Um carneiro hidráulico tradicional tem apenas duas peças móveis, uma válvula de “resíduos” com mola ou peso carregado, por vezes conhecida como a válvula “clack” e uma válvula de retenção de “entrega”, tornando-a barata de construir, fácil de manter, e muito fiável.
O carneiro hidráulico da Priestly, descrito em detalhe na Enciclopédia Britânica de 1947, não tem peças móveis. NOTA: Esta bomba afirma não ter válvulas móveis e utiliza ar de alta pressão, pelo que pode ser uma bomba Pulser.
Sequência de funcionamentoEdit
1. Entrada – tubo de accionamento
2. Fluxo livre na válvula de resíduos
3. Saída – tubo de entrega
4. Válvula de resíduos
5. Válvula de retenção de entrega
6. Recipiente de pressão
Um carneiro hidráulico simplificado é mostrado na Figura 2. Inicialmente, a válvula de descarga está aberta (ou seja, baixada) devido ao seu próprio peso, e a válvula de descarga está fechada sob a pressão causada pela coluna de água da saída . A água no tubo de entrada começa a fluir sob a força da gravidade e capta velocidade e energia cinética até que a força crescente de arrastamento levanta o peso da válvula de descarga e a fecha. O impulso do fluxo de água na tubagem de entrada contra a válvula de descarga agora fechada provoca um golpe de aríete que aumenta a pressão na bomba para além da pressão causada pela pressão da coluna de água que pressiona a partir da saída. Este diferencial de pressão abre agora a válvula de descarga, e força alguma água a fluir para a tubagem de descarga. Como esta água está a ser forçada a subir pela tubagem de distribuição mais longe do que a descer da fonte, o fluxo abranda; quando o fluxo inverte, a válvula de retenção de distribuição fecha. Entretanto, o golpe de aríete do fecho da válvula de descarga também produz um pulso de pressão que se propaga pela tubagem de entrada até à fonte, onde se converte num pulso de sucção que se propaga novamente pela tubagem de entrada. Este pulso de sucção, com o peso ou mola na válvula, puxa a válvula de descarga de volta a abrir e permite que o processo recomece.
Um recipiente de pressão contendo ar amortece o choque de pressão hidráulica quando a válvula de descarga fecha, e também melhora a eficiência de bombeamento ao permitir um fluxo mais constante através da tubagem de distribuição. Embora a bomba pudesse em teoria funcionar sem ela, a eficiência diminuiria drasticamente e a bomba estaria sujeita a tensões extraordinárias que poderiam encurtar consideravelmente a sua vida útil. Um problema é que o ar pressurizado irá gradualmente dissolver-se na água até não restar nenhum. Uma solução para este problema é ter o ar separado da água por um diafragma elástico (semelhante a um tanque de expansão); contudo, esta solução pode ser problemática nos países em desenvolvimento onde as substituições são difíceis de obter. Outra solução é uma válvula snifting instalada perto do lado de acionamento da válvula de entrega. Esta inala automaticamente uma pequena quantidade de ar cada vez que a válvula de distribuição se fecha e o vácuo parcial se desenvolve. Outra solução é inserir uma câmara interna de um pneu de carro ou bicicleta no recipiente de pressão com algum ar dentro e a válvula fechada. Esta câmara é de facto a mesma que o diafragma, mas é implementada com materiais mais amplamente disponíveis. O ar na câmara amortece o choque da água da mesma forma que o ar em outras configurações faz.
EfficiencyEdit
Uma eficiência energética típica é de 60%, mas até 80% é possível. Isto não deve ser confundido com a eficiência volumétrica, que relaciona o volume de água entregue com a água total retirada da fonte. A porção de água disponível no tubo de distribuição será reduzida pela razão entre a cabeça de distribuição e a cabeça de distribuição. Assim, se a fonte estiver 2 metros acima do carneiro e a água for elevada a 10 metros acima do carneiro, apenas 20% da água fornecida pode estar disponível, sendo os restantes 80% derramados através da válvula de descarga. Estes rácios assumem 100% de eficiência energética. A água efectivamente fornecida será ainda mais reduzida pelo factor de eficiência energética. No exemplo acima, se a eficiência energética for 70%, a água fornecida será 70% de 20%, ou seja, 14%. Assumindo um rácio de 2 para 1 cabeça de abastecimento para cabeça de distribuição e 70% de eficiência, a água fornecida será 70% de 50%, ou seja, 35%. Rácios muito elevados da cabeça de distribuição para a cabeça de distribuição resultam normalmente numa eficiência energética mais baixa. Os fornecedores de carneiros fornecem frequentemente tabelas com rácios de volume esperados baseados em testes reais.
Concepção da tubagem de transmissão e entregaEdit
Desde que tanto a eficiência como a ciclagem fiável dependem dos efeitos do martelo de água, a concepção da tubagem de transmissão é importante. Deve ser entre 3 a 7 vezes mais longa do que a distância vertical entre a fonte e o carneiro. Os carneiro comerciais podem ter um encaixe de entrada concebido para acomodar esta inclinação óptima. O diâmetro do tubo de abastecimento corresponderia normalmente ao diâmetro da conexão de entrada no carneiro, que por sua vez se baseia na sua capacidade de bombeamento. O tubo de transmissão deve ser de diâmetro e material constantes, e deve ser tão direito quanto possível. Quando são necessárias curvas, estas devem ser suaves, com grandes curvas de diâmetro. Mesmo uma grande espiral é permitida, mas os cotovelos devem ser evitados. O PVC funcionará em algumas instalações, mas o tubo de aço é preferível, embora muito mais caro. Se forem utilizadas válvulas, estas devem ser do tipo de fluxo livre, tal como uma válvula de esfera ou válvula de comporta.
O tubo de entrega é muito menos crítico, uma vez que o recipiente de pressão impede que os efeitos do martelo de água o subam. A sua concepção geral seria determinada pela queda de pressão permitida com base no fluxo esperado. Normalmente, o tamanho da tubagem será cerca de metade do tamanho da tubagem de abastecimento, mas durante períodos muito longos poderá ser indicado um tamanho maior. O tubo de PVC e quaisquer válvulas necessárias não são um problema.
Início da operaçãoEditar
Um carneiro recém-colocado em funcionamento ou que tenha parado de pedalar deve começar automaticamente se o peso da válvula de descarga ou a pressão da mola for ajustada correctamente, mas pode ser reiniciado da seguinte forma: Se a válvula de descarga estiver na posição elevada (fechada), deve ser empurrada manualmente para baixo para a posição aberta e libertada. Se o fluxo for suficiente, então, irá circular pelo menos uma vez. Se não continuar a circular, deve ser empurrada para baixo repetidamente até circular continuamente por si mesma, geralmente após três ou quatro ciclos manuais. Se o carneiro parar com a válvula de descarga na posição para baixo (aberta), deve ser levantado manualmente e mantido para cima durante o tempo necessário para que o tubo de abastecimento se encha de água e para que quaisquer bolhas de ar subam o tubo até à fonte. Isto pode demorar algum tempo, dependendo do comprimento e diâmetro do tubo de abastecimento. Depois pode ser iniciada manualmente, empurrando-a para baixo algumas vezes, como descrito acima. Ter uma válvula no tubo de fornecimento no carneiro torna o arranque mais fácil. Fechando a válvula até o carneiro começar a pedalar, depois abrindo-a gradualmente para encher o tubo de distribuição. Se for aberta demasiado depressa, interromperá o ciclo. Quando o tubo de distribuição estiver cheio, a válvula pode ser deixada aberta.
Problemas operacionais comunsEditar
Falha no fornecimento de água suficiente pode ser devida a ajuste inadequado da válvula de descarga, tendo muito pouco ar no recipiente de pressão, ou simplesmente tentando elevar a água acima do nível de que o carneiro é capaz.
O carneiro pode ser danificado por congelamento no Inverno, ou perda de ar no recipiente de pressão levando a um stress excessivo nas partes do carneiro. Estas falhas exigirão soldadura ou outros métodos de reparação e talvez substituição de peças.
Não é raro que um carneiro em funcionamento exija reinícios ocasionais. A ciclagem pode parar devido a um ajuste deficiente da válvula de descarga, ou a um fluxo de água insuficiente na fonte. O ar pode entrar se o nível da água de abastecimento não estiver pelo menos alguns centímetros acima da extremidade de entrada do tubo de abastecimento. Outros problemas são bloqueio das válvulas com detritos, ou instalação inadequada, tais como a utilização de um tubo de abastecimento de diâmetro ou material não uniforme, com curvas acentuadas ou um interior rugoso, ou que seja demasiado longo ou curto para a queda, ou que seja feito de um material insuficientemente rígido. Um tubo de abastecimento de PVC funcionará em algumas instalações, mas não é tão óptimo como o aço.