TÍTULO: SISTEMA DE MEDIÇÃO DE ESGOTO EM CANAL ABERTO (Calha Parshall)

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1 TÍTULO: SISTEMA DE MEDIÇÃO DE ESGOTO EM CANAL ABERTO (Calha Parshall) Nome do Autor: Engº Leonel Gomes Pereira Cargo atual: Engenheiro de Controle de Perdas Formação: Engenheiro Civil formado pela PUC Campinas, aluno especial de pós-graduação em edificações na Universidade Estadual de Campinas UNICAMP. Área de atuação Micromedição Engº Edson Sasaki Cargo atual: Engenheiro de Controle de Perdas Formação: Engenheiro Civil formado pela PUC Campinas. Área de atuação Micromedição Endereço para Correspondência: Av. da Saudade, 500 Bairro: Ponte Preta Campinas São Paulo CEP: Fone: 0XX / FAX: 0XX E mail: micromed@sanasa.com.br - 1 -

2 SÍNTESE Este trabalho descreve os procedimentos adotados pela Sanasa para medição de efluentes sanitários através da utilização de um Sistemas de Medição Integrado do tipo Calha Parshall equipados com sensor de nível tipo ultrasônico e conversor microprocessado. Também são abordadas neste trabalho metodologias usadas para aferição ou calibração dos equipamentos e exemplos de instalações existentes na cidade de Campinas. 1 OBJETIVO Devido ao grande aumento do uso de Fontes Alternativas de Abastecimento de Água pelos clientes da Sanasa, cada vez mais se torna necessária a medição e cobrança dos efluentes sanitários. Este trabalho tem como finalidade definir princípios básicos, especificação técnica e procedimentos para padronizar a instalação de sistemas de medição de esgoto do tipo Calha Parshall equipados com sensor de nível tipo ultrasônico e conversor microprocessado. Também são abordadas neste trabalho metodologias usadas para aferição ou calibração dos equipamentos e exemplos de instalações existentes na cidade de Campinas. Este trabalho se aplicará aos clientes usuários de Fontes Alternativas de Abastecimento de Água, com volume mensal de esgoto superior a 1000 m³. Esta limitação e imposta em função dos ranges de medição das calhas parshall. 2 METODOLOGIA 2.1 CONCEITOS BÁSICOS Calha Parshall Dispositivo de medição de vazão na forma de um canal aberto com dimensões padronizadas. A água é forçada por uma garganta estreita, sendo que o nível da água a montante da garganta é o indicativo da vazão a ser medida, através de fórmula consagrada

3 2.1.2 Sensor de Nível Transdutor ultrasônico que emite uma onda de som que bate na superfície do material e é refletida como um eco. O tempo de trânsito ou retorno é medido e a distância ao objeto refletor é convertida eletronicamente em uma indicação de distância. Esta distância é então convertida em nível, vazão ou outros parâmetros desejados Conversor Dispositivo microprocessado que recebe sinal do sensor de nível (medição da altura da lâmina) e converte em vazão e totalização de volume, em função das características da calha Coletor de dados Dispositivo microprocessado que recebe sinais digitais ou analógicos de algum equipamento e converte em vazão e ou volume. Os dados são armazenados na memória do equipamento Medidor padrão Medidor de vazão e ou de volume previamente aferido, com grau de precisão maior que o equipamento ou dispositivo a ser aferido ou calibrado. 2.2 CONDIÇÕES ESPECÍFICAS CALHA PARSHALL CONDIÇÕES DE FABRICAÇÃO Os medidores poderão ser contruídos em campo ou pré-fabricados, observandose dimensões pré-estabelecidas Poderão ser fabricados nos seguintes materiais: Concreto armado; Chapa de aço inoxidável; Chapa de aço carbono revestido; Resinas plásticas reforçadas com fibra de vidro

4 Nos medidores construídos de resinas plásticas, não se admitem roscas sobre material plástico. As roscas devem ser feitas com enxertos rosqueados metálicos. Quando formando carcaça única, devem ter rigidez suficiente para evitar qualquer deformação durante o funcionamento, manutenção, transporte ou movimentação do medidor Os medidores pré-fabricados podem ser construídos para serem revestidos externamente com concreto, formando estrutura única com o canal, ou para serem instalados na forma bi-apoiada nas seções dos canais As paredes laterais da garganta devem ser paralelas e verticais e crista deve estar rigorosamente em nível afim de assegurar a mesma vazão para iguais incrementos ao longo da largura do medidor. Fig 1- Calha Parshall - 4 -

5 2.2.2 CONDIÇÕES DE INSTALAÇÃO O medidor Parshall deve ser instalado precedido à montante de um canal retangular onde o escoamento seja uniforme e minimize sensivelmente as turbulências (Aproximadamente 20 x h, sendo h a altura da lâmina máxima na garganta do medidor) O medidor deve ter o mesmo eixo dos canais de jusante e de montante Deverão ser previstas válvulas de bloqueio de vazão a montante e a jusante do sistema com o objetivo de executar manutenções e bloquear possíveis refluxos Deverá ser instalado um sistema de gradeamento a montante da calha, de forma a evitar a passagem de resíduos que possam comprometer o bom funcionamento do equipamento de medição O sistema deverá possuir pisos, em volta da calha, com inclinação, de forma que os resíduos possam escoar para o seu interior, e ainda possuir torneira e mangueira para a limpeza geral CONDIÇÕES PARA DIMENSIONAMENTO DA CALHA Para o dimensionamento da calha Parshall, deverão ser conhecidos os seguintes elementos: Seção transversal dos canais de montante e de jusante; Intervalo de vazão; Profundidade normal da água nos canais; Carga disponível

6 Considera-se adequadamente projetado o medidor Parshall com escoamento livre quando as seguintes condições são satisfeitas: Carga total na crista do medidor não superior à carga total na seção de entrada; A perda de carga no medidor não superior à carga disponível; O intervalo de vazões perfeitamente coberto pelo medidor em questão, seguindo as faixas de vazões por largura de garganta conforme apresentadas abaixo: Largura da Garganta ( ) Vazão mínima (l/s) Vazão máxima (l/s) 1 0,11 5,6 2 0, , CONDIÇÕES ESPECÍFICAS MEDIDOR DE NÍVEL ULTRASÔNICO CARACTERISTICAS MÍNIMAS O medidor de nível, composto de sensor ultrasônico e conversor, deverá ser capaz de medir efluentes sanitários em temperatura ambiente em calhas Parshall com larguras de garganta de 1, 2 e O sensor de nível deverá atender as seguintes características: Grau de proteção IP68; Exatidão 71% do valor lido ou 72 mm; Ângulo de emissão compatível com a largura da calha; Compensação de temperatura automática; O conversor deverá atender as seguintes características: Grau de proteção IP65; Microprocessado; - 6 -

7 Conter vários tipos e tamanhos de calhas Parshall armazenados em memória EEPROM não volátil, além da possibilidade da configuração de qualquer de calha e também capacidade de linearização da vazão em função da altura da lâmina; Indicação simultânea ou alternada de vazão e totalização, contendo também as unidades de engenharia e o valor medido; Memória de programa e registro de dados (totalização) não volátil; Totalização com dispositivo para reset; Possuir saídas analógica (4-20mA) e digital Protetor contra surtos elétricos, dimensionados de acordo com a tensão nominal do equipamento: Na linha de alimentação elétrica do conversor; Na linha de alimentação entre o conversor e o sensor CONDIÇÕES PARA INSTALAÇÃO O sensor ultrasônico deverá ser instalado no trecho convergente a 2/3 da garganta estreita, em suporte com rigidez suficiente para evitar vibrações, devidamente nivelado e centralizado ao eixo da calha; O conversor deverá ser instalado em local protegido contra intempéries. Recomenda-se a instalação em abrigo de alvenaria conforme croqui

8 2.4 CROQUI ORIENTATIVO PARA INSTALAÇÃO - 8 -

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10 3 PROCEDIMENTOS 3.1 Após a regularização da fonte alternativa de abastecimento de água junto a SANASA, o interessado poderá solicitar ao Setor de Micromedição TFM uma análise técnica para utilização do sistema de medição de esgoto em canal aberto DA INSTALAÇÃO DO SISTEMA DE MEDIÇÃO Levantamento físico e cadastramento do número de ligações de esgoto existentes. Verificação da possibilidade de unificação das mesmas; Levantamento estimado ou através de medição da vazão, do volume mensal de esgoto para dimensionamento da calha; Elaboração pelo Cliente de projeto executivo; Apresentação do projeto a SANASA para aprovação; junto ao projeto deverão ser apresentadas cópias dos manuais dos equipamentos a serem utilizados; Execução pelo Cliente do sistema de medição, conforme projeto aprovado. A SANASA deverá ser consultada previamente caso haja necessidade de qualquer alteração no projeto; Solicitar a inspeção da obra após o término; DA AFERIÇÃO OU CALIBRAÇÃO A SANASA confeccionou uma bancada, que é utilizada como padrão para aferir ou calibrar outros instrumentos de menor precisão (foto 01). É provida de medidor unijato classe C, que antes de ir para campo é aferido no laboratório do Setor de Micromedição (credenciado pelo INMETRO); os resultados da aferição sempre ficam em torno de +- 1% O Conversor de vazão deverá ser programado e configurado; Deverão ser acoplados coletores de dados no medidor ultrasônico e no medidor padrão, para que posteriormente os dados possam ser trabalhados em planilha de cálculo;

11 3.3.4 Deverá existir uma fonte alimentadora de água, que pode ser cedida pelo cliente ou por caminhões pipa; Caso os resultados não sejam satisfatórios (+-3%), deve-se partir para o processo de calibração, utilizando métodos de linearização ou alteração da equação da calha (Q= k*h n ); Alguns fatores poderão interferir diretamente no resultado da aferição; deverão ser evitados regimes turbulentos no fluxo a montante (para a maioria dos medidores de nível ultrasônico), e ainda a calha deverá possuir suas dimensões precisas (principalmente na garganta estreita). A SANASA desenvolveu um laminador de fluxo para locais onde existam principalmente limitações de espaço que consequentemente reduzem o trecho ideal a montante do medidor (foto 02). Foto 1 - Medidor Padrão

12 Foto 2 - Laminador de Fluxo

13 3.5 Modelo de planilha para aferição / calibração Primário Calha Parshall Largura da garganta 1 Fabricante: INSTRUMENTO: Medidor de vazão US CHANFLO FABRICANTE: DATALOGGER: Número de série INSTRUMENTO DE AFERIÇÃO DESCRIÇÃO : Medidor de volume "Unijato Classe C" DN 50mm DATALOGGER: Número de série FABRICANTE: Nº Série: DADOS DA INSTALAÇÃO E CONFIGURAÇÃO EQUAÇÃO DA CALHA PARSHALL Altura do sensor / Calha Parshall: Altura programada do sensor / Calha Parshall: Range de Medição: Vazão Máxima: Vazão Mínima: Nível Mínimo: Cálculo Médio Vazão: Calha Parshall Saída de pulso: Tempo do pulso: STANDARD > Q=K*h n PADRÃO VALORES OBTIDOS Calha Parshall Totalização (m³) Vazão (m³/h) Volume (m3) Totalização (m³) Volume (m3) Erro (%) ERRO MÉDIO

14 4 RESULTADOS Alguns clientes da SANASA já possuem o sistema implantado e o mesmo vem apresentando bons resultados. Para a SANASA o sistema vem agregando alguns benefícios como: Cobrança e faturamento do volume de esgoto lançado em rede; Possibilidade de integração com o sistema de monitoramento remoto; Monitoramento dos volumes; Satisfação do cliente; Exemplo de sistema de medição

15 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CETESB Medidor Parshall Especificação E2.150 Revisão OUT/86; 5.2 Manual de Medição de Vazão Gerard J. Delmée; 5.3 Medição de Vazão de Efluentes Líquidos Escoamento Livre CPRH 2004 Companhia Pernambucana do Meio Ambiente; 5.4 Manual Danfoss Open Channel Flowmeter. 5.5 Instrução técnica para medição de esgoto em canal aberto SANASA