I Congresso Baiano de Engenharia Sanitária e Ambiental - I COBESA
AVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE INSTALAÇÃO DE UMA MALHA DE MEDIÇÃO
DE VAZÃO COM O ELEMENTO SENSOR PRIMÁRIO DO TIPO CALHA PARSHALL
EM UM SISTEMA DE EFLUENTES INDUSTRIAIS
Jéssica Duarte de Oliveira
Engenheira Bioquímica, USP, 2009; Pesquisadora Junior da TECLIM; Pós-graduando pelo curso CEPI, UFBA.
Osvaldo Fernando Ibanez Mocoçain
Técnico de Supervisão e Operação (Universidad de Concepción); Engenheiro sênior do TECLIM.
Asher Kiperstok
Eng.º Civil, Technion, 1974; Mestrado em Engenharia Química, UMIST, Inglaterra, 1994; Doutorado em Engenharia
Química, UMIST, 1999; Professor do Programa em Engenharia Industrial da Escola Politécnica da UFBA. Coordenador
da Rede de Tecnologia Limpa TECLIM.
Ricardo de Araújo Kalid
Eng.º Químico, UFBA, 1988; Mestrado em Engenharia Química, UFBA, 1991; Doutorado em Engenharia Química,
USP, 1999; Professor do Programa em Engenharia Industrial da Escola Politécnica da UFBA. Pesquisador sênior do
TECLIM.
Karla Patrícia Santos Oliveira Esquerre
Eng.º Química, UFAL, 1998; Mestrado em Engenharia Química, UNICAMP, 2000; Doutorado em Engenharia Química,
UNICAMP, 2003; pós-doutorado em Engenharia Sócio-Ambiental, University of Hokkaido, Japão, 2005. Professor do
Programa em Engenharia Industrial da Escola Politécnica da UFBA. Pesquisador sênior do TECLIM.
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RESUMO
Esse trabalho teve como objetivo a verificação de uma malha de medição de vazão com o elemento sensor primário do
tipo calha Parshall. O elemento secundário de medição é um sensor de nível por ultrassom. Durante as visitas feitas a
indústria verificou-se a existência de dois sistemas de medição em canal aberto. Analisaram-se os dados de projetos da
calha Parshall para que fossem verificados os desvios existentes entre o projeto e calha propriamente dita. O sistema
inorgânico possui uma vazão média de 15m³/h, esse valor é muito próximo ao limite mínimo de operação da malha de
medição de vazão. Já o sistema orgânico opera em vazões médias de 215m³/h que é próxima a vazão média de projeto.
Pode-se conclui que o elemento sensor primário (calha Parshall) da malha de medição de vazão do sistema orgânico e
inorgânico encontra-se instalada conforme o projeto, mas o sistema inorgânico está superdimensionado para as vazões
utilizadas. O sistema orgânico tem as dimensões apropriadas para a vazão que é submetida. O sensor de nível está
posicionado, nos dois sistemas, no local exigido pela a norma. Recomenda-se a instalação em série de um elemento
primário de vazão para valor médio de 15m³/h no sistema inorgânico.
PALAVRAS-CHAVE:
Calha Parshall, sistema de efluentes, tecnologia limpa
INTRODUÇÃO
A medição da vazão é essencial a todas as fases da manipulação dos fluidos, incluindo a produção, o
processamento, a distribuição dos produtos e das utilidades. Ela está associada com o balanço do processo e está
diretamente ligada aos aspectos de compra e venda dos produtos. A medição confiável e precisa requer uma correta
engenharia que envolve a seleção do instrumento de medição, a sua instalação, a sua operação, a sua manutenção e a
interpretação dos resultados obtidos(4).
É importante medir a quantidade de efluente que flui através de um canal, pois a medição sempre está
relacionada com custo, proteção ambiental ou ambos. As plantas de tratamento de água cobram pela quantidade de água
purificada. As plantas usuárias pagam pela quantidade de efluente que ela dispensa no sistema de efluente ou rio.
Vazão de canal aberto é a vazão de líquidos acionados por gravidade e expostos à pressão atmosférica. Os
principais líquidos que são guiados por este método são água e efluentes.
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A vazão em canal aberto não pode ser medida através de medidores tradicionais que requerem que o fluido
preencha toda a seção transversal da tubulação para se fazer a medição apropriada. Um método comum de medir vazão
em canal aberto é pela conversão do nível do líquido em vazão, onde o líquido é direcionado através de uma estrutura
rígida mecânica chamada de calha ou vertedor. Cada estrutura converte o nível em vazão através de uma fórmula
específica. Na prática, esta fórmula é convertida em uma tabela e modernamente, este banco de dados é carregado em
sistema digital de computador.
Efluente não pode ser medido de modo eficiente ao longo do tempo por sensores de contato tradicionais (bóia,
capacitância). Com sensores de contato, as sujeiras do efluente irão perturbar, sujar e prejudicar o seu desempenho. O
único método possível é através da medição sem contato. A medição de nível por ultrassom é uma técnica de não
contato, econômica, segura e melhor do que a tecnologia de radar, que é mais cara.
METODOLOGIA
Uma calha Parshall é uma estrutura especialmente formatada para medir vazão instantânea em um canal aberto.
A água é forçada por uma garganta estreita e a altura é medida na seção a montante da garganta da calha, no chamado
canal de aproximação. A vazão medida é a vazão modular ou vazão não submersa ou vazão livre.
Na Figura 1 é apresento um esquema de uma calha parshall convencional.
Figura 1: Esquema de uma calha Parshall convencional.
De acordo com as normas(1) as condições básicas de instalação da calha Parshall e do sensor de nível por
ultrassom são:
a) O medidor deve ser alinhado suficientemente longe de comporta(s) ou curva(s), para que o escoamento na região da
entrada do medidor seja uniforme e completamente livre de turbulências, ondas ou vórtices(2).
b) O medidor Parshall deve ser instalado precedido à montante de um canal retangular onde o escoamento seja uniforme
e minimize sensivelmente as turbulências, para isso o canal de aproximação deve ter um trecho reto superior a 20 x H,
sendo H altura máxima da lâmina na garganta do medidor (h = Ho na figura 1)(1).
c) O sensor de nível por ultrassom deve ser posicionado a 2/3 da entrada na garganta(1,2,).
O sistema calha parshall foi avaliado considerando as normas apresentadas acima. Dados históricos de medição
de vazão de efluentes orgânicos e inorgânicos, e índice pluviométrico da região foram levantados e analisados.
RESULTADOS
Realizou-se uma visita na área em que se localiza a calha Parshall. A equipe de pesquisadores da
UFBA/TECLIM do projeto verificou que a montagem da calha está em conformidade com as normas anteriormente
enunciadas. As medições em campo confirmaram o trecho reto padrão (20 x h) a montante da calha. A Figura 2 mostra a
jusante da calha Parshall do sistema orgânico e inorgânico respectivamente com o trecho reto exigido em projeto.
Nas figuras 2 a 5, tem-se a situação atual da calha Parshall. Visitas realizadas na área também constataram que o
posicionamento do sensor de nível por ultrassom está de acordo, na figura 2 a seguir é possível verificar a atual posição
do sensor.
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Sensor ultrasônico - calha Parshall / SO
Sensor ultrasônico - calha Parshall / SI
Figura 2: Situação atual dos sensores de nível por ultrassom nas calhas Parshall
De acordo com o projeto (projeto da calha Parshall) as medidas devem ser: B=610mm; W=152mm; C=394mm (ver
Figura 3). A equação das calhas por projeto é: Q = 0,381*H*1,58 [L/s]. Com as medições em campo realizadas pela
equipe, verificou-se que o sensor de nível por ultrassom se encontra bem localizado para realizar uma medição
confiável. As demais medições se encontram na figura 6 e 7, e na tabela1.
=621
=152
=394
=610
305
610
Figura 3: Sistema de medição integrado tipo calha Parshall equipado com sensor de nível por ultrassom, segundo
projeto.
=625
=149
=390
=618
310
617
Figura 4: Local do medidor da calha Parshall do sistema orgânico.
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=624
=156
=393
=615
308
615
Figura 5: Local do medidor da calha Parshall do sistema inorgânico.
Os desvios encontrados entre os valores medidos e de projeto (Tabela 1) podem ser considerados pequenos assim
provando que a calha Parshall está dimensionada conforme o projeto. Segundo o projeto, a vazão máxima, nas duas
calhas, é de 110,4 L/s (397,44 m3/h) e a mínima de 1,52 L/s (5,472 m3/h).
Medidas
A
B
F
G'
C
W
Medidas definidas
no projeto (mm)
621
610
305
610
394
152
Tabela 1: Valores das medições das calhas Parshall
Calha Sistema
Calha Sistema Orgânico
DESVIO (%)
Inorgânico (mm)
(mm)
625
-0,6%
624
618
-1,3%
615
310
-1,6%
308
617
-1,1%
615
390
1,0%
393
149
2,0%
156
DESVIO (%)
-0,5%
-0,8%
-1,0%
-0,8%
0,3%
-2,6%
Dados históricos de vazão de efluentes do sistema orgânico e inorgânico são apresentados nas Figuras 6 e 7. Na
Figura 7 é apresentado ainda o índice pluviométrico e verifica-se a correlação entre os picos de precipitação e os picos
de vazão.
Figura 6: Vazão de efluentes do sistema orgânico – de janeiro a novembro de 2009
As vazões de operação do sistema orgânico estão entre os limites máximos e mínimos de projeto(Figura 6).
Verifica-se que a calha Parshall do sistema orgânico de efluentes está com as dimensões necessárias para a vazão
utilizada.
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Figura 7: Índice pluviométrico e vazões do sistema inorgânico dos meses de janeiro a junho de 2009
As dimensões superiores a necessidade da calha do sistema inorgânico não podem ser justificadas pelas vazões
decorrentes em épocas de chuvas no setor industrial. É necessária a instalação de outra malha de medição de vazão com
uma dimensão menor ou redimensionar a mesma para operar em vazões menores.
CONCLUSÃO
Pode-se concluir que o elemento sensor primário (calha Parshall) dos sistemas orgânico e inorgânico têm as
dimensões conforme o projeto original. Os sensores de nível por ultrassom das malhas de medição de vazão estão
instalados segundo as normas ditas anteriormente. O sistema inorgânico possui uma vazão média de 15m³/h, esse valor é
muito próximo ao limite mínimo de operação da malha de medição de vazão. O sistema orgânico opera em vazões
médias de 215m³/h que é próxima a vazão média de projeto.
Concluiu-se também que o elemento sensor primário (calha Parshall) do sistema inorgânico está
superdimensionada para as condições normais de operação, pois suas vazões estão próximas ao limite inferior de
operação. Este sistema está sujeito a variações devido à precipitação de chuvas.
Para ambas as calhas deve-se proceder a calibração dos elementos primários e secundários de medição por
empresa acreditada pelo INMETRO.
Sugere-se que a calha Parshall do sistema inorgânico seja redimensionada para que a incerteza de medição seja
diminuída ou que seja instalada outra malha de medição de vazão em séria à existente para dias de menores vazões (até
50 m³/h) sendo que a já instalada seja utilizada em dias com vazões mais elevadas (maior que 50 m³/h).
REFERÊNCIAS
1.
2.
3.
4.
Norma Técnica, Medição de vazão de efluentes líquidos – Escoamento livre – CPRH N 2.004
Netto, Azevedo et al. Manual de Hidráulica. 8 edição. Ed. Edgard Blucher LTDA. 2005
Sociedade de Instalações Técnicas S/A –– CALHA PARSHALL
Ribeiro, M.A., Medição de Vazão, Metrologia & Incerteza, Salvador, 2009
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