VERTEDORES

INSTRUMENTOS PARA MEDIÇÃO DE VAZÃO EM CURSOS D’ÁGUA

NATURAIS E EM CANAIS CONSTRUÍDOS

VERTEDORES

VERTEDORES ou VERTEDOUROS

São instrumentos hidráulicos utilizados para medir vazão em cursos d’água naturais e em canais construídos.

VERTEDORES - NOMENCLATURA

Crista ou Soleira: superfície por onde a água extravasa

Face: Presente nos vertedores com contrações laterais

Régua para medição da carga hidráulica

VERTEDORES - DEFINIÇÃO

Os vertedores podem ser definidos como paredes, diques ou aberturas sobre as quais um líquido escoa. O termo aplica-se também aos extravasores de represas.

Os VERTEDORES devem ser construídos com forma geométrica definida e seu estudo é feito considerando-os como orifícios sem a parte superior.

VERTEDORES - EXEMPLO

Exemplo de vertedor em chapa metálica, usado em instalações para tratamento de água.Fonte: www.jinox.com.br/vertedouros9.asp

VERTEDORES - CLASSIFICAÇÃO

Muitos fatores podem servir de base para a classificação dos vertedores. Exemplos:

Quanto à forma:Simples (retangulares, trapezoidais,

triangulares);Compostos (seções combinadas –

duas ou mais formas geométricas).

À esquerda na figura, vê-se um vertedor de forma simples (retangular) utilizado para medir grandes vazões.

À direita há um vertedor de seção composta (retangular na parte superior e triangular em baixo). A forma triangular é apropriada para medir vazões pequenas com precisão.

CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: FORMA

Quanto ao tipo da soleira ou crista:

Soleira delgada (chapa metálica ou madeira chanfrada);

Soleira espessa (alvenaria de pedras ou tijolos e concreto)

CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: TIPO DA SOLEIRA

CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: SOLEIRA DELGADA

Soleira chanfrada para que a lâmina vertente a toque num sóponto.

Lâmina vertente

(também denominada veia líquida)

Fundo do canal

CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: SOLEIRA DELGADA

Vertedor triangular de soleira delgada

CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: SOLEIRA ESPESSA

Condição: e > 0,66 H

e

H

Soleira

Quanto à largura relativa da soleira:

Vertedores sem contrações laterais;Vertedores com uma contração

lateral;vertedores com duas contrações

laterais.

CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: LARGURA RELATIVA

CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: LARGURA RELATIVA

Vertedor retangular com duas contrações laterais

Vertedor sem contrações laterais

CÁLCULO DA VAZÃO ATRAVÉS DE VERTEDORES

Para orifícios de grandes dimensões, foi deduzida a seguinte equação:

Fazendo-se h1=0 e h2=H, a equação fica:

( )2/32/3 12..2...32 hhgLCdQ −=

2/3..2...32 HgLCdQ =

CÁLCULO DA VAZÃO ATRAVÉS DE VERTEDORES

Q = K.L.H3/2 , onde

Para o valor médio de Cd = 0,62, temos:K = 2/3 x 0,62 x 4,43 = 1,83

Q = 1,83.L.H3/2

(Fórmula de Francis para vertedores sem contrações laterais)Sendo Q dada em m3/s e L e H em metros.

gCdK .2..32

=

INFLUÊNCIA DAS CONTRAÇÕES LATERAIS

As contrações ocorrem nos vertedores cuja largura é menor que a largura do canal onde estão instalados.

INFLUÊNCIA DAS CONTRAÇÕES LATERAIS

Quando for necessário construir um vertedor com contrações laterais, deve-se fazer uma correção no valor de L da fórmula de Francis, que passa a ser denominado L’.

A presença das contrações faz com que a largura real L atue como se estivesse reduzida a um comprimento menor L’.

Para uma contração apenas, L’ = L –0,1.H

Para duas contrações, L’ = L – 0,2.HPara o caso mais comum de duas

contrações laterais, a fórmula fica:

INFLUÊNCIA DAS CONTRAÇÕES LATERAIS

( ) 2/3..2,0.838,1 HHLQ −=

VERTEDOR CIPOLLETTI

Para compensar a redução de vazão produzida pelas contrações laterais, Cipolletti propôs um modelo de vertedor de forma trapezoidal com a seguinte forma:

L

Q2Q1Q1

A soleira L continua com a mesma dimensão, mas as vazões Q1 de ambos os lados compensam a redução de vazão.

Q = Q2 + 2 Q1

VERTEDOR CIPOLLETTI

VERTEDOR CIPOLLETTI

A inclinação das faces deve ser 1:4 (1 na horizontal para 4 na vertical), pois deste modo a vazão através das partes triangulares acrescentadas compensa o decréscimo de vazão provocado pelas contrações laterais.

Para o vertedor Cipolletti pode ser aplicada a fórmula de Francis sem a correção para o comprimento da soleira.

4

1

Q = 1,83.L.H3/2

VERTEDOR CIPOLLETTI

Baseado-se em experiências feitas em 1915 para vertedores trapezoidais, Gourley Crimpestabeleceram a seguinte fórmula empírica:

Fórmula empírica para vertedor trapezoidal.

L

Q2Q1Q1

h

( )169,132,1 47,102,147,2 hbtghQ += α

VERTEDOR CIPOLLETTI

A fim de compensar esse decréscimo de vazão, Cipolletti imaginou adicionar ao retângulo uma área triangular, de mesma carga h, cuja vazão é dada por,

( )3215

28 25 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=αtghCgQ d

Cálculo do decréscimo de vazão em vertedor retangular com duas contrações;

( )22152 25hgCQ d=Δ

VERTEDOR CIPOLLETTI

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+= 23

25

5322

hbhCg

Q d

O vertedor de Cipolletti, no qual a soleira está em parede delgada pode ser representado por,

VERTEDOR TRIANGULAR

Os vertedores triangulares são recomendados para medir pequenas vazões, pois permitem maior precisão na leitura da altura H do que os de soleira plana.

São usualmente construídos a partir de chapas metálicas, com ângulo de 90°.

90°2/5.4,1 HQ =

VERTEDOR TRIANGULAR

VERTEDOR TRIANGULAR

Vertedor triangular de 900, de paredes delgadas

VERTEDOR TRIANGULAR

VERTEDORES DE SOLEIRA ESPESSA

e

H

Soleira

2/3..71,1 HLQ =

RECOMENDAÇÕES PARA CONSTRUÇÃO DE UM VERTEDOR RETANGULAR

(Preferencialmente sem contração lateral)

A soleira deve ser delgada, reta, em nível com o plano horizontal e normal à direção do fluxo (convém utilizar uma placa de metal);

A distância da crista ao fundo e aos lados do canal deve ser igual a 3H (no mínimo 20 cm);

Deve haver livre admissão de ar debaixo da lâmina de água (veia livre);

A carga hidráulica H deve ser maior que 5 cm e menor que 60 cm;

RECOMENDAÇÕES PARA CONSTRUÇÃO DE UM VERTEDOR RETANGULAR

O comprimento da soleira deve ser no mínimo igual a 3H (no mínimo 20 a 30 cm);

A montante do vertedor deve haver um trecho retilíneo para regularizar o movimento da água, de preferência com o fundo em nível.

Observações:- A régua pode ser colocada num poço lateral ao canal para fugir da influência de ondas;- O nível da água a jusante não deve estar próximo da soleira do vertedor (p’ < p).

VERTEDOR ATUANDO COMO CAIXA DE NÍVEL EM REPRESA

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