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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO DO SUL

CENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

CURSO DE GRADUAO EM ENGENHARIA AMBIENTAL

HIDRULICA II

TCNICAS DE ESTIMATIVA DE VAZO EM

CANAIS ABERTOS

Acadmico:

Jullyana Aramaqui

Professor: Dr. Fbio Verssimo Gonalves

Campo Grande

Janeiro/2012

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SUMRIO

1. INTRODUO ....................................................................................................................... 3

2. OBJETIVO ............................................................................................................................. 5

3. MATERIAIS E MTODOS ..................................................................................................... 5

3.1. Mtodo do Flutuador .................................................................................................. 6

3.2. Mtodo do Vertedor ................................................................................................... 7

3.3. Mtodo do Molinete ................................................................................................... 8

3.4. Mtodo da Caixa Calibrada ........................................................................................ 8

3.5. Mtodo Analtico Equao de Manning ................................................................... 9

4. RESULTADOS E DISCUSSO .......................................................................................... 11

5. CONCLUSO ..................................................................................................................... 12

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Flutuador Hidromtrico .................................................................................................. 4

Figura 2 Vertedores .................................................................................................................... 4

Figura 3 - Molinete Hidromtrico .................................................................................................... 4

Figura 4 Deslocamento do Flutuador .......................................................................................... 6

Figura 5 - Vertedor Triangular ........................................................................................................ 7

Figura 6 - Vertedor Retangular ...................................................................................................... 7

Figura 7 - Caixa Calibrada ............................................................................................................. 8

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1. INTRODUO

A vazo a principal caracterstica de um escoamento, uma vez que seu valor

utilizado no dimensionamento de obras de Engenharia, alm de permitir entender melhor o

comportamento de um canal e tambm de grande relevncia no estudo da degradao de rios

por assoreamento (a vazo de escoamento influencia na quantidade de sedimentos

transportados ao longo de um rio, que posteriormente sero depositados nos leitos, assoreando

o mesmo). O estudo da vazo de um rio ou canal de grande importncia na elaborao de

projetos de Engenharia para sistemas de gua e esgotos, gerao de energia eltrica, irrigao

e drenagem.

A Hidrometria a parte da Hidrologia responsvel por estudar os mtodos de medio

de vazo. Em questes prticas, o conjunto de tcnicas para a medio de vazo em corpos

hdricos. Existem vrios mtodos de medio de vazo, flutuadores, vertedores, molinetes,

batimetria, equaes empricas entre outros.

O mtodo do Flutuador indicado para grandes vazes. Consiste principalmente na

utilizao de um flutuador (garrafa plstica, boia, etc) para a determinao da velocidade

superficial de escoamento. Vale ressaltar que a velocidade superficial superior a velocidade

mdia de escoamento. Para questes prticas, considera-se a velocidade mdia como sendo de

80 a 90% da velocidade superficial.

Os vertedores so aberturas ou entalhes na parte superior de uma das paredes onde o

lquido escoa. So indicados para medio de vazo em rios pequenos (de vazo mdia), alm

de serem utilizados em canais de irrigao, sistemas de gua e esgotos, barragens e etc.

principalmente um dispositivo controlador de vazo que, por sua geometria regular tambm

possibilita a determinao da vazo de escoamento atravs do mesmo.

O mtodo do molinete o mais comumente utilizado na determinao da vazo em rios.

Trata-se de uma estrutura composta por ps ou hlices que giram impulsionadas pela velocidade

de escoamento do canal. Um dispositivo contabiliza o nmero de rotaes da hlice em um

determinado perodo de tempo e, atravs de equaes empricas, calculada a velocidade de

escoamento. Para este mtodo, a equao da velocidade particular para cada molinete, uma

vez que esta modelada de acordo com as caractersticas particulares de cada um.

A vazo atravs de caixa calibrada tem seu funcionamento baseado principalmente nas

alturas de coluna dagua obtidas durante um determinado perodo de escoamento. Atravs da

determinao destas alturas, possvel calcular a vazo, de posse da rea Molhada do Canal.

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As figuras 1, 2 e 3 ilustram exemplos de flutuador, vertedores e molinete,

respectivamente.

Figura 1 - Flutuador Hidromtrico

Figura 2 Vertedores

Figura 3 - Molinete Hidromtrico

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2. OBJETIVO

Medir a Vazo de escoamento do canal sob situaes distintas, atravs dos mtodos do

flutuador, vertedor, molinete, volumetria e pela equao de Manning;

Comparar os valores obtidos.

3. MATERIAIS E MTODOS

O procedimento foi realizado no Laboratrio de Eficincia Energtica e Hidrulica em

Saneamento (LENHS), onde foram utilizados os seguintes materiais:

Canal retangular concreto (18x0,406), com declividade constante;

Molinete Fluviomtrico;

Garrafa pet 600 mL;

Cronmetro;

Vertedor Retangular;

Vertedor Triangular;

Caixa Calibrada.

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

A vazo de escoamento foi estimada atravs dos mtodos do flutuador, vertedor,

molinete, caixa calibrada e tambm atravs da equao emprica de Manning. O escoamento se

deu em um canal de dimenses e declividade uniformes, com os seguintes valores:

Largura do Canal: 40,6 cm (0,406m);

Altura do Nvel dgua: 23,8 cm (0,238 m);

Comprimento do Canal: 18 m;

Declividade: 0,00328 m/m [(Altura de Incio Altura de Fim)/18];

Seo Transversal de Escoamento: 0,0966 m.

De posse dos dados, a vazo foi calculada de acordo com os mtodos citados acima.

Cada um dos mtodos contou com tcnicas e equaes especficas, descritas a seguir.

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3.1. Mtodo do Flutuador

O mtodo do flutuador consiste principalmente em, calcular o deslocamento deste ao

longo do canal por um determinado perodo de tempo. (Figura 4). A velocidade calculada

atravs da equao abaixo:

Figura 4 Deslocamento do Flutuador

O flutuador utilizado foi uma garrafa PET de capacidade 600 ml, com do volume

preenchido (450 ml).

Foi estabelecida uma distncia de 6 metros para o deslocamento do flutuador e o tempo

para que este pudesse percorrer tal distncia foi cronometrado. O experimento foi feito em

triplicata, para maior preciso dos resultados.

Nmero do Ensaio Tempo (s)

1 100

2 91

3 98

Mdia 96,5

Velocidade Superficial

V = 6/96,5 Vsup = 0,0622 m/s

Vmdia = 0,0529 m/s

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Multiplicando pela rea do canal, encontra-se a vazo atravs da relao:

3.2. Mtodo do Vertedor

Foram utilizados dois tipos de vertedores: Um triangular e um retangular. As

caractersticas e equaes para cada vertedor esto descritas abaixo:

Figura 5 - Vertedor Triangular

A equao para vertedores triangulares :

A altura de elevao do nvel na soleira do vertedor foi H = 0,08 m. Logo, aplicando a equao

acima, a vazo encontrada foi:

Figura 6 - Vertedor Retangular

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Para vertedores retangulares, tem-se:

Para H = 0,021 m e L 0,36 m:

3.3. Mtodo do Molinete

O mtodo molinete baseado na rotao das hlices. Um pulsor contabiliza o nmero

de rotaes em um determinado intervalo de tempo. Cada molinete tem sua equao

caracterstica e, para o molinete utilizado a equao :

O perodo de ensaio foi 40 segundos. Neste perodo, o molinete registrou 4 rpm. Isto :

n = 0,1 rps.

Logo:

Para uma rea de 0,0966 m, a vazo escoada no canal :

0,00356 m/s

3.4. Mtodo da Caixa Calibrada

O mtodo da volumetria consiste em contabilizar o volume escoado dentro de uma caixa

de dimenses conhecidas por um determinado perodo de tempo. A caixa utilizada para o ensaio

tem as dimenses:

Figura 7 - Caixa Calibrada

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As dimenses da caixa so:

C = 0,5 m

L = 0,52 m

rea = 0,5 x 0,52 rea = 0,26 m

O volume escoado calculado multiplicando a rea pela altura da coluna dgua

adquirida no perodo de tempo de ensaio. Foram feitas duas medies e, o tempo de

escoamento, as alturas da coluna dgua e os volumes esto dispostos na tabela abaixo:

Altura (m) Tempo de Escoamento (s) Volume de gua (AxH) m

0,035 60 0,0091

0,075 120 0,0195

Mdia 0,0473

Dessa forma, a vazo calculada atravs da expresso:

Utilizando os dados da tabela acima, foram encontradas duas vazes:

0,000325 m/s

A vazo mdia pelo mtodo da volumetria :

Qmdia = 0,000238333 m/s

3.5. Mtodo Analtico Equao de Manning

A equao de Manning dada da seguinte forma:

Para canais de cimento liso, o coeficiente n de rugosidade de Manning tem valor n =

0,013. A declividade do canal e o raio hidrulico foram determinados anteriormente.

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Rh = Am/Pm Rh = 0,11

So = 0,00328 m/m

Logo:

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4. RESULTADOS E DISCUSSO

Os valores das vazes estimadas pelos mtodos acima esto dispostos na tabela

abaixo:

MTODO Q (m/s)

Flutuador 0,0051

Vertedor Triangular 0,00253

Vertedor Retangular 0,002

Molinete 0,00356

Volumetria 0,00024

Equao de Manning 0,1055

Notou-se, os valores que apresentaram maior discrepncia foram obtidos nos mtodos

de Volumetria e de Manning. A volumetria apresentou um valor fora do padro observado por

conta do mau calibramento da entrada de gua.

Como descrito no tpico anterior, cada mtodo de estimativa baseado em um princpio

diferente. Os valores obtidos nos vertedores so os que mais se aproximam um do outro, por

utilizar o mesmo princpio. um mtodo recomendado para canais de vazo mdia, isto ,

pequenos cursos dgua.

A batimetria a vau, com o uso do molinete o mais difundido em cursos naturais de

gua, por conta da preciso dos resultados obtidos. Geralmente, o uso de molinetes utilizado

em toda a largura do rio, em intervalos pr-definidos, onde a velocidade calculada pelo mtodo

da meia seo.

A tcnica de flutuadores no deve ser utilizada em resultados concretos. Trata-se de

uma tcnica de estimativa inicial, por ser impreciso.

Notou-se ainda que a equao de Manning no se aplica a essa prtica, uma vez que indicada

para escoamento permanente e uniforme, onde os elementos geomtricos do escoamento so

constantes e a declividade do canal a mesma da linha de energia. Estas condies so

verificadas na maioria das vezes em canais construdos, raramente podendo ser aplicadas em

cursos naturais. Por conta disso, justificado um valor muito diferente em relao aos outros.

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5. CONCLUSO

De posse dos resultados obtidos, conclui-se que, a existncia de vrios mtodos de

estimativas de vazo excelente, principalmente pelo fato de que os mtodos tambm tem suas

particularidades, isto , so mais adequados para determinados tipos de canais e escoamento.

A equao de Manning, no se aplica nesse caso e, a volumetria no foi bem calibrada.

O mtodo do flutuador bastante impreciso, sendo necessrio apenas para estimativa

inicial de vazo.

O molinete o mtodo mais preciso para a determinao em rios, desde que a

batimetria seja feita em vrias sees do rio, para que possa ser determinada a curva de

velocidade do rio. Para o experimento, no necessrio, uma vez que o canal tem largura

uniforme e foi utilizado s um ponto de coleta.

Para o estudo de caso aqui apresentado, os vertedores apresentaram o melhor

resultado, pelo fato da coluna dgua ser constante ao longo do trajeto, j que este mtodo

considera a altura da coluna sobre a soleira do vertedor. As calhas tambm apresentariam

resultados satisfatrios, j que sua geometria regular tambm permitiria a estimativa atravs da

altura da lmina praticamente constante ao longo do percurso.