onde fica o colar e são as
passagens de água, os furos são em 180°, após instalar os colares conecta-se os
adaptadores e conexões em seguida as válvulas de retenção e o tê.
Para o pistão foi usado coxim de suspensão automotiva, usinado no laboratório
de LMHES (laboratório de maquinas hidráulicas e energia solar), até atingir o formato e
tamanho de 45 mm de diâmetro, utilizando a haste de suspensão prendendo o pistão com
1 porca de 17mm e arruela fazendo uma solda em T para facilitar o acionamento da
bomba
Veja abaixo, figura 13, as imagens do pistão depois de usinado e acoplado a
haste pronta para uso.
Figura 13:Ilustração do pistão e do êmbolo utilizado no projeto
Em um dos CAPS de 50 mm foi feito um furo central para a haste do pistão passar
onde se instalou um retentor de caixa de marcha para impedir a passagem de água e
assim não interferindo no desempenho da bomba. Veja abaixo, figura 14, a ilustração dos
CAPS furados e com retentores para impedir a passagem do fluido.
21
Figura 14: Foto do CAP furado e retentor para vedação
Para ter um melhor apoio na utilização da bomba foi necessário fabricar um
suporte para a bomba, foi utilizado pedaços de madeira prensada de um guarda roupa,
cortada com uma “tico tico” e pregadas com pregos e cintas plásticas com o suporte se
obteve uma facilidade no acionamento da mesma.Veja abaixo, figura 15,
algumasilustrações do suporte da bomba citado acima.
Figura 15: Suporte para bomba fabricado em madeira
Após todo o processo de fabricação se observa a bomba de dupla impulsão
pronta para uso. Veja na figura 16 abaixo a bomba fabricada no laboratório LMHES da
UFRN pronta para ser utilizada.
22
Figura 16: Bomba de dupla impulsão fabricada no LMHES
3.2 Princípio de Funcionamento
O pistão tem um determinado diâmetro, calculado pelo produto da área da sessão
transversal ao eixo pelo seu deslocamento. Pelo Princípio do Deslocamento de
Arquimedes, sabemos que um corpo mergulhado num líquido desloca uma quantidade de
líquido igual ao volume imerso. Abaixo na ilustração, figura 17, se observa a ilustração do
principio de Arquimedes onde o V é volume é igual a πvezes o R o raio ao quadrado
vezes a altura H.
Figura 17: calculo do volume deslocado pelo principio de aquimedes
Como a bomba é de dupla impulsão esse volume émultiplicado por dois, pois a
bomba de dupla impulsão capta água tanto na subida quanto na descida do pistão
23
também libera água na subida e na descida por isso a vazão seria dobrado em relação a
bomba manual de simples impulsão.
Como o pistão tem 45 mm de diâmetro e o curso dele é aproximadamente de 500
mm então usando o princípio de deslocamento Arquimedes se observa um volume
admitido de 795ml a cada movimento do pistão sendo assim um volume de 1590ml a
cada volta completa de subida e descida do êmbolo.Veja abaixo, equação 1, a equação
que é usada para medir a vazão
𝑉𝑎𝑧ã𝑜 =𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜 (1)
Esse volume ainda seria multiplicado pelo número de voltas por tempo decorrido
ou seja se em um minuto se consegue 40 voltas completas se tem uma vazão de 63.6
L/min isso considerando a bomba sem nenhum vazamento e totalmente vedada ou seja
uma vazão teórica. Abaixo, tabela 2, vemos as vazões para vários números de ciclos
diferentes.
Tabela 2 : relaçao entre numero de ciclos e vazao da bomba
Número de ciclos por minuto V(vazão) litros/minuto
10 15.9L/min
20 31.8L/min
30 47.7L/min
40 63.6L/min
50 79.5L/min
60 95.4L/min
70 111.3L/min
Tabela 2 : relaçao entre numero de ciclos e vazão da bomba teórico
24
Após a análise da tabela 2 fica evidenciada a relação entre o número de clicos por
minuno e a vazão. A figura 16 mostra esse comportamento linar entrea o número de
clicos por minuto e a vazão em litros por minuto.
Figura18: gráfico da vazão em função do número de ciclos por minuto.
15,9
31,8
47,7
63,6
79,5
95,4
111,3
0
20
40
60
80
100
120
10 20 30 40 50 60 70
N° Ciclos X Vazão
N° Ciclos X Vazão
25
3.3 Testes,Resultados e discussões
Colocando-se em prática a Bomba Hidráulica de pistão podemos observar, para
realizar os ensaios foram necessários dois reservatórios de água com mais de 50 litros
um cheio de água onde a bomba irá captar a água e o outro vazio para a bomba despejar
a água e tambémnecessita de duas mangueiras para fazer a captação e o despejo da
água.
Para realizar os testes são necessárias três medições para cada altura e ciclo e
depois é feita a media para melhor consistência na apresentação dos dados.
Levando em consideração que a bomba é acionada pela ação humana e que para
poder aumentar o número de ciclos é necessário também um aumento de potência
gerada para impulsionar a bomba. Sendo assim um dos fatores limitantes é força humana
que consegue aproximadamente 40 ciclos completos por minuto, isso sem que haja
elevação de água, ou seja, altura zero, no mesmo nível da bomba.
Quando se deseja elevar água o número de revoluções cai drasticamente com a
altura, pois o peso da coluna de água faz com que seja necessário aplicar cada vez mais
força sobre o êmbolo limitando a velocidade de execução, também diminuindo a vazão.
Outro fator limitante são as pressões suportadas pela bomba, que se muito altas
acarreta em vazamentos e pode até danificar as válvulas de retenção.
Existem mais fatores que interferem no desempenho do projeto que são os
pequenos vazamentos, vedações de válvulas e perda de carga que fazem com que os
testes realizados não sejam iguais aos dados teóricos.
Veja em seguida uma ilustração figura 11 onde demonstra o funcionamento da
bomba sendo acionada pela ação humana como base de teste.
26
Figura 11- demonstração de funcionamento da bomba fabricada
3.4 Testes
Primeiro teste realizado sem elevação de água, ou seja, mesma altura da bomba
com aproximadamente 40 ciclos se obteve uma vazão de 36litros/min o esperado seria
perto de 60 litros/min
Segundo teste elevação da água altura de 1 metro, foi observado que o número
de ciclos caiu de 40 para próximo de 35 aplicando forças parecidas isso acontece pois o
êmbolo fica mais pesado por causa do peso da água que está em elevação sendo assim
a vazão também diminuiu para 28litros/min aproximadamente.
Terceiro teste elevando a água a 3 metros de altura como esperado fica cada vez
mais difícil acionar a bomba, pois o peso da coluna de água se eleva bastante como
conseqüência o número de ciclos cai e assim como também a vazão da bomba,
obtivemos vazão de 22L/min observa-se também o crescimento do número de
vazamentos durante o acionamento.
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Quarto e último teste elevando a água a uma altura de 5 metros de altura como
esperado a vazão e o número revoluções cai, a vazão fica em torno de 17L/min. com o
numero de ciclos abaixo de 30 os vazamentos ficam mais evidentes a essa altura devido
a altas pressões exercidas.
Veja abaixo na tabela 3 abaixo a media dos 3 testes para cada altura realizados com
bomba
ALTURA DE ELEVAÇÃO (metros) VAZÃO (L/min)
0 metros 36L/min
1 metro 28L/min
3 metros 22L/min
5 metros 17L/min
Gráfico 2: mostra os testes realizados, altura x vazão.
36
28
22
17
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 1 3 5
altura x vazao
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4 CONCLUSÕES
Com a conclusão do desenvolvimento do projeto de construção da bomba
hidráulica de pistão com dupla impulsão, orientada pelo professor Dr. Luiz Guilherme
Meira de Souza, foi possível observar e obter um melhor entendimento da importância
que um material caseiro, que independe do uso de energia elétrica e de qualquer outro
tipo de tecnologia, pode ter na vida de várias pessoas que residem em regiões menos
favorecidas.
Observou-se que é um projeto de baixo custo, em torno de 120 reais, e que os
materiais são encontrados em qualquer material de construção nas pequenas e grandes
cidades e o projeto se mostrou satisfatório
A bomba alternativa de pistão pode vir a ajudar famílias a reduzir
consideravelmente os esforços na obtenção de água, tanto para consumo como também
para as mais diversas aplicações necessárias em uma unidade familiar.
Diante do exposto, pode-se concluir que o projeto em questão foi de grande
relevância e permitiu ver a engenharia sendo utilizada para a sua principal finalidade, que
é a de ajudar as pessoas que mais precisam. É a engenharia voltada para fazer o bem,
de forma útil e bastante positiva.
Além disso, durante o processo de fabricação da bomba foi possível observar, na
prática, diversos assuntos visto na teoria dentro da sala de aula, nas mais diversas
disciplinas que compõe a estrutura curricular do curso de Engenharia Mecânica na UFRN
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5 REFERÊNCIASBIBLIOGRÁFICAS
STEFANELLI, Eduardo. Bombas alternativas, disponível:
https://www.stefanelli.eng.br/bomba-alternativa-pistao/ ( acesso em 25/03/2019)
F.SILVA, Napoleão. Bombas Alternativas Industriais. Rio de Janeiro, Interciência,2007
Bombas hidráulicas disponível em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Bomba_hidr%C3%A1ulica
( acesso dia 10/04/2019)
Bombas de água disponível em:
http://www.sempresustentavel.com.br/hidrica/bombasdeagua/bomba-de-agua-model1.htm
(acesso em 5/03/2019)
Como especificar bombas alternativas disponível em: http://www.omel.com.br/artigos-
tecnicos/escola-de-bombas/bombas-dosadoras/como-especificar-bombas-dosadoras-
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PVC, Policloreto de Vinila (PVC) disponível em: < HTTP:
http://www.tudosobreplasticos.com/materiais/materiais.asp (acesso dia 15/03/2019)
