Medição de Vazão com Vertedores

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INTRODUÇÃO
Os vertedores podem ser definidos como paredes, diques ou aberturas sobre as quais um líquido escoa. O termo aplica-se também aos extravasores de represa. Os vertedouros ou vertedor devem ser construídos com forma geométrica definida e seu estudo é feito considerando-os como orifícios sem a parte superior. A presença do vertedor que essencialmente uma parede com abertura de determinada forma geométrica, colocada na maioria dos casos perpendicular a corrente elevando o nível d’água a sua montante até este nível atinja a sua cota suficiente para produzir uma lamina sobre o obstáculo, compatível com a vazão descarregada. Eles podem ser instalados em canais naturais ou artificiais. O vertedor retangular sem contração lateral são os mais utilizados para fins de medição de vazão em canais menores.
OBJETIVO
Verificar o funcionamento de um vertedor como um medido de vazão em escoamento a superfície livre para pequenos cursos d’água. E ainda determinar o valor do coeficiente K para os quatro tipos de vertedor utilizado.
BASE TEÓRICA
A borda horizontal denomina – se crista ou soleira. As bordas verticais constituem as faces do vertedor. A carga do vertedor, H, é a altura atingida pelas águas, a contar da cota da soleira do vertedor. Devido a depressão (abaixamento) da lâmina vertente junto ao vertedor a carga H deve ser medida a montante, a uma distância aproximadamente igual ou superior a 5H.
FIGURA 1: Esquema das variáveis de um vertedor.
Onde:
H – É a altura da lamina d’água a cima da soleira.
L – É a largura do vertedor.
e – É a espessura do vertedor.
p – Altura ou profundidade do vertedor.
P’ – Altura de água a jusante do vertedor.
3.1. Vertedouros de paredes delgadas
Vertedor retangular de parede delgada sem contração 
FIGURA 2: Vertedor retangular sem contração.
Para orifícios retangulares de grande dimensão foi deduzida a seguinte fórmula:
Adaptando-a para o vertedor temos h1 = 0, pois a parte superior (h1) da parte do orifício fica eliminada e h2 passa a ser o H.
Portanto a fórmula para o vertedor retangular fica:
Assim:
Vertedor retangular de parede delgada com contração
- Importância da contração
As contrações ocorrem quando a largura do vertedor é inferior à do canal.3- Duas contrações.
 2- Uma contração
Sem contração
FIGURA 3: Esquema de vertedouros com e sem contração.
Onde:
L – Distância entre as contrações.
L’ – Largura da veia liquida após passar pela contração.
B – Largura do canal.
Nos casos 1 e 2 deve-se corrigir o valor de L para L’, dessa forma temos:
Dessa forma para os vertedores com contração temos a seguinte expressão:
Assim, para os vertedouros de duas contrações ficamos:
Vertedor Triangular
Os vertedores triangulares possibilitam maior precisão na medida de descargas correspondentes a vazão reduzida (Q < 0,03 m³/s), porque é mais fácil medir a altura H do que nos vertedores retangulares. Na prática somente são empregados os que tem forma isósceles, sendo mais usuais os de 90º.
FIGURA 4: Esquema de um vertedor triangular.
Em função do b
Usando Cd = 0,604 e g = 9,81m/s2 a equação acima fica:
3.2. Vertedouros retangulares de parede espessa
	Um vertedor é considerado de parede espessa quando a soleira é suficientemente espessa para que na veia aderente se estabeleça o paralelismo dos filetes.
e > 0,66H
FIGURA 5: Modelo de vertedor com parede espessa.
MATERIAIS E METODOS
4.1. Materiais
O aparato para medição de vazão consiste de bancada hidráulica, provida de uma bomba, reservatório graduado para medição de vazão volumétrica, ponta limnimétrica, cronometro, quatro vertedouros de plástico, dois em forma de triangulo com 90º e 30º, e dois retangulares com e sem contração. 
4.2. Metodologia
	Com a regulamentação do fluxo através de uma válvula da bancada hidráulica e com os aparatos citados, pode-se retirar as leituras a fim de se calcular qual a altura da lamina d’água. De modo que estabeleceu-se um fluxo na altura da soleira e com a ponta limnimétrica retirou-se a medida H0 e em seguida com o fluxo passando na soleira de modo a medir a vazão utilizou-se a ponta novamente a fim de obter a medida do fluxo passante acima da soleira H1, encontrando H.
QUADRO 1: Dados do vertedor de soleira com duas contrações.
	Vertedor de soleira delgada com duas contrações
	H0 (mm)
	H1 (mm)
	H (mm)
	Vazão (m3/s)
	65,1
	23,4
	41,7
	0,0005
QUADRO 2: Dados do vertedor de soleira sem contração.
	Vertedor de soleira delgada sem contração contrações
	H0 (mm)
	H1 (mm)
	H (mm)
	Vazão (m3/s)
	67,7
	57,0
	10,7
	0,0065
QUADRO 3: Dados do vertedor de soleira triangular 90°.
	Vertedor de soleira delgada triangular 90°
	H0 (mm)
	H1 (mm)
	H (mm)
	Vazão (m3/s)
	63,8
	24,0
	39,8
	0,0005
	Vertedor de soleira delgada triangular 30°
	H0 (mm)
	H1 (mm)
	H (mm)
	Vazão (m3/s)
	58,1
	1,3
	56,8
	0,00416
	58,1
	14,9
	43,2
	0,000238
	58,1
	28,0
	30,1
	0,0001136
QUADRO 4: Dados do vertedor de soleira triangular 30°.
RESULTADOS 
5.1. Cálculo do coeficiente K para os vertedouros
	Pelas formulas:
Obteve-se
QUADRO 5: Resultado dos valores calculados de K.
	___________
	Triangular 30°
	Triangular 90°
	Com duas contrações
	Sem contração
	K
	5,41
	1,58
	27,31
	2,71
5.2. Analise do vertedor triangular de 30°
QUADRO 6: Resultado dos valores calculados de K para o vertedor triangular de 30°.
	
	L(m)
	K
	
Triangular 30º
	0,0568
	5,41
	
	0,043
	0,62
	
	0,0301
	0,72
Pela Formula:
E considerando o coeficiente de descarga igual á 0,62, temos:
QUADRO 7: Resultado dos valores calculados da vazão.
	
	L(m)
	Q(m3/s)
Teórico
	Q (m3/s)
Experimental
	
Triangular 30º
	0,0568
	0,00037
	0,00416
	
	0,043
	0,000187
	0,000238
	
	0,0301
	0,000077
	0,0001136
Dessa forma podemos perceber que os valores se aproximam do experimental na primeira medição de vazão, já nas duas últimas os valores se distanciam um pouco.
5.3. Situações práticas
Estações Fluviométricas
Os métodos fluviométricos sempre se referem a uma seção do rio e, consequentemente, a uma bacia hidrográfica de contribuição. Nessa seção, materializa-se o posto ou estação fluviométrica, na qual são medidos os níveis d’água, as velocidades e vazões que por ela transitam. Segundo as condições locais e o método adotado, a medição das vazões poderá ser feita sobre a seção transversal do posto, em seção próxima, a montante ou jusante, ou em estirões adjacentes do rio.
Os postos, nos quais são medidos apenas níveis d’água tomam o nome de postos linimétricos. A escolha da seção do posto fluviométrico, no caso de métodos de medição de vazão que se baseiam em áreas e velocidades de escoamento, é feita com base em critérios adequados. O trecho do rio (estirão) sobre o qual se situa a seção deve ser retilíneo, com filetes líquidos paralelos (regime laminar), seções transversais pouco variáveis, margens e fundos estáveis, e não devem ter em sua extensão ilhas ou bancos de sedimentos. A seção do posto deve ter forma regular, facilidade de acesso durante todo o ano, não se situar próximo a confluências de outros cursos d’água, ter leito definido, que concentre adequadamente as vazões de máxima estiagem e margens altas que contenham as enchentes (evitam o extravasamento do fluxo do rio), dando continuidade às observações nos períodos extremos do regime fluvial.
FIGURA 6: Esquema de um vertedor em uma rede fluviométrica.
Instalações de tratamento de água
FIGURA 7: vertedor em chapa metálica, usado em instalações para tratamento de água.
- CALHAS PARSHALL
	Vertedouros e Calhas Parshall fabricadas em aço para medição de vazão em córregos, canais e em estações de tratamento de água e esgoto. Instalação e implantação de sistemascompletos, com ou sem telemetria, para a medição de vazão em industrias, reflorestamento, agricultura e meio ambiente.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Conclui-se que o experimento foi de grande importância para o aprendizado conjunto com o teórico visto em sala de aula. Onde nos permitiu estudar o funcionamento de um vertedor com diferentes formas, através de estudos teóricos foi verificado que o mais eficiente e utilizado para pequenos fluxos seriam o vertedor retangular sem contração, de modo que tal verificação foi comprovada através da análise deste experimento. Através da realização das medidas para o vertedor triangular de 30° pode-se fazer uma análise experimental x teórica da vazão e do valor obtido experimentalmente de K, onde verificou-se que estão muito próximos para as duas últimas medidas de vazão e se distancia consideravelmente na primeira medição. Já para a vazão temos o mesmo fato.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
NETO, J.M.A. Manual de Hidráulica – 8ª Edição da editora Edgard Blucher LTDA – 1998
PORTO, R.M. Hidráulica Básica – 4ª Edição da editora EESC-USP - 2006 
CORDERO, A. Apostila de Hidráulica - Fundação Universidade Regional de Blumenau –FURB - 2010