Sociedade de Abastecimento de Água e Saneamento S/A.
Diretoria Técnica – Gerência de Controle de Perdas
TÍTULO: SISTEMA DE MEDIÇÃO DE ESGOTO EM CANAL ABERTO
(Calha Parshall)
Nome do Autor:
•
Engº Leonel Gomes Pereira
Cargo atual: Engenheiro de Controle de Perdas
Formação: Engenheiro Civil formado pela PUC Campinas, aluno especial de pós-graduação
em edificações na Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP .
Área de atuação – Micromedição
•
Engº Edson Sasaki
Cargo atual: Engenheiro de Controle de Perdas
Formação: Engenheiro Civil formado pela PUC Campinas.
Área de atuação – Micromedição
Endereço para Correspondência:
Av. da Saudade, 500
Campinas – São Paulo
Bairro: Ponte Preta
CEP: 13041-670
Fone: 0XX19 3735.5338 / FAX: 0XX19 3735.5072
E – mail: [email protected]
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•
SÍNTESE
Este trabalho descreve os procedimentos adotados pela Sanasa para medição de efluentes
sanitários através da utilização de um Sistemas de Medição Integrado do tipo Calha Parshall
equipados com sensor de nível tipo ultrasônico e conversor microprocessado.
Também são abordadas neste trabalho metodologias usadas para aferição ou calibração
dos equipamentos e exemplos de instalações existentes na cidade de Campinas.
1 – OBJETIVO
Devido ao grande aumento do uso de Fontes Alternativas de Abastecimento de Água
pelos clientes da Sanasa, cada vez mais se torna necessária a medição e cobrança dos efluentes
sanitários.
Este trabalho tem como finalidade definir princípios básicos, especificação técnica e
procedimentos para padronizar a instalação de sistemas de medição de esgoto do tipo Calha
Parshall equipados com sensor de nível tipo ultrasônico e conversor microprocessado.
Também são abordadas neste trabalho metodologias usadas para aferição ou calibração
dos equipamentos e exemplos de instalações existentes na cidade de Campinas.
Este trabalho se aplicará aos clientes usuários de Fontes Alternativas de Abastecimento de Água,
com volume mensal de esgoto superior a 1000 m³. Esta limitação e imposta em função dos ranges
de medição das calhas parshall.
2 – METODOLOGIA
2.1 – CONCEITOS BÁSICOS
2.1.1 – Calha Parshall – Dispositivo de medição de vazão na forma de um canal aberto
com dimensões padronizadas. A água é forçada por uma garganta estreita, sendo que o nível da
água a montante da garganta é o indicativo da vazão a ser medida, através de fórmula consagrada.
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2.1.2 – Sensor de Nível – Transdutor ultrasônico que emite uma onda de som que bate na
superfície do material e é refletida como um eco. O tempo de trânsito ou retorno é medido e a
distância ao objeto refletor é convertida eletronicamente em uma indicação de distância. Esta
distância é então convertida em nível, vazão ou outros parâmetros desejados.
2.1.3 – Conversor – Dispositivo microprocessado que recebe sinal do sensor de nível
(medição da altura da lâmina) e converte em vazão e totalização de volume, em função das
características da calha.
2.1.4 – Coletor de dados – Dispositivo microprocessado que recebe sinais digitais ou
analógicos de algum equipamento e converte em vazão e ou volume. Os dados são armazenados
na memória do equipamento.
2.1.5 – Medidor padrão – Medidor de vazão e ou de volume previamente aferido, com
grau de precisão maior que o equipamento ou dispositivo a ser aferido ou calibrado.
2.2 – CONDIÇÕES ESPECÍFICAS – CALHA PARSHALL
2.2.1 – CONDIÇÕES DE FABRICAÇÃO
2.2.1.1 - Os medidores poderão ser contruídos em campo ou pré-fabricados, observandose dimensões pré-estabelecidas.
2.2.1.2 – Poderão ser fabricados nos seguintes materiais:
•
Concreto armado;
•
Chapa de aço inoxidável;
•
Chapa de aço carbono revestido;
•
Resinas plásticas reforçadas com fibra de vidro.
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2.2.1.3 – Nos medidores construídos de resinas plásticas, não se admitem roscas sobre
material plástico. As roscas devem ser feitas com enxertos rosqueados metálicos. Quando
formando carcaça única, devem ter rigidez suficiente para evitar qualquer deformação durante o
funcionamento, manutenção, transporte ou movimentação do medidor.
2.2.1.4 – Os medidores pré-fabricados podem ser construídos para serem revestidos
externamente com concreto, formando estrutura única com o canal, ou para serem instalados na
forma bi-apoiada nas seções dos canais.
2.2.1.5 – As paredes laterais da garganta devem ser paralelas e verticais e crista deve estar
rigorosamente em nível afim de assegurar a mesma vazão para iguais incrementos ao longo da
largura do medidor.
Fig 1- Calha Parshall
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2.2.2 – CONDIÇÕES DE INSTALAÇÃO
2.2.2.1 – O medidor Parshall deve ser instalado precedido à montante de um canal
retangular onde o escoamento seja uniforme e minimize sensivelmente as turbulências
(Aproximadamente 20 x h , sendo h a altura da lâmina máxima na garganta do medidor).
2.2.2.2 – O medidor deve ter o mesmo eixo dos canais de jusante e de montante.
2.2.2.3 – Deverão ser previstas válvulas de bloqueio de vazão a montante e a jusante do
sistema com o objetivo de executar manutenções e bloquear possíveis refluxos.
2.2.2.4 – Deverá ser instalado um sistema de gradeamento a montante da calha , de forma
a evitar a passagem de resíduos que possam comprometer o bom funcionamento do equipamento
de medição.
2.2.2.5 – O sistema deverá possuir pisos, em volta da calha, com inclinação, de forma que
os resíduos possam escoar para o seu interior, e ainda possuir torneira e mangueira para a limpeza
geral.
2.2.3 – CONDIÇÕES PARA DIMENSIONAMENTO DA CALHA
2.2.3.1 – Para o dimensionamento da calha Parshall, deverão ser conhecidos os seguintes
elementos:
•
Seção transversal dos canais de montante e de jusante;
•
Intervalo de vazão;
•
Profundidade normal da água nos canais;
•
Carga disponível.
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2.2.3.2 – Considera-se adequadamente projetado o medidor Parshall com escoamento livre
quando as seguintes condições são satisfeitas:
•
Carga total na crista do medidor não superior à carga total na seção de entrada;
•
A perda de carga no medidor não superior à carga disponível;
•
O intervalo de vazões perfeitamente coberto pelo medidor em questão, seguindo as faixas de
vazões por largura de garganta conforme apresentadas abaixo:
Largura da Garganta (“)
Vazão mínima (l/s)
Vazão máxima (l/s)
1”
0,11
5,6
2”
0,28
14
3”
0,80
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2.3 – CONDIÇÕES ESPECÍFICAS – MEDIDOR DE NÍVEL ULTRASÔNICO
2.3.1 – CARACTERISTICAS MÍNIMAS
2.3.1 – O medidor de nível, composto de sensor ultrasônico e conversor, deverá ser capaz
de medir efluentes sanitários em temperatura ambiente em calhas Parshall com larguras de
garganta de 1”, 2” e 3”.
2.3.2 – O sensor de nível deverá atender as seguintes características:
•
Grau de proteção IP68;
•
Exatidão 71% do valor lido ou 72 mm;
•
Ângulo de emissão compatível com a largura da calha;
•
Compensação de temperatura automática;
2.3.3 - O conversor deverá atender as seguintes características:
•
Grau de proteção IP65;
•
Microprocessado;
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•
Conter vários tipos e tamanhos de calhas Parshall armazenados em memória
EEPROM não volátil, além da possibilidade da configuração de qualquer de calha e
também capacidade de linearização da vazão em função da altura da lâmina;
•
Indicação simultânea ou alternada de vazão e totalização, contendo também as
unidades de engenharia e o valor medido;
•
Memória de programa e registro de dados (totalização) não volátil;
•
Totalização com dispositivo para reset;
•
Possuir saídas analógica (4-20mA) e digital.
2.3.4 – Protetor contra surtos elétricos, dimensionados de acordo com a tensão nominal do
equipamento:
•
Na linha de alimentação elétrica do conversor;
•
Na linha de alimentação entre o conversor e o sensor.
2.2.3 – CONDIÇÕES PARA INSTALAÇÃO
2.2.3.1 – O sensor ultrasônico deverá ser instalado no trecho convergente a 2/3 da
garganta estreita, em suporte com rigidez suficiente para evitar vibrações, devidamente nivelado
e centralizado ao eixo da calha;
2.2.3.2 – O conversor deverá ser instalado em local protegido contra intempéries.
Recomenda-se a instalação em abrigo de alvenaria conforme croqui.
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2.4 – CROQUI ORIENTATIVO PARA INSTALAÇÃO
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3 – PROCEDIMENTOS
3.1 – Após a regularização da fonte alternativa de abastecimento de água junto a
SANASA, o interessado poderá solicitar ao Setor de Micromedição – TFM uma análise técnica
para utilização do sistema de medição de esgoto em canal aberto.
3.2 - DA INSTALAÇÃO DO SISTEMA DE MEDIÇÃO
3.2.1 – Levantamento físico e cadastramento do número de ligações de esgoto existentes.
Verificação da possibilidade de unificação das mesmas;
3.2.2 – Levantamento estimado ou através de medição da vazão, do volume mensal de
esgoto para dimensionamento da calha;
3.2.3 – Elaboração pelo Cliente de projeto executivo;
3.2.4 – Apresentação do projeto a SANASA para aprovação; junto ao projeto deverão ser
apresentadas cópias dos manuais dos equipamentos a serem utilizados;
3.2.5 – Execução pelo Cliente do sistema de medição, conforme projeto aprovado. A
SANASA deverá ser consultada previamente caso haja necessidade de qualquer alteração no
projeto;
3.2.5 – Solicitar a inspeção da obra após o término;
3.3 - DA AFERIÇÃO OU CALIBRAÇÃO
3.3.1 – A SANASA confeccionou uma bancada, que é utilizada como padrão para aferir
ou calibrar outros instrumentos de menor precisão (foto 01). É provida de medidor unijato classe
“C”, que antes de ir para campo é aferido no laboratório do Setor de Micromedição (credenciado
pelo INMETRO); os resultados da aferição sempre ficam em torno de +- 1%.
3.3.2 – O Conversor de vazão deverá ser programado e configurado;
3.3.3 – Deverão ser acoplados coletores de dados no medidor ultrasônico e no medidor
padrão, para que posteriormente os dados possam ser trabalhados em planilha de cálculo;
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3.3.4 – Deverá existir uma fonte alimentadora de água, que pode ser cedida pelo cliente
ou por caminhões pipa;
3.3.5 – Caso os resultados não sejam satisfatórios (+-3%), deve-se partir para o processo
de calibração, utilizando métodos de linearização ou alteração da equação da calha (Q= k*hn);
3.3.6 - Alguns fatores poderão interferir diretamente no resultado da aferição; deverão
ser evitados regimes turbulentos no fluxo a montante (para a maioria dos medidores de nível
ultrasônico), e ainda a calha deverá possuir suas dimensões precisas (principalmente na garganta
estreita). A SANASA desenvolveu um laminador de fluxo para locais onde existam
principalmente limitações de espaço que consequentemente reduzem o trecho ideal a montante do
medidor (foto 02).
Foto 1 - Medidor Padrão
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Foto 2 - Laminador de Fluxo
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3.5 – Modelo de planilha para aferição / calibração
Primário Calha Parshall – Largura da garganta 1”
Fabricante:
INSTRUMENTO: Medidor de vazão US CHANFLO
FABRICANTE:
DATALOGGER:
Número de série
INSTRUMENTO DE AFERIÇÃO
DESCRIÇÃO : Medidor de volume "Unijato Classe C" DN 50mm
FABRICANTE:
Nº Série:
DATALOGGER:
Número de série
DADOS DA INSTALAÇÃO E CONFIGURAÇÃO
EQUAÇÃO DA CALHA PARSHALL
STANDARD > Q=K*h
n
Altura do sensor / Calha Parshall:
Altura programada do sensor / Calha Parshall:
Range de Medição:
Vazão Máxima:
Vazão Mínima:
Nível Mínimo:
Cálculo Médio Vazão:
Calha Parshall
Saída de pulso:
Tempo do pulso:
VALORES OBTIDOS
PADRÃO
Totalização
(m³)
Vazão (m³/h) Volume (m3)
Calha Parshall
Totalização (m³)
Volume (m3)
ERRO MÉDIO
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Erro (%)
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4 – RESULTADOS
Alguns clientes da SANASA já possuem o sistema implantado e o mesmo vem
apresentando bons resultados.
Para a SANASA o sistema vem agregando alguns benefícios como:
•
Cobrança e faturamento do volume de esgoto lançado em rede;
•
Possibilidade de integração com o sistema de monitoramento remoto;
•
Monitoramento dos volumes;
•
Satisfação do cliente;
Exemplo de sistema de medição
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5 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
5.1 - CETESB – Medidor Parshall – Especificação E2.150 Revisão OUT/86;
5.2 – Manual de Medição de Vazão – Gerard J. Delmée;
5.3 – Medição de Vazão de Efluentes Líquidos – Escoamento Livre – CPRH 2004
Companhia Pernambucana do Meio Ambiente;
5.4 – Manual Danfoss – Open Channel Flowmeter.
5.5 – Instrução técnica para medição de esgoto em canal aberto – SANASA
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