Apostila Mv Cv

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  • Escola Politcnica da Universidade de So Paulo Departamento de Engenharia Hidrulica e Sanitria

    PHD 307 Hidrologia Aplicada

    Prof. Dr. Rubem La Laina Porto

    Prof. Dr. Kamel Zahed Filho

    Ricardo Martins da Silva

    So Paulo, 2001

  • PHD 307 HIDROLOGIA APLICADA

    Medio de Vazo e Curva Chave

    Prof. Dr. Rubem La Laina Porto Prof. Dr. Kamel Zahed Filho Ricardo Martins da Silva

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    So Paulo, 2000

    Resumo So apresentados diversos mtodos para a medio de vazo em cursos dguanaturais: volumtrico, colorimtrico, calhas e vertedores, ultra-som e porvelocidade. So detalhadas as diversas formas de medio com molinete: a vau,sobre pontes, com barco fixo ou em movimento e em telefricos. So discutidosos cuidados para se obter a melhor preciso nos resultados.

    So explicados o conceito de curvachave, as condies hidrulicas para suavalidade e sua aplicao prtica. So apresentadas as diversas formas deobteno de registros de nvel dgua: escalas limnimtricas, limngrafos de bia,de borbulhador, de clulas de presso, ultrassnicos. A determinao dosparmetros da curva-chave conceituada e apresentada uma forma para suaobteno utilizando-se a ferramenta SOLVER do Excel.

    Objetivo

    Voc dever, aps o estudo deste texto, ser capaz de:

    Conhecer os diversos processos de medio de vazo;

    Saber calcular uma vazo, pelo processo de medio com molinte;

    Saber as condies ideais para uma medio de vazo;

    Saber escolher uma seo de um rio para ser uma estao fluviomtrica;

    Saber obter os parmetros de uma curva-chave.

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    Medio de Vazo e Curva Chave

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    Referncias Bibliogrficas

    Voc encontrar em mais detalhes o assunto tratado nesta apostila nas seguintes referncias:

    Chow, V.T..- Handbook of Applied Hydrology Mc-Graw-Hill Book Company- 1964.

    Chow, V.T.; Maidment, D.R.;Mays, L.W. - Applied Hydrology. New York, McGrawHill, 572p. 1988.

    Maidment, D.R. Handbook of Hydrology. New York, McGrawHill, 1993

    Tucci, C.E. M. - Hidrologia Cincia e Aplicao Editora.da Univ. Federal do Rio Grande do Sul, EDUSP e ABRH- 1997.

    Pinto, N.L.S. et al. Hidrologia Bsica So Paulo: Edgard Blucher, 1976.

    Linsley, R.K. Engenharia de Recursos Hdricos Mc Graw Hill do Brasil/ Editora da Universidade de So Paulo, 1978.

    Bras, R.L. Hydrology A Introduction to Hydrologic Science Addinson-Wesley Publishing Company 1990.

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    Medio de Vazo e Curva Chave

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    ndice

    1 Introduo 4

    2 Medio de vazo 5

    2.1 Tipos de Medio de Vazo 6 2.1.1 Volumtrico 6 2.1.2 Calhas Parshall 6 2.1.3 Vertedor 9 2.1.4 Ultrassnico 12 2.1.5 Eletromagntico 13 2.1.6 Colorimtrico ou radioativo 14 2.1.7 Molinete 15

    2.2 Tipos de medio de vazo com molinete 17 2.2.1 A vau 17 2.2.2 Sobre ponte 17 2.2.3 Com telefrico 18 2.2.4 Com barco fixo 19 2.2.5 Com barco mvel 19

    2.3 Clculo de uma vazo a partir de uma medio 19 2.3.1 Determinao da velocidade mdia no perfil 21 2.3.2 Medida da rea da seo e determinao da rea de influncia 22

    3 Medio do Nvel dgua 29

    3.1 Rgua (limnmetro) 29

    3.2 Limngrafo 30 3.2.1 Quanto medio 30 3.2.2 Quanto transmisso do sinal 32 3.2.3 Quanto gravao 33

    4 Curva-chave 34

    4.1 Ferramentas iterativas 39

    4.2 Validade da Curva-Chave 45 4.2.1 Variao da curvachave com o tempo 45 4.2.2 Extrapolao da curva-chave 46

    5 Sntese 47

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    111 IIInnntttrrroooddduuuooo

    A Hidrologia Aplicada ir estudar o Ciclo Hidrolgico do ponto de vista quantitativo. O escoamento superficial das guas normalmente medido ao longo dos cursos dgua, criando-se sries histricas que so extremamente teis para diversos estudos e projetos de Engenharia, basicamente para responder a perguntas tpicas como : onde h gua, quanto h de gua ao longo do tempo e quais so os riscos de falhas de abastecimento de uma determinada vazo em um ponto de um curso dgua.

    No planejamento e gerenciamento do uso dos recursos hdricos, o conhecimento das vazes necessrio para se fazer um balano de disponibilidades e demandas ao longo do tempo.

    Em projetos de obras hidrulicas, as vazes mnimas so importantes para se avaliar, por exemplo, calado para navegao, capacidade de recebimento de efluentes urbanos e industriais e estimativas de necessidades de irrigao; as vazes mdias so aplicveis a dimensionamentos de sistemas de abastecimento de guas e de usinas hidreltricas; as vazes mximas, como base para dimensionamento de sistemas de drenagem e rgos de segurana de barragens, entre outras tantas aplicaes.

    Em operao de sistemas hidrulicos, onde poderiam se destacar sistemas de navegao fluvial, operao de reservatrios para abastecimento ou gerao de energia e sistemas de controle ou alerta contra inundaes.

    Sem as informaes bsicas de vazes, os projetos de aproveitamento de recursos hdricos tendem a ser menos precisos, conduzindo a resultados duvidosos, que ora tendem a ser extremamente conservadores e custosos, ora a serem de risco superior ao admitido.

    O levantamento dos dados de vazes pode ser feito pelo Estado, para estabelecer

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    uma rede hidromtrica bsica, ou por empresas que tenha interesse particular em determinadas informaes, como as empresas de gerao de energia, de saneamento e as do setor agroindustrial.

    A descrio dos processos de medio de vazes em cursos dgua visa tambm demonstrar as incertezas envolvidas nas medies e nos clculos, alertando o usurio do dado sobre as incertezas que ele deve incorporar a seus estudos.

    As medies de vazo so feitas periodicamente em determinadas sees dos cursos dgua (as estaes ou postos fluviomtricos). Diariamente ou de forma contnua medem-se os nveis dgua nos rios e esses valores so transformados em vazo atravs de uma equao chamada de curvachave.

    Curva-chave uma relao nvel-vazo numa determinada seo do rio. Dado o

    nvel do rio na seo para a qual a expresso foi desenvolvida, obtm-se a vazo. No apenas o nvel da gua que influencia a vazo: a declividade do rio, a forma da seo (mais estreita ou mais larga) tambm alteram a vazo, ainda que o nvel seja o mesmo. Entretanto, tais variveis so razoavelmente constantes ao longo do tempo para uma determinada seo. A nica varivel temporal o nvel. Desta forma, uma vez calibrada

    tal expresso, a monitorao da vazo do rio no tempo fica muito mais simples e com um custo muito menor.

    222 MMMeeedddiiiooo dddeee vvvaaazzzooo

    Para se determinar a expresso da curva-chave, precisamos medir a vazo para

    diversos nveis. Tais pares de pontos podem ser interpolados, definindo a expresso matemtica da curva-chave.

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    222...111 TTTiiipppooosss dddeee MMMeeedddiiiooo dddeee VVVaaazzzooo As medies de vazo podem ser feitas de diversas formas, que utilizam princpios

    distintos: volumtrico, colorimtrico, estruturas hidrulicas (calhas e vertedores), velocimtrico, acstico e eletromagntico. A escolha do mtodo depender das condies disponveis em cada caso. Cada um destes mtodos ser descrito a seguir, para se poder analisar a oportunidade de aplicao de cada um deles.

    222 ... 111 ... 111 VVV ooo lll uuu mmm ttt rrr iii ccc ooo

    Este mtodo baseado no conceito volumtrico de vazo, isto , vazo o volume que passa por uma determinada seo de controle por unidade de tempo.

    Utiliza-se um dispositivo para concentrar todo o fluxo em um recipiente de volume conhecido. Mede-se o tempo de preenchimento total do recipiente. Este processo limitado a pequenas vazes, em geral pequenas fontes dgua, minas e canais de irrigao.

    222 ... 111 ... 222 CCC aaa lll hhh aaa sss PPP aaa rrr sss hhh aaa lll lll

    As calhas Parshall so, assim como os vertedores, so estruturas construdas no curso dgua e possuem sua prpria curva-chave. Assim, a determinao de vazo a partir do nvel direta para a seo onde a mesma est instalada. Entretanto, se no h ondas de cheia propagando pelo canal, a vazo que passa pela calha a mesma que passa por qualquer outra seo do rio. Pode-se ento determinar a curva-chave para outras sees de interesse medindo o nvel da gua em tais sees e relacionando-os com a vazo medida pela calha ou vertedor.

    O mtodo (calha ou vertedor) se aplica a escoamentos sob regime fluvial1. O princpio consiste em forar a mudana deste comportamento para o regime torrencial1, medindo-se a profundidade crtica.

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    No caso da calha, tal mudana condicionada por um estreitamento da seo.

    Portanto, com o conhecimento do nvel da gua na regio da profundidade crtica determina-se a vazo do canal, uma vez que a forma da seo da calha e a cota de fundo so conhecidas. Se a sada de jusante se d de forma livre (sem afogamento), a vazo pode ser assim deter