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Aula 10 - Medição de Vazão

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Medição de Vazão
Carlos Ruberto Fragoso Jr.
Marllus Gustavo F. P. das Neves
CTEC - UFAL
Hidrologia
Capítulo 06b
1
Medição Volumétrica
Conceito de que vazão = V/ t
Marca-se o tempo para preencher um volume conhecido
Aplicável para pequenas vazões
Aplicável onde a água pode ser recolhida 
Como se mede as vazões?
Medindo o escoamento
Método área-velocidade
A vazão é obtida aplicando-se a equação da continuidade: Q = V.A
A área é determinada por batimetria, medindo-se várias verticais e respectivas distâncias
e profundidades.
Medindo o escoamento
Medindo o escoamento
Para se medir a velocidade de água na seção, o método mais empregado é o do molinete.
Molinete é um aparelho que permite calcular a velocidade instantânea da água no ponto, através da medida de rotações de uma hélice em determinado tempo. 
Cada molinete tem uma equação que transforma o número de rotações da hélice em velocidade
Pequenos rios
Pequenos rios
Medição embarcada
Medição a partir de cabos
Medição a partir de pontes
Rios maiores
Medindo velocidade
Medindo o escoamento
Medir vazão = equipamento 
e pessoal = $
Molinetes
Molinetes
Medição à Vau
- Para pequenas profundidades ( ~ 1.20 m)
- Para pequenas vazões
- molinete preso à uma haste
Medição com Molinete
Molinete preso à haste
( medição a vau)
Molinete preso à haste
(medição a vau)
Medição sobre Pontes 
- Problemas da influências da estrutura
- Localização da ponte em boa seção para medição
Medição com Molinete
Medição com Molinete
 sobre Ponte
Medição com Barco Fixo
É a mais freqüente
Barco fixado a um cabo de aço
Cabo preso nas margens
Posições das verticais medidas no cabo
Medição com Molinete
Medição a vau (a) e sobre 
Barco Fixo (b) e (c)
Guincho e Molinetes
Vazão x nível da água
Medindo o escoamento
- A curva chave -
Curva-Chave
 Relação biunívoca entre vazão e nível d’água requer:
Regime permanente e uniforme
ou
Regime Crítico
Relação entre os níveis d´água com as respectivas vazões de um posto.
Para o traçado da curva-chave em um determinado posto, é necessário que
disponha de uma série de leitura da régua e a correspondente vazão (dados de h e Q).
Curva Chave (Cota-Vazão)
Partindo-se desta série de valores (h e Q) a determinação da curva-chave pode ser feita de duas formas: gráfica ou analiticamente.
A experiência tem mostrado que o nível d´água (h) e a vazão (Q) ajustam-se bem à curva do tipo potencial, que é dada por:
Curva Chave (Cota-Vazão)
A maneira mais prática de se obter os parâmetros a, b e h0 é o método gráfico, que necessita de papel di-log. 
Existe também o método analítico para a definição das curvas-chaves.
A seguir, é apresentado, de forma sucinta, o procedimento de cálculo dos parâmetros a, b e h0, utilizando os dois métodos
Curva Chave (Cota-Vazão)
A maneira mais prática de se obter os parâmetros a, b e h0 é o método gráfico, que necessita de papel di-log. 
Existe também o método analítico para a definição das curvas-chaves.
A seguir, é apresentado, de forma sucinta, o procedimento de cálculo dos parâmetros a, b e h0, utilizando os dois métodos
Curva Chave (Cota-Vazão)
Método gráfico
1. Lançar em papel milimetrado os pares de pontos (h, Q);
2. Traçar a curva média entre os pontos, utilizando apenas critério visual;
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;
Curva Chave (Cota-Vazão)
Método gráfico
4. Montar uma tabela que contenha os valores de (h-h0) e as vazões correspondentes;
5. Lançar em papel di-log os pares de pontos (h-h0, Q);
6. Traçar a reta média, utilizando critério visual;
7.Determinar o coeficiente angular dessa reta, fazendo-se a medida direta com uma régua; 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 resulta o valor particular de Q, que será o valor da constante a da equação.
Curva Chave (Cota-Vazão)
Método gráfico
Curva Chave (Cota-Vazão)
Método analítico
Vale os quatro primeiros passos descritos no método gráfico.
Linearização aplicando logaritmo: log Q = log a + b.log (h-h0)
A equação acima é do tipo Y = A + b.X
onde: Y = log Q, A = log a e X = log(h-h0).
Curva Chave (Cota-Vazão)
Método analítico
Os parâmetros A e b da equação da reta Y = A + b.X são calculados da seguinte forma:
Curva Chave (Cota-Vazão)
Muitas medições de vazão
Medindo o escoamento
A curva chave
Medindo o escoamento
Observação contínua
	Duas vezes por dia (7:00 e 17:00 horas) verifica o nível na régua.
	No escritório converte em vazão usando a curva chave.
Medindo o escoamento
Lance de réguas no 
Rio Inhandava
Posto 74320000
- Rio Sargento -
Posto Porto Sucuri
- Rio Paraguai -
Posto Porto da Manga
- Rio Paraguai -
Posto Fluviométrico
Escalas Limnimétricas
Posto Fluviográfico
Limnígrafos de Bóia
Limnígrafos de Bóia
Limnígrafos de Bóia
Limnígrafo com Tubulão Instalado na Margem do Curso D’Água
Limnígrafo com Tubulão Instalado no Curso D’Água
Limnígrafo com Tubulão Instalado no Curso D’Água
Limnígrafo com registro
 em papel
Limnígrafos com Data Logger
Sensor de Nível
Posto de Medição de Vazão
Requisitos para uma Boa Seção
Lugar de fácil acesso
Forma regular da seção
Trecho retilíneo
Margem e leito não erodíveis
Velocidade entre 0.2 e 2 m/s
Controle por regime uniforme ou crítico
Seção Transversal
Seção Transversal
Seção Transversal
Área molhada
Seção Transversal
Perímetro molhado
Seção Transversal
Raio Hidráulico = Área/Perímetro
Calhas e Vertedores
Geometria da calha
condiciona o escoamento
e cria uma passagem por 
regime supercrítico, de 
maneira que a vazão pode
ser relacionada diretamente
ao nível H0.
Calhas Parshall
Calha Parshall é mais cara e complexa, mas permite medir uma ampla faixa de vazões.
Vertedores criam obstáculos ao fluxo de sedimentos, peixes, etc…
Calha Parshall x Vertedores
Geometria da calha
condiciona o escoamento
e cria uma passagem por 
regime supercrítico, de 
maneira que a vazão pode
ser relacionada diretamente
ao nível H0.
Calhas Parshall
Quantas verticais?
Quantos pontos de medição por vertical?
Medindo o escoamento
- A curva chave -
Fundo do rio
1 - medindo na superfície (submergir a hélice)
Perfil de velocidade
Perfil de velocidade
P
2 - medindo a 20 % da profundidade total (0,2 x P)
Perfil de velocidade
P
3 - medindo a 40 % da profundidade total (0,4 x P)
Perfil de velocidade
P
4 - medindo a 60 % da profundidade total (0,6 x P)
Perfil de velocidade
P
5 - medindo a 80 % da profundidade total (0,8 x P)
Perfil de velocidade
média
Usar apenas 1 ponto pode significar superestimativa ou 
Subestimativa.
Quantos Pontos por Vertical?
Método detalhado
Muitos pontos em cada vertical
Método simplificado
Apenas dois pontos em cada vertical
Pontos
Posição na vertical
Velocidade média
Profundidade do rio
1
0,6 P
Vm=V(0,6)
0,15 a 0,6 m
2
0,2 e 0,8 P
Vm=[V(0,2)+V(0,8)]/2
0,6 a 1,2 m
3
0,2; 0,6 e 0,8 P
Vm=[V(0,2)+2.V(0,6)+V(0,8)]/4
1,2 a 2,0 m
4
0,2; 0,4; 0,6 e 0,8 P
Vm=[V(0,2)+2.V(0,4)+2.V(0,6)+V(0,8)]/6
2,0 a 4,0 m
6
Sup; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 e Fundo
Vm=[Vs+2(V(0,2)+V(0,4)+V(0,6)+V(0,8))+Vf]/10
> 4,0 m
Recomendações 
método detalhado
Pontos
Posição na vertical
Velocidade média
Profundidade do rio
1
0,6 P
Vm=V(0,6)
< 0,6 m
2
0,2 e 0,8 P
Vm=[V(0,2)+V(0,8)]/2
> 0,6 m
Método Simplificado
Números Verticais
Largura do rio (m)
Distância entre verticais (m)
Número de verticais
 3
0,3
10
3 a 6
0,5
6 a 12
6 a 15
1
6 a 15
15 a 30
2
7 a 15
30 a 50
3
10 a 16
50 a 80
4
12 a 20
80 a 150
6
13 a 25
150 a 250
8
18 a 30
 250
12
> 20
 Livro Hidrometria Aplicada de Irani dos Santos e outros; LACTEC e CEHPAR (Curitiba) 
– a Associação Brasileirade Recursos Hídricos tem para vender (http://www.abrh.org.br) -
Ter um hidrotécnico na equipe
Não basta medir uma vez
Recomendações Hidrometria
Medições de vazão usando um aparelho de medição de velocidade por efeito Doppler em ondas acústicas.
ADCP
Princípio ADCP
Rio Amazonas
ADCP fixo na 
margem de um canal
Problemas da curva chave
Problemas da curva chave
Poucos dados
Leito móvel
Poucos Dados
Exercícios
Uma medição de vazão em um pequeno rio apresentou os resultados de hidrometria da tabela abaixo. A última vertical foi medida a 0,5 m da margem (a largura total do rio é de 12 metros).
Distância da margem (m)
0,5
1,5
3,5
5,5
7,5
9,5
10,5
11,5
Profundidade (m)
0,5
1,2
2,3
3,0
3,1
2,8
2,0
0,5
Velocidade a 0,2 m (m/s)
0,07
0,10
0,18
0,33
0,40
0,35
0,26
0,10
Velocidade a 0,8 m (m/s)
0,02
0,06
0,10
0,19
0,23
0,19
0,09
0,07
Calcule a vazão
 Durante 3 anos foram realizadas medições de vazão em um pequeno arroio, com os resultados resumidos na tabela abaixo. Defina uma curva chave do tipo Q= a(h-h0)b ou do tipo Q = a + bh + ch2 para estes dados.
 Qual é a vazão que corresponde a h = 4 m ?
Trabalho
Cada um de vocês deverá baixar, através do portal Hidroweb 1 postos fluviométricos.
O programa HIDRO (disponível para download na página da Hidroweb) deverá ser utilizado para gerar a curva-chave dos postos fluviométricos.

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