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Baixe Manuais pncda...macromedicao e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Atualidades, somente na Docsity! VOLUME 1 Té c n ic a s d e o p e ra ç ã o e m siste m a s d e a b a ste c im e n to d e á g u a PN C D A Guias práticos P ro g ra m a N a cio n a l d e C o m b a te a o D e s p e rd ício d e Á g u a Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água PNCDA Guias práticos Programa Nacional de Combate ao Desperdício de Água Ministério das Cidades Secretaria Nacional de Saneamento AmbientalU N D P Mundial Banco Apoio MACROMEDIÇÃO V O LU M E 1 – M A C R O M ED IÇ Ã O Guias práticos – Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água MACROMEDIÇÃO VOLUME 1 Autor Márcio Frangipani Organizador/Revisor técnico Airton Sampaio Gomes Programa de Modernização do Setor Saneamento Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental Ministério das Cidades Governo Federal ma público de abastecimento. Neste contexto, torna-se fundamental o estabelecimento da “cultura” da medição, garantindo-se a apropriação contínua de parâmetros hidráulicos e elétricos e a possibilidade de elaboração do ba- lanço hídrico, do completo diagnóstico do sistema de abastecimento e da sua modelagem hidráulica, com base no real funcionamento do sistema. Para se alcançar um cenário como esse, é necessário estruturar um plano de ação visando à redução e ao controle das perdas e desperdícios, coerente com a disponibilidade de recursos financeiros, humanos e materiais. Esse plano deve considerar os custos e benefícios resultantes das ações correspondentes, conduzindo a uma hierarquização das ações preconizadas. Também é necessário que os planos de redução e controle das perdas e desperdícios estejam associados a outros programas que levem às mudanças estruturais e comportamentais necessárias, como os programas de qualidade, planejamento estratégico ou outros planos de modernização. Desta forma, devem integrar e envolver todos os funcionários da empresa prestadora de serviços, adquirindo caráter permanente e auto-sustentabilidade. Para isso, a mobilização e a comunicação social, tanto internas ao prestador de serviços, como externas junto à sociedade, são ferramentas estratégicas. Neste contexto, o PNCDA, em sua vertente de elaboração de estudos, já publicou vinte e três Documentos Técni- cos de Apoio (DTA), cobrindo as áreas de abrangência temática do Programa, antes mencionadas. Os Documentos têm por objetivo auxiliar no planejamento e implementação de medidas no âmbito da temática do PNCDA, além de serem utilizados nos eventos de capacitação do Programa, que vêm ocorrendo desde 1999. Dando seqüência a essa vertente, em parceria com o PMSS – Programa de Modernização do Setor Saneamento, o PNCDA inaugura uma nova linha de DTAs, sob forma de “Guias Práticos”, que visam ao atendimento a uma forte demanda, por parte das equipes operacionais dos prestadores de serviços de saneamento, por documentos de fácil en- tendimento, aplicativos e práticos, de modo a serem úteis quando da realização de serviços de campo. Assim, os Guias abordam temas relacionados às questões cotidianas vivenciadas por equipes responsáveis pela operação e manutenção de sistemas de abastecimento de água no país, usando uma linguagem acessível, recursos gráficos, fotos, desenhos e croquis, adotando, enfim, uma mensagem visual para o adequado entendimento dos procedimentos descritos. A presente série de Guias Práticos, denominada Técnicas de Operação em Sistemas de Abastecimento de Água, inicia-se com cinco publicações sobre temas fundamentais aos trabalhos de campo, quais sejam: a macromedição, os ensaios pitométricos, a pesquisa e combate a vazamentos não visíveis, o controle de pressões e operação de válvulas reguladoras de pressão e a conta de energia elétrica no saneamento. A Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental do Ministério das Cidades, por meio de seus programas PNCDA e PMSS, esperam que os “Guias Práticos” contribuam tecnicamente para o desempenho das atividades operacio- nais nos serviços de abastecimento de água e desejam contar com a colaboração do leitor enviando sugestões para a melhoria e o aprimoramento das publicações. Brasília, janeiro de 2007 Ministério das Cidades Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental Programa Nacional de Combate ao Desperdício de Água (PNCDA) Programa de Modernização do Setor Saneamento (PMSS) Sumário 1. Introdução ..............................................................................................................................13 2. Princípios de metrologia .........................................................................................................15 2.1 Erros de medida ...............................................................................................................15 2.1.1 Padrão primário para medidas de vazão ...............................................................15 2.1.2 Padrão primário para medidas de pressão ............................................................16 2.2 Calibração .......................................................................................................................16 2.3 Exatidão ............................................................................................................................16 2.3.1 Exatidão expressa como EMA referido ao fundo de escala (f.e.) ...........................16 2.3.2 Exatidão expressa como EMA referido ao valor instantâneo (v.i.) ...........................17 2.4 Largura de faixa ou rangeabilidade ..................................................................................17 3. Medidores de vazão ...............................................................................................................18 3.1 Medidores velocimétricos ..................................................................................................20 3.1.1 Medidores Woltmann ..............................................................................................20 3.1.1.1 Medidores Woltmann verticais ..........................................................................20 3.1.1.2 Hidrômetro Woltmann horizontal ......................................................................21 3.1.1.3 Principais características dos medidores Woltmann .........................................22 3.1.2 Medidores de Turbina ou Hélice ..............................................................................22 3.1.3 Medidores compostos ............................................................................................23 3.1.4 Medidores proporcionais ou “Shunt” .......................................................................24 3.1.5 Características construtivas dos macromedidores velocimétricos .........................25 3.1.6 Características de precisão e dimensionamento ...................................................25 3.1.6.1 Hidrômetros Woltmann .....................................................................................25 3.1.6.2 Hidrômetro de turbina ou hélice ......................................................................26 3.1.6.3 Medidores de microturbina ..............................................................................28 3.1.7 Observações gerais quanto aos medidores velocimétricos ...................................30 3.2 Macromedidores deprimogêneos ....................................................................................31 3.2.1 Placa de orifício ......................................................................................................32 3.2.2 Tubos Venturi ...........................................................................................................33 3.2.3 Tubo Pitot .................................................................................................................35 3.3 Medidores eletrônicos ......................................................................................................36 3.3.1 Macromedidores magnéticos ................................................................................36 3.3.2 Sondas magnéticas ................................................................................................38 3.3.3 Macromedidores ultra-sônicos ................................................................................39 3.3.3.1 Medidores de efeito doppler ...........................................................................40 3.3.3.2 Medidores de Tempo de Trânsito .....................................................................40 3.4 Medidores volumétricos .....................................................................................................42 3.4.1 Medidores de disco nutativo ...................................................................................43 3.4.2 Medidores de pistão oscilante ................................................................................43 3.4.3 Medidores de engrenagem ...................................................................................44 3.4.4 Características dos medidores volumétricos ..........................................................44 3.5 Calhas Parshall ...................................................................................................................45 3.5.1 Principais dimensões ...............................................................................................46 3.5.2 Equação típica .......................................................................................................48 3.5.3 Exatidão ..................................................................................................................48 3.5.4 Vantagens ...............................................................................................................49 3.5.5 Desvantagens .........................................................................................................49 4. Medidores de pressão ............................................................................................................50 4.1 Manômetros de coluna – tubo “U” ....................................................................................51 4.1.1 Procedimentos de cálculo ......................................................................................52 4.2 Manômetros mecânicos ..................................................................................................53 4.3 Medidores de pressão eletrônicos .....................................................................................54 4.3.1 Medidor de pressão com sensor capacitivo ............................................................54 4.3.2 Medidor de pressão com sensor piezo resistivo ......................................................54 4.3.3 Medidor de pressão com sensor piezo elétrico de cristal .......................................55 5. Medição de diferencial de pressão .......................................................................................56 5.1 Obtenção de pressão diferencial com sensor de foles opostos .......................................56 5.2 Obtenção de pressão diferencial com sensor capacitivo ................................................57 5.3 Obtenção de pressão diferencial com sensor de silício ressonante .................................58 6. Medição de nível ....................................................................................................................59 6.1 Visores de nível ..................................................................................................................59 6.2 Medição de nível com flutuadores ...................................................................................59 6.3 Medição de nível por borbulhamento ..............................................................................60 6.4 Medição de nível com sensor ultra-sônico ........................................................................61 7. Calibração de macromedidores ...........................................................................................62 7.1 Calibração de medidores de vazão deprimogêneos ......................................................62 7.1.1 Procedimentos e recomendações para calibração de deprimogêneos em campo com tubo Pitot .....................................................................................62 7.1.2 Cálculos para obtenção dos pares q e ∆p ............................................................64 7.2 Aferição em campo de macromedidores velocimétricos ...............................................66 7.2.1 Aferição com vazões instantâneas .........................................................................66 7.2.1.1 Análise dos desvios ...........................................................................................67 7.2.2 Aferição com registro de volume ...........................................................................68 7.2.2.1 Análise dos Dados ............................................................................................68 7.3 Aferição de macromedidores magnéticos .......................................................................70 7.4 Aferição de calhas Parshall ................................................................................................70 7.4.1 Procedimentos e recomendações para o ensaio de calha Parshall .....................71 A) Determinação de vazão ...........................................................................................71 B) Determinação de H e H2 ..........................................................................................72 Macromedição 14 Medidores de pressão: Os medidores de pressão mais utilizados, seus princípios de funcionamento e detalhes de utilização são evidenciados. Medidores de diferencial de pressão: Pela sua importância, estes medidores e suas características de funcionamento são apresentados neste capítulo com destaque. Medidores de nível: Neste capítulo encontram-se descritos tipos de medidores utilizados para medição e controle de nível, e seus princípios de funcionamento. Aferição e calibração de macromedidores: Neste tópico estão abordados os procedimentos utilizados para aferição dos macromedidores de vazão e pressão. Em vários tópicos mencionam-se os levantamentos pitométricos (medição de vazão com tubo Pitot) assunto este tratado num Guia Prático específico ao qual se recomenda que seja consultado. Neste sentido, as práticas de pitometria devem ser vistas como uma parte importante da macromedição, na ausência de mecanismos mais fáceis e confiáveis para a calibração de medidores de grande porte nos sistemas de abastecimento de água. Cláudia Monique Frank de Albuquerque Coordenadora Técnica do Programa Nacional de Combate ao Desperdício da Água Ministério das Cidades 15 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água 2. Princípios de metrologia Antes de iniciar a descrição dos equipamentos utilizados em macromedição, é de suma importância o entendi- mento de alguns conceitos relacionados ao desempenho de equipamentos de medição de uso comum no sanea- mento, visando à confiabilidade dos dados fornecidos e posterior interpretação e utilização dos mesmos. 2.1 Erros de medida O erro de medida expressa o desvio que o valor indicado pelo instrumento de medição apresenta com relação ao valor real da grandeza que é medida. Podem-se definir dois tipos distintos de erros: Erro absoluto de medição: É o resultado do valor de uma medição menos o valor real do parâmetro medido. Erro relativo: É o resultado da divisão entre o erro absoluto de medição pelo valor real do parâmetro medido. O erro relativo, também chamado de desvio, é o mais utilizado. O valor real do parâmetro é determinado por instrumentos ou sistema de medição que seja amplamente reconhecido como tendo as mais altas qualidades metrológicas e cujo valor é aceito como referência. O instrumento ou método de medição com estas características pode ser denominado de Padrão Primário ou Sistema Primário de Medição. 2.1.1 Padrão primário para medidas de vazão Considera-se como padrão primário para medidas de vazão a relação volume sobre tempo, sendo o volume expresso pelo peso de determinado recipiente cheio de líquido em determinada densidade. Este padrão primário é utilizado nos laboratórios de calibração e certificação de macromedidores de vazão. Pode-se imaginar que para calibração de macromedidores de grande diâmetro são necessários grandes volumes e, portanto os recipientes para realização destes ensaios são tanques de grandes dimensões. Além dos tanques. são necessárias balanças de grande precisão para a determinação do peso da massa líquida. Por este motivo, como já mencionado, estes equipamentos só existem em laboratórios especiais. Macromedição 16 Na impossibilidade de proceder a aferições e calibrações de instrumentos em laboratórios e considerando que muitos dos instrumentos utilizados em saneamento para medição de vazão, além de grandes dimensões, têm características de precisão associadas ao seu ponto de instalação, utilizamos neste guia a determinação de vazão por técnicas de pitometria como sendo o processo de medição que serve de referência na determinação de vazão (Padrão Primário). 2.1.2 Padrão primário para medidas de pressão O processo padrão primário considerado neste manual para referenciar medições de pressão é a balança de peso morto. Este equipamento que será descrito em item específico é largamente utilizado e reconhecido mundialmente. 2.2 Calibração Calibração de um instrumento é um conjunto de operações que estabelece, sob condições específicas, a relação entre os valores indicados por um instrumento de medição considerado padrão de referência e o instrumento a ser calibrado. O processo de calibração resulta no estabelecimento dos valores e na indicação de correções a serem aplicadas ao instrumento calibrado. Equivale ao termo Aferição, mais comumente utilizado no saneamento. 2.3 Exatidão Representa a possibilidade de erro esperado na medição da grandeza, sendo um erro inerente ao processo de medi- ção utilizado. A exatidão pode ser expressa em classes de EMA (erro máximo admissível), seja em relação ao valor medido, ou, como preferem muitos fabricantes, em relação ao fundo de escala (a capacidade máxima do aparelho). 2.3.1 Exatidão expressa como EMA referido ao fundo de escala (f.e.): Expressa o percentual máximo admitido de erro relacionado ao fundo de escala, assim, por exemplo, um medidor de vazão com escala variando de 0 e 400 m³/h e EMA de mais ou menos 2 % do fundo de escala (2 % f.e.), admite um erro de mais ou menos 8 m³/h em qualquer ponto do intervalo de medição (8 m³/h = 2 % de 400 m³/h). 19 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água a) Medidores velocimétricos Equipamentos no qual o elemento primário percebe a vazão em termos de velocidade. O elemento secundário destes medidores é um conjunto de engrenagens no qual a velocidade é contabilizada de forma a ser expressa em volume. Alternativamente, o medidor velocimétrico pode possuir um elemento secundário que converte a velocidade em pulsos, os quais devidamente contados podem ser convertidos em volume ou vazão quando considerado o tempo. Pertencem a esta família os medidores do tipo: • Woltmann; • Turbina ou turboélice • Microturbinas b) Medidores deprimogêneos Equipamentos no qual o elemento primário percebe a vazão em termos de diferencial de pressão. O diferencial de pressão, por sua vez, é associado com a velocidade do fluido, segundo a equação de Bernoulli. O elemento secun- dário destes equipamentos deve converter diferencial de pressão em valores de leitura convenientes. Pertencem a esta família os medidores do tipo: • Tubo Pitot • Tubo Venturi • Placas de orifício c) Medidores eletrônicos Equipamentos no qual a vazão é convertida em impulsos elétricos. Pertencem a esta família, dentre outros, os seguintes tipos de medidores: • Magnéticos • Ultra-sônicos • Vórtice Macromedição 20 d) Medidores volumétricos Equipamentos no qual a vazão é determinada pelo número de vezes em que é preenchida uma câmara de volume conhecido. e) Medidores de canal aberto Equipamentos nos quais a vazão é relacionada à perda de energia (ressalto hidráulico), expressa em altura de coluna de água. Pertencem a esta família, entre outros, os seguintes medidores: • Calha Parshall • Vertedores A seguir serão apresentadas as características dos medidores mencionados. 3.1 Medidores velocimétricos Baseiam-se em um rotor de várias pás montadas em ângulos (turbinas), diretamente ou perpendicularmente ao fluxo. A ve- locidade de rotação da turbina é proporcional à vazão. A seguir apresentam-se os modelos mais utilizados em saneamento: 3.1.1 Medidores Woltmann Recebem esta denominação em homenagem ao Eng. Reinhard Woltmann que em 1790 introduziu o uso de molinetes nas medições de rios e canais. O medidor do tipo Woltmann tem seu funcionamento baseado num “molinete” ou turbina instalado dentro de um conduto fechado, atuando o fluxo na direção axial em relação ao eixo do molinete. Temos duas subclasses de medidores Woltmann: 3.1.1.1 Medidores Woltmann verticais Possuem o eixo da turbina perpendicular ao eixo da tubulação onde está instalado. Como característica destaca-se que o fluxo ao atravessar o medidor é obrigado a fazer um movimento em forma de “S”, fenômeno este que gera 21 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água um momento sobre o eixo. Este esforço em medidor mal dimensionado causa o desgaste prematuro das partes de apoio da turbina e seu eixo. Figura 1 – Vista em corte – medidor Woltmann vertical Temos também um tipo especial de hidrômetro Woltmann vertical, cuja carcaça forma um ângulo reto entre a entrada e saída do aparelho. Este hidrômetro é especificado para a utilização em poços. Figura 2 – Hidrômetro Woltmann vertical para poços 3.1.1.2 Hidrômetro Woltmann horizontal Nestes medidores o eixo da turbina é paralelo ao eixo da tubulação. Aparelhos de maior capacidade possuem a característica de poder ser removido seu kit de medição sem a retirada da carcaça da tubulação. Macromedição 24 Principais características do medidor composto: • Utilização para ramais de consumo de grandes volumes com grande variação de vazão. • O volume registrado pelo aparelho é a soma dos volumes registrados nos dois medidores. • Necessidade de manutenção periódica na válvula de controle de fluxo. 3.1.4 Medidores proporcionais ou “Shunt” Seu princípio de medição baseia-se na proporcionalidade existente entre a quantidade de água que atravessa uma tubulação principal e a que atravessa uma derivação onde existe um medidor de pequena capacidade. Figura 6 – Medidor proporcional Principais características do medidor proporcional: • Geralmente é utilizado para medições de volumes não contínuos como o abastecimento de embarcações e irrigação, por ser de fácil transporte e instalação. • Custo reduzido. • Precisão baixa. • É uma importante alternativa para medições de baixo custo, porém necessitando de aferições periódicas mais freqüentes. 25 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água 3.1.5 Características construtivas dos macromedidores velocimétricos Em geral os macromedidores velocimétricos permitem a transmissão de sinais para indicadores situados a dis- tância do ponto de instalação. Por este fato, alguns aparelhos não possuem mostrador incorporado ao medidor. Dependendo da capacidade do medidor, a indicação de sua relojoaria deve ser multiplicada por 10 ou 100. Caso haja esta necessidade, há esta indicação no mostrador do equipamento. Obs.: Esta é uma característica de suma importância no processo de leitura para fins de faturamento. Inconsistên- cias podem surgir a partir da seguinte dúvida: o leiturista deve anotar a leitura já multiplicada pelo fator ou esta multiplicação é realizada pelo sistema comercial? 3.1.6 Características de precisão e dimensionamento 3.1.6.1 Hidrômetros Woltmann O gráfico a seguir apresenta a curva típica de erro dos medidores velocimétricos do tipo Woltmann. Nota-se que é semelhante à curva de erro dos medidores domiciliares. Figura 7 – Curva típica de erros dos medidores Woltmann Pode-se observar que é característica deste tipo de medidores a existência de dois campos de medição: • Campo inferior de medição: intervalo das vazões compreendidas entre a vazão mínima e a vazão de transição para o qual a medição pode apresentar erros situados entre +/– 5 % do valor instantâneo (v.i.). Macromedição 26 • Campo superior de medição: intervalo de vazões superiores a de transição até a vazão de sobrecarga para o qual a medição apresenta erro admissível de +/– 2 % v.i. Observando a curva de erro apresentada, pode-se definir como critérios básicos para dimensionamento de medido- res velocimétricos Woltmann as seguintes considerações: O medidor deve ser dimensionado de maneira a funcionar sempre nas vazões do campo superior de medição. É aconselhável que a vazão máxima de funcionamento seja próximo a 70 % da vazão nominal, evitando-se assim desgaste excessivo do aparelho. Deve-se observar que, por definição, a vazão de sobrecarga somente pode ser atingida durante curto período de tempo, sob risco de se danificar o mecanismo de medição. 3.1.6.2 Hidrômetro de turbina ou hélice Estes medidores apresentam como característica de funcionamento o desvio de medição de +/– 2 % no intervalo de velocidades de escoamento de 0,3 m/s a 3,0 m/s. Figura 8 – Curva típica de erro do hidrômetro de hélice 29 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água Figura 10 – Curva de velocidades em uma tubulação É fácil compreender que, dependendo do ponto de penetração do equipamento, a velocidade medida não representa a velocidade média da secção. Caso uma seção aleatória seja utilizada para a obtenção da vazão (Vazão = Velocidade x Área), erros grosseiros podem ser cometidos. No caso de uma curva de velocidades que tenha perfil perfeitamente simétrico e parabólico, pode-se determinar teoricamente que o ponto situado a 0,7 do raio, medido a partir do eixo central da tubulação, representa a velocidade média. Porém, estas condições de curva de velocidade dificilmente são atingidas em situações reais de campo. As recomendações sobre o ponto de instalação (penetração) do equipamento feitas pelos fabricantes estão baseados nesta premissa de curva ideal. Figura 11 – Ponto representativo da velocidade média (em condições especiais) A distribuição de velocidades simétricas é observada somente quando existe trecho reto relativamente grande antes do ponto de levantamento da curva de velocidades na seção (da ordem de 30 a 100 vezes o diâmetro da tubulação). Pelas razões expostas, a instalação deste tipo de medidor deve ser precedida de rigoroso levantamento do perfil da curva de velocidades no local de instalação e somente após criteriosa análise do perfil de velocidades escolher-se o ponto de instalação/inserção do equipamento. Macromedição 30 3.1.7 Observações gerais quanto aos medidores velocimétricos • Presença de impurezas. Os medidores do tipo Woltmann são sensíveis à presença de partículas sólidas no líquido, portanto são extremamente desaconselháveis para medições em água bruta. • Influência do golpe de aríete. Medidas precisas de vazão em líquidos somente são possíveis para escoamento estacionário. Em uma rede de abastecimento ocorrem acelerações e desacelerações repen- tinas, resultando na formação e propagação de ondas de choque. O fechamento brusco de uma válvu- la, a partida e a parada de bombas pode resultar nesta onda de choque – o golpe de aríete – com uma conseqüente sobrecarga sobre os componentes do medidor e, depois de repetidas sobrecargas, desgaste prematuro do aparelho. • Facilidade para montagem/desmontagem. Cuidados especiais devem ser tomados no sentido de facilitar a instalação e retirada de aparelhos de grande diâmetro. Aconselha-se a utilização de juntas Gibault ou me- cânicas a montante e a jusante do aparelho. Da mesma forma, aconselha-se abrigos de dimensões adequadas para permitir o manuseio dos aparelhos. • Condições de manutenção. Medidores velocimétricos exigem manutenção e verificação constante de seus mecanismos móveis (no mínimo a cada ano). Para possibilitar sua desmontagem, devem ser instalados válvulas e registros que permitam seu isolamento da linha. É comum a existência de medidores velocimé- tricos que, pela forma como foram instalados, dificulta ou impede sua manutenção, dada a necessidade de parada total do sistema e esvaziamento de redes, adutoras e mesmo reservatórios. Por esta razão é altamente recomendado que medidores velocimétricos sejam instalados em linhas providas de “by-pass”, de modo a assegurar sua manutenção sem necessidade de paralisar o funcionamento da linha. • Instalação e manutenção com a linha em carga. Alguns modelos de medidores velocimétricos de hélice permitem sua instalação e posterior manutenção com a tubulação em carga, sendo esta uma grande vantagem destes modelos. 31 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água 3.2 Macromedidores deprimogêneos A melhor forma de compreender o funcionamento dos medidores deprimogêneos é pela aplicação da Equação de Bernoulli entre dois pontos, entre os quais tenha sido inserida uma perda de carga. Va + Pa + Za = Vb + Pb + Zb + ∆Hf 2g γ 2g γ Supondo-se que os pontos A e B tenham a mesma cota e estejam suficientemente próximos, a diferença de pressão entre eles será proporcional apenas à diferença de velocidades médias do fluxo em A e B. Nos medidores deprimogêneos, a determinação do volume de fluido que atravessa uma secção conhecida é feita por meio da medição do diferencial de pressão entre dois pontos. A equação de Bernoulli foi formulada considerando velocidades médias nas seções transversais. Entretanto, como já foi visto, cada seção distinta de uma tubulação pode apresentar variações em sua curva de velocidades. Por esta razão, deve-se aplicar coeficientes de correção à equação de Bernoulli quando se utiliza medidores deprimogêneos. Estes coeficientes de correção são determinados em laboratório, em geral sendo motivo de exaustivos ensaios. Com a aplicação do coeficiente de correção, formula-se a equação geral dos medidores deprimogêneos: Macromedição 34 Figura 13 – Diferentes modelos de tubos Venturi Analogamente às placas de orifício, os tubos Venturi têm os valores de sua constante “K” tabeladas em acordo com suas dimensões e formas de construção. A constante de um tubo Venturi pode ser determinada em campo por meio das técnicas de pitometria. Instalação Tubos Venturi são instalados como qualquer outra peça de tubulação, podendo ser flangeados ou, na instalação em tubulações existente, entre juntas de montagem (gibault, mecânicas ou mesmo luvas de correr). O tubo Venturi é menos sensível ao perfil de velocidades da seção. Mesmo assim, deve ser instalado com os seguintes afastamentos de peças que podem causar turbulência no fluxo: PEÇA A MONTANTE MONTANTE JUSANTE Uma só mudança de direção (curva, T, Y) 4 D 2 D Duas mudanças de direção no mesmo plano (duas curvas) 4 D 2 D Redução ou Ampliação 8 D 2 D Válvula (excetuando registro de gaveta totalmente aberto) 6 D 2 D Vantagens • Não necessita de manutenção; • Apresenta grande exatidão quando corretamente dimensionado. 35 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água Desvantagens • Necessita de equipamentos acessórios (secundário) para detecção e registro dos diferenciais de pressão; • Apresenta reduzida rangeabilidade (largura de faixa). Precisão do tubo Venturi Analogamente às placas de orifício, a exatidão de tubos Venturi está diretamente relacionada ao seu projeto e cuidados construtivos, variando de valores de 1 % f.e. até 4 % v.i.. 3.2.3 Tubo Pitot O tubo Pitot é um instrumento deprimogêneo com a característica de medição de velocidades pontuais. Por esta razão, as mesmas considerações feitas para o medidor de microturbina são aplicáveis ao tubo Pitot. Assim, as técnicas de pitome- tria envolvem varias ações, desde a determinação do diâmetro real da tubulação até o traçado da curva de velocidades. Figura 14 – Tubo Pitot As técnicas de determinação de velocidades e realização de ensaios com este instrumento foi motivo de um ma- nual específico denominado Guia Prático de Ensaios Pitométricos, também patrocinado pelo PMSS e PNCDA, disponível no site www.cidades.gov.br/pncda. É importante ressaltar que pelas características de operação deste equipamento e baixo custo, ele é utilizado como equipamento de referência para aferições e calibrações de diversos tipos de macromedidores, permitindo avaliar diversos fatores que afetam a precisão de equipamentos de medição em funcionamento no campo, quais sejam: Macromedição 36 • Presença de ar na tubulação; • Verificação do pleno enchimento da tubulação; • Levantamento do perfil de velocidades na tubulação. 3.3 Medidores eletrônicos Estes medidores são caracterizados pela presença de componentes eletrônicos bastante desenvolvidos como base de seus sistemas de medições. 3.3.1 Macromedidores magnéticos O princípio básico dos medidores magnéticos é semelhante ao de um gerador elétrico. De acordo com as leis de Faraday, o movimento de um fluido condutor atravessando um campo magnético induz uma tensão na direção normal à do campo magnético e à direção média das partículas do fluido. De acordo com Faraday, a tensão induzida por um condutor em movimento num campo magnético é dada pela seguinte fórmula: t = B × L × V Onde: t = Tensão B = Densidade do fluido L = Distância entre os eletrodos V = Velocidade do fluido Figura 15 – Princípio de funcionamento macromedidor de vazão magnético 39 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água Figura 17 – Aspecto da sonda magnética Estas sondas são instaladas em registros de derivação de 1” (taps), com a tubulação em carga. As mesmas observações feitas quanto ao perfil da curva de velocidades para o medidor de microturbina devem ser consideradas quando da utilização da sonda magnética. Vantagens • Medidores magnéticos apresentam grande exatidão; • Seu custo independe do diâmetro da tubulação; • Baixo custo de instalação. Desvantagens • Grande cuidado deve ser dado à instalação elétrica e aterramento do medidor; • Necessita de fonte de energia próxima. 3.3.3 Macromedidores ultra-sônicos Em 1842, Christian Doppler descobriu que se uma fonte de som se move em direção ao ouvinte, a freqüência do som parecerá mais alta para ele. Se a fonte de som se move afastando-se do ouvinte, a freqüência sonora parecerá mais baixa. Figura 18 – Aspecto de um medidor ultra-sônico Macromedição 40 Este princípio é utilizado pelos medidores ultra-sônicos, em duas formas distintas. 3.3.3.1 Medidores de efeito doppler O efeito doppler se dá pela variação de freqüência que ocorre quando as ondas de som são refletidas pelas partículas móveis do fluido. Por esta razão, estes instrumentos são mais adequados para medir vazão de fluidos que contenham partículas capazes de refletir ondas acústicas, como água bruta, por exemplo. Figura 19 – Funcionamento de um medidor de efeito doppler A velocidade do fluido é obtida mediante uma relação direta entre a freqüência do som que é emitido e o que é captado. Em geral utiliza-se a freqüência de 0,6 a 1,2 MHz. 3.3.3.2 Medidores de Tempo de Trânsito Nestes medidores, um transdutor-emissor-receptor de ultra-sons é fixado à parte externa do tubo, ao longo de duas geratrizes diametralmente opostas. O eixo que reúne os emissores-receptores forma com o eixo da tubulação um determinado ângulo X. Figura 20 – Funcionamento de um medidor de tempo de trânsito 41 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água Os transdutores transmitem e recebem alternadamente um trem de ondas ultra-sônicas de pequena duração. O tempo de transmissão-recepção é alterado em função da velocidade do líquido conforme a equação abaixo: 1 / T = Vs – Vl × cos (X) L Onde: T = Tempo de transmissão-recepção Vs = Velocidade do som Vl = Velocidade média do líquido L = Distância entre os sensores As características de propagação e absorção de som variam conforme os materiais. Por esta razão, os diferentes materiais utilizados em tubulações exigem ajustes específicos no instrumento. Da mesma forma, a presença de incrustações nas tubulações altera as características de propagação de som. A perfeita caracterização da espessura do tubo e a existência de incrustações são necessárias para o correto ajuste do equipamento sob pena de afetar a precisão das medidas em até 20 %. Os medidores ultra-sônicos são bastante afetados pela conformidade da curva de velocidades, exigindo sua instalação distâncias de 20 a 30 vezes o diâmetro da tubulação de qualquer interferência. São instalados externamente à tubulação, devendo as superfícies de contato dos eletrodos serem raspadas, removendo-se incrustações. Os modelos utilizados atualmente incorporam no mesmo instrumento tanto medições pelo princípio do efeito doppler quanto pelo princípio de tempo de trânsito, podendo assim ser instalado nas seguintes configurações: Macromedição 44 3.4.3 Medidores de engrenagem Neste medidor, um conjunto de engrenagens é montado de forma que o fluxo force sua movimentação. O número de rotações das engrenagens é proporcional ao volume de fluido escoado. Figura 25 – Medidor volumétrico de engrenagens Este tipo de medidor volumétrico é muito utilizado na medição de fluidos viscosos. Em geral é utilizado nas bombas de combustível. 3.4.4 Características dos medidores volumétricos Pelas características de funcionamento destes medidores, são sensíveis à presença de partículas sólidas no fluido, que causam desgaste por abrasão da câmara de medição e, dependendo de suas dimensões, pode provocar o travamento do mecanismo. Os medidores volumétricos apresentam grande exatidão, decrescente com o tempo, na medida em que haja o desgaste e folgas na câmara de medição. Medidores volumétricos podem ser instalados em qualquer posição na tubulação e, por não dependerem de interferência do perfil de velocidades na seção, não necessitam do distanciamento de qualquer peça. Exatidão Medidores volumétricos apresentam EMA típico de 0,5 % v.i., sendo influenciada diretamente pela presença de partículas sólidas no fluido. 45 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água Vantagens • Apresentam grande exatidão • Não necessitam de fornecimento externo de energia • Podem ser instalados em qualquer posição e na ausência de trechos retos e/ou com interferências. Desvantagens • Necessitam de equipamentos acessórios para indicação de vazão instantânea; • Necessitam de líquidos limpos com ausência de partículas sólidas; • Causam grande perda de carga; • Custo elevado de manutenção (substituição de toda a câmara de medição); • Poucas experiências de utilização no Brasil. 3.5 Calhas Parshall Dentre os medidores de canal aberto. o mais utilizado no saneamento é, sem dúvida, a calha Parshall. Este equipamento foi desenvolvido por R. L. Parshall, em cooperação com o Departamento de Irrigação dos Estados Unidos. A calha Parshall é um tipo de Venturi, consistindo em um canal de entrada com convergência das paredes e base; uma garganta com paredes paralelas e base inclinada para baixo e um canal de saída com paredes divergentes e base inclinada para cima. Figura 26 – Conformação de uma calha Parshall Macromedição 46 Na grande maioria das Estações de Tratamento de Água projetadas e construídas no Brasil, quase que por exigência, a medição de água bruta é realizada por este medidor. Embora existam no mercado empresas especializadas no projeto e execução de calhas Parshall, muitos equipamentos existentes foram moldados em campo, em geral aproveitando-se a execução do canal de entrada da adução da estação de tratamento inserindo-a como uma continuação das paredes do mesmo. Este instrumento de medição é bastante confiável e de baixo custo. Com os cuidados devidos relativos à sua aferição e calibração, oferece bons índices de precisão, em geral não apresentando variações ao longo no tempo. Entretanto, reco- menda-se proceder à aferição de rotina a cada ano e ao levantamento completo da curva de medição a cada três anos. 3.5.1 Principais dimensões O esquema e tabela a seguir descrevem as principais dimensões deste medidor, conforme padronizado e ensaiado pelo seu criador. As dimensões originais referem-se a medidas inglesas, as quais foram aqui convertidas. A denominação da calha, por convenção, é realizada através da medida da garganta, em geral sendo referenciada em polegadas, na tabela expressa com a denominação Wn. Figura 27 – Características dimensionais da calha Parshall, segundo Parshall 49 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água ocorridas a jusante do medidor se propagam a montante. Nestas condições, a calha Parshall é denominada de afogada e a vazão real será inferior àquela que se obteria pelo emprego da fórmula Q = K x Hn. Para a determinação da vazão em calhas afogadas, será necessária e indispensável a aplicação de um fator de correção. Obstáculos ou falta de declividade a jusante são causas freqüentes de afogamento das calhas. 3.5.4 Vantagens • Não necessitam de fornecimento externo de energia; • São equipamentos de baixo custo; • Não necessitam de manutenção freqüente, limitando-se à limpeza de seus canais; • Permitem a medição de líquidos com sólidos dissolvidos. 3.5.5 Desvantagens • Necessitam da existência de canais de entrada nas Estações de Tratamento de Água. Macromedição 50 4. Medidores de pressão A pressão é expressa como sendo a relação entre a força exercida perpendicularmente a uma superfície e a área desta superfície. A pressão pode ser expressa de duas formas: • Pressão absoluta, onde o ponto de referência (zero da escala) representa a ausência total de pressão, ou vácuo. • Pressão relativa, onde o ponto de referência (zero da escala) é o valor da pressão atmosférica local. Figura 28 – Pressões absolutas e relativas 51 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água Várias unidades são utilizadas para representar a pressão, sendo as principais descritas a seguir: 1 kgf/cm2 corresponde a: = 0,9807 bar = 73,56 cm de Hg = 10.000 kgf/m2 = 98066,5 Pa = 14,2233 psi = 0,96784 atm = 10 mca Há vários tipos de medidores de pressão, de acordo com seu princípio de funcionamento. A mais simples forma de medição de pressão é o manômetro de coluna, dentre os quais se destaca o tubo “U”. 4.1 Manômetros de coluna – tubo “U” O manômetro de coluna consiste de um tubo de vidro, em geral na forma de “U”, contendo em seu interior um líquido com densidade específica para cada aplicação – líquido pitométrico ou manométrico. Quando se deseja medir pressão absoluta, em uma das extremidades do tubo faz-se o vácuo, sendo no outro extremo aplicada a pressão que se deseja medir (Figura 29-A). Quando se deseja medir a pressão manométrica, uma das extremidades do tubo é aberta (pressão atmosférica) sendo na outra extremidade aplicada a pressão a medir (Figura 29-B). Para medição de pressão diferencial, em ambos os extremos do tubo são aplicadas pressões, sendo a deflexão observada a medida do diferencial (Figura 29-C). Macromedição 54 4.3 Medidores de pressão eletrônicos Em geral, medidores de pressão eletrônicos são também equipamentos de transmissão de pressão, incorporando em sua eletrônica a emissão de sinais na forma de tensão, corrente freqüência e outros. 4.3.1 Medidor de pressão com sensor capacitivo O princípio de funcionamento deste tipo de medidor é a proporcionalidade existente entre a pressão aplicada e a variação da capacitância de um capacitor eletrônico onde uma das placas é móvel. Figura 32 – Sensor de pressão do tipo capacitivo 4.3.2 Medidor de pressão com sensor piezo resistivo Os sensores piezo resistivos (strain gages) são fabricados usando materiais resultantes do desenvolvimento dos semicondutores. Podem ser denominados também de sensores de estado sólido, sensores monolíticos ou sensores de silício. Este sensor apresenta como princípio de medição a variação de resistência que o material semicondutor apresenta quando sofre deformações. São construídos utilizando resistores em configuração tal que, aplicando-se pressão, 55 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água um conjunto de resistores apresenta queda de resistência elétrica enquanto outro apresenta aumento de resistência elétrica. Figura 33 – Manômetros piezo resistivos 4.3.3 Medidor de pressão com sensor piezo elétrico de cristal Em 1880, Pierre e Jacques Courie descobriram que determinados cristais geram cargas elétricas quando submeti- dos à pressão. Este é o princípio de funcionamento destes equipamentos. O cristal é submetido à pressão do meio e responde com a geração de pequenas cargas elétricas. Figura 34 – Manômetros piezo elétricos Macromedição 56 5. Medição de diferencial de pressão A medição do diferencial de pressão é de suma importância quando se utiliza macromedidores deprimogêneos. A estrutura interna de um sensor de pressão diferencial é muito semelhante à dos sensores apresentados anteriormente, considerando-se que nestes sensores uma ou mais placas são expostas a pressões, como forma de estabelecer as suas diferenças. 5.1 Obtenção de pressão diferencial com sensor de foles opostos A medição do diferencial de pressão neste tipo de sensor é determinada por meio da deformação de dois foles opostos. O espaço entre os dois foles é preenchido com óleo para evitar que sejam danificados quando submetidos a grande pressão estática. Cada fole situa-se em uma câmera estanque. A pressão diferencial aplicada desloca os foles, movendo um eixo de transmissão, cuja movimentação é registrada em gráfico ou convertida em sinal de tensão ou corrente. Figura 35 – Princípio de funcionamento da célula de foles opostos 59 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água 6. Medição de nível Existe atualmente grande variedade de equipamentos medidores de nível. Serão apresentados neste Guia os mais utilizados em saneamento básico. 6.1 Visores de nível Sistema de construção mais simples. Consiste em um tubo de vidro ou outro material transparente colocado diretamente na parede do reservatório, podendo conter ou não uma bóia indicativa. Figura 39 – Exemplos de visores de nível 6.2 Medição de nível com flutuadores Neste sistema uma bóia flutuante transmite seu movimento através de sistemas de roldanas a um indicador situado externamente ao reservatório. É um medidor de nível extremamente simples e muito utilizado em saneamento. Cuidados devem ser tomados na escolha do ponto de instalação para que não haja obstáculos na trajetória da bóia e do cabo do indicador. Macromedição 60 Figura 40 – Medidor de nível com flutuador Observa-se neste tipo de medidor, conforme mostrado na ilustração, que a indicação de nível é inversa, ou seja, o indicador sobe quando o nível do reservatório baixa e vice-versa. Pode-se corrigir esta inversão utilizando-se um jogo de engrenagens junto às polias do cabo. 6.3 Medição de nível por borbulhamento Esta é uma maneira fácil e de baixo custo de medir o nível de reservatórios. Imagine a seguinte experiência: insira um canudo, destes que usamos para tomar refrigerante, dentro de uma vasilha com água. Logo após a inserção do canudo, observe que ele se completa com a água até o nível da mesma na vasilha. Agora comece a soprar lentamente o canudo. Observe que lentamente será expelida a água de dentro do canudo até que se inicie um borbulhamento. Isto significa que o sopro está aumentando a pressão do ar dentro do canudo e à me- dida que esta vai aumentando, vai vencendo a pressão da coluna de água, até que toda a água é expulsa do canudo. Neste ponto, a pressão que se está soprando no canudo equivale à pressão da coluna de água no fim do canudo. Esta simples experiência demonstra o funcionamento do medidor de nível por borbulhamento, que consiste de um tubo alimentado com ar comprimido, com sua extremidade aberta no nível inferior do reservatório. Recomenda-se que a pressão seja ajustada de maneira que sejam criadas bolhas na freqüência de duas por segundo. 61 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água Figura 41 – Sistema de medição de nível por borbulhamento 6.4 Medição de nível com sensor ultra-sônico O sistema de medição de nível por ultra-som é baseado na medição do tempo entre a emissão de uma onda sonora e seu retorno, após a mesma ter refletido em uma determinada superfície. Figura 42 – Medidor de nível por ultra-som Deve-se cuidar para que o sensor utilizado possua compensação de temperatura. A velocidade de propagação do som no ar varia em função da temperatura na ordem de 0,607 m/s/ºC. Outro cuidado na instalação deste tipo de medidor é que a superfície deve apresentar-se plana, ou seja, sem grandes ondulações, o que causaria o falseamento na reflexão das ondas sonoras, podendo interferir no funcionamento do equipamento. Macromedição 64 4 (quatro) curvas de velocidades, preferencialmente em condições de vazões extremas (mínima e máxima ensaiada), observando a correta adoção dos procedimentos pitométricos. 7.1.2 Cálculos para obtenção dos pares q e ∆p A vazão por meio do Pitot é obtida conforme os cálculos descritos no Guia Prático de Ensaios Pitométricos. Os valores de ∆P são obtidos através da média das deflexões observadas no tubo “U” instalado nas tomadas de alta e baixa pressão do medidor ensaiado, a cada vazão testada, através da aplicação da seguinte fórmula: ∆Pi = Hi x (Dliq – 1) / 100 Sendo: ∆Pi = Pressão diferencial em mca Hi = Média das deflexões observadas no ensaio (em milímetros) Dliq = Densidade do líquido manométrico utilizado O valor de “K” é obtido através do somatório dos termos × )(Q ii dividido pelo somatório dos diferenciais de pressão obtidos nas vazões ensaiadas, de acordo com a seguinte fórmula: ∑ ∑ ×= )(QK ii Onde: K = Constante calculada Qi = Vazões ensaiadas ∆Pi = Diferencial de pressão Com o valor obtido de K deve-se calcular a vazão (denominada de vazão calculada) para cada diferencial de pressão obtido em ensaio. 65 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água A vazão calculada deve ser comparada à vazão medida pelo tubo Pitot utilizando-se a seguinte fórmula: DESVIO = QMEDIDA - QCALCULADA × 100 QMEDIDA Valores de desvios superiores a 4 % devem ser descartados, procedendo-se novamente ao cálculo da constante “K” para com os valores restantes. No máximo três testes podem ser recusados: caso ocorra um número maior de recusas, deve-se proceder à realização de novo ensaio de calibração. Planilhas eletrônicas podem e devem ser utilizadas para facilitar os cálculos e determinação do fator “K”. No excel, por exemplo, os dados podem ser tabulados (vazão x diferencial de pressão) e realizado o gráfico respectivo. Através da opção “curva de tendência”, pode-se obter facilmente o valor de “K”. Exemplo: A tabela abaixo fornece os valores obtidos em campo e os resultados de cálculo para o equipamento medidor tipo Venturi instalado numa saída de reservatório, em tubulação de 600 mm. TABELA DE CALIBRAÇÃO DE UM VENTURI – 1a APROXIMAÇÃO DE K TESTE DLIQ. VAZÃO H médio ∆P Raiz de ∆P Q X raiz ∆P Qcalc DESVIO%(m³/s) (mm) (mca) (m³/s) 1 1,11 0,18 49 0,0539 0,2322 0,0418 0,1787 -0,70 2 1,11 0,205 57 0,0627 0,2504 0,0513 0,1928 -5,96 3 1,11 0,228 81 0,0891 0,2985 0,0681 0,2298 0,79 4 1,11 0,243 92 0,1012 0,3181 0,0773 0,2449 0,79 5 1,11 0,282 122 0,1342 0,3663 0,1033 0,2820 0,01 6 1,11 0,29 135 0,1485 0,3854 0,1118 0,2967 2,30 7 1,25 0,391 106 0,2650 0,5148 0,2013 0,3963 1,36 8 1,25 0,455 125 0,3125 0,5590 0,2544 0,4304 -5,41 9 1,25 0,48 161 0,4025 0,6344 0,3045 0,4884 1,76 10 1,6 0,512 76 0,4560 0,6753 0,3457 0,5199 1,54 Somatórios 2,0256 1,5594 K = 0,76986642 Macromedição 66 Deve-se recalcular o valor de “K”, desprezando-se os testes 2 e 8, cujos desvios apresentaram-se superiores a +/– 4 %. Refazendo-se o cálculo, se obtém: TABELA DE CALIBRAÇÃO DE UM VENTURI – 2a APROXIMAÇÃO DE K TESTE DLIQ. VAZÃO H médio ∆P Raiz de ∆P Q X Raiz ∆P Qcalc DESVIO%(m³/s) (mm) (mca) (m³/s) 1 1,11 0,18 49 0,0539 0,2322 0,0418 0,1787 -0,70 3 1,11 0,228 81 0,0891 0,2985 0,0681 0,2298 0,79 4 1,11 0,243 92 0,1012 0,3181 0,0773 0,2449 0,79 5 1,11 0,282 122 0,1342 0,3663 0,1033 0,2820 0,01 6 1,11 0,29 135 0,1485 0,3854 0,1118 0,2967 2,30 7 1,25 0,391 106 0,2650 0,5148 0,2013 0,3963 1,36 9 1,25 0,48 161 0,4025 0,6344 0,3045 0,4884 1,76 10 1,6 0,512 76 0,4560 0,6753 0,3457 0,5199 1,54 Somatórios 1,6504 1,2538 K = 0,75966841 Na 2a aproximação, os desvios ficaram em patamares aceitáveis. O valor obtido para o “K” na tabela deve ser o valor considerado para a utilização no tubo Venturi calibrado. Com esta constante, pode-se elaborar tabelas associando o diferencial de pressão à vazão. 7.2 Aferição em campo de macromedidores velocimétricos Dois métodos podem ser utilizados para a aferição dos medidores velocimétricos: 7.2.1 Aferição com vazões instantâneas Neste tipo de aferição, procura-se verificar a curva de erros do medidor. A vazão de referência é determinada através do tubo Pitot. 69 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água HORÁRIO VAZÃO VAZÃO MÉDIA (m³/s) VOLUME (m³) 15:15 15:30 0,107 96,3 15:30 15:45 0,108 97,2 15:45 16:00 0,107 96,3 16:00 16:15 0,110 99,0 16:15 16:30 0,112 100,8 ... ... ... ... O volume é calculado multiplicando-se o valor da vazão pelo tempo, no caso, 900 segundos (o intervalo utilizado foi de 15 minutos). Observa-se que haverá maior precisão no cálculo de volume quanto menor for o intervalo utilizado. Os registradores ele- trônicos permitem que o tempo de amostragem seja regulado, podendo-se obter registros até em intervalos de 5 segundos. O somatório dos volumes registrados deve ser comparado com o volume registrado pelo macromedidor calculando-se o desvio conforme a fórmula abaixo: DESVIO = (VOLUME macro - VOLUME registrador) × 100 % VOLUME registrador Desvios situados na faixa de +/– 4 % são considerados normais. Constatando-se desvios fora desta faixa, para os macromedidores Woltamnn, pode-se proceder à regulagem do medidor através de seu parafuso de regulagem. Estando os erros positivos (> +4 %), girar o parafuso de regulagem no sentido anti-horário. O avanço do parafuso regulador depende de quanto é a grandeza do desvio. Em um medidor registrando +6 %, o avanço do parafuso regulador deverá ser de aproximadamente ¼ de volta. Estando os erros negativos (< -4 %), o giro do parafuso deve ser dado no sentido horário. Para outros tipos de medidores, pode-se estabelecer uma constante e utilizá-la para correção da leitura. Macromedição 70 7.3 Aferição de macromedidores magnéticos A aferição de macromedidores magnéticos pode ser realizada com os procedimentos já vistos para o macromedidor mecânico. A experiência mostra que a aferição com vazão instantânea é suficiente para a análise de macromedidores magnéticos. Nestes equipamentos, a curva de erros desloca-se por inteiro, assim, havendo qualquer desvio, o mesmo ocorrerá em qualquer vazão. Havendo necessidade de ajustes, os mesmos devem ser feitos por meio de constantes configuradas na programação do equipamento. 7.4 Aferição de calhas Parshall Como mencionado anteriormente, em conseqüência dos princípios construtivos aplicados à maioria das calhas existentes, dificilmente as equações e coeficientes básicos levantados em laboratório são mantidos. Porém, com a utilização de técnicas pitométricas, uma nova curva e equação específica pode ser obtida. O levantamento das constantes K e n é baseado na determinação dos valores de Q, H e H2 in loco. A leitura de H deve ser realizada a 2/3 de A, contados a partir do início da garganta. A leitura de H2 deve ser reali- zada a distância X do término da garganta, sendo X = 2,5 cm para calha de 3” e 5,1cm para as demais. A figura 43 descreve os locais de medição. A calha deve ser zerada no início do teste e todas as suas dimensões devem ser medidas, inclusive suas alturas e a distância entre o fundo da calha e o elemento sensor, no caso de se utilizar como secundário um medidor ultra-sônico. 71 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água Figura 43 – Pontos de medição para aferição da calha Parshall 7.4.1 Procedimentos e recomendações para o ensaio de calha Parshall Os procedimentos abaixo descritos referem-se à montagem dos instrumentos de pitometria e ao ensaio propriamente dito: A) Determinação de vazão Caso seja utilizado o tubo Pitot como equipamento de referência, tomar o cuidado de alternar as posições de suas tomadas de pressão (Tips) através do giro de 180º, quando deverá ser dada a mesma indicação de ΔP. Esta reco- mendação é extremamente importante, uma vez que a medição para calha Parshall em geral é realizada com água bruta e portanto com possibilidade de causar incrustações nos Tips. Variar a vazão, para a obtenção de 10 (dez) valores de vazão diferentes, através de manobras no sistema. Visando à verificação das condições de repetição do instrumento aferido, deve-se dividir estas dez determinações em 2 grupos de 5 vazões cada, um grupo com vazões decrescentes e outro com vazões crescentes. Para cada vazão, efetuar leituras simultâneas do tubo Pitot e alturas da Parshall a cada 30 segundos, totalizando 21 leituras. Macromedição 74 de afogada e a vazão real será inferior àquela que se obteria pelo emprego da Fórmula Q = K x Hn. Para a determinação da vazão será necessária e indispensável a aplicação de uma correção. Obstáculos, falta de declividade a jusante são causas freqüentes de afogamento do medidor. A correção é feita através da seguinte fórmula: Coeficiente de correção = Q = Qep QParshall Devido aos problemas citados, é conveniente que a calha Parshall que trabalha submersa, seja ensaiada a períodos curtos (a cada 3 meses) até que se tenha certeza de que a geometria é constante a jusante da calha. Observa-se que a submergência máxima permissível é de 95 %, uma vez que acima deste limite o medidor deixa de ser confiável. 7.4.4 Calibração e ajuste dos dispositivos secundários A) Mostrador circular O ajuste e calibração do medidor secundário do tipo bóia e mostrador poderá ser realizado pela confecção de novo mostrador. Recomenda-se que seja utilizado um disco sobreposto ao mostrador original para a marcação da localização do ponteiro, quando das determinações de Q e H. Desta forma, ter-se-á uma base para a confec- ção de novo mostrador. Na ausência de engrenagens retificadoras, será observada variação de forma exponen- cial, ou seja há relação exponencial entre o ângulo de giro do ponteiro e a vazão. Pode-se fazer o gráfico para ângulo versus vazão como forma de determinação da nova escala de valores do mostrador. Caso o mostrador possua sistema de engrenagens, pode haver a linearização da relação entre o ângulo de giro do ponteiro e a vazão. Novamente pode-se determinar a nova relação entre ângulo de giro e vazão para a execução de novo mostrador. 75 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água Em ambos os casos é importante a verificação dos seguintes itens: • Livre curso da bóia existente no canal de tranquilização. É comum, principalmente em Estações de Trata- mento de Água, que trabalham acima de suas vazões nominais, a existência de dispositivos de final de curso para a bóia, o que acabará por travá-la e causar medições errôneas. • Instabilidade do ponteiro. Em geral a instabilidade do ponteiro se dá pela má execução do dispositivo de tranqüilização do nível de água. Quanto menor o diâmetro do tubo de união e maior a área do dispositivo de tranquilização, maior estabilidade haverá na movimentação do ponteiro. É importantíssimo verificar o ponto em que está sendo feita a tomada d’água na calha. O ponto de tomada está na base da linha vertical na qual é obtida a altura H, portanto a 2/3 do comprimento do canal de entrada, contado a partir do início da garganta. É comum este ponto estar erroneamente situado na garganta do medidor. B) Medidores eletrônicos de nível Nestes instrumentos é importante, como já foi mencionado, a perfeita configuração da altura do sensor do apare- lho em relação ao fundo da calha. Muitos instrumentos de medição de nível já possuem pré-programação para medição de vazão em calha Parshall, bastando para tanto inserir a informação a respeito das dimensões da garganta. A configuração dos mesmos é feita baseada em equações padrões, que nem sempre traduzem com precisão a vazão. Tais dispositivos apresentam também a possibilidade de configuração de novas equações, na forma de pares de pontos, configuração esta que é a recomendada quando da calibração. Qualquer que seja o dispositivo secundário, recomenda-se sua calibração na sua instalação. Macromedição 76 7.5 Aferição de manômetros e registradores de pressão Para a aferição de manômetros e registradores de pressão, utiliza-se a balança de peso morto. Figura 44 – Balança de peso morto A balança de peso morto é um sistema de vasos comunicantes. Discos com pesos calibrados são colocados em uma bandeja flutuante. A pressão exercida pelos mesmos é transferida à tomada onde é instalado o manômetro que se quer aferir. O fluido de preenchimento do vaso comunicante em geral é a glicerina líquida, podendo ser utilizado também óleo fino para lubrificação de máquinas. Os pesos devem ser colocados cuidadosamente na bandeja, evitando-se choques que possam danificar o manômetro. 79 GUIAS PRÁTICOS − Técnicas de operação em sistemas de abastecimento de água