Calha Parshall Pronto Calculo
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Manual de Operao e InstalaoCalha ParshallMEDIDOR DE VAZO EM CANAIS ABERTOSCd: 073AA-025-122M Rev. B
Novembro / 2008
Incontrol S/A.Rua Joo Serrano, 250 Bairro do Limo So Paulo SP CEP 02551-060 Fone: (11) 3488-8999 FAX: (11) 3488-8980 e-mail: [email protected]
Calha Parshall
Incontrol
NDICE
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
INTRODUO ...................................................................................................................... 2 PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO. .................................................................................... 3 CONSTRUO. .................................................................................................................... 4 SELEO DE TAMANHO. ................................................................................................... 8 INSTALAO. ...................................................................................................................... 9 OPERAO. ......................................................................................................................... 9 MANUTENO. .................................................................................................................. 10 FRMULAS E TABELAS. .................................................................................................. 10 MEDIDOR DE NVEL. ......................................................................................................... 11
10. CERTIFICADO DE GARANTIA .......................................................................................... 12
______________________________________________________________________ 1
Calha Parshall
Incontrol
1.
INTRODUO
O medidor Parshall desenvolvido pelo engenheiro Ralph L. Parshall, na dcada de 1920, nos Estados Unidos, uma melhoria realizada no projeto de calha Venturi. Desenvolvido inicialmente para aplicaes em irrigao, hoje em dia utilizado frequentemente nas aplicaes industriais e de saneamento.
______________________________________________________________________ 2
Calha Parshall
Incontrol
2.
PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO
O medidor Parshall, tambm conhecido por Calha Parshall, um medidor de vazo para canais abertos. A calha constituda de uma estrutura com paredes verticais, possuindo na entrada um trecho convergente (0-1), um trecho contrado em declive de seo constante (1-2), e na sada um trecho divergente em aclive (2-3).
Figura 1 O trecho convergente, tambm chamado de crista, produz um nvel, no lquido medido, que est diretamente relacionado com a vazo. Com auxlio de um medidor de nvel externo adequado, podemos obter leituras de vazo com uma boa preciso.
______________________________________________________________________ 3
Calha Parshall
Incontrol
3.
CONSTRUO
Os tamanhos das Calhas Parshall so designados pela largura da garganta (trecho contrado). A norma vigente no Brasil a norma NBR/ISO9826:2008. Porm, tendo em vista ser uma norma relativamente nova, a grande maioria das calhas Parshall existentes obedecem norma ASTM 1941:1975. Neste manual apresentamos os dados das duas normas. Portanto, verificar por qual norma foi fabricada a sua calha para utilizar corretamente os dados aqui apresentados. Os tamanhos disponveis so os apresentados nas tabelas abaixo: 3.1 NORMA NBR/ISSO 9826:2008
As tabelas a seguir apresentam, respectivamente, as caractersticas de vazo das calhas Parshall de pequenas e grandes dimenses:
Calha Parshall n
Largura da Garganta
Equao da vazo3
Intervalo de Altura
Intervalo de Vazo2)
Limite modular
1)n a
b (m )2
Q = Ch3
ha (m )min .4 0,03 0,03 0,03 0,03 0,05 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,08 0,08 0,08
Q(x10 m /s)-3 3
c
Razo de Submergncia
(experimental)
(recomendado)
(m / s )1, 580 a 1, 513 a 1, 521 a 1, 537 a 1, 548 a 1, 557 a 1, 565 a 1, 569 a 1, 577 a 1, 586 a 1, 593 a 1, 599 a 1, 605 a
max .5 0,45 0,60 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80
min .6 1,5 3,0 3,5 4,5 12,5 25,0 30,0 30,0 35,0 45,0 80,0 95,0 100,0
max .7 100 250 400 630 850 1100 1250 1500 2000 2500 3000 3600 4000 8 0,55 0,62 0,64 0,66 0,67 0,68 0,70 0,72 0,74 0,76 0,78 9 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7
1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
0,152 0,381 h 0,25 0,561 h 0,30 0,679 h 0,45 1,038 h 0,60 1,403 h 0,75 1,772 h 0,90 2,147 h 1,00 2,397 h 1,20 2,904 h 1,50 3,668 h 1,80 4,440 h 2,10 5,222 h 2,40 6,004 h 1) C = CDb 3,279 n onde C D o coeficiente de descarga n um expoente dependente de b 2) Valores arredondados
Tabela 1
______________________________________________________________________ 4
Calha ParshallEquao da Calha Parshall n Largura da Garganta vazo Condio de escoamento livre1 Q = C1 ha, 6
IncontrolIntervalo de Altura Intervalo de Vazo
1)
ha (m )Min 4 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 Max 5 1,07 1,37 1,67 1,83 1,83 1,83 1,83 1,83
Q ( m3 / s )]Min 6 0,16 0,19 0,23 0,31 0,38 0,46 0,60 0,75 Max 7 8,28 14,68 25,04 37,97 47,16 56,33 74,70 93,04
Razo de Submergncia
Coeficiente de Submergncia (Fator de Correo)
b (m )2 3,05 3,68 4,57 6,10 7,62 9,14 12,19 15,24
(recomendado)
Cs
( m3 / s ) 1 14 15 16 17 18 19 20 21 31 7,463 ha, 6
8 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80 0,80
9 1,0 1,2 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0
9,859 h 10,96 h 14,45 h 17,94 h 21,44 h
1, 6 a 1, 6 a 1, 6 a 1, 6 a 1, 6 a
1 28,43 ha, 6
35,41 h
1, 6 a
1) C1 = C Db , onde C D o coeficiente de descarga
Tabela 2
Figura 2 ______________________________________________________________________ 5
Calha Parshall
IncontrolAltura da Parede hc 0,600 0,800 0,950 0,950 0,950 0,950 0,950 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,220 1,520 1,830 2,130 2,130 2,130 2,130 2,130
Calha Parshall n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Garganta b 0,152 0,250 0,300 0,450 0,600 0,750 0,900 1,000 1,200 1,500 1,800 2,100 2,400 3,050 3,660 4,570 6,100 7,620 9,140 12,190 15,240 l 0,305 0,600 0,600 0,600 0,600 0,600 0,600 0,600 0,600 0,600 0,600 0,600 0,600 0,910 0,910 1,220 1,830 1,830 1,830 1,830 1,830 X 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050 0,305 0,305 0,305 0,305 0,305 0,305 0,305 0,305 Y 0,075 0,075 0,075 0,075 0,075 0,075 0,075 0,075 0,075 0,075 0,075 0,075 0,075 0,230 0,230 0,230 0,230 0,230 0,230 0,230 0,230 hp1 0,115 0,230 0,230 0,230 0,230 0,230 0,230 0,230 0,230 0,230 0,230 0,230 0,230 0,343 0,343 0,457 0,686 0,686 0,686 0,686 0,686
Seo de Entrada b1 0,400 0,780 0,840 1,020 1,200 1,380 1,560 1,680 1,920 2,280 2,640 3,000 3,380 4,760 5,610 7,620 9,140 10,670 12,310 15,480 18,530 l1 0,610 1,325 1,350 1,425 1,500 1,575 1,650 1,700 1,800 1,950 2,100 2,250 2,400 4,270 4,880 7,620 7,620 7,620 7,930 8,230 8,230 le 0,622 1,352 1,377 1,454 1,530 1,607 1,683 1,734 1,836 1,989 2,142 2,295 2,448 -
Seo de Sada
la h2 l2 hp2 0,415 0,390 0,610 0,012 0,900 0,550 0,920 0,072 0,920 0,600 0,920 0,072 0,967 0,750 0,920 0,072 1,020 0,900 0,920 0,072 1,074 1,050 0,920 0,072 1,121 1,200 0,920 0,072 1,181 1,300 0,920 0,072 1,227 1,500 0,920 0,072 1,329 1,800 0,920 0,072 1,427 2,100 0,920 0,072 1,534 2,400 0,920 0,072 1,632 2,700 0,920 0,072 1,830 3,660 1,830 0,152 2,030 4,470 2,440 0,152 2,340 5,590 3,050 0,203 2,840 7,320 3,660 0,305 3,350 8,940 3,960 0,305 3,880 10,570 4,270 0,305 4,880 13,820 4,880 0,305 5,890 17,270 6,100 0,305
Tabela 3 3.2 NORMA ASTM 1941:1975
Largura da Garganta W(inch)
Capacidade de Vazo Min(m /h)3
Max(m /h)3
1 2 3 6 9 12 18 24 36 48 60 72 84 96
1.02 2.04 3.06 5.10 9.17 11.2 15.3 42.8 62.2 132 163 265 306 357
19.4 47.9 115 398 907 1641 2508 3374 5138 6922 8726 10551 12376 14221
Tabela 4
______________________________________________________________________ 6
Calha Parshall
Incontrol
Figura 3W[inch]
A[mm]
2/3A[mm]
B[mm]
C[mm]
D[mm]
DIMENSES E T G[mm] [mm] [mm]
K19.0 22.2 25.4 76.2 76.2 76.2 76.2 76.2 76.2 76.2 76.2 76.2 76.2 76.2
M 305 305 381 381 381 381 457 457 457 457 457
N[mm]
P[mm]
R 406 406 508 508 508 508 610 610 610 610 610
X7.94 9.52 25.4 50.8 50.8 50.8 50.8 50.8 50.8 50.8 50.8 50.8 50.8 50.8
Y[mm]
[mm] [mm]
[mm] [mm]
1 2 3 6 9 12 18 24 36 48 60 72 84 96
363 414 467 621 880 1372 1448 1524 1677 1829 1981 2134 2286 2438
242 276 311 414 587 914 965 1016 1118 1219 1321 1423 1524 1625
356 406 457 610 864 1343 1419 1495 1645 1794 1943 2092 2242 2391
93 135 178 394 381 610 762 914 1219 1524 1829 2134 2438 2743
168 214 259 397 575 845 1026 1207 1572 1937 2302 2667 3032 3397
229 254 610 610 762 914 914 914 914 914 914 914 914 914
76.2 114 152 305 305 610 610 610 610 610 610 610 610 610
203 254 305 610 457 914 914 914 914 914 914 914 914 914
28.6 42.9 57.2 114.3 114.3 228.6 228.6 228.6 228.6 228.6 228.6 228.6 228.6 228.6
902 1080 1492 1676 1854 2223 2711 3080 3442 3810 4172
12.7 25.4 38.1 76.2 76.2 76.2 76.2 76.2 76.2 76.2 76.2 76.2 76.2 76.2
Tabela 5 Obs.: As medidas correspondentes calhas Parshall com largura de garganta de 1 e 2 no constam na norma ASTM 1941:1975, embora seus valores sejam determinados matematicamente baseados na mesma. ______________________________________________________________________ 7
Calha Parshall
Incontrol
Os medidores Parshall podem ser construdos no campo ou fabricados nos seguintes materiais: a-) b-) c-) d-) Fibra de vidro Ao carbono revestido Ao inox Concreto
4.
SELEO DE TAMANHO
Para a seleo do tamanho do medidor Parshall, devem ser conhecidos os seguintes dados: a-) b-) c-) d-) e-) largura do canal na montante e na jusante; vazes mxima e mnima; profundidade da gua no canal; perda de carga admissvel; previso para vazes futuras.
As seguintes recomendaes devem ser levadas em conta: a-) b-) Utilizar sempre escoamento livre, pois assim necessrio apenas um medidor de nvel no trecho convergente; Para se obter escoamento livre as seguintes condies devem ser obedecidas: Norma NBR/ISO 9826:2008: 1-) 2-) 3-) relao hb/ ha = 0,6 para medidores at 0,90 m; relao hb/ ha = 0,7 para medidores at 2,40 m; relao hb/ ha = 0,8 para medidores at 15,24 m.
Norma ASTM 1941:1975: 1-) 2-) Onde: c-) d-) e-) relao Hb/Ha < 0,6 para medidores at 22; relao Hb/Ha < 0,7 para medidores de 30 a 40.
ha e Ha correspondem altura da lmina de gua a montante. hb e Hb - correspondem altura da lmina de gua a jusante.
Carga total na crista do medidor no superior carga total na seo de entrada; Perda de carga no medidor no superior carga disponvel;
Caso tenha afogamento, obedecer os mximos citados anteriormente (item b). Neste caso ser necessrio instalar um medidor de nvel tambm no trecho contrado; ______________________________________________________________________ 8
Calha Parshall f-)
Incontrol
Obedecidas todas as condies citadas, escolher a calha de menor largura.
5.a-)
INSTALAOO medidor Parshall deve ser instalado precedido montante ou por um reservatrio de grande dimenso, onde a velocidade seja sensivelmente nula, ou por um trecho de canal prismtico onde o escoamento seja uniforme; O medidor deve estar instalado com o canal tanto na montante como na jusante; O medidor deve ser alinhado longe o suficiente da comporta ou curvas, para que o escoamento na regio da entrada do medidor seja uniforme e completamente livre de turbulncias, ondas ou vrtices; A crista do medidor deve estar rigorosamente em nvel a fim de assegurar a mesma vazo para o mesmo nvel ao longo da largura do medidor; As paredes laterais do trecho contrado devem estar paralelas e verticais; Pode-se construir com aclive de 1:4 uma rampa inicial no incio da seo convergente; Pode-se construir um degrau na sada ao fim da seo divergente (vide figura 2); Pode-se fazer uma concordncia em planta, na parte da entrada atravs de raios convenientes, por exemplo, para medidores menores do que 12 um raio de 0,41 m, para medidores de 12 a 36 um raio de 0,51 m e para medidores de 48 a 96 um raio de 0,61 m; O medidor de nvel deve estar instalado de forma a medir o valor da altura da lmina de gua a montante e da altura da lmina de gua a jusante.
Algumas condies bsicas de instalao devem ser obedecidas:
b-) c-)
d-) e-) f-) g-) h-)
i-)
6.
OPERAO
Operando-se com escoamento livre, basta uma medida da altura da lmina de gua a montante para se conhecer a vazo. Esta medida feita na seo convergente, crista, localizada a uma distncia de 2/3 do comprimento da parede convergente. Na operao no desejada, porm possvel, ou seja, condio de escoamento por submerso, alm da medida na crista, ser preciso tambm uma medida da altura da lmina de gua a jusante, num ponto prximo da seo final da garganta. Para medidores de 6 a 96, a posio dessa segunda medida dever ficar a 2 a montante da parte final da seo estrangulada.
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Calha Parshall
Incontrol
As relaes Hb/Ha e que constitui a vazo de submerso na prtica no deve ultrapassar 95%.
7.
MANUTENO
A manuteno de um medidor Parshall bastante simples, pois sua forma construtiva dificulta o acmulo de sedimentos. Por isso, o medidor Parshall comumente utilizado em esgoto e gua com slidos em suspenso Porm, faz-se necessria uma vistoria cuja frequncia estudada caso a caso, dependendo da sua condio de operao. Alm do aspecto limpeza, observar as condies da calha propriamente dita, pois dependendo do material de construo (se concreto, alvenaria, madeira, metal ou fibra de vidro) pode ter tempo de vida varivel.
8.
FORMULAS E TABELAS
A funo matemtica para a norma ASTM 1941:1975 que expressa a vazo em funo da altura : Q = K x Hn Onde: K uma constante que depende das dimenses da calha e ajuste da unidade de engenharia; n um valor que difere ligeiramente de 3/2 (vide a tabela abaixo para valores de K e n para diversos padres). Valores de n K [para vazo em m3/h]W[inch] [mm]
n 25,4 50,8 76,2 152,4 228,6 304,8 457,2 609,6 914,4 1219,2 1524,0 1828,8 2133,6 2438,4 1,550 1,550 1,547 1,580 1,530 1,522 1,538 1,550 1,556 1,578 1,587 1,595 1,601 1,606
K 217,29 434,58 633,60 1371,60 1926,00 2484,00 3794,40 5133,60 7855,20 10566,00 13420,80 16254,00 19101,60 21963,60
1 2 3 6 9 12 18 24 36 48 60 72 84 96
Tabela 6
______________________________________________________________________ 10
Calha Parshall
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9.
MEDIDOR DE NVEL
O medidor Parshall pode ser fornecido com escala graduada em vazo, nas unidades de engenharia de sua escolha. As unidades mais comuns so: m3/h, l/min, l/s ou m3/h. Atualmente, o medidor de nvel mais utilizado na Calha Parshall do tipo ultrassnico, por sua preciso (0,25% FE) e por sua praticidade, pois, como o sensor no entra em contato direto com o fluido, no h problemas de incrustaes. Alm disso, tambm temos a vantagem de transmitir distncia, atravs sinal eltrico, os valores de vazo (instantnea ou totalizada), seja por um sinal analgico 4-20 mA, seja por uma comunicao digital do tipo RS485. O medidor de nvel ultrassnico possui um conversor com leitura direta ou vazo, na unidade de engenharia desejvel, como tambm podendo totalizar o volume do lquido que j passou pelo medidor Parshall.
Aviso: Este manual poder ser alterado sem prvio aviso, pois os dados desse documento so revisados periodicamente e as correes necessrias sero consideradas nas prximas verses. Agradecemos por qualquer tipo de sugesto que venha contribuir para a melhora deste documento. ______________________________________________________________________ 11
Calha Parshall
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10. CERTIFICADO DE GARANTIAEste equipamento, Medidor de Vazo tipo Calha Parshall, Modelo: ______________________ N. de srie: ___________________ garantido contra defeitos de mo de obra e material pelo prazo de 365 dias da data de entrega. Esta garantia ser invalidada quando, a critrio de julgamento da Incontrol, o equipamento tiver sido submetido a abusos ou manuseios imprprios. Quando o reparo, dentro da garantia, for necessrio, o usurio dever remeter o equipamento fbrica ou reposto, ficando as despesas de seguro e frete por conta e risco do usurio. Data de Entrega: ____/_____/_____
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