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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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