ANÁLISE COMPARATIVA DOS DIFERENTES MÉTODOS PARA DETERMINAÇÃO DA VAZÃO DE FLUIDOS

ANÁLISE COMPARATIVA DOS DIFERENTES MÉTODOS PARA DETERMINAÇÃO DA VAZÃO DE FLUIDOS

COMPARATIVE ANALYSIS OF THE DIFFERENT METHODS FOR DETERMINING THE FLUID FLOW

Anelise Azevedo, Emerson Santos, Joás Tomaz, Mayza Estevam, Thiago Veras, Wamberto Júnior

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco - Campus Recife

RESUMO

A vazão é uma grandeza fundamental para a gestão de recursos hídricos e para a Engenharia, sendo a principal característica de um escoamento. Sua determinação é necessária para projetos de irrigação, análise de processos de outorga, dimensionamento e execução de obras de Engenharia, estudos hidrológicos e ambientais, tais como a degradação das águas e o assoreamento de rios. Nessas condições, o objetivo deste trabalho é calcular vazões, experimentalmente, em um canal de escoamento aberto por meio de métodos diferentes e compará-las com as vazões medidas com o auxílio de um rotâmetro, medidor de vazão industrial. O experimento foi realizado no Laboratório de Hidráulica e Fenômenos de Transporte do Instituto Federal de Pernambuco - Campus Recife - Pernambuco. Os métodos utilizados foram o flutuador, o vertedor - retangular e triangular - e a Calha Parshall. Como resultado verificou-se que o método do flutuador teve maior variação em relação aos outros métodos adotados, que é explicado pela maior dependência do observador e, no caminho inverso, o método do vertedor retangular apresentou uma menor variação com relação aos resultados apresentados pelo rotâmetro. Apesar disso, a análise estatística desenvolvida mostrou que a vazão média apresentada pelos métodos não apresentaram diferenças significativas. Salienta-se que os métodos possuem aplicação para diversas situações e a escolha depende dos recursos disponíveis, do local a ser aplicado e da precisão desejada.

Palavras-chave: Recursos hídricos, Vazão, Hidrometria.

ABSTRACT

The flow is a fundamental quantity for the management of water resources and for Engineering, being the main characteristic of a flow. Its determination is necessary for irrigation projects, analysis of granting processes, design and execution of engineering works, hydrological and environmental studies, such as water degradation and river silting. In these conditions, the objective of this work is to calculate experimental flows in an open flow channel by means of different methods and to compare them with the flows measured with the aid of a rotameter, industrial flow meter. The experiment was carried out in the Laboratory of Hydraulics and Transport Phenomena of the Federal Institute of Pernambuco - Campus Recife - Pernambuco. The methods used were the float, the weir - rectangular and triangular - and the Parshall Trough. As a result, it was verified that the float method had greater variation in relation to the other methods adopted, which is explained by the greater dependence of the observer and in the inverse path, the method of the rectangular spout presented a smaller variation in relation to the results presented by the rotor. Nevertheless, the statistical analysis developed showed that the mean flow rate presented by the methods did not present significant differences. It should be noted that the methods have application for different situations and the choice depends on the available resources, the place to be applied and the desired precision.

Keywords: Water resources, Flow, Hydrometry.

1. INTRODUÇÃO

A vazão é uma grandeza fundamental para a engenharia, sendo a principal característica do escoamento, seu conhecimento é fundamental desde o projeto e dimensionamento a execução de obras de engenharia. Trata-se do volume de água que passa entre dois pontos por um dado período de tempo. Normalmente, é expressa em metros cúbicos por segundo (m3/s). Sua medição é importante porque influencia a qualidade da água, os organismos que nela vivem e seus habitats. A vazão é influenciada pelo clima, aumentando durante os períodos chuvosos e diminuindo durante os períodos secos. Também pode ser influenciada pelas estações do ano, sendo menor quando as taxas de evaporação são maiores (PALHARES et al., 2007).

A determinação das condições de fluxos e escoamento, como a vazão, é primordial no gerenciamento dos recursos hídricos de uma região, pois o conhecimento desse dado tem por finalidade garantir o uso e a correta destinação da água (ALMEIDA et al., 2016), e permite elaborar projetos de irrigação, análise de processos de outorga, dimensionamento de barragens e outras aplicações (RIOS, 2011). Além disso, a caracterização das condições hidrológicas e disponibilidade hídrica auxiliam no estudo da degradação das águas, como por exemplo, o assoreamento de rios.

Os métodos de medição de vazões e velocidades no estudo da hidráulica e hidrologia, são o objeto de estudo da Hidrometria (AZEVEDO NETTO, 1998). Assim, existem diversos métodos para determinação da vazão, e a escolha do procedimento depende da precisão desejada, do volume do fluxo de água e ainda das condições do local onde será realizada a medição (ROSSI et al., 2015).

Dessa forma, o objetivo deste trabalho é apresentar o resultado da aplicação de diferentes métodos de determinação de vazão, bem como realizar uma análise comparativa dos resultados obtidos. Para isso, foram realizados em laboratório, experimentos para determinação de vazão em um canal utilizando o método do flutuador, vertedores de parede delgada (retangular e triangular) e Calha Parshall.

1. FLUTUADOR

O método flutuador consiste em determinar a velocidade de deslocamento de um objeto flutuante, medindo o tempo utilizado para o seu deslocamento num determinado trecho de rio de comprimento conhecido (SANTOS et al., 2001, p.196). Normalmente se utiliza desse método quando não há disponível no momento, molinete e ou outros equipamentos necessários à realização de vazão líquida por processos mais precisos. Trabalhos com a utilização do método de flutuador ainda são recentes, autores como Bonifácio e Freire (2013) e Silva (2016) utilizaram este método para a medição de vazão de rios e obtiveram bons resultados.

1. VERTEDOR

Os vertedores são dispositivos para medição e/ou controle da vazão em um curso de água. O equipamento consiste em aberturas, com forma geométrica definida, na parte superior de uma parede por onde o líquido escoa (ROSSI et al., 2015). Este método é mais indicado para medir pequenas vazões, porém é amplamente utilizado por sua simplicidade. Os vertedores podem ser retangulares, triangulares, trapezoidais e ainda com sessões combinadas (ALMEIDA et al., 2016).

1. CALHA PARSHALL

Outro método para determinação de vazão é a utilização da Calha Parshall, que consiste em um dispositivo com seção convergente, com fundo em nível, seção estrangulada ou garganta, com fundo em declive e seção divergente, com fundo em aclive (ABNT, 1995). As Calhas Parshall possuem diferentes tamanhos para permitir a medição em diferentes faixas de vazão. Neste método a vazão é determinada a partir da leitura da lâmina líquida na seção convergente.