Hidrologia
HIDROMETRIA
Medição de Vazão
Benedito C. Silva
IRN - UNIFEI
Medição de vazão por velocidade e área
• Medições expeditas (não recomendadas)
• Medições com equipamentos mecânicos
• Medições com equipamentos acústicos
Perfis de velocidade em rios
Perfis de velocidade de escoamento
Medição indireta
• Medir vazão = medir velocidade x área
Medição de Vazão - Expedita
Utilizando um flutuador:
• Escolher um trecho retilíneo do rio que tenha seção constante;
• Marcar uma distância de no mínimo 10m;
• Medir a área da seção do rio;
• Lançar o flutuador e contar o tempo para percorrer a distância demarcada.
• Calcular a vazão com a fórmula.
Medição indireta: Q = v.A
Vazão = velocidade x área
Velocidades diferentes em diferentes pontos da seção
Medição de Velocidade da água - Molinete
Características:
• Velocidade pontual
• Calibração para obter relação: (n° de revoluções/min) e (velocidade m/s)
• Pode ser utilizado abordo de barcos ou de teleféricos sobre a seção do rio
• A velocidade é conhecida contando o numero de revoluções realizadas em um intervalo de
tempo (> 30s em geral)
Canal de Velocidade - IPHUFRS
Molinete
Molinetes
Molinete preso
à haste
( medição a vau)
Medição com Molinete
• Medição à Vau
- Para pequenas profundidades ( ~ 1.20 m)
- Para pequenas vazões
- molinete preso à uma haste
Pequenos rios
Vazão x velocidade
Pequenos rios
Vazão x velocidade
Medição usando barco
Rios maiores
Medição embarcada
Medição a partir de cabos
Medição a partir de pontes
Medindo o escoamento
Medindo velocidade
Guincho e Molinetes
Onde medir velocidade
• Quantos pontos são necessários?
• Normalmente se divide a seção num certo
número de verticais e cada vertical em um
certo número de pontos.
Medindo o escoamento
Quantas verticais?
Quantos pontos de medição por vertical?
Perfil de velocidade
Fundo do rio
1 - medindo na superfície (submergir a hélice)
Perfil de velocidade
P
2 - medindo a 20 % da profundidade total (0,2 x P)
Perfil de velocidade
P
3 - medindo a 40 % da profundidade total (0,4 x P)
Perfil de velocidade
P
4 - medindo a 60 % da profundidade total (0,6 x P)
Perfil de velocidade
P
5 - medindo a 80 % da profundidade total (0,8 x P)
Perfil de velocidade
média
Usar apenas 1 ponto pode significar superestimativa ou
Subestimativa.
Quantos Pontos por Vertical?
• Método detalhado
– Muitos pontos em cada vertical
• Método simplificado
– Apenas dois pontos em cada vertical
Recomendações
método detalhado
Pontos
Posição na
vertical
Velocidade média
Profundidade
do rio
1
0,6 P
Vm=V(0,6)
0,15 a 0,6 m
2
0,2 e 0,8 P
Vm=[V(0,2)+V(0,8)]/2
0,6 a 1,2 m
3
0,2; 0,6 e 0,8 P
Vm=[V(0,2)+2.V(0,6)+V(0,8)]/4
1,2 a 2,0 m
4
0,2; 0,4; 0,6 e
0,8 P
Vm=[V(0,2)+2.V(0,4)+2.V(0,6)+V(0,8)]/6
2,0 a 4,0 m
6
Sup; 0,2; 0,4;
0,6; 0,8 e
Fundo
Vm=[Vs+2(V(0,2)+V(0,4)+V(0,6)+V(0,8))+Vf]/10
> 4,0 m
Método Simplificado
Pontos
Posição na
vertical
Velocidade média
Profundidade
do rio
1
0,6 P
Vm=V(0,6)
< 0,6 m
2
0,2 e 0,8 P
Vm=[V(0,2)+V(0,8)]/2
> 0,6 m
Números Verticais
Largura do rio (m) Distância entre
verticais (m)
Número de
verticais
3
3a6
6 a 15
15 a 30
0,3
0,5
1
2
10
6 a 12
6 a 15
7 a 15
30 a 50
50 a 80
80 a 150
150 a 250
3
4
6
8
10 a 16
12 a 20
13 a 25
18 a 30
 250
12
> 20
E a área?
Cálculo da Vazão
A vazão será dada pelo somatório do produto entre velocidade média e
área de cada vertical.
Medindo o escoamento
- A curva chave -
Vazão x nível da água
Réguas niveladas
A curva-chave
Medindo o escoamento
Muitas medições de vazão
Medindo o escoamento
A curva chave
Medindo o escoamento
Duas vezes por dia (7:00 e 17:00
horas) verifica o nível na régua.
No escritório converte em vazão
usando a curva chave.
Observação contínua
Curva chave
A experiência tem mostrado que o nível d´água (h) e a vazão
(Q) ajustam-se bem à curva do tipo potencial, que é dada por:
Q  a  (h  h0 )
b
onde:
Q – vazão na seção do posto;
h - nível d’água (leitura na régua);
h0 – valor de h para Q = 0;
a e b - parâmetros de ajuste.
Lance de réguas no
Rio Inhandava
Posto 74320000
- Rio Sargento -
Posto Porto Sucuri
- Rio Paraguai -
Posto Porto da Manga
- Rio Paraguai -
Posto Fluviométrico
Escalas Limnimétricas
Limnígrafos
de Bóia
Limnígrafos
de Bóia
Limnígrafos
de Bóia
Limnígrafo
com
Tubulão
Instalado
na Margem
do Curso
D’Água
Limnígrafo
com
Tubulão
Instalado
no Curso
D’Água
Limnígrafo
com
Tubulão
Instalado
no Curso
D’Água
Limnígrafos com Data Logger
Sensor de Nível
Posto de Medição de Vazão
• Requisitos para uma Boa Seção
− Lugar de fácil acesso
− Forma regular da seção
− Trecho retilíneo
− Margem e leito não erodíveis
− Velocidade entre 0.2 e 2 m/s
− Controle por regime uniforme ou crítico
Seção Transversal
Seção Transversal
Medição de velocidade por efeito
Doppler
• Medição local
• Perfiladores
Medidores ultrasom Doppler
Medição de Vazão - ADCP
O aparelho ADCP utiliza este efeito para estimar a velocidade de
escoamento de um fluído.
A sonda emite uma onda sonora com freqüência padrão e analisa a freqüência que é
refletida nas partículas em suspensão na água.
ADCP
MMedições de vazão
usando um aparelho de
medição de velocidade
por efeito Doppler em
ondas acústicas.
Princípio ADCP
Princípio ADCP
perfiladores
não mede
muito próximo do aparelho
não mede
muito próximo ao fundo
Perfilador Doppler em um flutuador não tripulado
acionado por cabos
Medição de Vazão - ADCP
ADCP - Acoustic Doppler Current Profiler
Segue o mesmo princípio da medição com molinete, ou seja medir velocidades pontuais na
seção do rio.
Sua vantagem é de ter maior precisão e mais rapidez
Interface para conexão com computador
Permite medições em tempo atual
Rio Amazonas
ADCP fixo na
margem de um canal
rio Amazonas em Manacapuru
Problemas da curva chave
Problemas da curva chave
Poucos Dados
Poucos dados
Leito móvel
Curva-chave x Leito móvel
• Em rios com leito muito móvel a curva-chave em um mesmo
local pode se alterar com o tempo.
• Isto ocorre porque o leito do rio se altera por erosão ou
assoreamento.
• Este tipo de local não é adequado para medições de vazão.
• Se não existe outro local alternativo, com seção mais estável,
a curva-chave deve ser verificada e atualizada
periodicamente.
Exemplo curva-chave em local com
leito móvel
Possível efeito de dragagem de areia...
Extrapolação de curva-chave
Extrapolação de curva-chave
Extrapolação superior x inferior
• Quando a extrapolação é
para cotas observadas
superiores às utilizadas na
elaboração da curva-chave,
denomina-se extrapolação
superior.
• Quando é para cotas
inferiores às cotas utilizadas
na elaboração da curvachave, a extrapolação é
chamada inferior.
• A extrapolação superior
de curvas-chave é
muito importante
porque dificilmente
existirão medições de
vazão coincidentes com
as maiores cheias
observadas.