LDM - Leitor Digital paraMolinetes Hidrometricos

Liliana Madalena Gramani Marcos Freitas de Moraes∗

PPGMNE - Programa de Pos-Graduacao em Metodos Numericos em Engenharia,

UFPr - CESEC - Centro Politecnico - Curitiba - Parana

E-mail: l.gramani@gmail.com, profmarcosmoraes@gmail.com

RESUMO

O processo chuva-vazao de uma bacia e complexo e engloba nao somente a influencia hi-drologica, mas tambem a influencia da geologia e da biologia, o que demonstra as relacoesambientais que compoem o meio. A agua distribui-se de maneira irregular no tempo e no espacoe, em funcao desta distribuicao, observa-se que a vazao media de uma bacia hidrografica sofrevariacoes sazonais ou multianuais significativas [2].

Tucci [5] comenta que o conhecimento do processo chuva-vazao pode ser determinado atravesde modelos de simulacao hidrologica, que sao classificados conforme a necessidade e profundidadedo estudo.

Um dos equipamentos mais utilizados atualmente entre os pesquisadores da modelagemhidrologica e o molinete hidrologico. Este equipamento serve para a determinacao de vazao derios e funciona em conjunto com um contador de pulsos (ou contador de giros), o qual gira suahelice de acordo com a velocidade no ponto da profundidade a ser medida e o contador apenasregistra quantas vezes ocorreu o giro num determinado tempo.

Os molinetes sao instrumentos projetados para girar em velocidades diferentes de acordocom a velocidade da agua. A relacao entre velocidade da agua e velocidade de rotacao domolinete e a equacao do molinete. Esta equacao e fornecida pelo fabricante do molinete, poremdeve ser verificada periodicamente, porque pode ser alterada pelo desgaste das pecas. Mede-sea velocidade de vazao do rio em varios pontos tanto na horizontal quanto na vertical, isto e,sao feitas leituras em diversas profundidades e ao longo do leito do rio, [4]. Estas medicoestendem a uma margem de erro alta, pois o pesquisador efetua todas as anotacoes e calculosmanualmente, propiciando uma probabilidade alta no erro da medicao. Outro problema e ademora exigida para coletar os dados, sendo que em cada ponto sao feitas, no mınimo, duascoletas de informacoes.

A ideia deste projeto e desenvolver um equipamento - denominado LDM - Leitor Digitalpara Molinetes Hidrometricos - que seja acoplado ao molinete, no lugar do contador de pulsos eautomaticamente as informacoes da profundidade, posicao do molinete, numeros de giros, girospor segundo, velocidade pontual, velocidade media na vertical, area de influencia e vazao, sejamarmazenadas e transferidas para um cartao de memoria SD/MMC, permitindo assim, maiorconfiabilidade nos dados e rapidez nas pesquisas. Em conjunto, sera desenvolvido um softwarepara manipular e organizar os dados coletados pelo equipamento e atraves do calculo dos dadospelo metodos numerico dos mınimos quadrados [1], determinar a Curva-Chave do rio em estudo.Este equipamento teria por finalidade apoiar as Universidades no ensino, pesquisa e extensaona area de hidrologia, bem como os Institutos de Meio Ambiente, pois a intencao e desenvolverum equipamento de baixo custo e de facil manipulacao.

∗bolsista da Fundacao Araucaria

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ISSN 1984-8218

O LDM sera controlado por um microcontrolador conhecido por PIC, o qual faz parte deuma famılia de microcontroladores fabricados pela Microchip Technology, que processamdados de 8 bits, de 16 bits e, mais recentemente, de 32 bits [6]. O microcontrolador selecionadopara o projeto foi o PIC18f452, o qual e um microprocessador com 34 portas programaveis,alem disso, esse modelo possui 32 kbytes (16k instrucoes) de memoria de programa flash (paraarmazenar as rotinas de programa), 1536 bytes de memoria RAM e 256 bytes de memoria eeprom(memoria dos dados que necessitam ser mantidos quando a alimentacao e desligada) [3].

O esquema a seguir foi desenhado no programa ISIS Proteus Professional da LabcenterEletronics.

(a) Design do LDM (b) Layout do Circuito Eletronico

Os dados coletados atraves do LDM serao gravados num cartao de memoria SD/MMC epoderao ser manipulados por um software que esta sendo desenvolvido em conjunto com oprototipo para a obtencao da Curva-Chave do rio em estudo.

A Curva-Chave e uma equacao ajustada aos dados de medicao de vazao. Normalmente saoutilizadas equacoes do tipo potencia, como a equacao Q = a.(h− h0)

b, onde Q e a vazao; h e acota; h0 e a cota quando a vazao e zero; e a e b sao parametros ajustados por um criterio [5],com isto, o software contara com um processo para a obtencao destes parametros utilizando ometodo numerico de aproximacao dos mınimos quadrados [1].

Este projeto e a tese de doutorado de Marcos Freitas de Moraes, orientado pela Profa.Dra. Liliana Madalena Gramani, no Programa de Pos-Graduacao em Metodos Numericos emEngenharia da UFPr - CESEC.

Palavras-chave: Molinete Hidrometrico, Leitor Digital, Mınimos Quadrados.

Referencias

[1] R. L. Burden; J. D. Faires, “Analise Numerica”, Ed. Pioneira Thomson Learning, RevisorRicardo L. Tombi, pp 422-434, 2003.

[2] J. C. I. Dooge, “Logistics and Benefits of Using Mathematical Models of Hydrologic andWater Resources Systems”, IIASA Proceeding Series, Vol.13, pp 1-21, 1981.

[3] Microchip, “Datasheet”, Microchip Tecnology Inc, Apostila Livre, site:www.microchip.com, 2006.

[4] N. L. S. Pinto; A. C. T. Holtz; J. A. Martins; F. L. S. Gomide, “Hidrologia Basica”. EditoraEdgard Blucher. Sao Paulo, 278p, 1976.

[5] C. E. M. Tucci, “Modelos Hidrologicos”. Edicao Revisada e Ampliada. Editora UFRGS.Rio Grande Do Sul, 680 P, 2005.

[6] W. S. ZANCO, “Microcontroladores Pic - Tecnicas de Software e Hardware para Projetosde Circuitos Eletronicos”. 2a edicao, Editora Erica, 392 p. Erica, 392 p, 2008.

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