Dados do projetoEm muitos países em desenvolvimento, há uma necessidade crescente de sistemas de captação de água acessíveis. O principal sistema actualmente utilizado em vários países em desenvolvimento é uma bomba manual, uma vez que é a opção mais sustentável e de baixo custo para o abastecimento de água seguro em locais com poucos recursos. Eles são usados para diversos fins, atividades industriais, marítimas, de irrigação e de lazer.
A bomba manual analisada neste relatório é muito barata e fácil de fazer, como pode ser visto na figura 1 abaixo. Ele utiliza o efeito de golpe de aríete para bombear água. O efeito golpe de aríete é um aumento de pressão ou onda resultante quando o fluido em movimento é forçado a parar ou mudar de direção repentinamente. O golpe de aríete geralmente ocorre quando uma válvula é fechada repentinamente na extremidade de um sistema de tubulação e uma onda de pressão se propaga na tubulação. [1]
Conteúdo
Engenharia
Funcionalidade
Um diagrama do sistema pode ser visto na figura 2 abaixo. Quando a mangueira desce, a válvula de pé na extremidade da mangueira de jardim se abre, permitindo o fluxo de água. Quando a mangueira de jardim sobe, a válvula de pé da mangueira de jardim fecha e mais água é puxada para o tubo de PVC 40.
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Figura 2: Função da bomba manual
Cálculos
Conforme mencionado anteriormente, esta bomba utiliza o efeito de golpe de aríete. Na maioria dos casos práticos, este efeito ocorre em vazões e pressões muito altas, portanto a compressibilidade do fluido deve ser considerada. Para a bomba manual que está sendo criada, a incompressibilidade pode ser assumida porque estão sendo consideradas vazões e pressões muito baixas.
A densidade da água nas condições atmosféricas é ρ=1000kg/m 3 . Este fator pode ser utilizado no cálculo da pressão da água que entra na válvula de pé na extremidade da mangueira. A pressão da água que entra pela extremidade da mangueira, P 1 , pode ser encontrada pela equação (1).
Onde a constante gravitacional é g=9,81m/s 2 e a pressão atmosférica é 101.325Pa. A velocidade da água que entra na bomba será a mesma que a velocidade com que o usuário impulsiona a mangueira para baixo no poço. Supondo que em cada movimento descendente a mangueira percorre uma distância de 0,15 m e esse movimento leva 0,5 segundos para ser executado, a velocidade na qual a mangueira está se movendo é de 0,3 m/s. Portanto, a velocidade da água que entra na mangueira é V 1 =0,3m/s. Como os efeitos de compressibilidade podem ser ignorados, a equação de Bernoulli, equação (2), pode ser usada para calcular a velocidade de saída.
Onde h 2 -h 1 é a diferença de altura entre a parte superior e inferior da mangueira e isso está indicado na figura 3 abaixo. P 2 pode ser considerado zero, pois é igual à pressão atmosférica. Observe que um volume de controle foi colocado ao redor da mangueira e isso está indicado na figura 3 abaixo.
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Figura 3: Demonstração de fluxo
Usando a velocidade de saída, V 2 , a vazão volumétrica do sistema pode ser encontrada com a equação (3).
Onde
A vazão para diferentes comprimentos de poço pode ser vista na tabela 1 abaixo.
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| Profundidade do poço (pés) | 10 | 20 | 50 | 100 | 150 |
| Densidade da Água (kg/m 3 ) | 1.000 | 1.000 | 1.000 | 1.000 | 1.000 |
| Gravidade (m/s 2 ) | 9,81 | 9,81 | 9,81 | 9,81 | 9,81 |
| Pressão atmosférica (Pa) | 101.325 | 101.325 | 101.325 | 101.325 | 101.325 |
| Pressão na admissão (Pa) | 131.226 | 161.127 | 250.829 | 400.334 | 549.838 |
| Velocidade de saída (m/s) | 5,50 | 7,76 | 12h25 | 17h32 | 21.21 |
| Área de Saída (m 2 ) | 0,000198 | 0,000198 | 0,000198 | 0,000198 | 0,000198 |
| Taxa de fluxo volumétrico (m 3 /s) | 0,001089 | 0,001536 | 0,002425 | 0,003428 | 0,004197 |
Considerações Regionais
A participação comunitária no abastecimento de água rural é essencial para o sucesso da implementação de bombas manuais. À medida que aumenta o número de bombas manuais instaladas num país, a procura de equipas móveis de manutenção também aumenta, a menos que a aldeia assuma a responsabilidade pela manutenção da bomba manual. Para que isto aconteça, a tecnologia da bomba manual tem de ser adequada à manutenção da aldeia, tem de haver um responsável designado e treinado pela bomba e tem de haver peças sobressalentes que estejam prontamente disponíveis. Para comprar peças sobressalentes, a aldeia pode criar um fundo de recolha de dinheiro e possivelmente receber apoio do governo ou de outras agências locais. [2]
Os materiais plásticos são cada vez mais utilizados em projetos de bombas manuais devido ao baixo custo e à resistência à corrosão. No entanto, os processos de fabrico para fabricar produtos plásticos de alta qualidade são muitas vezes inexistentes nos países em desenvolvimento. [2] Esta bomba está limitada a regiões com poços que possuem níveis de água profundos para permitir a ação de bombeamento. A qualidade da água desempenha um papel importante no abastecimento de água de poços. Os problemas frequentemente encontrados são a corrosividade (que afecta as peças da bomba e a conduta principal se for feita de ferro), o excesso de minerais (possivelmente resultando num sabor desagradável para os utilizadores) e a poluição superficial (isto é, materiais orgânicos ou produtos químicos agrícolas). Quando se suspeitar da existência de tais problemas, a qualidade da água deverá ser adequadamente monitorizada e a concepção e conclusão dos poços corrigida para evitar problemas na medida do possível. [2] = Materiais Necessários =
Aqui está uma lista dos materiais necessários para construir esta bomba:
1. Mangueira de jardim de 5/8 "ou maior (diâmetro interno)
Adaptador de mangueira de jardim de 2,3/4"
3. Abra o olhal, arruelas e porcas
4. Cabo de náilon de 1/2 "
5. Parafusos, arruelas e porcas de 1/2"
6. Tubo de PVC com programação 40 de 2" de diâmetro interno
7. Furos de 1/2" na luva de tubo de PVC de 2"
8. Válvula de pé de 3/4"
9. Tampa de tubo de PVC de 2" com cronograma 40
Se estes materiais não estiverem disponíveis, os seguintes materiais alternativos podem ser usados:
- Em vez de uma mangueira de jardim, qualquer mangueira de tamanho semelhante pode ser usada
- Em vez de um adaptador, qualquer outro método para fixar a válvula de pé à mangueira pode ser usado, desde que seja feita uma vedação apropriada entre os dois
- Qualquer outro gancho pode ser usado em oposição ao gancho aberto
- Em vez do cordão de náilon, qualquer outra corda poderia ser usada
- Quaisquer outros parafusos podem ser usados em vez de parafusos de carro
- Qualquer outro tubo de 2" pode ser usado em vez do tubo de PVC cronograma 40
- Qualquer outra tampa de tubo pode ser usada, desde que se encaixe no tubo apropriado que está sendo usado
Ferramentas necessárias
Aqui está uma lista das ferramentas necessárias para construir a bomba:
- Brocas e brocas
- Fita de tubo ou composto para fornecer vedação hermética
- Solvente ou cola de PVC para fixar a tampa do tubo
Ferramentas alternativas:
- Qualquer outro dispositivo que possa fazer furos de tamanho apropriado pode ser usado
- Quaisquer outras colas de vedação ou solventes podem ser usadas para combinar com a mangueira e o tubo apropriados usados
- Quaisquer outros métodos podem ser usados para fixar a tampa correspondente ao tubo apropriado usado na montagem desta bomba
Projeto de bomba manual
Design sugerido
Abaixo está um processo sistemático que mostra como construir a bomba.
Observe que o comprimento da mangueira pode precisar ser ajustado para se adequar à profundidade do poço. Para a mangueira de comprimento apropriado, a válvula de pé deve estar logo acima da tampa do poço quando pendurada no gancho aberto, conforme visto na etapa 10 acima.
Protótipo
Para testar a validade desta bomba foi criado um protótipo. Os materiais utilizados incluem:
1. Mangueira de borracha de 1/2" com comprimento de 52"
2. Tubo de PVC cronograma 40 de 2" com comprimento de 60"
3. Válvula de pé de 3/4"
4. Adaptador de 3/4"
O protótipo montado da bomba pode ser visto na figura 4 abaixo.
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Figura 4: Protótipo montado em água
Recomenda-se que ao usar a bomba sejam feitos movimentos curtos e rápidos para cima e para baixo para bombear a água. Um vídeo da bomba manual em uso pode ser visto aqui:
Análise de custos
Comparada com a bomba manual tradicional, esta bomba manual é um método barato e eficaz para coletar água de poços. No entanto, a bomba manual tradicional pode movimentar a água a uma vazão muito mais rápida. Na tabela 2 abaixo está uma análise de custos para o projeto de bomba manual sugerido na seção 6.1. [3] [4] [5]
| Componente | Custo | Distribuidor |
| Adaptador de mangueira de jardim de 5/8" | US$ 0,49/pé | HomeDepot |
| Adaptador de mangueira de jardim de 3/4" | US$ 2,00 | Pneu canadense |
| Gancho de olho aberto de 1/2" | US$ 1,00 | Pneu canadense |
| Acorde de nylon de 1/2" | US$ 2,39 | Pneu canadense |
| Parafusos de transporte de 1/2" | US$ 2,00 | HomeDepot |
| Arruela de 1/2" | US$ 0,05 | Pneu canadense |
| Porca de 1/2" | US$ 0,05 | Pneu canadense |
| Tubo de PVC Cronograma 40 de 2" | US$ 1,75/pé | Pneu canadense |
| Válvula de pé 3/4" | US$ 9,99 | Pneu canadense |
| Tampa de tubo PVC Schedule 40 de 2" | US$ 0,89 | PVC do Norte |
Para os sistemas especificados na tabela 1, o custo total dos componentes está listado na tabela 3 abaixo.
Tabela 3: Custo total para diferentes profundidades de poço
| Profundidade do poço (pés) | Custo |
| 10 | US$ 45,75 |
| 20 | US$ 68,15 |
| 50 | US$ 135,35 |
| 100 | US$ 247,35 |
| 150 | US$ 359,35 |
As bombas manuais de alavanca padrão custam entre US$ 160 e US$ 300, dependendo do modelo. [6] Portanto, esta bomba só deve ser implementada em profundidades inferiores a 100 pés. Para profundidades superiores a 100 pés, a bomba manual de alavanca padrão deve ser implementada.
Referências
- ^ Plast-O-Matic: Valve Info Center, "Water Hammer", http://www.plastomatic.com/water-hammer.html , acessado em 23 de março de 2010
- ↑Ir para:2,0 2,1 2,2 Tschannerl, Gerhard., Bryan, Kedar., Projeto de bombas manuais de abastecimento de água rural, Banco Mundial, 1984, ISBN 0821306480
- ^ Canadian Tire, "Plumbing Parts", http://www.canadiantire.ca/home.jsp?site=WebStore , acessado em 23 de março de 2010
- ^ Home Depot, "Peças de encanamento", http://web.archive.org/web/20150906205127/http://www.homedepot.ca/webapp/wcs/stores/servlet/Home?catalogId=10051&storeId=10051&langId=- 15 , Acessado em 23 de março de 2010
- ^ Northern PVC, "Plumbing Parts", http://web.archive.org/web/20210116091648/http://www.northernpvc.com/ , acessado em 23 de março de 2010
- ^ Opção de bomba manual na África, "Hand Pump", http://web.archive.org/web/20120910163742/http://www.handpump.org:80/handpump_option_in_afrika/index.htm , acessado em 23 de março de 2010