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.