Relatório Hidrometria
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RELATÓRIO DE HIDROMETRIA
Aluno: Rafaela Senger Katz, Ronaldo Kanopf de Araújo
Disciplina: ESA - 816 Hidrometria
Professor: Francisco Rossarolla Forgiarini
Santa Maria, 02 outubro de 2014
INTRODUÇÃO
A cidade de Silveira Martins-RS, local onde foi realizada a aula prática da
disciplina de Hidrometria, do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, está inserida na microbacia
hidrográfica do Arroio do Veado, que por sua vez pertence à bacia hidrográfica do rio
Vacacaí-Mirim (Figura 1).
Figura 1 – Microbacia do Arroio do Veado, Silveira Martins-RS (HORN et al., 2013).
O local onde foi construída a calha Parshall no Arroio do Veado está localizado
junto ao Monumento ao Imigrante Italiano, na Quarta Colônia, em local de fácil acesso
e em um trecho considerado retilíneo (Figura 2). O trecho de rio está localizado à
jusante da cidade de Silveira Martins, e assim ocorre o lançamento no rio dos esgotos da
população, essa de 2.452 habitantes, segundo IBGE (2010).
Figura 2 – Calha Parshall no Arroio do Veado à jusante do município de Silveira Martins-RS, localizada junto ao Monumento ao Imigrante Italiano.
OBJETIVO
O principal objetivo da aula prática foi medir a vazão em campo, no Arroio do
Veado, em Silveira Martins-RS, a vazão em um canal aberto didático com molinete e
aprender a manusear os aparelhos envolvidos nesse processo, como o molinete, o
levelogger e o barologger.
METODOLOGIA
Em Silveira Martins-RS foi realizada a mediação em campo da velocidade da
água na calha Parshall instalada no Arroio do Veado, em um trecho localizado junto ao
Monumento ao Imigrante Italiano. A determinação da vazão foi realizada de três
formas: (i) utilizando micromolinete hidrométrico, (ii) pelo registro do nível de água na
régua (Figura 3) e (iii) pelo registro do nível de água utilizando-se sensor de nível.
Fez-se o posicionamento do molinete em apenas um ponto, localizado no centro
da seção da calha, pois o escoamento nas laterais apresentou influência das pedras
acumuladas à montante, devido ao carregamento em eventos extremos de precipitação
pluviométrica que aconteceram em 2014. Caso houvesse sido realizada a medição em
mais verticais a tendência era que o resultado por meio do molinete se aproximasse do
valor de vazão calculado com a curva-chave da calha. Há a necessidade de retirar as
pedras para que o escoamento seja uniforme, sem variações de velocidade no canal de
aproximação da garganta da calha.
Figura 3 – Régua de medição do nível de água na calha Parshall em Silveira Martins-RS.
Foi possível observar a existência de um poço tranquilizador juntamente à calha
Parshall, em que está presente um sensor levelogger transdutor de pressão atmosférica e
pressão da água. O sensor fica dentro do poço para que se mantenha protegido de
qualquer interferência externa que possa modificar os dados registrado pelo mesmo.
Atualmente o sensor está programado para registrar dados de 5 em 5 minutos.
O Barologger, sensor que fica suspenso em uma árvore próxima, mede somente
a pressão atmosférica, registrando dados no mesmo intervalo de tempo que o levelogger
(Figura 4). Ambos os dados registrados nos sensores são passados via cabo para o
computador e então devidamente analisados. Em uma tabela no software excel faz-se a
subtração entre os valores registrados pelo levelogger e aqueles registrados pelo
barologger, obtendo dessa forma o de nível de água para a determinação da vazão.
Figura 4 – Sensores levellogger e barologger da marca Solinst usados na calha Parashal em Silveira Martins-RS.
Na Figura 5 apresenta-se a curva-chave do Arroio do Veado determinada por
meio da calha Parshall instalada em Silveira Martins-RS.
Figura 5 – Curva-chave do Arroio do Veado
determinada por meio da calha Parshall instalada em Silveira Martins-RS.
0 10 20 30 40 50 60 70 800
100200300400500600700800900
1000
f(x) = 0.774971488025446 x^1.63688988069411R² = 0.999297334513382
Curva-chave calha garganta 60cm
Altura da água (cm)
Vaz
ão (L
/s)
Após o retorno de Silveira Martins, no laboratório de Hidráulica da
Universidade Federal de Santa Maria foi realizada uma atividade prática de medição de
vazão em um canal aberto utilizando-se um molinete da marca OTT (Figura 6).
De início definiu-se a utilização de 3 verticais para a verificação da velocidade
no trecho, de acordo com a largura do canal (0,90 m). Para cada vertical realizou-se
apenas uma medição de velocidade, devido à limitação de tempo da aula. Sabe-se que a
situação ideal é realizar pelo menos 3 medições em cada vertical, em diferentes
profundidades. Estabeleceu-se o tempo de 30 segundos para cada medição e as
seguintes distâncias das verticais, a primeira a 30 cm da borda, a segunda a 60 cm e a
última a também a 30 cm.
Ajustou-se a base do molinete para esta ficar a 60% do nível de água, como
definição pré-estabelecida. No momento da medição a altura da água era de 14 cm,
assim o molinete ficou a aproximadamente 6 cm do fundo plano da calha. Posicionou-se
o equipamento no primeiro ponto de medição, localizado no meio a 60 cm da margem.
Figura 6 – Medição de vazão no canal do Laboratório de Hidráulica utilizando molinete.
Utilizou-se a equação (1) para o cálculo da velocidade da água no canal.
Considerando a largura do canal, de 90 cm, foram usados três perfis, com distância de
30 cm entre cada um, para medição da velocidade utilizando o molinete.
v = 0,2604 . n + 0,004 (1)
Em que:
v = velocidade (m/s)
n = número de rotações / tempo (s);
n >/= 0,62
A vazão foi calculada pelo método da meia-seção, de acordo com a equação (2),
em que multiplica-se a velocidade pela área da seção.
Q = v . A (2)
Em que:
Q = vazão (m3/s);
v = velocidade (m/s);
A = área transversal da seção de medição (m2).
Determinou-se também a vazão no canal aberto utilizando-se um vertedor
triangular de 90o truncado (FCTH, 1990), com medidas H = 0,48 m e L = 0,90 m, de
acordo com a equação 3, quando H ≤ Hb.
Q=1,420 . H2,5 (3)
Em que:
H = carga sobre o vertedor (m);
Hb = altura da base do vertedor até o truncamento (m).
RESULTADOS E DISCUSSÕES
O nível de água na calha no momento da aula prática foi de 14,0 cm. Dessa
forma, a vazão calculada utilizando-se a curva-chave foi de 58,26 L/s.
Na tabela 1 apresentam-se os resultados da determinação da vazão líquida
utilizando-se micromolinete, para uma vertical, na seção da calha Parshall. A vazão
obtida foi de 78,86 L/s, o que evidencia uma diferença de 35,35% em comparação com
a vazão calculada de acordo com a curva-chave. A variação pode estar relacionada com
a irregularidade no fluxo devido à presença de pedras à jusante da calha.
Tabela 1 – Cálculo de vazão líquida por meio de micromolinete hidrométrico no Arroio do Veado, em Silveira Martins-RS.
Cálculo de vazão líquida – 1 verticalRotações (RPS) 79Tempo (s) 40n 1,975Velocidade (m/s) 0,56329Nível (m) 0,14Largura (m) 1,0Área (m2) 0,14Vazão (m³/s) 0,078861Vazão (L/s) 78,86064Variação (%) 35,35
A vazão média calculada utilizando-se três verticais foi de 64,58 L/s, conforme
tabela 2. Em comparação com a vazão de 58,26 L/s, determinada pela curva-chave em
Silveira Martins-RS, obtém-se uma diferença de 10,83%. Percebe-se que a utilização de
três verticais, em vez de apenas uma, diminuiu o erro em aproximadamente 3 vezes.
Tabela 2 – Medição de vazão em canal Parshall utilizando molinete, com três verticais, no Arroio do Veado, em Silveira Martins-RS.
Cálculo de vazão - 3 verticais Vertical 1 Vertical 2 Vertical 3Rotações (rps) 97 79 20Tempo (s) 40 40 40n 2,425 1,975 0,5Velocidade (m/s) 0,691276 0,56329 0,143781Nível (m) 0,14 0,14 0,14Largura (m) 0,35 0,30 0,35Área Segmento (m2) 0,049 0,042 0,049Vazão Segmento (m³/s) 0,033873 0,023658 0,007045Vazão Total (m³/s) 0,064576Vazão Total (L/s) 64,57599Variação (%) 10,83
Os resultados da medição de vazão realizada no canal do Laboratório de
Hidráulica são apresentados na tabela 3. A vazão calculada de acordo com a equação do
molinete OTT foi de 250,0 L/s.
Tabela 3 – Medição de vazão em canal aberto retangular utilizando molinete OTT, com três verticais, no Laboratório de Hidráulica da UFSM.Medição de vazão em canal Vertical 1 Vertical 2 Vertical 3Rotações (rps)Velocidade (m/s)Altura (m)Largura (m) 0,30 m 0,30 m 0,30 mÁrea da seção (m2)Vazão da seção (m3/s)Vazão total (m3/s) 0,25Vazão total (L/s) 250
A vazão calculada para o vertedor triangular de 90o truncado presente no canal
aberto foi de 230 L/s, o que representa uma variação de 8%.
CONCLUSÃO
Levando-se em consideração os resultados obtidos conclui-se que o objetivo da
aula prática foi plenamente atingido com a realização da medição de vazão em campo
no rio, de vazão em laboratório no canal aberto e o manuseio de equipamentos. Foi
possível verificar as diversas situações em campo que podem levar à diferenças nos
resultados de medições de vazão, considerando diferentes métodos e escolha de
verticais e profundidades na seção considerada.
REFERÊNCIAS
HORN, J. F. C.; FORGIARINI, F. R.; SANTOS, T. P.; MORAES, L. M.; SILVEIRA, G. L. DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE REAERAÇÃO (K2) EM PEQUENO RIO DE ENCOSTA: ESTUDO DE CASO. In: Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, 19, 2013. Anais... Bento Gonçalves-RS: ABRH, 2013. Disponível em: < http://www.abrh.org.br/SGCv3/UserFiles/Sumarios/4714da9a81ef2587f11bb8f786795fd0_7bf3c65c5f0b60c014aacdc02a7ce6a3.pdf >. Acesso em: 28 set. 2014.
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Senso demográfico do Brasil. Brasília, 2010.
FCTH - FUNDAÇÃO CENTRO TÉCNOLÓGICO DE HIDRÁULICA. Medidores de vazão para pequenos cursos d’água. Rio de Janeiro: PRONI, 1990, 88 p.