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28/01/13 Mecatrnica Atual

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AUTOMAO / Instrumentao

13/04/2011 11:41:53

Medidor de vazo para canais abertos tipo Parshall

O medidor de vazo para canais abertos tipo Parshall atualmente o tipo de medidor maisempregado nas aplicaes onde h a necessidade de medies de vazes em canais abertos, taiscomo, na captao de guas de rios, no tratamento de gua potvel e esgotos, ou ainda nolanamento de gua industrial tratada para os rios ou rede de esgoto.

Willian Abe

Com o advento de novas tecnologias na medio de nveis como, por exemplo, o ultra-som, asmedies de vazo com medidores Parshall tornaram-se mais precisas e confiveis, podendoutilizar a eletrnica para indicao digital, transmisso distncia, registros e armazenamento dedados via data loggers ou computadores, das vazes mensuradas. Hoje, podemos obter exatidode leitura na ordem de 2%, dependendo das condies de instalao.

A medio de vazo em canais abertos vem se destacando mais recentemente devidoprimordialmente ao fator econmico, ou seja, ela consiste no meio de se obter informao primriapara tarifao ou transferncia de custdia, assim como no controle, no sentido de regularcorretamente a proporo de mistura de agentes qumicos na gua, como tambm em atividadesde segurana e ecologia para monitorao de vazes em canais ou rios.

Figura 1 - Tpica instalao de uma Calha Parshall.

As principais vantagens de utilizar o medidor Parshall para medies de vazes so:

1. Fabricados com baixo custo. Dependendo do caso, podem ser construdos no prprio local emconcreto ou alvenaria. Podem ser construdos ainda em madeira, metal, fibra de vidro e outros.

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2. H a necessidade apenas de um pequeno desnvel no canal.

3. No h formao de depsito de materiais em suspenso, portanto de baixa manuteno.

4. A utilizao de medidores de nvel de ltima gerao, tipo ultra-snico, sem contato fsico com olquido, melhorou ainda mais a preciso e a baixa manuteno do medidor.

5. Baixa perda de carga.

6. Range, ou faixa de medio grande, mesmo utilizando apenas um medidor de nvel, ou seja,escoamento livre.

PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO

O medidor Parshall, tambm chamado de calha Parshall, est classificado como um medidor deregime crtico, ou seja, com uma combinao de estrangulamento na seo logo aps a entrada eno rebaixo e elevao do fundo do medidor, obtm-se um regime de escoamento livre. Destamaneira, com a medio do nvel da superfcie do lquido num nico ponto suficiente paradeterminar a vazo. A vazo est relacionada com o nvel pela seguinte expresso, obtidaempiricamente:

Q = K H

Onde,

Q = vazo instantnea

K = fator de ajuste das unidades de engenharia

n = expoente que depende das dimenses da calha

H = altura medida do nvel do lquido.

As unidades de engenharia mais comuns so: m/h, m/s, l/min e l/s.

O medidor Parshall idealizado pelo engenheiro Ralph L. Parshall, do Departamento de Agriculturados EUA, na dcada de 20, foi inicialmente projetado tendo como objetivo a irrigao. Hoje, porm,o seu uso estendeu-se a inmeras outras aplicaes.

Em princpio, teoricamente, o medidor poderia trabalhar no regime afogado (submergido), paratanto seria necessrio medir o nvel num segundo ponto do medidor. A relao entre os nveis nosdois pontos (Ha e Hb), vide figura 2, determina a razo de submerso. A grosso modo, se a razofor maior do que 0,6 para medidores at 9 polegadas ou maior do que 0,7 polegadas paramedidores maiores, dizemos que o escoamento est afogado. Portanto, para que se utilizesomente um medidor de nvel necessrio que trabalhe no regime de escoamento livre, casocontrrio no h a garantia de medio correta da vazo.



Figura 2 - Dimenses do medidor Parshall.

DIMENSES DO MEDIDOR PARSHALL

O tamanho do medidor Parshall determinado pela largura da sua garganta W. Podemosclassificar, por convenincia, os medidores em trs grupos principais:

1. Muito pequenos: 1, 2 e 3.

2. Pequenos: 6 a 96 (8 ps).

3. Grandes: 10 ps at 50 ps.

Nota: 1 = 25,4 mm

1 p = 12 = 304,8 mm

Para cada largura da garganta W, todas as outras dimenses so rigidamente definidas (tabela 1).Como os medidores no so geometricamente proporcionais, eles devem ser construdos deacordo com as dimenses dadas na tabela para cada tamanho especfico. Desde que os dados databela de vazo foram baseados em experincia, as dimenses devem ser seguidasrigorosamente para alcanar a preciso necessria na medida da vazo.Para a condio de submerso, os valores de razes Hb/Ha, mostrados na tabela 2, so utilizados(vide localizaes de Ha e Hb na figura 2 mostrada). Os valores de K e n da equao de vazo:

Q = K H

Para cada tamanho so listados, na tabela 3, os valores de K e n para as unidades l/s e m/h. Asvazes mnimas e mximas recomendadas para cada medidor, na condio de escoamento livre,so fornecidas na tabela 4.



Tabela 1 - Dimenses do medidor Parshall.

Tabela 2 - Condies de submerso.



Tabela 3 - Valores de K e n

Tabela 4 - Valores de vazo mnima e mxima

MEDIDOR DE NVEL ULTRA-SNICO

Como foi explanado anteriormente, para se obter a medio da vazo no medidor Parshall, bastamedir a altura do nvel a um tero da entrada do medidor na seo convergente (figura 2). Quantomais precisa for a medida dessa altura, conseqentemente obter-se- maior preciso na medioda vazo.

Atualmente, o melhor mtodo para medir a altura do nvel do lquido no medidor utilizando omedidor tipo ultra-snico. A grande vantagem que o sensor no necessita entrar em contato como lquido evitando, portanto, problemas de incrustao, desgastes, acmulo de entulhos, e ataquesqumicos que possam danificar o sensor ou causar medies errneas no nvel.

Sem os problemas enfrentados pelos produtos importados, hoje o Brasil possui fabricantesnacionais que, no desenvolvimento dos equipamentos, preocuparam-se em sanar problemascomo de temperatura, intempries, surtos devido a raios e alimentao, adaptando-os inteiramentes condies brasileiras, e inclusive com a programao do medidor numa linguagem acessvel eamigvel e em portugus.

Existem basicamente, dois tipos de medidor de nvel ultra-snico. Primeiro, o sensor e a eletrnicaesto juntos num mesmo invlucro (tipo compacto), indicando o nvel e transmitindo sinal de 4 a 20mA proporcional vazo ou nvel, e o segundo caso onde o sensor separado doindicador/transmissor.

No primeiro caso (figura 3), o sensor/transmissor instalado sobre o medidor Parshall envia umsinal de 4 a 20 mA para um indicador/totalizador que indica no display o valor da vazo instantnea,em unidades de engenharia, e tambm mostra o volume totalizado. Se for necessrio, o



transmissor pode enviar o sinal diretamente para um sistema de monitorao ou CLP.

No segundo caso (figura 4) somente o sensor ultra-snico montado no medidor e toda aeletrnica pode ser instalada distncia. Aqui, a eletrnica tem o papel de indicador, totalizador,alarmes, controle e eventualmente, se necessrio, comunicar com outros equipamentos, inclusivevia fieldbus, ou simplesmente transmisso tipo 4 a 20 mA.

Figura 3 - Medidor de nvel ultra-snico sensor compacto.



Figura 4 - Medidor de nvel ultra-snico tipo remoto.

INSTALAO

Uma ateno especial deve ser dada quanto instalao do medidor Parshall. As seguintescondies devem ser seguidas:

1. O medidor deve ser instalado num trecho reto do canal, sem que haja curva imediatamente suamontante (entrada);

2. O fluxo de aproximao no medidor deve estar relativamente livre de turbulncias e ondas, e bemdistribudo ao longo da seo do canal;

3. desejvel que a velocidade de aproximao da gua seja a mais baixa possvel na entrada domedidor, porm se a superfcie se apresentar plana, sem turbulncias ou ondas, e tambm semconcentrao de correntes de alta velocidade em qualquer posio, a preciso poder no serafetada em demasia;

4. Observar que no haja grande perda de carga devido ao medidor ou instalao;

5. Atentar para a possibilidade de afogamento temporrio por contrafluxo na sada do medidor.

6. A estrutura de suportao do medidor deve ser firme e segura. Observar para que no hajapossibilidade de vazamento nas junes do medidor com o canal ou mesmo eroso na fundao.

7. Na entrada do medidor, o canal deve apresentar uma seo convergente, ou seja, um canal deaproximao relativamente largo para assegurar o paralelismo do fluxo com relao a linha decentro, eliminando ondas ou distrbios na superfcie do lquido.

PADRONIZAO

H atualmente um grande interesse por parte dos usurios, fabricantes, agncias normalizadoras econcessionrias de gua e esgoto para a normalizao do medidor de vazo para canais abertos,especialmente o medidor tipo Parshall.



Os medidores quando utilizados para tarifao, por exemplo, na sada de esgoto de indstrias,shoppings, grandes hospitais, condomnios, etc. e para diferenciar a tarifao do esgoto com agua de abastecimento da concessionria, na captao de guas fluviais, nas descargas de guasindustrializadas em rios e redes de esgoto, devero ser alm de precisos e confiveis, serempadronizados, isto , devero estar dentro de normas para serem passveis de fiscalizaes comcunho legal.

Para tanto, a ABNT preocupada com essa normalizao, criou um grupo de trabalho para elaboraras normas pertinentes do setor. O GT-Medidores de Vazo em Canais Abertos, sob a coordenaodo autor deste artigo, est buscando junto com as demais colaboradores, uma norma que atenda asociedade brasileira como um todo. O grupo de trabalho aberto a todos os tcnicos, experts,rgos, usurios e fabricantes que queiram dedicar um pouco do seu tempo na criao de umanorma que possa guiar as caractersticas tcnicas, dimenses, instalao e montagem do medidorpara canal aberto, em particular o tipo Parshall.

Matria originalmente publicada na revista Mecatrnica Atual; Ano: 3; N 19; Nov / Dez - 2004

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