Instrumentação, Mecânica, Meio ambiente, Sustentabilidade

5 métodos de medição de vazão dos rios

Medir a vazão de um rio é importante para o estudo hidrológico da viabilidade para instalação de uma usina hidrelétrica. E para entender o comportamento do recurso hídrico.

Método do recipiente

É o método mais simples, usa-se um recipiente de volume conhecido V e conta o tempo de enchimento t. A vazão Q em m^3/s é a relação entre esses valores.

Q=\frac{V}{t}

Devem ser feitas várias medidas para tirar a média Q_{m} e em várias épocas do ano.

Q_{m}=\frac{Q_{1}+Q_{2}+...+Q_{n}}{n}

Este método só pode ser aplicado em rios pequenos.

Medida com flutuador

medição de vazão com flutuador

Consiste em colocar um flutuador para percorrer uma parte do rio. Este método também é usado para medir a velocidade superficial, esta é maior que a velocidade média. As etapas para calcular a vazão são:

  1. Escolher um trecho do rio, que seja o mais reto possível e tenha seção transversal constante.
  2. Medir a extensão do trecho L.
  3. Medir a área da seção transversal A. Para obter este valor, é preciso usar a batimetria. Que é a medição da profundidade de rios, mares e lagos. É representada por curvas batimétricas, que mostram áreas de mesma profundidade como curvas de nível.
  4. Colocar uma boia ou outro objeto flutuador para percorrer o trecho escolhido e cronometrar o tempo t.
  5. Calcular a velocidade superficial V.

V=\frac{L}{t}

Geralmente, a velocidade média é 80% da velocidade superficial. Portanto, a fórmula da vazão em m^3/s é:

Q=0,8\cdot V\cdot A

Medição com correntômetro

Correntômetro

Este é o método mais conveniente, usa um instrumento com uma hélice em uma extremidade. A hélice fica submersa na água e apontada na direção contrária da correnteza do rio. A rotação da hélice é diretamente proporcional a velocidade da vazão, que é indicada na outra extremidade. É claro que deve-se fazer medidas em vários pontos e níveis de profundidade para obter a média. A fórmula da vazão Q é:

Q=\sum A_{i}\cdot V_{i}

A_{i} é a área de cada seção, onde a velocidade é V_{i}. Enquanto \sum é o somatório da multiplicação área vezes velocidade. Este método tem alta precisão.

ADCP

É a abreviatura de Acoustic Doppler Current Profiler. Este equipamento usa o efeito Doppler para medir a velocidade do rio. Emite pulsos de ultrassom em uma frequência fixa, partículas suspensas se movem na mesma velocidade do rio. Quando a partícula se aproxima do ADCP, a frequência recebida pelo instrumento é maior e quando se afastam, a frequência diminui em relação ao ADCP.

ADCP
Cada um dos círculos é um transdutor e deve ficar apontado para dentro do rio.

Abaixo, a fórmula do efeito Doppler para calcular a velocidade do objeto em movimento, considerando o detector estacionário e o objeto móvel.

f_{D}=f\frac{v}{v\pm v_{S}}

  • f_{D} é a frequência detectada pelo sensor.
  • f é a frequência da onda sonora transmitida.
  • v é a velocidade do som na água.
  • v_{S} é a velocidade da partícula suspensa.

O ADCP calcula a vazão com um software e pode ser instalado em boias, barcos ou estruturas debaixo d’água.

ADCP no barco

ADCP com estrutura

É altamente preciso e economiza tempo, porém é caro e exige mão-de-obra especializada para operação.

Medição com vertedouro

O vertedouro é uma pequena barragem com uma abertura para fluir a vazão. O cálculo da vazão depende da forma da abertura. Neste post é mostrado os vertedouros mais comuns.

Vertedouro retangular

vertedouro retangular

A vazão em um vertedouro retangular é:

Q=1,838(b-0,2h)h^{3/2}

Vertedouro triangular

vertedouro triangular

Q=1,4h^{5/2}

Vertedouro trapezoidal

vertedouro trapezoidal

Q=1,9\cdot b\cdot H^{3/2}

 

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