Métodos de Medição de Vazão de Água

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SALVADOR 
2019 
 
 
Edilane Cunha dos Santos 
 
 
 
 
Hidrometria 
Métodos de medição de vazão, equipamentos/instrumentos, elaboração de curva-
chave. 
 
 
SALVADOR 
2019 
INTRODUÇÃO 
Hidrometria é uma parte da hidrologia que permite conhecer o regime hídrico, as 
disponibilidades hídricas de uma região. A aplicação de modelos matemáticos 
em hidrometria fornece dados para a medição das vazões (líquidas e sólidas), 
dos níveis de água em rios, lagos e represas, índices pluviométricos (chuva), 
entre outros parâmetros que interessam ao estudo da água na natureza. Esses 
dados sistematizados são informações importantes para elaboração de projetos, 
estudos e gerenciamento dos recursos hídricos. 
Além das características hidrológicas, de chuvas e/ou vazões de água, os 
cálculos permitem estimar a probabilidade de ocorrência de eventos raros, bem 
como quantificar as possibilidades do aproveitamento dos recursos hídricos. 
É de grande importância para quantificar a vazão disponível para projetos de 
irrigação, controlar a vazão (volume) de água de irrigação a ser aplicada em 
projetos (racionalizar o uso da água); e quantificar a vazão disponível para 
acionar uma roda d’água ou carneiro hidráulico. 
MÉTODOS 
A escolha do método depende: 
1. Do volume do fluxo de água; 
2. Das condições locais; 
3. Do custo (existem equipamentos caros e outros simples e baratos); 
4. Da precisão desejada 
 A) MÉTODO DIRETO 
Utilização: Pequenas vazões (Q 10 litros/s) 
A.1. Volumétrico: Baseia-se no tempo decorrido (t) para que um determinado 
fluxo de água ocupe um recipiente com volume conhecido (Vol). 
 
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Alternativa: pesar recipiente com volume desconhecido (descontar peso do 
recipiente). 
Alteração do volume de água em um reservatório de volume conhecido. 
Q = V/T V = V2 – V1 
Importante: Realizar 3 repetições e obter a média. 
A.2. Hidrômetro: 
- Medida de vazão em tubulações; 
- Rotor é posto em movimento pela corrente de água; 
- Acoplado a um mostrador, onde se lê o volume que passou pelo hidrômetro. 
Q = Vol/T 
 
A.3. Fluxímetro: 
- Tubo transparente afunilado; 
- Dispositivo que obstrui parcialmente o fluxo de água; 
- Variações no fluxo de água mudam a posição do dispositivo no interior do 
fluxímetro; 
- Tubo afunilado é graduado para marcar a vazão a partir da posição do 
dispositivo; 
- Leitura direta e fácil. 
 
A.4. Gravimétrico: (Alta precisão, usado como calibração de outros métodos). 
Consiste na pesagem de um determinado volume de água obtido em um 
determinado tempo. 
 
 
Exemplo: Balança: 20 kg (massa no S.I) ou 20 kgf (peso no Sist. Técnico). 
 
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B) RELAÇÃO ÁREA X VELOCIDADE 
B.1. Flutuador 
 Utilização: Grandes vazões (Q > 300 L/s) 
Objeto flutuante que adquire a velocidade da água que o circunda. 
Vantagem: determinação rápida 
Desvantagem: imprecisão causada por ventos, correntes secundárias e ondas. 
Q = Vm x A 
A) Determinação da velocidade média 
Condutos livres: 
Desenho de canal e medição de vazão com flutuador 
Vm = 0,85 x Vsup 
Vm = V0,6H Vm = (V0,2H + V0,8H)/2 
Vm = (V0,2H + V0,8H + 2 V0,6H)/4 
 
Condutos forçados: 
Desenho de seção transversal de tubo com flutuador 
Vm = V(0,707 R) 
Vm = V(0,707 R) 
 R – Raio do tubo 
 
B) Determinação da área da seção molhada 
Condutos livres: 
Determinação das áreas (triângulos e trapézios) 
Desenho de seção transversal de rio 
 
Condutos circulares: 
 - Forçados: = ²/ 4 
 - Livres: A = R³ x Z³ 
Relação h/R  Z (Relação tabelada – Consultar livros) 
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Exemplo: O flutuador demorou 20 s para percorrer o trecho entre os pontos 1 e 2 
( 10 m ). 
 VMED = 0,85 x 0,5 m/s ; VMED = 0,425 m/s 
Supondo uma área da seção transversal igual a 1,5 m²: 
Q = 0,425 m/s x 1,5 m2 
Q = 0,64 m3 /s ou Q = 640 L/s 
7B.2. Molinete 
São pás ou hélices que giram impulsionadas pela velocidade de escoamento. 
Estabelece-se uma proporcionalidade entre o número de voltas por unidade de 
tempo e velocidade de escoamento. 
É necessária a determinação da área da seção de escoamento para a 
determinação da vazão (Q = A.V) 
Podem ser utilizados em condutos “livres” ou “forçados”. É muito preciso na 
determinação da velocidade de escoamento. 
 
B.3. Coordenadas em tubo com descarga livre 
Este método, bastante simples, é utilizado para medir vazão em tubos sob 
descarga livre. 
 
Conforme a figura, no intervalo de tempo t um elemento de volume da veia 
líquida, ao sair da tubulação, percorreu uma distância x na direção horizontal e 
uma distância y na vertical. 
A equação de descarga é obtida por: 
 
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Na equação a vazão Q será em m³/s se a aceleração da gravidade g forem m/s² 
e se o diâmetro D da saída da tubulação e as distâncias x e y forem em metros. 
O tubo de descarga pode estar na posição horizontal ou inclinado, sendo que 
neste caso, a medida de x deve ser tomada na direção do prolongamento da 
geratriz superior do tubo e y na vertical. 
 
B.4. Tubo de pilot 
Transformação de energia de velocidade em energia de pressão 
O tubo de Pitot pode consistir num tubo em "L" com um único canal, permitindo 
medir apenas a pressão de estagnação (sendo necessário medir por outro meio 
a pressão estática) ou com dois canais e tomadas de pressão laterais para medir 
simultaneamente a pressão estática. 
 
 
 
B.5. Processo calorímetro 
O método colorimétrico é semelhante ao químico, porém difere no fato que ao 
invés de utilizar uma solução salina, utiliza-se um corante, sendo a avaliação da 
concentração feita por espectrofotometria. 
 
C) ESTREITAMENTO DA SEÇÃO DE ESCOAMENTO 
 Utilização: pequenos cursos d’água, canais (vazão média) (10 Q 300 L/s). 
 
C.1. Vertedor 
Vertedores são simples aberturas ou entalhes na parte superior de uma parede 
por onde o líquido escoa. Podem ser instalados em cursos d’água naturais ou 
artificiais. 
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Onde: 
L largura da soleira 
H altura da lâmina de água que passa (carga hidráulica) sobre a soleira 
P distância do fundo d’água à soleira 
P’profundidade do curso de água à jusante do vertedor 
 
Alguns cuidados na instalação do Vertedor: 
1. A soleira deve estar nivelada; 
2. Face de montante na vertical e deve ser lisa; 
3. Paredes delgadas ou cantos em bisel; 
4. Não deve ser afogado. A água não deve escoar pela parede de jusante; 
5. P 2H ( P deve ser superior a 20 cm ); 
6. 5 cm H 60 cm; 
7. Escolher um trecho retilíneo, de pelo menos 3 m para a instalação do 
vertedor; 
8. Fazer a medição de H 1,5 m antes do vertedor. 
Tipos de Vertedores e suas equações para a determinação da vazão: 
 Vertedor Triangular: 
 
Maior precisão para pequenas vazões 
 
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 Vertedor Retangular : 
 
1. Com duas contrações laterais: As contrações ocorrem nos vertedores 
cuja largura é inferior à largura do curso d’água. 
 
 
2. Sem contração lateral 
 
 
 Vertedor trapezoidal 
 
 Vertedor circular 
 
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C.2. Venturímetro 
É um aparelho formado de três partes principais, ou seja, um a convergente, 
uma intermediária, que constitui o estrangulamento, e um a divergente ou 
difusor. O diâmetro da parte intermediária deve corresponder entre 25 e 7 5% 
do diâmetro da tubulação. O comprimento de um venturímetro varia de 4 a 12 
vezes o diâmetro da tubulação. O venturímetro tem a vantagem de provocar um 
a menor perda de carga que o diafragma. 
A vazão nesse método é medida por: 
 
C.3. Diafragma 
O diafragma consiste num orifício concêntrico feito em chapa metálica (bronze, 
aço inoxidável ou monel) inserido entre flanges da tubulação. O diâmetro do 
orifício deve ser de 30 a 80% do diâmetro da tubulação, pois valores abaixo de 
30% provocam perda de carga excessiva e valores superiores a 80% não 
permitem boa precisão. 
 
C.4. Calha Parshall 
Ofuncionamento da Calha Parshall desenvolvida pelo engenheiro Ralph L. 
Parshall, na década de 1920, nos Estados Unidos, é uma melhoria realizada no 
projeto de calha Venturi. Desenvolvido inicialmente para aplicações em 
irrigações, hoje em dia é utilizado frequentemente nas aplicações industriais e 
saneamento. 
A Calha Parshall é um dispositivo tradicionalmente usado parar medição de 
vazão em canais abertos de líquidos fluindo por gravidade, muito utilizado nas 
estações de tratamento de água para a realização de duas importantes funções: 
1º Medir com relativa facilidade e de forma contínua as vazões de entrada e 
saída de água. 
2º Atuar como misturador rápido, facilitando a dispersão dos coagulantes na 
água, durante o processo de coagulação. 
O funcionamento da Calha Parshall como medidor de vazão poderá situar-se em 
duas condições distintas de descarga: Escoamento livre e Escoamento afogado. 
 
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C.5. Medidor “WSC FLUME” (Calha) 
Muito utilizado para medir a vazão em sulcos de irrigação ou canais. Neste 
equipamento, a água praticamente não se eleva (represamento) à montante do 
ponto de instalação. 
Por este motivo é muito utilizado em projetos de irrigação por superfície (sulcos); 
São construídas em três tamanhos diferentes: pequena, média e grande; 
Para a medição da vazão, somente a leitura de uma régua graduada em 
milímetros, encostada na parede lateral da entrada, é suficiente. A leitura é 
convertida em vazão através de Tabelas ou de prévia calibração com outros 
métodos (Equações). 
 
 
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Determinação da Curva-Chave da Vazão do Rio Manoel Alves Grande, 
Goiatins-To. 
No planejamento e gerenciamento do uso dos recursos hídricos, o conhecimento 
das vazões é necessário para se fazer um balanço de disponibilidades e 
demandas ao longo do tempo. Este trabalho teve como objetivo determinar a 
curva-chave da descarga líquida do Rio Manoel Alves Grande, localizada no 
Município de Goiatins-TO, através da medição da vazão do rio em diferentes 
níveis d’água. Utilizou-se dados coletados em campanhas realizadas entre maio 
de 2008 e dezembro de 2009, totalizando 14 medições, utilizou-se o método do 
Molinete Hidrométrico para determinação da vazão e na seqüência determinou-
se a curva-chave. As medições apresentam resultados coerentes, com boa 
relação cota x vazão, com elevado coeficiente de determinação ( = 2 R 0,9849), 
possibilitando a obtenção de curva chave satisfatória. 
Material e Métodos 
Os dados utilizados para determinar a expressão da curva-chave (nível x vazão), 
são de um programa de monitoramento realizado pelo Núcleo Estadual de 
Meteorologia e Recursos Hídricos do Tocantins. Mediu-se a vazão do curso 
d’água para diferentes níveis d’água, conforme metodologia preconizada pela 
Agência Nacional de Águas – ANA, através do uso de molinete hidrométrico 
MLN-07. A velocidade do fluxo da água foi determinada em quatro pontos nas 
verticais, a 0,2; 0,4; 0,6 e 0,8p, sendo a velocidade média em cada vertical 
determinada pela equação: 
 
 A área da seção foi calculada pelo método da meia seção, e com os valores das 
velocidades médias das verticais e das áreas das subseções foi determinada a 
vazão a partir da equação: 
 
Em que Q é vazão do rio (m3 s -1), Qi é vazão entre duas verticais (m3 s -1), Ai 
é área entre duas verticais (m2 ) e i v : velocidade média entre duas verticais (m 
s-1). 
 
 
 
 
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O nível da água do rio foi observado em réguas linimétricas dispostas no local. A 
Gráfico 1 representa a batimetria, onde primeiramente dividiu-se a seção do rio 
em séries de verticais igualmente espaçadas e mediu-se a profundidade em 
cada vertical definida, o que possibilitou então o cálculo da área da seção. 
 
Em seguida obteve-se a curva-chave pelo ajuste da relação cota-vazão através 
da expressão exponencial indicada por Tucci (2008): 
 
Onde a, b e Ho são parâmetros de ajuste, H o nível do rio(m) e Q é vazão (m³ s -¹). 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Resultados 
Para o cálculo da vazão fez-se uso dos dados disposto na Tabela 1 obtida em 
cada uma das campanhas, onde ME e MD representam a margem esquerda e 
direita do rio, respectivamente. 
 
 
 
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Os valores dos níveis da água do rio, observados durante as campanhas e as 
respectivas vazões determinadas estão apresentadas na Tabela 2. 
 
Com as 14 medições de vazão consideradas neste trabalho, foi traçada a curva 
chave da vazão (Gráfico 2), que apesar do pequeno número de medições, 
apresentou boa precisão, nota-se tal resultado no coeficiente de determinação 
obtido, que é R²= 0, 9849. As medições apresentaram resultados coerentes, 
com boa relação cota x vazão, possibilitando a obtenção de curva chave 
satisfatória. 
 
 
 
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A partir da determinação da curva chave será possível transformar medições de 
cota em medições de vazão. O fato das medições terem abrangido períodos de 
chuva e estiagem contribuiu na boa correlação obtida para curva-chave, pois 
para gerar uma curva-chave representativa é necessário medir a vazão do rio 
em diversas variáveis de vazões, abrangendo todos os períodos considerados 
relevantes do ano, que foi possível no presente estudo. Apesar do resultado 
satisfatório, deve-se ter noção que o fato da curva chave estar intimamente 
ligada as características hidráulicas da seção de controle implica variação da 
expressão matemática quando há uma variação nestas constantes. De acordo 
com Porto, Silva e Zahed (2001), alterações na geometria da seção ou na 
declividade do rio geradas por erosões ou assoreamento ao longo do tempo 
causam mudanças na velocidade do escoamento e nas relações entre área, raio 
hidráulico e profundidade, afetando a relação cota-descarga. 
Conclusão 
A curva-chave determinada para o Rio Manoel Alves Grande apresentou 
resultado satisfatório, uma vez que foi possível observar uma boa correlação 
entre cota e a vazão. No entanto é necessário realizar regulares medições de 
vazão, mesmo após a definição da curva, pois com o passar do tempo podem 
ocorrer modificações no leito do rio que alterariam a área da secção estudada 
para coleta de dados e divergindo os valores medidos da descarga líquida com o 
valor relacionado entre cota e a vazão. 
 
Referências Bibliográficas 
CHOW, VEN TE; MAIDMENT, D.R; MAYS, L. M. Applied Hydrology, 1998, 
McGrawwHill, 565p. 
TUCCI, C. E. M. Hidrologia: ciência e aplicação. 2ª ed. Porto Alegre: Editora 
da Universidade: ABRH, 2008, 40p. 
PORTO, L.L.R.; SILVA, M.R.; ZAHED, F. K. Medição de Vazão e Curva-chave. 
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Departamento de Eng. 
Hidráulica e Sanitária. São Paulo, 2001. 34p.