calha

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CALHA PARSHALL
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Segundo Carlos Fernandes a medição de vazão em condutos livres, particularmente em canais abertos, é um dos problemas mais importantes no estudo da hidráulica aplicada. Entre os inúmeros dispositivos propostos os mais utilizados são os medidores de regime crítico, entre eles as ditas calhas.
Nas calhas de medição de vazão, a água é submetida a uma concentração produzida pelas laterais ou pela elevação do fundo do canal ou por ambas. Uma característica comum das calhas medidoras é a formação proposital de uma onda de refluxo próximo a sua saída, o que conduz a ima perda de carga correspondente três a quatro vezes menor que a que seria observada em um vertedor de mesma capacidade.
Entre estes dispositivos de medição um dos mais populares é o medidor Parshall ou vertedor parshall, inventado pelo engenheiro americano do Serviço de Irrigação do Departamento de Agricultura dos Estados unidos, Ralph Leroy Parshall (1881-1960), que o criou com base nos estudos de Venturi. Desenvolvido em tamanhos padronizados de 3" até 10', largura nominal "W" de sua garganta (Tabela 1), hidraulicamente é um tipo de medidor Venturi. Inicialmente destinado a aplicações em canais de irrigação, este medidor de vazões passou a ser conhecido como Calha Parshall, em honra ao seu criador, e  hoje é frequentemente empregado além da função original, também como um efetivo misturador de soluções químicas nas estações de tratamento de água. 
	
	
	
Segundo Guilherme Henrique Cardoso E Hugo Miches Effting e segundo as imagens acima os autores definem a Calha Parshal como:
     A Calha Parshal é um trecho curto de canal com geometria de fundo e paredes que acelera a velocidade da água e cria uma passagem por escoamento crítico;
     A medição de nível é feita a montante da passagem pelo regime crítico, e pode ser relacionada diretamente à vazão;
     A vazão é determinada a partir da leitura da elevação do nível d’água, em uma escala ou régua, colocada na secção convergente do canal;
     As calhas Parshal são dimensionadas com diferentes tamanhos, de forma a permitir a medição em diferentes faixas de vazão;
     A principal vantagem das calhas é que existe uma relação direta e conhecida, ou facilmente calibrável, entre a vazão e a cota;
     A calha ou o vertedor tem a desvantagem do custo relativamente alto de instalação;
     Eventos extremos  podem ser danificadas ou, até mesmo, inutilizadas.
     Medidor Parshall: utiliza dispositivo com secção convergente com fundo em nível, secção estrangulada (garganta), com fundo em declive e secção divergente com fundo em aclive;
      Devem ser usados em canais que não se dispõe de altura suficiente para instalação de um vertedor de parede delgada, observando que o fundo do canal de saída deve estar situado em um nível inferior ao do canal de entrada da calha Parshall, com o fim de assegurar que esta não trabalhe no regime de fluxo submerso;
     A calha Parshall não sofre influência de líquidos contendo materiais em suspensão e por isso é recomendada para essa condição;
     A altura da lâmina d’água na secção convergente é a medida do fluxo através da calha;
      Equação de Descarga
Q = 2,2 WH3/2
Onde:
Q = vazão em m³/s.
W= largura da garganta em polegadas e em pés.
H = altura da lâmina d’água em metros (m).
     Limites de Aplicação
a) O medidor Parshall deve ser instalado em canais retos com paredes perfeitamente verticais.
b) O tamanho do medidor deve ser determinado em função da vazão estimada e de tal modo que não provoque inundação no canal de aproximação a montante do vertedor.
c) O fundo do canal de saída deve ser inferior ao do canal de aproximação.
d) O canal de aproximação deve ter um trecho reto superior à 20H, a montante da garganta de medição.
Neste contexto voltamos para Carlos Fernandes a calha Parshall é um dispositivo de medição de vazão na forma de um canal aberto com dimensões padronizados. A água é forçada por uma garganta relativamente estreita, sendo que o nível da água à montante da garganta é o indicativo da vazão a ser medida, independendo do nível da água à jusante de tal garganta. A Tabela 1 mostra os valores padronizados da largura da garganta da calha Parshall bem como de outras dimensões da calha.
Conforme Azevedo Netto e Alvarez (1982), na tabela 2 estão indicados os valores máximos e mínimos da vazão para os diferentes tamanhos da calha.
Uma condição importante para o funcionamento adequado de uma calha Parshall é a de que o nível de água a jusante da calha deve ser suficientemente baixo para evitar o seu "afogamento", um termo que indica que o nível de água a jusante da calha influi sobre o nível a montante. Experimentalmente estabeleceu-se que, tomando-se a base da calha como referência, o nível da água a jusante não deve exceder 60 por cento do nível de água a montante para as calhas com garganta de 3, 6 ou 9 polegadas (isto é W  229 mm). Para valores de W acima de 1 pé (305 mm) a proporção máxima é de 70 por cento, ou seja,
H2 / H1 0,60 para garganta de 3, 6 ou 9 polegadas ou 
H2 / H1  0,70 para garganta de 1 a 8 pés,
indicam escoamento livre sem prejuízo da vazão com afogamentos. Em qualquer situação este afogamento nunca deverá ultrapassar 95% .
Tabela 1 - Valores limites de vazão (l/s) em função da largura da garganta
	W                           Vazões(l/s) 
mm (...)               mínima máxima
	76(3")                   0,85      53,8 
152(6")                 1,52    110,4 
229(9")                 2,55    251,9 
305(1')                  3,11    455,6 
457(1½')               4,25     696,2 
610(2')               11,89     936,7 
915(3')               17,26      1426 
1220(4')             36,79      1921 
1525(5')             62,80      2422 
1830(6')             74,40      2929 
2135(7')             115,4      3440 
2440 ( 8')              130,7      3950 
(Fonte: Azevedo Netto et alli, 1998)
 
TEORIA DOS MISTURADORES RÁPIDOS DE CONDIÇÕES CRÍTICAS
No tratamento de água a coagulação é o processo no qual os coagulantes são adicionados à água de modo a reduzir as forças de repulsão entre coloides em suspensão e a floculação é o processo seguinte onde é favorecida a aglomeração das micropartículas em unidades maiores sedimentáveis naturalmente, denominadas de flocos, em um tempo razoavelmente operacionalizável.
O processo de coagulação também é denominado de mistura rápida, pois a dispersão do coagulante no meio aquoso tem que ser desenvolvida de forma mais homogênea e em um menor intervalo de tempo possíveis. Estas condições constituem um dos maiores problemas no tratamento químico da água, pois, além das dificuldades hidráulicas naturais do processo e sendo a coagulação uma etapa inicial do tratamento, sua má execução implicará em prejuízo nas demais fases seguintes.
Hidraulicamente a maneira mais eficiente de se conseguir uma distribuição rápida e homogênea de uma substância em uma massa de água é através de uma mistura turbulenta adequada às condições do reservatório. E uma das maneiras de se calcular a eficiência desta mistura é através da determinação do gradiente de velocidade. Este gradiente pode ser calculado pela expressão
, em s-1,
onde P (kgf.m / s) é a potência dissipada em função da perda de carga hf , Vol (m3) é o volume de deslocamento da água e (kgf.s/m2)a viscosidade absoluta ou dinâmica.
Lembrar que Potência é o produto do peso específico x vazão x altura, ou seja, P = .Q.hf, em kgf.m/s.
Quadro de símbolos de algumas características dos líquidos e suas unidades usuais
	Símbolos
	significado
	Unidades usuais
	g
	
aceleração de gravidade
	m/s2
	
	massa específica
	kgf.s2 / m4
	
	peso específico ( =  .g )
	kgf / m3
	
	densidade relativa
	-
	
	coeficiente de viscosidadedinamica ou absoluta 
	kgf.s / m2 
	
	viscosidade cinemática ( =  / )
	m2 / s
	 
	 
	 
Não existe estudos conclusivos sobre um valor ótimo para o gradiente para que se consiga a mistura rápida ideal, porém a literatura disponível aconselha que se trabalhe com valores mínimos de 700 a 1000s-1 com tempos de mistura inferiores a 1 segundo (se possível menor que 0,5s). Esta condição normalmente é conseguida quando o processo é desenvolvido em ressaltos hidráulicos, ou seja, em canais abertos onde ocorre a passagem pelo regime crítico de escoamento com condições supercríticas a montante.
Este estudo baseia-se no fato de que sempre que a água passa pelo regime crítico, é possível estabelecer uma relação matemática entre a vazão escoada e a altura da lâmina de água à montante da seção onde o regime atinge a condição crítica de escoamento. O grau de turbulência será tanto mais adequado quando menor for o espaço da transição entre o estágio supercrítico e o tranquilo subsequente. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Azevedo Neto, J.M. et alli (1998): Manual de hidráulica, Ed. Edgard Blücher Ltda., São Paulo.
Azevedo Neto, J.M. e Richter, C. A. (1991): Tratamento de Água - Tecnologia Atualizada, Ed. Edgard Blücher Ltda., São Paulo.
Marais, G. v. R. (1971): Design of small grit channels. Die Siviele Ingenieur in Suid Afrika.
U S P - Faculdade de Saúde Pública (1974): Técnica de Abastecimento e Tratamento de Água, CETESB, São Paulo, Vol II.
Van Haandel, A. C., Lettinga, G. (1994). Tratamento Anaeróbio de Esgotos: Um Manual para Regiões de Clima Quente, Epgraf, Campina Grande.
Vianna, M. R. (1992): Hidráulica Aplicada às Estações de Tratamento de Água, Instituto de Engenharia Aplicada Editora, Belo Horizonte.
http://fenomenosdaengenharia.blogspot.com.br/2013/06/calha-parshall.html acessado em 11/03/2018
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