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quarta-feira, 2 de janeiro de 2013

VAZÃO


VAZÃO
Vazão em hidráulica é a quantidade de liquido que é transportada em uma unidade de tempo, e medida em uma secção de um conduto livre (Rio, Canal, Tubulação) ou de um conduto forçado por meio de uma tubulação.
No conduto livre a pressão na superfície do liquido é a pressão atmosférica. E no conduto forçado a pressão do liquido é maior que a pressão atmosférica.
A vazão está ligada a rapidez com que o líquido passa por uma determinada secção, Assim, pode-se escrever a vazão como:
Q = S x V
Onde:
Q = vazão
S = Área da Secção
V = velocidade
Assim com uma seção onde a área foi medida em m² e a velocidade de escoamento V em m/s, vazão Q,  é dada em m³/s.
Esta equação é denominada equação da continuidade e é invariável ao longo de qualquer caudal quer seja aberto ou fechado, livre ou sob pressão, desde que não haja contribuições, ou retiradas no percurso.
 Medir a vazão, porém não é uma atividade simplista, pois ao administrador interessa conhecer a vazão instantânea e a totalizada, para que possa gerenciar a atividade de produção quer seja em uma irrigação, ou no abastecimento de uma cidade, pois da vazão decorre quase todos os indicadores de gestão, principalmente as perdas.
Quando se trata de pequenos canais ou rios, a solução da vazão instantânea é mostrada conforme postado em:
Porém os maiores problemas residem na gestão de abastecimento das cidades, e nesta condição os projetos não contemplam este importante item operacional, e quando contemplam restringem apenas a medição instantânea nas etas por meio de calhas parshall.
Nas calhas para se ter, a precisão da totalidade de volume que foi transportado no dia ou em outro intervalo de tempo, ter-se-ia que medir todas as variações de vazões, as interrupções e a duração de CAD um destes eventos, o que é praticamente impossível, sem a utilização de uma instrumentação adequada.
Assim concluímos que toda gestão baseada na vazão instantânea por meio da vazão nominal das bombas, e na instantânea das calhas são todas vinculadas a uma margem de erro muito grande, o que infere no resultado dos indicadores dela derivada.
 Esta condição de não se implantar uma eficiente política de MACROMEDIÇÃO, nos sistemas de abastecimento de água era decorrente da ausência de instrumentos nacionais, e com custos compatíveis com cada infraestrutura implantada, porém atualmente esta condição está ultrapassada e é muito barata uma eficiente gestão de vazão do que os custos gerados pela sua não implantação.
Assim com o advento dos medidores ultrassônicos, e magnéticos, fazendo parte da indústria nacional, os custos já não são mais limitantes, assim como a montagem, calibração e manutenção.

terça-feira, 30 de agosto de 2011

MEDIÇÃO DE VAZÃO DO RIO QUEBÓ

MEDIÇÃO DE VAZÃO DO RIO QUEBÓ

Parte 1 – PREPARATIVOS PARA A VIAJEM

Na rotina de trabalho do engenheiro projetista, inclui as inspeções de campo, visto que o mesmo deve ter como regra fundamental, que preliminarmente a qualquer projeto, deve-se fazer uma minuciosa inspeção de campo, onde devem ser registradas todas as peculariedades envolvendo o projeto.

E lá estava eu preparando para deslocar até o Rio Quebó, numa ensolarada manhã de sábado, quando lembrei-me de uma crônica escrita pelo eng. Manoel Henrique Campos Botelho, em seu livro “Manual de Primeiros Socorros do Engenheiro e do Arquiteto” em 1.984, e apesar de nossa evolução tecnológica, com GPS, Notebooks, Foto digital, entre outros, resolvi copilar a crônica a seguir como preâmbulo, de minha atividade de medição de vazão no Rio Quebó.

0 ENGENHEIR0 QUE VEIO DE LONGE

Um dia, por razões que cada leitor imaginará, uma firma de projetos em que eu trabalhava teve que contratar um engenheiro consultor estrangeiro. Eu chefiaria a equipe brasileira que acompanharia e daria suporte aos trabalhos desse engenheiro. A perspectiva de um trabalho comum foi encarada um pouco com curiosidade e um pouco com preocupação. O dito cujo foi recebido sem festas, mas também sem hostilidades. Havia uma expectativa no ar.

As coisas ficaram feias quando se decidiu o que ia o homem fazer: chefiar as equipes do levantamento de campo, quaisquer que eles fossem, levantamentos urbanos, hidrológicos, cadastrais, sedimentológicos, etc. etc. Trazer alguém de fora para conduzir levantamentos de campo?

E nós não sabíamos fazer levantamentos de campo? Mas ordens são ordens e iniciou-se o trabalho em comum. Foi marcada uma reunião do grupo do qual eu fazia parte, para planejar a inspeção do dia seguinte, referente ao levantamento urbano e populacional de uns bairros periféricos de São Paulo e que daria origem a um estudo demográfico e sanitário.

Na reunião, lá veio o personagem em pauta com uma conversa esquisita. Queria o dito cujo saber que roupa usaríamos na inspeção de campo (I), e queria conhecer a mala (?) de apetrechos que costumávamos usar nesses levantamentos. Não entendi a pergunta. Sempre fiz anotações de campo em folhas usando, como é lógico, uma caneta esferográfica que eu nem precisava levar, pois o motorista do carro sempre tinha uma em seu poder.

Quanto ã roupa da inspeção (?) que podia ser além de uma velha calça rancheira e uma eventual bota, que, aliás, era meio incomoda, face a um eterno prego que um dia eu ainda mandarei o sapateiro tirar. Mas até aí as perguntas do dito cujo eram só surpreendentes ou curiosas, mas não absurdas. Absurdo foi quando ele me perguntou se o roteiro do meu relatório de campo já estava pronto, pois o dele já estava,

Descobri tudo. Além de receber em dólares por uma inspeção de Campo, o danado já trouxera o relatório pronto (?). Como pode? Mas ordens são ordens como já disse, e como tenho dois guris para alimentar não botei a boca no trombone e me preparei para iniciar no dia seguinte o mais inusitado de todos os levantamentos de Campo da minha vida. — Uma inspeção de campo que já tinha relatório pronto?

 
As surpresas continuaram no dia seguinte. O "homem“ surgiu no local de encontro como uma figura ridícula. Chapéu de abas largas, calça com elástico na cintura, bombachas na perna, além de previsível bota (possivelmente sem pregos) e carregando uma misteriosa mala preta.

Como em geral esses homens não gostam de abrir as caixas pretas digo malas pretas, não perguntei o que tinha lã dentro. Saímos para a histórica inspeção. Andamos em ruas esburacadas e enlameadas e pulamos por cima de córregos poluídos, paisagens típicas de nossa pobre periferia, Tenho que reconhecer que calças com elástico na cintura dão maior mobilidade que calças com cintas de couro (questão de módulos de elasticidade diferentes dos dois materiais teria comentado o meu velho professor de Resistência de Materiais). Não pude, pelo exposto, acompanhar em todas as andanças o personagem em foco, pois eu não queria sujar demais minha calça nova de gabardine já que a minha calça rancheira estava lavando exatamente no dia da inspeção.

Tive que reconhecer intimamente que nessa questão é que o ridículo chapéu de abas largas realmente protege a cabeça quando o sol esta a pino?

Tão logo deslanchou a inspeção, começou a se abrir a enigmática mala preta. E não é que o homem tinha levado caderno, prancheta de mão, lápis de várias cores, borracha, escala, trena, cartões de visita, binóculo, termômetro, nível de mão, fio de prumo, bússola, canivete de mil e uma utilidades, e mapas da região? Neste ponto eu não falhara. Eu tinha levado minhas folhas soltas, e, como previa, não faltou caneta esferográfica, emprestada do motorista que nas horas de carro parado, preenchia mil volantes em branco da loteria esportiva na tentativa de cercar a zebra.

Como o último coelho que os mágicos tiram da cartola, o colega tirou da mala preta uma máquina polaróide e foi tirando fotos instantâneas dos locais visitados e escrevia no verso o que significava cada uma.

A inspeção ia bem. Eu procurava olhar e gravar tudo o que via, pois sou ótimo observador o consultor em oposto devia ter péssima capacidade, de julgamento, pois anotava tudo, media tudo e escrevia tudo no seu caderno sobre a prática prancheta de mão. Até alguns desenhos ele podia fazer face ao enxoval que trouxera. Ainda voltamos cedo para o escritório e decidimos começar a escrever o relatório da inspeção ao campo. Aliás quem ia escrever era só eu, pois o colega não já o tinha trazido pronto lã do hemisfério norte? Fui olhar de soslaio a sua famosa minuta do relatório. A minuta era um tipo de relatório padrão em que o relator devia tão somente preencher os claros e os dados faltantes como que seguindo um roteiro básico. O relatório padrão sugeria pois, que fossem preenchidas informações tais como: data, número de contrato, pessoas que participaram da inspeção, quilometragem de inicio e fim do uso do carro, ocorrência de chuvas, temperatura local, as plantas e mapas que orientaram os levantamentos etc., etc. É, dificilmente alguma coisa escaparia.

John terminou rápido seu relatório, anexando suas fotos e colocando tudo o que medira, registrara e anotara. O relatório dele ate que ficou bom. Quanto ao meu, bem ... decidi começar a escrevê-lo em casa, depois que as crianças dormissem.

Não escrevi o meu relatório, escrevi esta crônica.

Continuação: Medição de vazão no Rio Quebó



terça-feira, 12 de abril de 2011

VAZÃO EM RIOS

VAZÃO DE RIOS

A medida de vazão em uma seção transversal de um Rio é efetuada, normalmente, com o auxílio de “molinete”, com o qual se obtém a medida da velocidade da corrente em pontos preestabelecidos.

Medidor de vazão mecânico



O molinete é um equipamento destinado a medir a velocidade da água em qualquer profundidade do curso d’água. Este equipamento assemelha-se a um cata-vento, cujas hélices giram com maior ou menor velocidade, dependendo da velocidade do vento. O molinete hidráulico faz o mesmo e suas hélices giram mais rapidamente conforme a velocidade do fluxo de água que passa pelas mesmas. Existem molinetes que são utilizados para ambientes com baixa velocidade de fluxo de vazão e outros para ambientes de alto fluxo de vazão, os resultados obtidos podem ser digitais ou analógicos.



                                                               



                                              Medidor de vazão acústico Doppler Portátil

Os molinetes podem ser montados em suportes ou serem suspensos por cabos. Para efetuar-se a tomada das medidas, coloca-se o molinete em uma determinada seção do curso d’água, variando as posições, não só ao longo da seção, mas também ao longo da profundidade. Antes da utilização do molinete, para a tomada de dados, o mesmo deve ser aferido em um laboratório de hidráulica, para que se tenha uma perfeita relação entre o número de voltas dadas pela hélice do molinete com a velocidade da água, em um intervalo de tempo considerado. Para isso o molinete deve ser aplicado em velocidades de correntes conhecidas, contando-se assim, o número de voltas que o mesmo dá em 60 segundos. Destes testes resultam tabelas ou gráficos que serão aplicados nas medições efetuadas em campo

A velocidade da corrente de um fluxo é, normalmente, maior na parte central de um rio do que em suas margens. Em função dessa variação da velocidade

da corrente em diferentes pontos da seção transversal, devem-se obter medidas em diversos pontos tanto na superfície da seção transversal como em diversos níveis.

 

Quando a medição da vazão não exigir elevada precisão pode-se utilizar o método do flutuador, aplicando-se a seguinte equação.

Vazão = (AxLxC)/T (m³/s)

Onde:
A= média da área do rio (distância entre as margens multiplicada pela profundidade do rio).

L= comprimento da área de medição

C= coeficiente ou fator de correção (0,8 para rios com fundo pedregoso ou 0,9 para rios com fundo barrento). O coeficiente permite a correção devido ao fato de a água se deslocar mais rápido na superfície do que na porção do fundo do rio.

T= tempo, em segundos, que o flutuador leva para deslocar-se no comprimento L.

Noticias - A vazão dos maiores rios do planeta caiu nos últimos 50 anos, com mudanças significativas afetando cerca de 30% dos principais cursos d'água.
Uma análise dos 925 maiores rios, de 1948 a 2004, mostra um declínio no fluxo total. Só a redução do volume de água despejado no Oceano Pacífico equivale ao desaparecimento do Rio Mississipi,.

A única região do mundo onde o fluxo de água aumentou foi o Ártico, onde o aquecimento do clima aumenta o derretimento de neve e gelo, dizem pesquisadores liderados por Aiguo Dai, do Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica.
 
Entre os rios que apresentam vazão declinante, vários servem a grandes populações. Entre eles, o Rio Amarelo, o Ganges, o Níger e o Colorado.
 
Houve considerável variação anual na vazão de muitos rios, mas a tendência geral foi de queda: a descarga de água doce anual no Oceano Pacífico caiu cerca de 6%, ou 526 quilômetros cúbicos. No Índico, a queda foi de 3%, ou 140 quilômetros cúbicos. Em contraste, a descarga anual no Oceano Ártico aumentou 10%, ou 460 quilômetros cúbicos.

Fonte: Site Tratamento de Água

Em mato Grosso o Rio Cuiabá, apresenta uma máxima entre 1.500 e 2.000 m³/s, tendo uma mínima superior a 100 m³/s devido ao controle do Manso.


O rio amazonas, na cidade de óbidus 700 Km da foz, apresenta uma vazão mínima de 85.500 m³/s, elevando-se na foz, para 205.000 m³/s no período de cheias. (A cidade de Óbidus está localizada na parte mais estreita e profunda do Rio Amazonas Óbidos, está localizado na chamada Garganta do Rio Amazonas, local onde o Rio se estreita (1.500m) e se aprofunda (93m).)


                                                       




O Rio madeira em sua foz apresenta uma vazão mínima de 8.500 m³/s, nele serão construidas as usinas de Jirau, e Santo Antonio.
                                                                  Medição da secção do Rio

terça-feira, 1 de fevereiro de 2011

MEDIDOR DE VAZÃO ELETROMAGNÉTICO PARA LIQUIDOS

MEDIDOR DE VAZÃO ELETROMAGNÉTICO PARA LIQUIDOS

Vazão e controle de líquidos

Um dos grandes desafios de quem opera um sistema de abastecimento de água, é saber o quanto de liquido flui em uma tubulação, e aí impera o achismo quando não se tem um medidor confiável. Durante muitos anos se projetou sem que houvesse uma visão operacional, e hoje quase 100% dos sistemas não tem dispositivo de medição de vazão; conclusão opera-se no escuro.

É importante ressaltar que para canais imperou e impera a calha Parshall, hoje dotada de ultrasom que possibilita o registro de todos os eventos do sistema, como falha no equipamento, quebra de adutora, falta de energia etc. porém quando o assunto era tubulação sob pressão, apena uma equipe com equipamentos especiais poderia saber a vazão instantânea ou registrada na tubulação, o método é conhecido como Pitometria, por utilizar o Tubo Pitot.

Os equipamentos de medição permanente eram muito caro, e de difícil instalação tendo em vista que havia necessidade de corte na tubulação como os medidores tipo woltman. Hoje porém vivemos uma nova era dos medidores de inserção, com destaque para os da linha seametrics, dotado de certificação internacional o que garante a funcionabilidade do medidor.
A completa ausência de partes móveis neste sensor de vazão é a fonte de sua confiabilidade. Não há rotor para parar de girar com água suja e não há rolamento para sofrer desgaste. Os modelos em latão e aço inox suportam uma grande variedade de condições de temperatura, pressão e condições químicas. Fluxo reverso e versão imersível são opcionais.
Um pequeno campo magnético é produzido na face do sensor. Quando o fluído passa através deste campo uma tensão é gerada, então ela é medida e transformada em um sinal de freqüência proporcional à vazão. Este sinal de onda quadrada pode ser transmitido diretamente a um CLP ou outro controlador.

O sensor possui rosca padrão NPT e pode ser diretamente instalada em selas (Saddles) ou em Weldolets. O EX115 e 215 possuem uma válvula de isolação, permitindo instalação e remoção do sensor sob pressão. O padrão é uma válvula de esfera de bronze, ou em aço inoxidável 316 opcional se necessário. A leitura pode ser em um CLP ou diretamente, no equipamento, ou via Notebook, ou palm quando este é dotado de um data logger opcional.








sexta-feira, 14 de janeiro de 2011

MEDIDOR ULTRA SONICO US 11 – PARA CALHAS, VERTEDOUROS E CANAIS

                                                          Medidor Ultra Som US 11 – Montado em Calha Parshall

Princípio de medição

A distância entre o transdutor e a superfície monitorada (lâmina de água no canal, ou do tanque, por exemplo) é diretamente proporcional ao tempo transcorrido entre a emissão e recepção do pulso de ultrassom pelo transdutor.

Sabendo-se que a velocidade de propagação do som no ar é de 344 m/s a 20ºC, o cálculo é baseado na seguinte equação:

Distância= (Velocidade do Som x Tempo) / 2

Uma vez que o tempo inclui o retorno do pulso de ultrassom refletido ao transdutor, a unidade controladora considera somente a metade desse valor para que o cálculo de distância seja correto.

Influência da temperatura

A velocidade de propagação do som no ar é afetada por variações na temperatura ambiente na proporção de 0,17% para cada 1º C. Para compensar tais flutuações, os transdutores possuem integrado um sensor de temperatura cujo sinal é processado e utilizado para corrigir a velocidade do ultrassom no cálculo de distância.

Algumas versões de medidores ultrassônicos permitem o uso de sensores de temperatura remotos (separados do transdutor) em aplicações onde uma maior precisão seja necessária. A vantagem desta configuração é o menor tempo de resposta às mudanças de temperatura ambiente.

Instalação do transdutor

O transdutor deve ser instalado na estrutura de montagem perpendicularmente à superfície monitorada para um melhor desempenho. A água absorve somente 15% da energia acústica e 85% são refletidos. Um mau alinhamento prejudicará a medição devido ao incorreto direcionamento dos sinais emitidos e refletidos.

No momento da fixação do transdutor deve-se atentar para que não ocorra um aperto excessivo em sua conexão ao processo, pois haverá prejuízo no desempenho do instrumento (devido ao excesso de vibração no momento da emissão dos pulsos ultrassônicos).

Um ponto que quase sempre passa despercebido em muitas instalações em canais e em locais abertos com medidores de nível por ultrassom é a ausência de uma cobertura de proteção sobre os transdutores. A incidência da luz solar aquece artificialmente o transdutor (ou o sensor de temperatura) e cria uma falsa condição de alta temperatura do ar ambiente.


Uma ventilação adequada deve ser prevista para que o calor não fique aprisionado sob a cobertura. Uma vez que a temperatura afeta a velocidade de propagação do som, a representação precisa da temperatura ambiente local é necessária para que o melhor desempenho seja obtido.

Vento: Em locais de incidência de ventos de forte intensidade, o uso de tubos de calma deve ser considerado visando evitar variações artificiais na temperatura do ar ao redor do transdutor que possam provocar medições imprecisas.

Espuma: O intenso movimento de ar (gás) nas proximidades do cone formado pelo feixe de ultrassom deve ser evitado, pois pode provocar o enfraquecimento do sinal.

Um local deve ser encontrado onde a formação de espuma seja a menor possível (o sensor deve ser instalado o mais distante possível do ponto de entrada do tanque) ou onde um tubo de calma possa ser adotado.

Vapor: Tanques fechados contendo líquidos (como produtos químicos) que formam vapor sobre sua superfície (especialmente aqueles expostos ao sol) provocam forte redução da faixa nominal de medição do sensor. Este fato deve ser observado na instalação.



Leituras:


As leituras de vazão podem ser diretas no medidor, transmitida a um secundário por meio de um sinal de 4 a 20 Ma, ou obtida via notebook, plugado no fim de cada período de análise.

sexta-feira, 28 de maio de 2010

TELEMETRIA PARTE 2

TELEMETRIA – Parte 2 - Vazão

Operar um sistema de Abastecimento de Água ou de Esgotamento Sanitário implica em conhecer todas as variáveis do processo, com destaque para:

Vazão Captada: Qual o volume de Água bruta está sendo retirado do manancial?

Vazão de água distribuída: Qual o volume está sendo disponibilizado para o consumo?

Vazão de Água Faturada: Qual o volume está sendo cobrado dos clientes?

Regra geral os projetos não contemplam estes aspectos operacionais, em decorrência da ausência de informações, e ou por necessidade de redução de custos na implantação do empreendimento, além da não exigência, pelos órgãos financiadores, e ou operadores. A conseqüência é uma operação no “escuro”, é como ter uma fábrica de Cerveja e refrigerante e não saber qual o volume de produção, de distribuição e venda, caminho fatal para a falência. Em sistema de abastecimento de água e esgotamento sanitário, conhecer as variáveis relativas a volume tornou-se bastante simples e barata com o desenvolvimento de novas tecnologias, não sendo portanto cabível em pleno século 21, estar-mos operando com uma mão de obra desqualificada e com anotações fajutas, imprecisas, e aleatórias, em blocos de papel nas instalações de produção de água de tratada.

MEDIÇÃO DE VAZÃO CAPTADA NOS MANANCIAIS E TRATADA EM ETAS.

Para saber-mos as vazões instantâneas que estão chegando em nossa instalações, o sistema mais econômico é a calha parshall, que deve ser calibrada com uma ferramenta denominada de “ Pitometria” , ou ainda por métodos tradicionais como o de volumes em reservatórios. Estando a calha calibrada devemos instalar um medidor ultrassonicos, para registrar os valores instantâneos e acumulados; pronto, saímos do escuro e passamos a gerenciar nossa produção.


MEDIÇÃO DE VAZÃO DE ÁGUA DISTRIBUIDA.

Para saber-mos as vazões instantâneas que estão SAINDO de nossas instalações, o sistema mais econômico, é o medidor de inserção, que apesar de muito simples deve ser adquirido de empresas idôneas, e com referencia no mercado.

O medidor de inserção SeaMetrics, é de fácil instalação e calibração, baixo custo, e elevada precisão. Asssim com os dados de vazão processada na Eta e os dados de vazão de água distribuída, temos como administrar o volume de água que está sendo usado ou desperdiçado, no processo de tratamento, como lavagens de filtros, descargas de decantadores, e outros consumos, ou eventual fuga, em algum lugar do sistema. Portanto já estamos exercendo um processo de gerenciamento da nossa unidade de produção.

MEDIÇÃO DE VAZÃO DE ÁGUA CONSUMIDA

Saber o quanto estamos vendendo de nossa produção somente é possível com a medição individual em cada unidade de consumo. Hoje o mercado nacional dispõe de inúmeras marcas de micromedidores, além dos "importados chineses”. O processo de seleção deve ser criterioso, com um termo de referência bem elaborado e não somente a capacidade de vazão do medidor, “não estamos comprando bananinha”, é preferível não medir do que ter instalado um medidor de baixa qualidade.

Conhecendo o volume total de água faturada, comparo com o volume de água disponibilizada na rede, e tenho uma importante informação de gerenciamento, que é o quanto estou deixando de faturar, de quanto o meu faturamento está reduzido por ineficiência do meu sistema de micro medição, da minha rede com fugas, ou dos reservatórios com extravasamentos, etc.

Ainda não falamos de telemetria, e o sistema de Abastecimento de água pode ter um eficiente gerenciamento.

Quando tratamos de sistemas de pequeno porte tudo está resolvido, porém para médio e grande porte, é importante manter-mos os nossos dados sincronizados em uma central de gerenciamento, que irá em tempo real computar as vazões de produção, de distribuição por setores de abastecimento, e confrontar com os resultados das medições individuais processadas por coletores portáteis, assim ao final de cada ciclo de leitura teremos condições de avaliar em segundos como está comportando o setor de abastecimento, o que irá permitir subsidiar as equipes de apoio da manutenção, em pesquisas de vazamentos, e ou de investigações de consumo, com umas crítica, que irá avaliar situações onde ocorreu faturamento de volumes superior ao fornecido ao setor de abastecimento.

A transmissão dos dados do medidor ultrasonico, e do medidor de inserção é feito via rádio, para uma central, dotada de microcomputador que irá armazenar, gerenciar as informações e gerar relatórios para tomada de decisões.


TELEMETRIA – Parte 3 – Níveis e Pressão

Um dos maiores problemas enfrentados por aqueles que administram um sistema de abastecimento de água, é evitar o extravasamento de reservatórios, seguida da dificuldade, em se ter informações de como está abastecido determinado setor da cidade, sem que o usuário reclame..............A Empresa chega sempre após o usuário ter sofrido as agruras da falta d´agua. Atualmente porém as concessionárias, públicas ou privadas, de água e esgoto buscam cada vez mais a simplificação de seus processos e o aumento da eficiência operacional.
Nesse contexto, um dos maiores desafios é a escolha das tecnologias mais adequadas para o gerenciamento de suas instalações.
E em virtude da variedade de aplicações e diferenças operacionais entre os processos, nenhuma tecnologia individual é adequada para tudo. O setor de medição de nível vem apresentando diversas soluções técnicas que são atualizadas constantemente.
Algumas tecnologias foram abandonadas, outras aperfeiçoadas e novas tecnologias foram criadas.
Como resultado, a escolha da solução ideal envolve mais do que a simples identificação da função de um instrumento: medição de nível, fluxo em canal aberto ou monitoramento de manta de lodo. Assim neste texto propomos orientar aos projetistas, e concessionárias a selecionar equipamentos de medição de nível, e recomendar as soluções mais práticas para cada aplicação típica das instalações de tratamento de água potável e de esgoto.
Lembramos que entre as “tecnologias” abandonadas, inclui a que utilizava da variação de resistências em um cabo imerso em um reservatório, cuja condutividade do liquido permitia enviar uma tensão para um galvanômetro, remoto, interligado por LPs (Linhas privadas de telefone). Esta tecnologia foi muito utilizada pela antiga Sanemat, na década de oitenta, permitindo conhecer os níveis dos reservatórios Morro da Colina, e Bosque da Saúde, em uma central na Eta São Sebastião, o que tempos depois foi inviabilizado, em decorrência da precariedade das linhas telefônicas, .......a tecnologia evoluiu.
Atualmente o método mais eficaz, e econômico de medição de nível contínuo (proporcional) indica o nível no decorrer de todo o período de medição, é a utilização de sondas de níveis, que são de fácil instalação.


A transmissão da informação é feita via rádio, ou GSM (Global System for Mobile Communications) celular.



O resultado deste investimento em um sistema de abastecimento de água, é a garantia de uma supervisão constante nos centros de reservação, bem como garantia de credibilidade junto aos usuários, residentes na adjacência dos reservatórios.

Para controlar a pressão nas redes de distribuição, ou nas adutoras, devemos instalar um Sensor de Pressão, que incorporado a um transmissor GSM, garante a supervisão de diversos pontos estratégicos da rede, permitindo que toda ocorrência possa ser visualizada primeiramente pelo operador do sistema, que providencia reparos, antes que afete a vida dos usuários do serviço.

segunda-feira, 10 de maio de 2010

GOLPE DE ARIETE PARTE 2

CALCULANDO O VALOR DA PANCADA

Personagens:

São responsáveis pela intensidade do Golpe de Ariete, ou pela pancada causada pelo retorno da coluna liquida os seguintes elementos:

1. A Velocidade

a. Quando o liquido é impulsionado na tubulação, este está dotado de uma energia cinética, que depende de como foi projetado a instalação.
Em nosso exemplo vamos admitir que a tubulação seja em ferro Fundido de 300 mm de diâmetro, e que foi projetado uma velocidade de 2,5 m/s

2. Vazão

b. A Velocidade é função da vazão, ou seja, para bombear-mos uma quantidade de liquido em uma mesma tubulação, com secção constante, devemos variar a velocidade, sempre mantendo um dos princípios da Hidráulica que é representado pela equação da continuidade, ou seja, o produto da área do tubo pela velocidade que o liquido está sendo bombeado, resulta na vazão, assim:

Vazão (Q) = Área (S) x Velocidade (V)

Q = S x V sendo: Q (m³/s); S (m²); V (m/s)

Em nosso exemplo o tubo de diâmetro 300 mm possui uma área constante de 0,070686 m², e se o liquido está animado com uma velocidade de 2,5 m/s, concluímos que neste instante está sendo transportada uma vazão correspondente a:

Q = 0,070686 m² x 2,5 m/s.....Q = 0,176715 m³/s ou 176,715 l/s ou 636,174 m³/h.

Assim em determinada condição, é ilimitada a vazão que pode ser transportado por este tubo de 300 mm. Porém para uso prático, as velocidades de escoamento mais econômicas são aquelas compreendidas até o limite máximo de 3,0 m/s.

3. Pressão

Para vencer a resistência ao escoamento, faz-se necessário transportar o liquido sob pressão. Sendo que a pressão é justamente uma indicação da quantidade de resistência ao escoamento.

O que impede ou causa resistência ao escoamento do liquido?

• O destaque na resistência, é para a diferença de nível entre o liquido na fonte, e no lugar que deve ser transportado. (DN)

• O segundo zagueiro é causado pelo atrito entre o líquido e a parede interna do tubo, é chamado de perda de carga, perda de energia, perda por atrito. O atrito pode ocorrer ao longo do tubo, e também nas peças e conexões que compõem a tubulação como: válvulas, curvas, tês, etc. sendo que o somatório destas resistências é traduzida em unidades de pressão, geralmente em metros.
Para transportar o liquido do ponto A, ao ponto B, o projetista deve definir, a pressão de trabalho, porém durante o fenômeno do golpe de aríete, a pressão poderá atingir níveis indesejáveis, que poderão causar sérios danos ao conduto ou avarias nos dispositivos nele instalados. Danos como ruptura de tubulações por sobrepressão, avarias em bombas e válvulas, ou colapso de tubos devido a vácuo, etc. Em nosso exemplo vamos admitir que a nossa pressão de trabalho seja de 10 bar (10 Kg/cm² - 100 mca)

Voltando ao nosso exemplo onde estamos transportando um liquido com uma velocidade de 2,5 m/s, em um tubo de 300mm, estamos diante de um problema hidráulico, mas iremos utilizar os princípios da cinemática para saber-mos qual a distancia que o líquido conseguirá percorrer até atingir a velocidade zero. Vamos admitir um tempo de parada de 10 segundos (posteriormente vamos calcular este valor exato).

Na Cinemática temos que a velocidade de um corpo é igual ao quociente entre o espaço percorrido e a velocidade gasta neste espaço, ou seja;

V (m/s) = E (m) / T (s)........Logo: E = V x T
Assim o nosso liquido ira percorrer um espaço de 25 m até a sua parada total, e iniciar o seu movimento de volta para dar a PANCADA na bomba ou em uma válvula que fechou.
Já viu um pingo no chão? Gera uma grande explosão, pois o liquido é incompressível, e um pingo em um copo, gera uma onda, e a maré alta quando bate na amurada de uma avenida litorânea, possui um efeito de retorno devastador, pense agora em uma coluna de liquido caindo de uma altura de 25,00m confinado em um tubo de 300 mm?

O resultado é uma grande pancada, e a geração de uma onda de retorno com uma rapidez que denominamos de celeridade (a), ou seja, Celeridade é a velocidade com que a onda gerada pelo choque se desloca ao longo da tubulação. (é diferente da velocidade da água), é um verdadeiro tsunami gerado dentro do tubo. Em nosso exemplo nossa instalação está trabalhando com 10 bar, essa pancada irá gerar uma sobrepressão, muito maior que este valor, e temos que ter tubos, válvulas...para resistir a este acréscimo de pressão, e também mecanismos para evitar que esta pancada assuma valores muito grande que exigirão aumento de custos em nosso projeto.

4. Comprimento da Tubulação

O comprimento da tubulação, é de fundamental importância no cálculo do valor do choque. Vamos adotar em nosso exemplo, um L=4.000 m

Agora finalmente estamos aptos para calcular o valor da pancada, que nossa instalação vai levar quando o sistema parar.Na seqüência vamos cuidar para minimizar este golpe, e ou proteger nossa instalação.

Primeiro Objetivo: Calcular o valor da Pressão gerada pela pancada do retorno do líquido.

Método: Supersimplista

1 - Cálculo da velocidade de propagação da onda, após a pancada.

a = 9.900 / (48,3 + K x D/e) 1/2

Onde:

a = Celeridade da onda (m/s)
D = Diâmetro de tubo (m).......0,3 m
e = Espessura do tubo (m).......0,007 m
K = Coeficiente que leva em conta os módulos de elasticidade

Tubos de aço, k = 0,5.
Tubos de ferro fundido, k = 0,6.
Tubos plásticos, k = 18,0

Logo: a = 9.900 / (48,3 + 0,6 x (0,3 / 0,007))1/2

a = 1.150,74 m/s.........observe que é uma super velocidade com que a onda de choque se propaga.

2 - Tempo de parada da bomba.

O tempo T é o decorrido entre a interrupção de funcionamento do conjunto moto bomba, por interrupção de energia e ou por ação voluntária do operador, provocando um cessar da velocidade de circulação da água na tubulação, a qual diminui progressivamente, até atingir o valor zero, parada total, para iniciar o retorno.

Este tempo será determinado pela fórmula de E. Mendiluce que propõem a seguinte expressão para o cálculo do tempo de parada:

T = C + ( K . L . V ) / ( g . Hm)

Sendo:

T = Tempo de parada da bomba (seg.)
C e K = Coeficientes empíricos de ajuste
L = Comprimento da adutora ( m )
V = velocidade de fluxo (m/seg.)
G = aceleração da gravidade (9,81 m/seg2)
Hm = altura manométrica total (m)

O coeficiente C é função da reação entre a altura manométrica e o comprimento da tubulação sendo:

C = 1 se Hm / L <>
C = 0 se Hm / L > 0,40
C = 0,60 se Hm / L > 0,20 e <>
O Coeficiente K depende do comprimento da tubulação, e pode ser obtido a partir da tabela à seguir:
L < k="2,00" align="justify">L +-= 500.................K=1,75
500< k="1,50" align="justify">L+-=1.500................K=1,25
L> 1.500...................K=1,00

Logo o tempo T de parada decorrido entre o bloqueio de energia e a velocidade igual a zero é dado por:

T = 1 + (1 x 4.000 x 2,5) / ( 9,81 x 100)

T = 10,19 segundos

O comprimento crítico Lc, é a distancia que separa a Bomba do ponto de coincidência das formulas de Michaud y Allievi, é calculado pela fórmula de Michaud. Comparam-se os comprimentos L (Adutora) & Lc. Sendo Lc igual a:

Lc = (a x 15,52) / 2, onde:

a = 1.150,74 m
T = 10,19 s.

Então:

Lc = (1.150,74 x 10,19) / 2
Lc = 5.865,72 m

Cálculo da Sobrepressão (H)

Se H = 2xLxV / gxT

Caso contrario calculamos a sobrepressão pela fórmula de Allievi, onde:

H = a x V / g

Neste exemplo iremos calcular a sobrepressão, ou o golpe, pela expressão:

H = 2xLxV / g x T

H = 2 x 4.000 x 2,5 / 9,81 x 10,19

Logo; H = 200,07 mca
lembra-se de quanto era a nossa pressão de trabalho? Essa é uma pancada com sérias conseqüências.

Este valor representa a pressão no instante do golpe, causado pelo retorno do liquido, (É a componente da energia Cinética), porém deve ser acrescido da diferença de nível (componente da energia potencial), que ocorre no mesmo instante. Assim admitindo que a diferença de nível de nosso projeto seja de 60,00m teremos uma pressão total responsável pelo Golpe de ariete igual a:

Sobrepressão Total (Ht) = H + DN.........Ht = 260,07 mca ou 26,00 bar

Para ter-mos uma melhor visualização da magnitude desta pressão, vamos admitir que o retorno do liquido seja sob um cap (Tampão de 300 mm) cuja área já calculamos e é igual a 0,070686 m².
da Física sabemos que:

Pressão = Força / Superfície.......Logo a força exercida no cap no momento do golpe será:

F = P x S ou F = 26,00Kg/cm²x706,86cm²

F = 18.378,31 Kg ou 18,38 Ton.

Suficiente para provocar um grande estrago se não for evitada esta força.

Na seqüência: Evitando a Pancada Hidráulica, ou Golpe de ariete.

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