Condutos Livres - Hidrometria PDF

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Compilado de anotações feitas através de aulas e outros materiais....

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Hidrometria: Definições e métodos para condutos livres ________ _______________ _______________ ________ _______ _______________________ ______________________________ _______________________ _______________

DEFINIÇÃO: A hidrometria é o estudo dos métodos e instrumentos para medição de grandezas físicas do ciclo da água. Ou seja, são técnicas capazes de analisar as características dos recursos hídricos. As variáveis geralmente medidas são velocidade e vazão. Vale salientar também que, a hidrometria é necessária para qualquer empreendimento hidro energético.

FINALIDADE: O principal objetivo da hidrometria é o estudo quantitativo dos rios, mas pode ser aplicado a qualquer fluxo hídrico existente (esgoto, lagoas, mares, solos etc.). E quando se trata de geração de energia, a hidrometria é utilizada para os estudos de aproveitamento hidrelétrico e acompanhamento de sistemas em operação. Alguns exemplos de aplicação: ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

Abastecimento urbano; Disponibilidade hídrica; Estudo ambiental; Descarte de esgotos; Irrigação; Controle de cheias e secas (Defesa civil); Análise de contaminação de rios; Construção de pontes; Tarifação urbana, industrial e agrícola; Instalações hidrelétricas; Análise de séries históricas de vazão; Cálculo de volume de reservatório;

A Agência Nacional das Águas (ANA) determina os métodos e procedimentos de medições e monitoramento adequados para cada um desses tópicos.

MÉTODOS: A escolha do método depende do volume do fluxo de água, das condições do local, do custo financeiro (equipamentos caros ou simples e baratos) e da precisão desejada. MÉTODOS PARA CONDUTOS LIVRES (CANAIS) 1. Método direto: Utilizado em pequenas vazões (Q ≤ 10 𝐿/𝑠). ▪ Volumétrico - Medição do tempo gasto (s) para encher um recipiente de volume conhecido (L).

𝑄=

𝑣𝑜𝑙 𝑡

(L/s)

Observações: - Realizar 3 repetições para obter a média. - Volume desconhecido: pesar o recipiente e descontar o peso dele.

▪ Gravimétrico - Consiste na pesagem de um determinado volume de água obtido em um determinado tempo. Esse método possui alta precisão e por isso é utilizado como calibrador de outros métodos.

𝛾=

𝑝𝑒𝑠𝑜

𝑝𝑒𝑠𝑜 =

𝑣𝑜𝑙

𝑄=

𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑡∗𝛾

𝑣𝑜𝑙 𝛾

2. Método do flutuador: Utilizado em canais de grande e pequeno porte. Altas vazões (Q > 300 𝐿/𝑠). ▪ O objeto flutuante (garrafa plástica, boia etc.) adquire a velocidade da água que o circunda e assim, essa velocidade superficial do escoamento é determinada. Na maioria das vezes, a velocidade superficial é maior do que a velocidade média do escoamento (corresponde a 80 a 90%). 𝑉𝑚𝑒𝑑 = 0,85 𝑥 𝑉𝑠𝑢𝑝 ▪ Para obter a vazão, basta multiplicar a velocidade média pela área molhada da seção transversal onde está ocorrendo o escoamento. 𝐴 = 𝑅2 𝑥 𝑍²

Observações: - Área triangular e trapezoidal. - A relação h/R é tabelado e pode ser encontrada em livros (Z). - A área também pode ser determinada por batimetria.

𝑄 = 𝑉𝑚𝑒𝑑 𝑥 𝐴𝑚𝑒𝑑

Observações: - A velocidade deve ser determinada no trecho mais reto e uniforme. - Realizar 3 repetições (baixa precisão devido a ondas, ventos e correntes secundárias). - Tem como vantagem a determinação rápida.

3. Método do vertedor: Utilizado em pequenos cursos d’água e canais. Vazão média (10 ≤ 𝑄 ≤ 300 𝐿/𝑠). ▪ Aberturas feitas na parte superior da parede de um conduto livre por onde o líquido escoa e que se deseja medir a vazão. ▪ Os formatos podem ser triangular, retangular ou trapezoidal e podem ser instalados em cursos d’água naturais ou artificiais.

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

▪ Cuidados na instalação do vertedor: - A soleira deve estar nivelada e biselada a jusante. - Ventilação sob a lâmina d’água. - Face de montante na vertical e deve ser lisa; - Altura do fundo à soleira do vertedor: p  2H (p deve ser superior a 20 cm); - Carga hidráulica: 5 cm  H  60 cm;

- Velocidade de aproximação do vertedor: V < 0,15 m/s; - Escolher um trecho retilíneo, de pelo menos 3 m para a instalação do vertedor; - Fazer a medição de H 1,5 m antes do vertedor. - Medida de H (local): distância de 4H a 10 H do vertedor ( 1,5 m a montante) cm; - Nível da água a jusante (abaixo) do vertedor: no mínimo 10 cm abaixo da soleira.

▪ Equações para a determinação da vazão: Vertedor retangular sem contração lateral, vertedor trapezoidal e triangular

Observações: - No caso de vertedores com contrações laterais, tem-se a seguinte equação:

𝑄 = 1,84 (𝐿 − 0,2𝐻) 𝑥 𝐻

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