medição de vazão - vertedor
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MEDIÇÃO DIRETA MÉTODO DO VERTEDOR
Retangular com parede delgada sem contração lateral
Retangular com parede delgada com contração lateral
Triangular com parede delgadaTrapezoidal (Cipolletti) com parede delgadaRetangular com parede espessa
MÉTODO DO FLUTUADOR MEDIDOR VENTURI TUBO DE PITOT ORIFÍCIOS E BOCAIS CALHAS MEDIDORAS
Consiste na determinação do tempo necessário para encher um determinado recipiente de volume conhecido. Este método é aplicável a pequenas vazões (Q 10 L/s); devem ser feitas pelo menos três medições do tempo e trabalhar com a média.
Para que toda a água aflua para o recipiente, às vezes torna-se necessário a construção de um pequeno dique de terra a fim de que o recipiente possa entrar livremente à jusante do dique; neste caso a água é conduzida ao recipiente através de uma calha qualquer (telha, pedaço de tubo, bambu, etc.).
Conceito: é uma passagem feita no alto de uma parede por onde a água escoa livremente. Apresenta a superfície sujeita à pressão atmosférica.
Emprego: utilizados na medição de vazão de pequenos cursos d’água, canais, nascentes (Q<300 L/s).
Partes componentes:
L= tamanho da soleira ou crista;B=base do corpo ou da parede;P=altura do vertedor.
Classificação: vários são os critérios para classificação dos vertedores. 1) Quanto à forma : retangular, triangular, trapezoidal, circular, etc:
2) Quanto à espessura (natureza) da parede (e):
- Parede delgada: a espessura (e) não é suficiente para que sobre ela se estabeleça o paralelismo das linhas de corrente (e < 2/3 H). - Parede espessa: a espessura é suficiente para que sobre ela se estabeleça o paralelismo das linhas de corrente (e > 2/3 H).
3) Quanto ao comprimento da soleira (L): L=B - Vertedor sem contração lateral
L<B - Vertedor com contração lateral – uma contração
L<B - Vertedor com contração lateral – duas contrações
Observação:Vertedor com duas contrações laterais é o mais usado na prática.
Equação geral da vazão para vertedores com parede delgada
H
dyyHCgQ0
21
)( 2 2
1) Vertedor retangular de parede delgada sem contração lateral
23
HLCQ Q = vazão (m³/s);C = coeficiente de ajuste;L = comprimento da soleira (m);H = carga hidráulica (m);CQ = coeficiente de descarga;g = gravidade (m/s²). 2
3
2QCgC
CCQQ
FUNÇÃO DE P(m) e H(m)
Na falta de maiores informações pode-se tomar C=0,60. Valor propostoPor Poncelet.
23'L 838,1 HQ
Poncelet -> não é necessária correção da contração lateral
Com isso:
2) Vertedor retangular de parede delgada com contração lateral
(Correção de Francis)
23
77,1 HLQ
Quando o vertedor possui contração lateral é necessário fazer correção no valor de L.
3) Vertedor triangular -> Só parede delgada
25
)2
( HtgCQ
Q = vazão (m³/s);C = coeficiente de ajuste;θ = ângulo (graus);g = gravidade (m/s²);H = carga hidráulica (m);CQ = coeficiente de descarga.
CQ poderá ser encontrado em tabelas, em função de θ, H e P. Na falta de maiores informações pode-se adotar como valor médio CQ = 0,60. Se θ = 90º, tg θ/2 = 1.
)2
( 2 15
8 tgCgC Q
Fórmula acima se simplifica para:
25
H 40,1Q
Fórmula de Thompson (θ = 90o)
Observação:1) Para pequenas vazões, o vertedor triangular é mais preciso que o retangular (aumenta o valor de H a ser lido quando comparado ao retangular).2) Para maiores vazões, o triangular passa a ser menos preciso, pois qualquer erro de leitura é afetado pelo expoente 5/2.
A figura a seguir mostra o efeito do formato do vertedor na lâmina vertente. Para a mesma vazão, percebe-se que a lâmina sobre o vertedor é maior no formato triangular (esquerda), quando comparado com o retangular (direita).
4) Vertedor retangular de parede espessa
Q = vazão (m³/s);g = gravidade (m/s²);H = carga hidráulica (m);L = comprimento da soleira (m)CQ = coeficiente de descarga.
A espessura da parede (e) é suficiente para que se estabeleça o paralelismo entre os filetes, ou seja: as linhas de corrente sejam paralelas (o que confere uma distribuição hidrostática das pressões).
23
Q HLCg2385,0Q
Experiências realizadas levam à conclusão de que CQ = 0,91, podendo a expressão acima ser escrita como:
23
HL55,1Q (Lesbrós)
1) O ideal é calibrar o vertedor no local (quando sua instalação é definitiva) para a obtenção do coeficiente de vazão CQ.
2) O vertedor de parede delgada é empregado exclusivamente como medidor de vazão e o de parede espessa faz parte, geralmente, de uma estrutura hidráulica (vertedor de barragem por exemplo) podendo também ser usado como medidor de vazão.
Observações:
É suficiente atentar para as deduções das fórmulas que a determinação da altura da lâmina H não é feita sobre a crista do vertedor e sim a uma distância à montante do mesmo suficiente para evitar a curvatura da superfície líquida.
Os seguintes cuidados devem ser tomados na instalação na medida de H:1) Escolher um trecho do canal retilíneo à montante e com pelo menos 20 H de comprimento; na prática, pelo menos 3 metros.
2) A distância da soleira ao fundo deve ser superior a 3 H ( 50 cm ) e de face à margem, superior a 2 H ( 30 cm ).
3) Deve ser instalado na posição vertical, devendo estar a soleira na posição horizontal.
Recomendações de instalação:
4) Não permitir que haja qualquer escoamento lateral ou por baixo do vertedor.
5) A ventilação sob a cauda deve ser mantida para assegurar-se do escoamento livre.
6) O valor de H deve ser mantido a uma distância da soleira de 10 H (1,5m).
Recomendações de instalação:
Exercícios:1) Qual é a altura de lâmina vertente que se deve manter sobre um vertedor retangular de duas contrações laterais e comprimento da soleira de 2,0 m para que as vazões determinadas tanto pela fórmula de Francis quanto pela de Poncelet sejam iguais? E para soleiras de 1,5 m e 1,0 m, respectivamente?
2) Sabe-se que a vazão de um pequeno curso d’água é de 15 L s-1 e que a carga hidráulica num vertedor triangular instalado é de 23,2 cm. Qual é o ângulo de abertura desse vertedor? Se ângulo fosse de 90º, qual seria a carga hidráulica observada?
Respostas: p/ L = 2,0 m H = 37,0 cm; p/ L = 1,5 m H = 27,7 cm; ep/ L = 1,0 m H = 18,5 cm.
Resposta: 44,41o; 16,21 cm.