Hidráulica e Hidrometria Hidrometria

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Hidráulica e 
Hidrometria
Hidrometria
Prof. Me. Renan Borelli Galvão
• Unidade de Ensino: 04
• Competência da 
Unidade de Ensino:
Apresentar os princípios fundamentais de hidrometria através de seus 
dispositivos de medição de velocidade e vazão. Compreender a utilização de 
orifícios, bocais e vertedouros. Conhecer os principais medidores devazão
para condutos forçados (Venturi; Diafragma; Medidor magnético; 
Fluxômetro; Hidrômetro) e condutos livres (Flutuador; Tubo de Pitot; 
Molinete; Calha Parshall).
• Resumo:
Seção 4.1 – Processos de medição de vazões;
Seção 4.2 – Medidores;
Seção 4.3 – Hidrometria aplicada.
• Palavras-chave:
Hidrometria; Orifícios; Bocais; Vertedouros;
Venturi; Diafragma; Fluxômetro; Hidrômetro;
Flutuador; Tubo de Pitot; Calha Parshall.
• Título da teleaula: Hidrometria
• Teleaula nº: 04
Contextualização da teleaula
• Projetos hidráulicos  determinação da Q do canal
ou da tubulação é de extrema importância!
• HIDROMETRIAmedições de vazão e velocidade 
dos escoamentos líquidos;
• Tubulações sob pressão canais em escoamento livre.
• Para canais fluviais:
• Métodos diretos: convencionais e precisos - ecossonda e 
molinete;
• Métodos indiretos: técnicas mais simples - flutuador e 
batimetria manual.
Fonte: http://bit.ly/2lF9p4q
Orifícios
Orifícios
• Abertura de perímetro fechado, 
de forma geométrica definida, 
realizada nas paredes de 
reservatórios, canais ou condutos 
em pressão, pela qual o líquido 
escoa em virtude de sua energia 
potencial e/ou cinética.
Orifício Livre
Orifício Afogado
Fonte: http://bit.ly/2kkSfJr
• Classificação – Dimensão: 
• Pequeno (d > H/3);
• Grande (d < H/3).
• Classificação - Parede: 
• Parede Fina/Delgada; 
• Parede Grossa/Espessa.
Fonte: http://bit.ly/2m2xIcY
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• Vazão em Orifícios: 
Fonte: Ferreira & Marques (2017)
𝑸 = 𝑪𝒅 𝑨 𝟐 𝒈 𝑯
𝐶 = 𝐶 𝐶
Coeficiente de 
Vazão ou Descarga
Coeficiente de 
Contração –
ordem de 0,62
Coeficiente de 
Velocidade –
ordem de 0,98
Tabela de 
coeficientes 
de vazão ou 
descarga Cd
• Vazão em Orifícios Afogados: 
Fonte: Ferreira & Marques (2017)
𝑸 = 𝑪𝒅 𝑨 𝟐 𝒈 𝒉𝟏 − 𝒉𝟐 Bocais e 
Vertedouros
Bocais
• Bocal externo:
𝐶 = 1,0
𝐶 = 0,82
𝑸 = 𝟎, 𝟖𝟐 𝑨 𝟐 𝒈 𝑯
L > 2-3 x D
Fonte: Ferreira & Marques (2017)
Bocais
• Bocal de borda:
𝐶 = 0,52
𝐶 = 0,98
𝑸 = 𝟎, 𝟓𝟏 𝑨 𝟐 𝒈 𝑯
L entre 2D e 2,5D
Fonte: Ferreira & Marques (2017)
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Vertedouros
• Dispositivos utilizados para medir e/ou controlar 
a vazão em canais ou obras hidráulicas. - Crista ou soleira
- Carga sobre a soleira (h)
- Altura do vertedor (P)
- Largura ou luz da soleira (L)
Fonte: Ferreira & Marques (2017)
• Classificação – Altura relativa da soleira: 
• Descarga livre (P > P’);
• Descarga submersa (P < P’).
• Classificação - Parede: 
• Parede delgada (e < 2/3 h); 
• Parede espessa (e > 2/3 h).
• Classificação – Largura da soleira: 
• Sem contrações laterais (L = b);
• Com contração lateral (L < b). Fonte: Ferreira & Marques (2017)
Escolhendo 
medidores de 
vazão
Resolvendo a Situação Problema 01
• Engenheiro de projetos de uma ETA;
• Necessidade de aparato de medição 
de vazão em trecho antes da 
coagulação;
• Canal entre o desarenador e a 
unidade de coagulação.
• Vertedouro é o dispositivo mais adequado!
• Vazão elevada  orifício ou bocal muito grande 
 desconsidera a teoria a respeito desses 
dispositivos.
• Vertedouro:
• Estrutura hidráulica destinada às vazões superiores;
• Aberto à atmosfera;
• Projeto flexível  correto dimensionamento do 
canal e vertedor.
Fonte: http://bit.ly/2k6NqTQ ; http://bit.ly/2m18X0L 
Calculando a vazão 
em orifícios
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Resolvendo a Situação Problema 02
• Reservatório de 3,5 m de altura total;
• Orifício circular, pequeno e de parede 
fina a 50 cm do solo;
• Dorifício = 5 cm;
• Calcular a vazão do orifício!
• Determinando Cd:
• H = 3,0 m
• Dorifício = 5 cm
𝑄 = 𝐶 𝐴 2 𝑔 𝐻
𝑄 = 0,607 1,963 10 2 9,8 3,5 − 0,5
• Área do orifício:
𝐴 = 𝜋
𝐷
4
= 𝜋
0,05
4
= 𝟏, 𝟗𝟔𝟑 𝟏𝟎 𝟑 𝒎𝟐
• Vazão do orifício:
𝑄 = 0,0091 𝑚 𝑠⁄ = 𝟗, 𝟏 𝑳/𝒔
DÚVIDAS E 
PERGUNTAS ??
Medidores de 
vazão
Venturi
• Medidor de vazão com 
restrição de seção;
• Medições a partir da relação da 
variação de pressão e do 
aumento da velocidade;
• Aplica-se a equação de 
Bernoulli e da continuidade;
• Baixa perda de carga.
Fonte: Ferreira & Marques (2017)
Tomadas de 
Pressão
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Diafragma
• Medidas baseiam-se na variação de 
pressão e velocidade;
• Maior perda de carga que o tubo 
Venturi;
• Placa com orifício, instalada 
perpendicularmente ao fluxo de 
escoamento.
Fonte: Ferreira & Marques (2017)
𝑸 = 𝑲 𝑨 𝟐 𝒈
𝑷𝟏 − 𝑷𝟐
𝜸
Medidor magnético
• Formação de campo 
eletromagnético  geração de 
tensão no líquido ao separar 
suas partículas de diferentes 
cargas elétricas;
• Vantagem é a perda de carga 
nula.
Fonte: http://bit.ly/2kg9GuB
Fluxômetro
• Medidor vertical, transparente, com 
parte móvel “flutuante”;
• Funcionamento baseado no 
equilíbrio da força peso, gerada pela 
parte flutuante, e força de arraste, 
causada pelo fluxo do fluido;
• Utilizado para pequenas vazões.
Fonte: http://bit.ly/2lyb8so ; Ferreira & Marques (2017) 
Hidrômetro
• Medida de vazão linear 
parâmetro de saída é diretamente 
proporcional à vazão;
• Medidor de turbina que, além de 
medir a vazão, registra o volume 
acumulado;
• Utilizado por concessionárias de 
abastecimento de água tratada.
Fonte: http://bit.ly/2lXAHTT ; http://bit.ly/2kv97Nl 
Selecionando um 
medidor de vazão 
para conduto 
forçado
Resolvendo a Situação Problema 03
• Engenheiro de projetos de uma ETA;
• Escolher um medidor de vazão a ser 
colocado na tubulação de saída da 
ETA (conduto forçado);
• Você implantaria um hidrômetro 
nessa situação?
• Qual seria o medidor mais adequado?
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• Hidrômetro pode ser aplicado  verificar a faixa de 
vazão de água tratada da ETA e realizar análise de 
custo.
• Outros medidores possíveis – sistema de sensores e 
computador margem de erro.
• Tubo Venturi: estrutura mais simplificada; garantia de 
menor perda de carga; possivelmente menor custo de 
implantação.
• Diafragma: menor custo de implantação; elevada perda 
de carga.
Fonte: http://bit.ly/2m3lRvh
Tubo Venturi
• Medidor magnético: água tratada atende à 
condutividade mínima necessária; não há perda de 
carga  redução do custo de operação.
• Fluxômetro: suas características não permitem sua 
aplicação a grandes vazões.
• Ordem de viabilidade: Medidor magnético  Venturi 
 Diafragma  Hidrômetro. 
• Avaliar custo de implantação e operação!
Fonte: http://bit.ly/2m2jDfD
Medidor 
Magnético
Hidrometria
aplicada
Flutuador
• Cálculo do tempo gasto para que um recipiente “flutuador” percorra 
determinada distância em um canal específico
Fonte: Ferreira & Marques (2017)
𝑣 𝑚/𝑠 =
𝑑𝑖𝑠𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝑚)
𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 (𝑠)
Tubo de Pitot
• Determina a velocidade do escoamento a partir da 
diferença de pressão;
• Pressão total = Pressão estática + Pressão dinâmica.
Fonte: http://bit.ly/2lD3YD4 ; Ferreira & Marques (2017)
𝑣 =
2 𝑃0 − 𝑃
𝜌
Molinete
• Forma de torpedo  3 partes 
principais: corpo, haste e hélice;
• Pode estar conectado a um 
computador ou contador de voltas;
• Dependendo do modelo, a obtenção 
final da velocidade está relacionada à 
aplicação da “equação do molinete”.
Fonte: http://bit.ly/2k00n1z
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Calha Parshall
• Medições de vazão em canais -
medidores de regime critico;
• Facilidade de execução;
• Necessidade de uma só 
determinação de carga;
• Perda de carga reduzida;
• Não existência de obstáculos capazes 
de formar depósitos em seu interior.
Fonte: Ferreira & Marques (2017)
Selecionando um 
medidor de vazão 
para canal
Resolvendo a Situação Problema 04
• Engenheiro de projetos de uma ETA;
• Escolher um medidor de vazão a ser 
colocado na entrada da ETA (canal):
• Medidor escolhido: 
Calha Parshall
Fonte: http://bit.ly/2ktWCBP; http://bit.ly/2ktWK4h
• Justificativa:
• Dispositivo mais aplicado nas medições de vazão -
medidor de regime critico;
• Baixo custo e facilidade de operação e manutenção;
• Boa precisão;
• Automação – instalação de sensores no ponto de 
medição a montante;
• Não necessita de manutenção - interior 
autolimpante.
Fonte: http://bit.ly/2lzU7hu
Kahoot /
Exercícios de 
Fixação
Recapitulando ...
• Hidrometria;
• Orifícios e bocais;
• Vertedouros;
• Medidores de vazão de condutos forçados:
• Venturi; Diafragma; Medidor magnético; 
Fluxômetro; Hidrômetro.
• Medidores de vazão de condutos livres:
• Flutuador; Tubo de Pitot; Molinete; Calha Parshall.
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