Seleção Dimensionamento de Hidrômetros 4 O hidrômetro é um equipamento destinado a indicar e totalizar continuamente o volume de água que o atravessa. Normalmente a preocupação na operação da micromedição está no superdimensionamento do medidor, devido ao seu custo mais elevado e instalação, e pela tendência à submedição de vazões mais baixas, principalmente em instalações com caixas-d água. Isso levou inclusive ao desenvolvimento de medidores de vazões nominais menores, como o monojato de 0,75 m3/h, hoje generalizado em muitas instalações no país. O subdimensionamento do medidor, no entanto, é igualmente prejudicial, pois um medidor sujeito frequentemente a vazões acima daquela para a qual foi projetado para suportar termina por sofrer danos e desgastes prematuros. Como consequência, pode provocar submedição maior do que aquela que se queria evitar ao instalar um medidor menor. O advento de medidores cada vez mais sensíveis a baixas vazões permite que esse problema seja visto de outra forma, não sendo mais necessário comprometer a vida útil do medidor. O dimensionamento correto de um hidrômetro para uma instalação baseia-se, então, em duas informações principais: a característica e limitações do instrumento e a demanda de água do ponto de consumo. A influência de outros fatores, como pressão da linha, temperatura e condições de instalação embora também importantes na seleção do tipo do medidor influenciam em menor grau o seu dimensionamento. 1
O hidrômetro características de operação, limitações e normas Os hidrômetros podem ser caracterizados quanto às classes de vazão e metrológica. As classes de vazão são as de início de trabalho, mínima, de transição, nominal e máxima. Conforme Rech (1992), a classe de vazão determina qual a indicada para o funcionamento do hidrômetro. A letra Q é o símbolo que representa a vazão. Sempre que for referida a simbologia Qmax estará sendo dito vazão máxima, assim como Qmin representará vazão mínima e Qn, a vazão nominal. A vazão de início de trabalho é aquela que é suficiente para vencer a inércia das peças móveis internas do medidor, ou seja, a partir da qual a turbina interna do hidrômetro começa a se movimentar. No entanto, essa vazão não garante precisão na medição, o que só ocorre a partir da vazão mínima especificada por norma. A partir da vazão mínima, o medidor deve proporcionar a precisão determinada pela norma NBR NM 212, proporcionando um erro máximo de 5%. Em uma condição ideal, o hidrômetro não deve operar abaixo dessa vazão, pois a precisão da medição não é garantida. De acordo com Rech (1992), a vazão mínima é aquela a partir da qual o hidrômetro começa a indicar volumes dentro da faixa de medição. É a menor vazão de trabalho do medidor, com indicação dentro dos erros admitidos por normas técnicas ou pela legislação vigente. A partir da vazão mínima e acima dela, o registro feito pela relojoaria está dentro dos erros tolerados. Acima da vazão mínima encontra-se a de transição. Segundo Rech (1992), a vazão de transição é aquela que separa a faixa inferior da faixa superior de medição e corresponde a 5% da vazão máxima. Portanto, no hidrômetro de vazão máxima igual a 3 m³/h, ou 3.000 l/h, a vazão de transição é de 150 l/h. Acima da vazão de transição encontra-se a nominal (Qn). Corresponde à metade da vazão máxima. É aceita como vazão normal de trabalho, na qual o medidor deve operar em condição ideal. Um medidor que trabalhe nessa vazão não deveria apresentar desgastes e variações capazes de influir significativamente no seu desempenho, nem no erro absoluto de um registro. Porém, há quem defenda que a vazão ideal de trabalho de um hidrômetro seja a metade da vazão nominal, isto é, um quarto da vazão máxima. Foi constatado que os desgastes encontrados na vazão nominal são ainda muito grandes e altamente influenciáveis no erro de registro do medidor. 2
A vazão nominal é designada pelas letras Y, A, B, C, D, E, e F, e as respectivas vazões nominais são estabelecidas em metro cúbico por hora (m3/h): 0,75 1,5 2,5 3,5 6,0 10 15. Acima da vazão nominal encontra-se a vazão máxima. Essa é a vazão até a qual o hidrômetro pode funcionar, de forma satisfatória e por curto período, sem danificar-se. O valor é o dobro do verificado para a vazão nominal do medidor. A vazão máxima é erroneamente confundida com a capacidade do hidrômetro. Quanto aos erros de medição toleráveis para hidrômetros, a vazão é dividida em duas faixas, a inferior e a superior de medição. A faixa inferior é composta pelas vazões que vão da mínima até a de transição, ou seja, são as vazões que, partindo da menor vazão de trabalho com precisão de erro, atingem a vazão de transição. Nessas vazões o erro admissível é de 5% para mais ou para menos. São vazões muito pequenas, nas quais o medidor apresenta mais erros de indicação. Tipos de hidrômetros Os principais tipos de hidrômetros utilizados em sistemas de distribuição de água são: Medidores volumétricos tipo pistão rotativo tipo disco nutante multijato Medidores tipo turbina ou velocimétricos Medidores com configuração especial monojato medidores tipo hélice ou Woltmann proteção contra fraude configuração para leitura frontal Unidade 4 3
Dimensionamento de Hidrômetros Segundo Neto (2002), os hidrômetros são aparelhos destinados à medição da quantidade de água que escoa em intervalos de tempo relativamente longos. Sanchez (2005) define hidrômetro como um instrumento que funciona continuamente, ou seja, mede vazão e totaliza o volume. Isso acontece por meio de um sistema que integra o valor instantâneo, detectado pela rotação da turbina com o tempo, e o apresenta na forma de um indicador em volume totalizado. Porém, para o dimensionamento do hidrômetro, não é o volume que passa por ele que irá determinar o tipo de medidor, e sim a vazão. A vazão máxima do hidrômetro, tampouco a nominal, não devem ser ultrapassadas por longos períodos, evitando desgastes acelerados. Também é importante que a vazão que passa pelo medidor não fique abaixo da vazão mínima, para evitar a submedição. A condição ideal é aquela na qual a vazão permanece a maior parte do tempo na faixa superior de medição (acima da vazão de transição e abaixo da nominal). Avaliação da vazão de trabalho (dimensionamento por demanda ou vazão estimada) Para o dimensionamento de um hidrômetro por meio da demanda de consumo, além da vazão máxima de trabalho determinada pela demanda do consumidor, é necessário conhecer a vazão mínima na qual se prevê que o sistema irá operar e que o medidor deverá registrar corretamente. Isso vai caracterizar a classe de precisão necessária ao medidor (A, B ou C). Outro fator que deve ser levado em conta é a perda de carga do medidor. Pelas normas e regulamentações em vigor, o medidor não deve ultrapassar 0,1 MPa (cerca de 10 metros de coluna de água) de perda de carga quando operando na vazão máxima e, considerando-se ainda que a perda de carga aumente proporcionalmente ao quadrado da vazão, esse fator pode levar à necessidade de instalação de medidores de diâmetros maiores, principalmente em locais com pouca pressão disponível na rede. Atenção Apesar de toda água que serve uma determinada edificação passar pela tubulação na qual deve existir um hidrômetro instalado, o método de cálculo não deve ser o mesmo para os dois. Isso quer dizer que, nem sempre, o diâmetro de um hidrômetro será o mesmo do ramal no qual ele está inserido. 4
Dimensionamento por consumo estimado Por esse método, o dimensionamento do medidor é estimado em função do consumo mensal ou diário. Em função da dificuldade do dimensionamento pelo levantamento da demanda (método apresentado anteriormente), difundiu-se no Brasil o método por consumo estimado. É um método mais simples, porém bastante impreciso. Baseiase na estimativa de volumes diários ou mensais acumulados nos medidores durante o período. Os volumes são obtidos por meio de tabelas (principalmente as fornecidas por fabricantes de hidrômetros), que especificam a classe de vazão do medidor em função de consumos mensais ou diários. Os volumes são obtidos através de estimativas de consumo para consumidores tipo, como, por exemplo, condomínio residencial, escritório e fábrica de papel. Os consumos estimados para cada tipo de consumidor podem ser encontrados em diversas literaturas de instalações hidráulicas. Perfil do consumo análise de traço O levantamento da curva de perfil de consumo é realizado por meio do uso de equipamentos conversores de pulsos magnéticos em pulsos digitais instalados diretamente nos hidrômetros avaliados e os dados armazenados em data logger. O equipamento deve permanecer instalado por pelo menos sete dias em cada medidor, considerando que a curva de consumo varia conforme o dia da semana. Os gráficos gerados por meio dos equipamentos instalados nos medidores são confrontados com as suas vazões críticas, que são vazão mínima, de transição, nominal e máxima de trabalho. Também são avaliadas a vazão inferior de trabalho (Qit), que se encontra 20% acima da vazão de transição, e a vazão superior de trabalho (Qst), que se encontra 50% abaixo da vazão nominal. Redimensionamento Após a instalação de um hidrômetro em uma determinada ligação, é necessário fazer um monitoramento do seu desempenho. Caso seja verificado algum fato inesperado, como por exemplo a quebra do hidrômetro; registro de volume totalizado excessivo ou abaixo do esperado para o medidor, ou a mudança de perfil de consumo de água, é importante fazer uma reavaliação do dimensionamento. Uma prática recomendável para o redimensionamento de hidrômetros é a prática da manutenção preventiva (acompanhamento das leituras mensais e Unidade 4 5
verificação da ocorrência de consumos muito abaixo do esperado). A manutenção corretiva também é importante, detectando de forma rápida quais hidrômetros pararam de funcionar e providenciando imediatamente a reavaliação do dimensionamento e a troca do medidor. Para mais informações sobre esse assunto, consulte o material disponível em PDF. 6