VERTEDORES INSTRUMENTOS PARA MEDIÇÃO DE VAZÃO EM CURSOS D ÁGUA NATURAIS E EM CANAIS CONSTRUÍDOS

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1 VERTEDORES INSTRUMENTOS PARA MEDIÇÃO DE VAZÃO EM CURSOS D ÁGUA NATURAIS E EM CANAIS CONSTRUÍDOS

2 VERTEDORES VERTEDORES ou VERTEDOUROS São instrumentos hidráulicos utilizados para medir vazão em cursos d água naturais e em canais construídos.

3 VERTEDORES - NOMENCLATURA Régua para medição da carga hidráulica Crista ou Soleira: superfície por onde a água extravasa Face: Presente nos vertedores com contrações laterais

4 VERTEDORES - DEFINIÇÃO Os vertedores podem ser definidos como paredes, diques ou aberturas sobre as quais um líquido escoa. O termo aplica-se também aos extravasores de represas. Os VERTEDORES devem ser construídos com forma geométrica definida e seu estudo é feito considerando-os como orifícios sem a parte superior.

5 VERTEDORES - EXEMPLO Exemplo de vertedor em chapa metálica, usado em instalações para tratamento de água. Fonte:

6 VERTEDORES - CLASSIFICAÇÃO Muitos fatores podem servir de base para a classificação dos vertedores. Exemplos: Quanto à forma: Simples (retangulares, trapezoidais, triangulares); Compostos (seções combinadas duas ou mais formas geométricas).

7 CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: FORMA À esquerda na figura, vêse um vertedor de forma simples (retangular) utilizado para medir grandes vazões. À direita há um vertedor de seção composta (retangular na parte superior e triangular em baixo). A forma triangular é apropriada para medir vazões pequenas com precisão.

8 CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: TIPO DA SOLEIRA Quanto ao tipo da soleira ou crista: Soleira delgada (chapa metálica ou madeira chanfrada); Soleira espessa (alvenaria de pedras ou tijolos e concreto)

9 CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: SOLEIRA DELGADA Lâmina vertente (também denominada veia líquida) Fundo do canal Soleira chanfrada para que a lâmina vertente a toque num só ponto.

10 CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: SOLEIRA DELGADA Vertedor triangular de soleira delgada

11 CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: SOLEIRA ESPESSA H Soleira e Condição: e > 0,66 H

12 CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: LARGURA RELATIVA Quanto à largura relativa da soleira: Vertedores sem contrações laterais; Vertedores com uma contração lateral; vertedores com duas contrações laterais.

13 CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: LARGURA RELATIVA Vertedor sem contrações laterais Vertedor retangular com duas contrações laterais

14 CÁLCULO DA VAZÃO ATRAVÉS DE VERTEDORES Para orifícios de grandes dimensões, foi deduzida a seguinte equação: Q = 2 3. Cd. L. 2. g. ( 2 3/ 2 h2 3/ h1 ) Fazendo-se h1=0 e h2=h, a equação fica: Q = 2 3. Cd. L. 2. g. H 3/ 2

15 CÁLCULO DA VAZÃO ATRAVÉS DE VERTEDORES Q = K.L.H 3/2, onde 2 K =. Cd. 2. g 3 Para o valor médio de Cd = 0,62, temos: K = 2/3 x 0,62 x 4,43 = 1,83 Q = 1,83.L.H 3/2 (Fórmula de Francis para vertedores sem contrações laterais) Sendo Q dada em m 3 /s e L e H em metros.

16 INFLUÊNCIA DAS CONTRAÇÕES LATERAIS As contrações ocorrem nos vertedores cuja largura é menor que a largura do canal onde estão instalados.

17 INFLUÊNCIA DAS CONTRAÇÕES LATERAIS Quando for necessário construir um vertedor com contrações laterais, deve-se fazer uma correção no valor de L da fórmula de Francis, que passa a ser denominado L.

18 INFLUÊNCIA DAS CONTRAÇÕES LATERAIS A presença das contrações faz com que a largura real L atue como se estivesse reduzida a um comprimento menor L. Para uma contração apenas, L = L 0,1.H Para duas contrações, L = L 0,2.H Para o caso mais comum de duas contrações laterais, a fórmula fica: Q ( 0,2. ). 3/ 2 = 1,838. L H H

19 VERTEDOR CIPOLLETTI Para compensar a redução de vazão produzida pelas contrações laterais, Cipolletti propôs um modelo de vertedor de forma trapezoidal com a seguinte forma: Q1 Q2 Q1 A soleira L continua com a mesma dimensão, mas as vazões Q1 de ambos os lados compensam a redução de vazão. L Q = Q2 + 2 Q1

20 VERTEDOR CIPOLLETTI

21 VERTEDOR CIPOLLETTI A inclinação das faces deve ser 1:4 (1 na horizontal para 4 na vertical), pois deste modo a vazão através das partes triangulares acrescentadas compensa o decréscimo de vazão provocado pelas contrações laterais. Para o vertedor Cipolletti pode ser aplicada a fórmula de Francis sem a correção para o comprimento da soleira. 4 1 Q = 1,83.L.H 3/2

22 VERTEDOR CIPOLLETTI Fórmula empírica para vertedor trapezoidal. h Q1 Q2 Q1 Baseado-se em experiências feitas em 1915 para vertedores trapezoidais, Gourley Crimp estabeleceram a seguinte fórmula empírica: L 2,47 Q = 1,32h tg α + 1,69b 1,02 h 1,47 ( 1)

23 VERTEDOR CIPOLLETTI Cálculo do decréscimo de vazão em vertedor retangular com duas contrações; ΔQ = 2 5 C 2g h 2 d 15 ( 2) A fim de compensar esse decréscimo de vazão, Cipolletti imaginou adicionar ao retângulo uma área triangular, de mesma carga h, cuja vazão é dada por, Q = 8 2g 5 2 α Cdh tg 15 2 () 3

24 VERTEDOR CIPOLLETTI O vertedor de Cipolletti, no qual a soleira está em parede delgada pode ser representado por, Q = 2 3 2g C d 5 h b h 3 2

25 VERTEDOR TRIANGULAR Os vertedores triangulares são recomendados para medir pequenas vazões, pois permitem maior precisão na leitura da altura H do que os de soleira plana. São usualmente construídos a partir de chapas metálicas, com ângulo de Q =1,4. H 5/ 2

26 VERTEDOR TRIANGULAR

27 VERTEDOR TRIANGULAR Vertedor triangular de 90 0, de paredes delgadas

28 VERTEDOR TRIANGULAR

29 VERTEDORES DE SOLEIRA ESPESSA H Soleira e Q = 1,71. L. H 3/ 2

30 RECOMENDAÇÕES PARA CONSTRUÇÃO DE UM VERTEDOR RETANGULAR (Preferencialmente sem contração lateral) A soleira deve ser delgada, reta, em nível com o plano horizontal e normal à direção do fluxo (convém utilizar uma placa de metal); A distância da crista ao fundo e aos lados do canal deve ser igual a 3H (no mínimo 20 cm); Deve haver livre admissão de ar debaixo da lâmina de água (veia livre); A carga hidráulica H deve ser maior que 5 cm e menor que 60 cm;

31 RECOMENDAÇÕES PARA CONSTRUÇÃO DE UM VERTEDOR RETANGULAR O comprimento da soleira deve ser no mínimo igual a 3H (no mínimo 20 a 30 cm); A montante do vertedor deve haver um trecho retilíneo para regularizar o movimento da água, de preferência com o fundo em nível. Observações: - A régua pode ser colocada num poço lateral ao canal para fugir da influência de ondas; - O nível da água a jusante não deve estar próximo da soleira do vertedor (p < p).

32 VERTEDOR ATUANDO COMO CAIXA DE NÍVEL EM REPRESA