Med Vaz

  • 3,280 views
Uploaded on

Medição de Vazão

Medição de Vazão

More in: Education
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
  • muito obrigado, somente com esse slide pude entender em que ocasiões a curva-chave pode se apresentar em laço!
    Are you sure you want to
    Your message goes here
No Downloads

Views

Total Views
3,280
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0

Actions

Shares
Downloads
98
Comments
1
Likes
2

Embeds 0

No embeds

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide

Transcript

  • 1. Unicamp - Universidade Estadual de Campinas FEC - Faculdade de Engenharia Civil Departamento de Recursos Hídricos Hidrologia Aplicada Medições de Vazão Jim Silva Naturesa (RA 990709)
  • 2. Índice Introdução; Medida direta ou método volumétrico; Medida a partir do nível d’água; Medidas por processos químicos; Medida de Velocidade e Área; Flutuadores e Curva-Chave. 2
  • 3. Introdução De maneira geral o problema reside na escolha da seção apropriada que permita uma correlação segura entre os níveis d'água e as vazões. A medida de vazão em um curso d’água pode ser feita das seguintes maneiras: a) Diretamente; b) Medindo-se o nível d’água; c) Por processos químicos; d) A partir do conhecimento das áreas e das velocidades. 3
  • 4. Medida direta ou método volumétrico Consiste em determinar a vazão medindo- se o tempo necessário para encher o reservatório de volume conhecido. Este método, caso o volume do reservatório seja realmente conhecido e não haja perdas significativas por infiltração, é o mais preciso de todos. 4
  • 5. Medida a partir do nível d’água Com o uso de dispositivos de geometria regular (vertedores e Calhas Parshall), em que a vazão pode ser calculada pelas Leis da Hidráulica ou a partir de ensaios em laboratórios. 5
  • 6. Medida a partir do nível d’água Calhas medidoras – qualquer dispositivo que provoque a passagem do rio de um regime fluvial para um torrencial. A mudança de regime obriga a existência de profundidade crítica dentro da instalação. A vazão será função dessa profundidade e das características do medidor. 6
  • 7. Medida a partir do nível d’água Vertedores – conhecendo-se a espessura da lâmina de água sobre vertedor, pode-se determinar a descarga por meio de tabelas ou gráficos, desde que se proceda previamente a taragem da instalação. 7
  • 8. Medidas por processos químicos No método químico, injeta-se no rio uma certa quantidade de uma solução de um produto químico (em geral bicromato de sódio) ou de um radioisótopo de concentração conhecida, e determina-se a concentração do produto na água do rio a uma certa distância a jusante. Basicamente, existem dois métodos em uso: 1) Método da injeção contínua; 2) Método da integração. 8
  • 9. Medidas por processos químicos No método da injeção contínua, injeta-se, com vazão constante, uma solução concentrada de um produto químico (sal) e mede-se a concentração desse produto na água do rio. A vazão será dada pela seguinte expressão: Q = q (Cs / Cr) (m3/s) (1) Onde: q = vazão da solução salina (l/s); Cs = concentração da solução (g/l); Cr = concentração do sal na água (mg/l). 9
  • 10. Medidas por processos químicos O segundo método químico, método da integração, consiste em verter, de qualquer maneira, um volume conhecido de solução no rio. Realizam-se em seguida, em uma seção a jusante, as coletas de amostras durante todo o tempo de passagem da solução diluída. A vazão será dada pela seguinte expressão: Q = ( V Cs ) / ( ∫ Cr dt ) (m3/s) (2) Onde: V = volume de solução despejado l; Cs = concentração da solução g/l; Cr = f(t) – concentração variável do sal no rio mg/l. 10
  • 11. Medidas por processos químicos Para a aplicação dos dois métodos são necessárias algumas condições, tais como: 1) Deve haver turbulência ativa em toda a massa de água de maneira a garantir uma mistura homogênea; 2) Deve haver ausência de águas paradas para existir a renovação constante das massas em toda a seção considerada. Segundo Pinto et al., o método por integração é bem mais prático que outro, pois necessita de menos equipamentos e de uma menor quantidade de substância dissolvida. 11
  • 12. Medida de Velocidade e Área Também conhecido como método da integração do diagrama de velocidades, que se baseia na igualdade da cinemática dos fluídos: Q = ∫A vdA (3) Onde: V = velocidade (m/s) e A = área em (m2) Para o emprego desse método é necessária à determinação da velocidade em um número relativamente grande de pontos da seção transversal, podendo-se realizar a integração por dois processos: 12
  • 13. Medida de Velocidade e Área 1) Traçando-se, com base nos pontos de velocidades medidos, as curvas de iguais velocidades (isótacas), em seguida, planimetra-se a área entre isótocas consecutivas e multiplica-se essa área pela média das isótocas limítrofes. Somam-se esses resultados parciais para se obter a vazão total. 2) Definindo-se na seção uma série de linhas verticais e medindo- se as velocidades pontuais em vários pontos situados sobre essas verticais, para então, com auxílio do respectivo perfil de velocidades médias da vertical, multiplicada por uma área de influência igual ao produto da profundidade na vertical pela soma das semidistâncias às verticais adjacentes, fornece as vazões parciais, cuja soma será à vazão total. 13
  • 14. Medida de Velocidade e Área Exemplo do segundo processo. 14
  • 15. Medida de Velocidade e Área Os serviços de hidrometria brasileiros costumam utilizar dois métodos para a determinação da velocidade média na vertical, são: 1) O chamado método detalhado, em que o número de pontos em cada vertical é o máximo em função da profundidade, conforme a tabela. 2) O método simplificado, ou método dos dois pontos, que utiliza um ponto a 0,6h (para h<0,6m) e dois pontos a 0,2 e 0,8h (para h> 0,6m). Número de posições na Cálculo da velocidade média na vertical Profundidade vertical. Pontos em relação a (m) profundidade “h” 1. 0,6h V = V0,h 0,15 a 0,60 2. 0,2 e 0,8h V = (V0,2 + V0,8) / 2 0,60 a 1,20 3. 0,2; 0,6 e 08h V = (V0,2 + 2V0,6 + V0,8) / 4 1,20 a 2,00 4. 0,2; 0,4; 0,6 e 0,8h V = (V0,2 + 2V0,4 + 2V0.6 + V0,8) / 6 2,00 a 4,00 5. S; 0,2; 0,4; 0,6 0,8 e F V = [S + 2(V0,2 + V0,4 + V0.6 + V0,8) + F] / 10 > 4,00 15
  • 16. Medida de Velocidade e Área Com a utilização de molinetes pode-se medir a velocidade em vários pontos da vertical. Naturalmente, não serão feitas infinitas medidas entre esses extremos e assim quatro processos principais são normalmente utilizados: 1) Pontos múltiplos (método detalhado); 2) Dois pontos (método simplificado); 3) Um ponto e (método simplificado); 4) Integração. 16
  • 17. Flutuadores Molinetes: São aparelhos que permitem, desde que bem aferidos, o cálculo da velocidade mediante a medida do tempo necessário para uma hélice ou concha dar um certo número de rotações. Marca-se o tempo decorrido entre alguns toques, de forma a se ter o número de rotações por segundo (n). Cada molinete recebe sua curva: V = an + b Onde: n = número de rotações; a = constante - “passo da hélice” e b = constante - “velocidade de atrito”. Os molinetes podem ser classificados em dois tipos: os de eixo vertical e os de eixo horizontal. O molinete pode ser colocado na água por meio de uma haste apoiada no fundo do rio ou suspenso por meio de cabos. 17
  • 18. Flutuadores 18
  • 19. Curvas-Chaves Pinto et al. (1998) explicam que em um rio de morfologia constante ou pouco variável, em que a declividade da linha de água é aproximadamente a mesma nas enchentes e vazantes a relação cota-descarga resulta unívoca e estável, permitindo a definição de uma curva de descarga única - poucos rios satisfazem esses requisitos. Entretanto é possível aceitar como unívoca e permanente a relação cota-descarga de grande número de estações hidrométricas. Podem-se definir três tipos principais de curvas-chaves ou de descarga: curvas estáveis e unívocas, curvas estáveis influenciadas pela declividade e curvas instáveis. 19
  • 20. Curvas-Chaves Curvas de descarga estáveis A curva-chave é a relação entre os níveis d’água com as respectivas vazões. Para o traçado da curva-chave é necessário que se disponha de uma série de medições de vazão no local, ou seja, a leitura da régua linimétricas e a correspondente vazão (h e Q). Seu aspecto é o de uma parábola de eixo horizontal, sendo representada por uma equação da forma: Q = A + Bh +Ch2 (3) Assim: Q = A (h - h0)b (4) Onde: Q é a vazão (m3/s); h é o nível da água lido na régua (m); A, b e h0 são constantes a serem determinadas. h0 corresponde ao valor de h para vazão igual a zero. A equação (4) pode ser linearizada aplicando-se o logaritmo em ambos os lados, ou: logQ = logA + blog(h - h0) (5) Pode ser reescrita como: Y = C +bX (6) 20
  • 21. Curvas-Chaves Curva de descarga de Praia Grande-rio Capivari-Paraná. 21
  • 22. Curvas-Chaves Curva de descarga de Porto Amazonas-rio Iguaçu. 22
  • 23. Curvas-Chaves Para a determinação da curva-chave são utilizados dois procedimentos: o método gráfico e o método analítico. I - Método gráfico 1 - Lançar em dispersão XY os pares de pontos (h, Q); 2 - Ajustar uma curva aos pontos (adicionar linha de tendência – polinomial); 3 - Prolongar essa curva até cortar o eixo das ordenadas (eixo dos níveis); a intersecção da curva com o eixo de h corresponde ao valor de h0; 4 - Montar uma tabela que contenha os valores de (h-h0) e as vazões correspondentes; 5 - Lançar em papel log-log os pares de pontos (h-h0, Q); 6 - Traçar a reta média, ajuste linear (adicionar linha de tendência); 7 - Determinar o coeficiente angular dessa reta, fazendo-se a medida direta (regra de três); o valor do coeficiente angular é a constante b da equação da curva-chave; 8 - Da intersecção da reta traçada com a reta vertical que corresponde a (h-h0) = 1,0 corresponde ao valor da constante C da equação resulta o valor particular de Q, que será o valor da constante C da equação. 23
  • 24. Curvas-Chaves 24
  • 25. Curvas-Chaves Curvas de descarga estáveis, influenciadas pela declividade Segundo Pinto et al. (1998) as curvas de descarga unívocas são possíveis quando a declividade da superfície líquida é constante ou varia muito pouco. Em rios de pequena inclinação, diversas causas podem acarretar alterações de declividade da linha de água independentemente da flutuação do nível das águas. Um exemplo característico verifica-se quando da ocorrência de flutuações de nível relativamente rápidas, por ocasião de uma cheia. Para uma mesma leitura linimétrica, a declividade é mais acentuada e a vazão maior na fase ascensional do que no período de depleção das águas. Essas condições podem ocasionar curvas-chaves em laço. Existem diversos métodos para a obtenção da curva característica. Um dos métodos utilizados denomina-se método da raiz quadrada do desnível, que se baseia na teoria de que a velocidade da corrente é proporcional à raiz quadrada da diferença de nível. 25
  • 26. Curvas-Chaves Representação de uma curva de descarga em laço. 26
  • 27. Curvas-Chaves Curvas instáveis Segundo Pinto et al. (1998), quando as condições de controle são instáveis, as curvas de descarga variam ao longo do tempo de maneira imprevisível. A precisão dos resultados será determinada pela freqüência com que se realizam medições de vazão. O número de medições será função do grau de mobilidade do rio e da precisão desejada. Segundo os pesquisadores, a precisão que atinge 1% em postos instalados em condições próximas das ideais de estabilidade e sensibilidade, pode subir para 10% ou 15% em rios excessivamente instáveis. 27
  • 28. Referências Tucci, C. (organizador). Hidrologia Ciência e Aplicação. Editora da Universidade (Federal do Rio Grande do Sul). 2000. Garcez, L. Hidrologia. Editora Edgard Blucher. 1967. Pinto, N.; Holtz, A.; Martins, J. e Gomide, F. Hidrologia Básica. Editora Edgard Blucher. 1998. Porto, R.; Filho, K. e Silva, R. Medição de vazão e curva chave. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária. PHD – 307 Hidrologia Aplicada. 2001. Zuffo, C. Apostila Medições de Vazão - EC-811 Hidrologia Aplicada. Unicamp, 2005. 28