hidrometria medição de vazão

HIDROMETRIAMedição de Vazão

Benedito C. SilvaIRN - UNIFEI

Hidrologia

Medição de vazão por velocidade e área

• Medições expeditas (não recomendadas)• Medições com equipamentos mecânicos• Medições com equipamentos acústicos

Perfis de velocidade em rios

Perfis de velocidade de escoamento

Medição indireta

• Medir vazão = medir velocidade x área

Medição de Vazão - Expedita

Utilizando um flutuador:• Escolher um trecho retilíneo do rio que tenha seção constante;• Marcar uma distância de no mínimo 10m;• Medir a área da seção do rio;• Lançar o flutuador e contar o tempo para percorrer a distância demarcada.• Calcular a vazão com a fórmula.

Vazão = velocidade x área

Velocidades diferentes em diferentes pontos da seção

Medição indireta: Q = v.A

Medição de Velocidade da água - Molinete

Características:

• Velocidade pontual• Calibração para obter relação: (n° de revoluções/min) e (velocidade m/s)• Pode ser utilizado abordo de barcos ou de teleféricos sobre a seção do rio• A velocidade é conhecida contando o numero de revoluções realizadas em um intervalo de

tempo (> 30s em geral)

Canal de Velocidade - IPHUFRS

Molinete

Molinetes

Molinete preso à haste

( medição a vau)

• Medição à Vau- Para pequenas profundidades ( ~ 1.20 m)- Para pequenas vazões- molinete preso à uma haste

Medição com Molinete

Vazão x velocidade

Pequenos rios

Vazão x velocidade

Pequenos rios

Medição usando barco

Medição embarcadaMedição a partir de cabosMedição a partir de pontes

Rios maiores

Medindo velocidade

Medindo o escoamento

Guincho e Molinetes

Onde medir velocidade

• Quantos pontos são necessários?• Normalmente se divide a seção num certo

número de verticais e cada vertical em um certo número de pontos.

Quantas verticais?Quantos pontos de medição por vertical?

Medindo o escoamento

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 0,3 103 a 6 0,5 6 a 126 a 15 1 6 a 15

15 a 30 2 7 a 1530 a 50 3 10 a 1650 a 80 4 12 a 2080 a 150 6 13 a 25

150 a 250 8 18 a 30 250 12 > 20

E a área?

Cálculo da VazãoA vazão será dada pelo somatório do produto entre velocidade média e área de cada vertical.

Vazão x nível da água

Medindo o escoamento- A curva chave -

Réguas niveladas

A curva-chave

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

Curva chave

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:

bhhaQ )( 0

onde:Q – vazão na seção do posto;h - nível d’água (leitura na régua);h0 – valor de h para Q = 0;a e b - parâmetros de ajuste.

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

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

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

Medição de velocidade por efeito Doppler

• Medição local• Perfiladores

Medidores ultrasom Doppler

Medição de Vazão - ADCP

O aparelho ADCP utiliza este efeito para estimar a velocidade de escoamento de um fluído.

A sonda emite uma onda sonora com freqüência padrão e analisa a freqüência que é refletida nas partículas em suspensão na água.

MMedições de vazão usando um aparelho de medição de velocidade por efeito Doppler em ondas acústicas.

ADCP

Princípio ADCP

Princípio ADCP

perfiladores

não medemuito próximo do aparelho

não medemuito próximo ao fundo

Perfilador Doppler em um flutuador não tripulado acionado por cabos

Medição de Vazão - ADCP

ADCP - Acoustic Doppler Current Profiler

Segue o mesmo princípio da medição com molinete, ou seja medir velocidades pontuais na seção do rio.

Sua vantagem é de ter maior precisão e mais rapidez

Interface para conexão com computador

Permite medições em tempo atual

Rio Amazonas

ADCP fixo na margem de um canal

rio Amazonas em Manacapuru

Problemas da curva chave

Problemas da curva chave

Poucos dados

Leito móvel

Poucos Dados

Curva-chave x Leito móvel• Em rios com leito muito móvel a curva-chave em um mesmo

local pode se alterar com o tempo.• Isto ocorre porque o leito do rio se altera por erosão ou

assoreamento.• Este tipo de local não é adequado para medições de vazão.• Se não existe outro local alternativo, com seção mais estável,

a curva-chave deve ser verificada e atualizada periodicamente.

Exemplo curva-chave em local com leito móvel

Possível efeito de dragagem de areia...

Extrapolação de curva-chave

Extrapolação de curva-chave

Extrapolação superior x inferior• Quando a extrapolação é

para cotas observadas superiores às utilizadas na elaboração da curva-chave, denomina-se extrapolação superior.

• Quando é para cotas inferiores às cotas utilizadas na elaboração da curva-chave, a extrapolação é chamada inferior.

• A extrapolação superior de curvas-chave é muito importante porque dificilmente existirão medições de vazão coincidentes com as maiores cheias observadas.