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segunda-feira, 5 de setembro de 2011

como construir uma bomba d'agua manual

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1. Introdução
"Bomba de Água Manual" - Projeto desenvolvido pela ONG Sociedade do Sol.
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.
Cuidado! A física dita os limites de sucção dos líquidos a serem bombeados verticalmente, na superfície deste planeta. Esse fenômeno é chamado de "Cavitação".
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 metros - nível do mar e a uma temperatura de 0 (zero) ºC. A razão é simples: no ato de puxar água do fundo do poço para cima, existe uma 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 vibrações da bomba e outros, fica difícil elevar água por sucção, a mais de 6, 7 ou 8m.
Obs.: uma coluna de água de 10,33 m (a CNTP) corresponde uma pressão hidráulica de 1 bar (= 0,987 atm (atmosferas)).
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. Assim terá os 6m, mais a altura que a 1ª bomba puder empurrar (dependendo da potência dessa bomba), e daí por diante, pode-se colocar a(s) bomba(s) em série, recebendo a água e empurrando-a para cima, e assim pode-se elevar a água por centenas de metros acima. 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. Veja o "Manual da Bomba de Roda" ou Bomba de Corda" no site da Sociedade do Sol. Existe também as bombas elétricas que trabalham submersas dentro da água do poço e com boa eficiência para esse tipo de trabalho.
Sugestão: tenha como limite máximo de altura para sucção os 6m. E a máxima altura de empuxe (elevação) que a bomba suporta sem degradação da estrutura física do material empregado, ainda não temos os dados suficientes, mas considere os 6m como limite; mais que isso só testando.
Atenção! 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 químico tóxico que se misture na água, e deverá tomar muito cuidado para não deixar água parada no sistema por alguns dias.

2. Componentes básicos
Na figura ao lado (figura 01) encontra-se ilustrada a Bomba de Água Manual puxa-empurra com todos os seus componentes básicos.
Ela é composta de um circuito com válvulas de retenção, um cilindro com formato de uma seringa com êmbolo para fazer o bombeamento.
Essa bomba é construída com materiais de fácil aquisição. Normalmente encontrados em lojas de materiais para construção. Veja mais detalhes no item 6.

Figura 01

3. Como funciona
O princípio de funcionamento dessa bomba é bem simples.
Funciona como uma seringa gigante, sugando a água vindo por um tubo para dentro do cilindro e depois empurrando-a para fora por outro tubo.
As duas válvulas de retenção (figura 02), 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 02
As figuras a seguir (figura 03 e figura 04) ilustram o esquema de funcionamento da Bomba de Água Manual puxa-empurra.

Figura 03
 
Figura 04
Primeiro a alavanca do êmbolo é puxada sugando a água pela válvula "V1" (enchendo o cilindro). Nessa situação a válvula "V1" é aberta permitindo a passagem da água, enquanto a válvula "V2" é fechada pela sucção. |
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Depois a alavanca do êmbolo é pressionada, empurrando a água para fora do cilindro. Nessa situação a válvula "V2" é aberta, liberando a passagem da água que será empurrada para cima enquanto a válvula "V1" é fechada (pela pressão), impedindo o retorno da água.

4. Montagem do corpo da bomba
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4.1. Montagem do cilindro
Para construir o corpo dessa bomba (figura 05), comece cortando um pedaço de 60cm de comprimento de um tubo de 50mm (tubo branco da linha esgoto), que será para fazer o cilindro.
A vantagem de usar um cilindro com tubo de 50mm de diâmetro, é a de fazer pouca força para bombear a água. O volume de água por bombeada será em média de 900ml, porém, devido ao leve esforço físico, é possível bombear por mais tempo sem se cansar.
Depois, faça uma bolsa em cada ponta desse tubo usando a bucha de redução soldável longa de 50 x 25mm e o calor do fogo da boca de um fogão, conforme as orientações a seguir:

Figura 05
Primeiro corte de uma bucha de redução longa, 1cm do lado de 50mm dessa bucha. Veja figura 06.
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Figura 06
Dica 02: introduza um tubo de 25mm na bucha para ter mais apoio (firmeza) para o corte. Veja figura 06.
Dica 03: para fazer um corte bem reto, primeiro risque com lápis toda a volta da bucha, depois comece serrando levemente toda a volta até ter um sulco bem definido para depois terminar o corte.
Dica 04: antes de iniciar esse corte, veja a questão 1.4. (Aumentar o diâmetro extern




Depois use essa bucha de redução (agora com 2cm) para fazer uma bolsa com 2cm de profundidade em uma das pontas do tubo de 50mm. Essa será a ponta inferior do corpo da bomba. Para fazer essa bolsa, siga os quatro passos a seguir e acompanhe as ilustrações da figura 07.
1° passo: inserir um rolinho de pano (ex: toalha, flanela, etc.) na ponta do tubo, deixando-o bem apertado;
2° passo: empurre esse rolinho de pano +/- 2cm para dentro do tubo;
3° passo: cubra a bucha de redução com um saco plástico, aqueça a ponta do tubo próximo do fogo da boca de um fogão e introduza a bucha coberta com o saco plástico apenas 2cm dentro da ponta do tubo, fazendo assim uma bolsa lisa;
4° passo: espere esfriar, retire a bucha, retire o saco plástico, e cole a bucha na bolsa com cola própria para tubos de PVC.

Figura 07
Depois, na ponta dessa bucha, cole um pedaço de 8cm cortado de um tubo de 25mm. Esse pedacinho de tubo de 25mm será para conectar ao Tê do circuito das válvulas.
Depois faça a bolsa do outro lado do tubo de 50mm (lado superior), usando um saquinho plástico duplo sobre a outra bucha de redução longa de 50 x 25mm. Esse saquinho duplo sobre a bucha será para deixar o encaixe da bucha com a bolsa, com uma pequena folga. Isso é necessário porque essa bucha não será colada na bolsa. Ela será presa apenas com a peça que fará o respiro dessa bomba. Veja a seguir nas figuras 08 e 09.
Para fazer o respiro, deixe encaixado na bolsa a bucha de redução longa e faça um furo de 20mm atravessando a bolsa e a bucha bem no meio da bolsa. Esse furo pode ser feito com serra copo de 20mm, ou fazer pequenos furos dentro de uma circunferência de 20mm riscada com lápis. Depois faça o acabamento com uma lima redonda ou meia-cana. Tome cuidado para não alargar esse furo além dos 20mm. Veja figura 08.
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Figura 08
Para fixar a bucha na bolsa, use um Adaptador soldável curto com bolsa e rosca para registro de 20x1/2" encaixado nesse furo (rosqueado - não use cola). Veja figura 09.
Dica 05: antes de tentar encaixar o adaptador nesse furo, faça uma rosca de 1/2" usando uma peça de metal com rosca de 1/2". Pode ser uma torneira, um plug, um niple, etc. Depois pode rosquear o Adaptador, mas antes corte 8mm da rosca do Adaptador para deixá-lo mais curto. Assim vai evitar que os anéis do êmbolo raspe nele quando em funcionamento.
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Figura 09
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4.2. Montagem da alavanca do êmbolo
Para a montagem da alavanca do êmbolo, comece cortando um pedaço de 66cm e dois de 13cm de comprimento de um tubo de 25mm (tubo marrom).
Depois cole os dois pedaços de 13cm, um de cada lado do Tê 90° soldável 25mm, e a seguir cole um Cap soldável 25mm em cada ponta desses tubos. Veja figura 10.
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Figura 10
Depois cole o tubo de 25mm de diâmetro com 65cm de comprimento no Tê 90° soldável 25mm. Veja figura 11.
IMPORTANTE: depois de ter feito essa montagem, colando essas peças, você vai fazer a montagem da ponta dessa alavanca, mas não vai colar a ponta nessa alavanca. Vai apenas encaixar a ponta conforme orientações a seguir.
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Figura 11
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4.3. Montagem da ponta do êmbolo
Para essa montagem será necessário:
- dois caps de 32mm;
- duas buchas de redução curta de 32 x 25mm;
- um anel de borracha com diâmetro de 40mm (esse anel é usado nas conexões de 40mm da linha esgoto);
- um pedacinho de 2,5cm de tubo de 25mm alargado ou retirado da ponta do tubo de 25mm que já venha com uma bolsa. Veja como é essa bolsa na figura 13.
Dica 06: antes de iniciar essa montagem, veja a questão 1.4. (Aumentar o diâmetro externo dos anéis do carretel (ponta) do êmbolo) na Página das DÚVIDAS mais frequentes e alguma DICAS.

Figura 12
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4.3.1. Preparação das peças
Importante: quando for comprar o tubo de 25mm, se a loja vender desse tubo por metro, escolha a ponta que tiver a bolsa (figura 13, ponta alargada), porque essa bolsa vai fazer parte da montagem desse êmbolo. Caso não tenha comprado esse tubo com a bolsa, terá que fazer uma bolsa no fogo da boca de um fogão.
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Figura 13
Comece cortando um pedaço de 2,5cm de comprimento da bolsa (figura 13) do tubo de 25mm. Veja figura 14.

Figura 14
Depois pegue as duas buchas de redução curta de 32 x 25mm e desgaste o ressalto interno deixando-as como se fossem um pedacinho de tubo liso. Veja figura 15.
ANTES
DEPOIS

Figura 15
Depois, corte de um cap de 32mm dois anéis conforme indicação da figura 16.
O primeiro anel (1° corte), faça logo depois do ressalto da boca do cap, e em seguida faça um acabamento com lixa.
O segundo anel (2° corte), faça com 6mm de espessura, retirando-o do corpo do cap, e em seguida faça um acabamento com lixa.
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Figura 16
Agora, que já tem todas as peças preparadas (figura 17),
1= cap de 32mm
2= anel retirado de um cap de 32mm (2° corte - figura 16)
3= anel retirado de um cap de 32mm (1° corte - figura 16)
4= bucha de redução de curta 32 x 25mm (figura 15)
5= anel de borracha de 40mm
comece montando o "carretel" da ponta do êmbolo da seguinte forma:
Obs.: monte esse conjunto de cabeça para baixo. Veja sequência das figuras a seguir.

Figura 17
 1° pegue o anel (peça n° 3 da figura 17) resultante do primeiro corte do cap de 32mm e cole-o na bucha (peça n° 4 da figura 17), tomando o cuidado de deixar o lado do declive da borda externa desse anel para baixo. Veja figura 18, e compare com o desenho da figura 12. Para fazer essa colagem, passe um pouco de cola do lado de dentro desse anel e coloque-o sobre um jornal com o lado do declive para baixo. Em seguida passe só um pouquinho de cola na beiradinha da bucha e introduza-a no anel pressionando levemente a bucha e o anel contra o jornal. Assim deixará as duas peças bem niveladas. Aguarde no mínimo uns 5 minutos antes de prosseguir com a montagem.
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Figura 18
2° pegue o anel (peça n° 2 da figura 17) resultante do segundo corte do cap de 32mm e cole-o na bucha (peça da figura 18). Para fazer essa colagem, introduza esse anel na bucha deixando-o distante 6mm do primeiro anel. Depois passe a cola no vão entre os anéis (os 6mm) e empurre esse segundo anel até encostar no primeiro anel. Veja figura 19. Depois retire o excesso de cola com um pano, e aguarde no mínimo uns 5 minutos antes de prosseguir com a montagem.
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Figura 19
3° agora cole o cap de 32mm na ponta restante da bucha. Para isso, passe cola do lado de dentro do cap deixando-o com a boca virada para cima, e em seguida, passe um pouquinho de cola na bucha e introduza no cap. Depois retire o excesso de cola com um pano. Veja figura 20.

4° depois de ter secado a colagem (1 hora para manusear as peças, e 12 horas para testes de pressão), coloque o anel de borracha no vão que formou nessa peça. Veja figura 21.
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