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Fonte de Heron e suas versões

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

O professor falou e eu duvidei,
vi funcionando e não entendi,
fiz e aprendi.
"Confúcio e Léo"
(não em dias consecutivos)

Introdução
Com tal montagem você conseguirá facilmente um jato de água de 50 cm de altura, de modo continuo, por mais de 20 minutos, usando apenas como energia inicial, o trabalho de colocar uma garrafa cheia de água numa plataforma elevada. A fonte de Heron (e suas variantes) é o que apresentaremos nesse trabalho.

Material

a) 3 placas quadradas, de madeira (A, B e C), com espessura de 0,5 cm e lados de 15 cm;

b) 2 sarrafos (D e E) de 1 cm de espessura, 5 cm de largura e 150 cm de comprimento.

Veja em (a,b), das ilustrações, a montagem dessas peças, formando a "prateleira" de 3 patamares A, B e C. A placa A apresenta um orifício central de 3 cm de diâmetro.

(c) 2 garrafas de refrigerante (G1 e G2) tipo "Big", em plástico, com capacidades de 2 litros. Garrafões de 3l ou 5l também servem; o inconveniente é que, em geral, têm boca por demais estreitas.

(d) 1 bacia de plástico (BP), redonda, com diâmetro de cerca de 30 cm, com um furo central em seu fundo, com diâmetro de 2,5 cm. Forma de "pizza" ou de bolo também servem.

(e) 3 rolhas de borracha ou cortiça dura, com dois furos cada: uma (a grande - R1) que se adapte ao furo da bacia e ao orifício da plataforma A e as outras duas (R2 e R3) que sirvam para as bocas das garrafas plásticas ou garrafões.

Ilustração do material

 

 

 

Todos os furos nas rolhas devem permitir a passagem (apertada) de tubos de vidro de 6 ou 7 mm de diâmetro externo.

(f) 1 tubo de vidro (6 mm) com uma das extremidades afunilada e cerca de 15 cm de comprimento (T1) ; 1 tubo de vidro reto com cerca de 8 cm de comprimento (T2) ; 4 tubos de conexão em L (cotovelos em 90 graus), com pernas de 5 cm de comprimento (T3). Os tubos de vidro, comuns em laboratórios de química, com alguma perícia para trabalhá-los sobre o bico de Bunsen, resolvem essa parte do material necessário. Obviamente, tubos de plástico de Ø 6 mm, também se adaptam ao projeto.

(g) 2,5 metros de "tripa de mico" (TM) (látex) ou tubo plástico flexível (mangueirinha) de diâmetro interno igual ou ligeiramente menor que o diâmetro externo dos tubos de vidro.

Montagem
1) Na rolha grande (R1) passe os tubos (T1) e (T3); numa das pequenas (R2) passe os tubos (T2) e (T3) e na última (R3) passe os dois tubos restantes (T3).

2) Cole o fundo da bacia na plataforma A, com os furos coincidindo. Após secagem, pela face inferior de A, introduza a rolha grande (R1) no furo, até parte da rolha sobressair no fundo da bacia. No ramo horizontal do cotovelo (T3) adapte um tubo de plástico transparente ou "tripla de mico" (TM).

3) Na rolha que vedará a garrafa superior (R2) (já com seus tubinhos de vidro), coloque pequenos pedaços de tubo flexível (látex ou tripa) nas extremidades do tubo reto. Na conexão plástica desse tubo reto, adapte um tubo de vidro que chegue até o fundo da garrafa. Você pode substituir esse tubo de vidro por um tubo plástico flexível que chegue até o fundo da garrafa. Faça o mesmo com um dos tubos de vidro da garrafa inferior.

Nota: Com certa perícia e boa cola, as rolhas das garrafas podem ser substituídas pelas próprias tampas plásticas dessas garrafas. Para boa rigidez do sistema recomenda-se usar "durepoxi". Vide modo de usar na própria embalagem.

4) Fase final: Coloque água até o gargalo na garrafa superior e adapte sua rolha bem firme (não pode vazar ar). Coloque essa garrafa na plataforma B e encaixe o tubinho de látex (TM) na extremidade inferior do tubo de vidro afunilado da bacia.

Com a tripa de mico (ou mangueirinha), ligue o cotovelo da garrafa superior (T3) com o cotovelo (T3, da esquerda) da garrafa inferior. Essa é a hora certa de você ajustar o comprimento correto da "mangueirinha", antes de cortá-la definitivamente.

Adapte a mangueirinha que vem da bacia ao cotovelo (T3, da direita) da garrafa inferior. Esse é o cotovelo que tem a tal emenda que vai até o fundo da garrafa.

5) Com a garrafa de cima cheia de água, para funcionar, basta colocar um pouco de água na bacia, até cobrir a boca do tubo (T3) que deve sobressai ligeiramente da rolha.

Dai para a frente a "coisa" funciona por "conta própria".

Funcionamento
A energia inicial para o funcionamento do sistema foi dada quando você colocou a garrafa na prateleira de cima. Com isso ela adquiriu energia potencial gravitacional em relação à garrafa de baixo. Essa energia potencial inicial mais a pressão atmosférica manterão o funcionamento até que se esgote a água da garrafa superior.

A água colocada na bacia, penetra na mangueira e vai até a garrafa inferior, comprimindo e forçando a saída de ar dessa garrafa, pela outra mangueirinha. O ar que dela sai, entra na garrafa superior, via (TM), aumentando a pressão nos pontos do interior dessa garrafa. Isso força a água a subir pelo tubo central e a jorrar pelo tubo afunilado.

A água que jorra, cai na bacia (por isso a bacia deve ser suficientemente larga para recolher essa água), entra na mangueira e vai para a garrafa inferior, forçando mais saída de ar dessa.

E o processo continua até que toda a água da garrafa superior passa para a inferior, via bacia.

Depois, é só afrouxar as rolhas e trocar as garrafas de posição --- Cheia em cima, vazia em baixo.

Vale a pena ver isso funcionar!


Variações de montagem
As montagens I, II e III são equivalentes. As partes básicas são: A - plataforma; B - reservatório superior; C - reservatório inferior; 1, 2 e 3 - tubos de vidro (ou plástico) e Líquido = água + corante

As montagens acima foram feitas em vidro (frascos para aquário e globos). Os suportes de madeira não são mostrados.
Em III usou-se de garrafões de laboratório de química com abertura próxima ao fundo (frascos para decantação). Isso também pode ser feito com garrafas plásticas de 2 litros, com furos próximos à suas bases.

Em IV temos uma montagem estanque (nada se comunica com a atmosfera). Os tubos de plástico devem ter uma de suas extremidades (E) vedadas com massa epoxi (durepoxi). Em cada tubo, nas posições indicadas, devem ser feitos furos (F) de diâmetro 1 mm. O líquido é uma mistura de água e álcool (20 ml de álcool para cada litro de água) com algum corante orgânico. Para reiniciar o funcionamento basta girar todo o sistema.

Versão com garrafas de Gatorade®


A bomba d'água de Heron
A técnica de funcionamento da fonte de Heron pode ser útil para elevar água desde um reservatório A até outro reservatório B, utilizando um reservatório intermediário C e um local para vazão de água D, em nível mais baixo. Analise a ilustração da esquerda na figura abaixo e descreva o funcionamento, --- percebeu que o tubo T3 deve ser algo mais comprido que o tubo T1? A ilustração à direita é uma sugestão prática para exibir o projeto em Feira de Ciências (não esqueça, T3 > T1).


Nova versão da fonte de Heron
Não me canso de montar variantes desta fonte. Neste mês de junho de 2011, mais um modelo foi acrescentado ao meu laboratório particular.
Usei como estrutura básica, 3 tábuas de cortar queijo em pinus (lojas de R$ 1,99), 3 sarrafos de 0,5 cm de espessura e 5 cm de largura, 2 garrafas PETs de 3 litros, forma de pizza e mangueirinha de plástico transparente Ø 5 mm. Como a estrutura e a montagem segue exatamente a descrição geral posta acima, vamos nos contentar com a publicação das fotos.

Quando foi tirada a foto, ainda não havia
comprado a forma de pizza. Agora já está
com a forma e os três suportes cilíndricos
que a sustentam foram cortados pela me-
tade. O jato de água alcança 43 cm acima
da forma.


 



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