U N I V E R S I D A D E F E D E R A L DA P A R A Í B A
CENTRO DE C I Ê N C I A S E T E C N O L O G I ADETERMINAÇÃO
DO P E R Í O D O
ECONÓMICO DO
HIDRÔMETRO NO
RAMAL PREDIAL
Erigi ADALBERTO CAVALCANTI C O E L H O
- UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA - CCT
REITOR P r o f . L y n a l d o C a v a l c a n t i de A l b u q u e r q u e DIRETOR DO CCT DA UFPb P r o f . Sebastião Guimarães V i e i r a CHEFE DO DEC DO CCT P r o f . F r a n c i s c o Mont A l v e r n e de S a l e s Sampaio
U N I V E R S I D A D E FEDERAL DA P A R A Í B A
CENTRO DE C I Ê N C I A S E T E C N O L O G I A - CCT
PERÍODO ECONÓMICO DE HIDROMETROS NO RAMAL P R E D I A L DE ÁGUA
E n g e n h e i r o C i v i l : ADALBERTO CAVALCANTI COELHO
TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE PÕS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DO CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA1
DA UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA COMO PARTE DOS REQUISITOS NE CESSÁRIOS PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS (M.Sc)
A p r o v a d o P o r :
P r o f . JOSÉ FARIAS NÓBREGA O r i e n t a d o r .
P r o f . MANOEL DANTAS VILAR
P r o f . SÉRGIO ROLIM MENDONÇA
CAMPINA GRANDE
ESTADO DA PARAÍBA - BRASIL JULHO - 19 7 7
*
A G R A D E C I M E N T O S
i
O a u t o r a g r a d e c e p e n h o r a d a m e n t e a t o d o s que c o l a b o r a r a m n a confecção do p r e s e n t e t r a b a l h o , e em p a r t i c u l a r - ao P r o f e s s o r JOSÉ FARIAS NÓBREGA, do C e n t r o de Ciências e T e c n o l o g i a (CCT) da U n i v e r s i d a d e F e d e r a l d a i Paraíba, p e l a s o l i c i t u d e n a orientação d e s t a T e s e ; i - ao P r o f e s s o r RAY MORALES, C h e f e do De p a r t a m e n t o de E n g e n h a r i a C i v i l da P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y , Pomona , Califórnia - USA, p e l a d e c i s i v a colaboração p r e s t a d a n a obtenção 1
da b i b l i o g r a f i a específica;
- aos funcionários do C e n t r o de C i a n c i ' as e T e c n o l o g i a , HERCULES HERCUERGUS SOBREIRA DE ALMEIDA e MARIA 1
DE BRITO, p e l a v a l i o s a colaboração;
- ao P r o f e s s o r OMAR DE PAULA A S S I S , p e ' l o s v a l i o s o s e n s i n a m e n t o s , t r a n s m i t i n d o p a r t e dos s e u s c o n h e c i m e n ' t o s , f r u t o s de de2enas de anos de experiência em h i d r o m e t r i a .
- ã COMPESA - Companhia P e r n a m b u c a n a de S a n e a m e n t o , n a p e s s o a de s e u s D i r e t o r e s , p e l o a p o i o técnico-finan1
c e i r o a n o s p r o p o r c i o n a d o .
- a A d v o g a d a MARIA JOSÉ DE SANTANA LIMA p e l a p r e s t e z a com que r e a l i z o u os t r a b a l h o s de revisão do t e x t o .
S U M A R I O
N e s t e t r a b a l h o , p r o c e d e - s e a um e s t u d o dos f a t o r e s que i n f l u e n c i a m o PERÍODO ECONÕMICO DE HIDRÕMETROS NO RAMAL P R E D I A L DE AGUA, a n a l i s a n d o - s e : características de hidrôme' t r o s , q u a l i d a d e da a g u a , vazões de consumo, t a r i f a s e c u s t o s de r e p a r o , t e s t e e substituição de hidrÔmetros. A p r e s e n t a m - s e d o i s ( 2 ) p r o c e s s o s p a r a a determinação das p e r d a s p o r deficiência do m e d i d o r : utilização do a p a r e l h o r e g i s t r a d o r de vazão e do hidrôme t r o padrão. A n o t a m - s e as v a n t a g e n s de c a d a p r o c e s s o , e s t a b e l e c e n ' do-se o m a i s recomendável. F i n a l m e n t e , a p o i a d o em experiências e em e s t u d o da b i b l i o g r a f i a e x i s t e n t e , d e f i n e - s e um MODELO PARA DE
T E R M I N A Ç Ã O DO PERÍODO ECONÓMICO DO HIDROMETRO NO RAMAL P R E D I A L DE AGUA.
DETERMINATION OF THE ECONOMIC PERIOD FOR WATER METER TESTING AND REPAIR.
M.Sc. D i s s e r t a t i o n by
ADALBERTO CAVALCANTI COELHO
A B S T R A C T The w o r k s p r e s e n t e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n ' d e a l s w i t h t h e s t u d y o f f a c t o r s w i c h i n f l u e n c e t h e Econo mie P e r i o d f o r w a t e r m e t e r t e s t i n g a n d r e p a i r , deta:L ' l i n g : w a t e r m e t e r , q u a l i t y o f w a t e r , l o s s o f c o n s u m p t i o n , r a t e a n d c h a r g e s f o r r e p a i r i n g , t e s t a n d r e p l a c e m e n t . ' The p r o c e s s f o r d e t e r m i n i n g t h e l o s s e s due t o w a t e r me ' t e r f a i l u r e i s shown i n t w o d i f f e r e n t w a y s : b y u s i n g a 1 ' b e v i c e g r a p h r e c o r d e i " a n d b y t h e ' s t a n d a r d w a t e r metei". The a d v a n t a g e o f e a c h o n e , i s d i s c u s s e d i n o r d e r t o b e r e c o m e n d e d t h e b e s t . F i n n a l l y , s u p p o r t e d i n t h e e x p e r i e n c e a n d t h e s t u d y o f e x i s t e n t b i b l i o g r a p h y i s e s t a b l i s h e d m o d e l f o r D e t e r m i n a t i o n o f t h e " E c o n o m i c p e ' r i o d f o r w a t e r m e t e r t e s t i n g a n d r e p a i r " .
Í N D I C E
CAPITULO I INTRODUÇÃO 0 0 1
CAPITULO I I OBJETIVO DA INVESTIGAÇÃO 00 3
CAPÍTULO I I I HIDRÕMETROS, TIPOS E CARACTERÍSTICAS... 005 I I I . 1 PARTES FUNDAMENTAIS DE UM HIDROMETRO... 005
I I I . 2 TIPOS DE HIDRÕMETROS 006 I I I . 2 . 1 HIDRÕMETROS VOLUMÉTRICOS 006 1 1 1 . 2 . 1 . 1 Princípio de F u n c i o n a m e n t o 006 111.2.1.2 T i p o s de M e d i d o r e s Volumétricos 00 8 I I I . 2. 2 HIDRÕMETROS DE VELOCIDADE 010 I I I . 2 .2 . 1 Princípio de F u n c i o n a m e n t o 010 I I I . 2 . 2 . 2 T i p o s de M e d i d o r e s Volumétricos 010 I I I . 2. 3 HIDRÕMETROS COMPOSTOS 0 2 1 1 1 1 . 2 . 3 . 1 Princípio de F u n c i o n a m e n t o 0 2 1 111.2.3.2 T i p o s de M e d i d o r e s Compostos 024 I I I . 3 O MEDIDOR PROPORCIONAL 025 I I I . 4 CARACTERÍSTICAS GERAIS 027 1 1 1 . 4 . 1 TAMANHO 027 111.4.2 PROPRIEDADES HIDRÁULICAS 0 30 111.4.3 PROPRIEDADES HIDRODINÂMICAS OU DE MEDIDA ' 030
111.5 CURVAS CARACTERÍSTICAS 037
I I I . 5 . 1 CURVA DE ERROS 037 I I I . 5. 2 A CURVA DE PERDA DE PRESSÃO 0 39
111.6 DISPOSITIVOS DE REGULAGEM 0 4 1
CAPÍTULO I V A OFICINA/LABORATÓRIO DE HIDRÕMETROS...054
I V . 1 FINALIDADE. < 054
I V . 2 IMPORTÂNCIA DO PROCESSO DE REPARAÇÃO
NO PERÍODO ECONÓMICO 057
I V . 3 EQUIPAMENTO 0 5 8
CAPÍTULO V 0 PERÍODO ECONÓMICO DO HIDROMETRO NO
RAMAL PREDIAL 0 6 1 V. l FATORES INTERVENIENTES NO PERÍODO E
CONOMICO 062 V . l . l QUALIDADE DA AGUA 062
V . l . 2 PROJETO DO APARELHO E MATERIAIS DE
FABRICAÇÃO 064 V . l . 3 VAZÕES DE CONSUMO 066
V.1.4 TARIFAS 067 V.2 PROCESSOS UTILIZADOS PARA DETERMINA'
ÇÃO DAS PERDAS DEVIDO Ã FALTA DE SEN
V.2.1 UTILIZAÇÃO DO APARELHO REGISTRADOR
DE VAZÃO 069 V.2.2 UTILIZAÇÃO DO HIDROMETRO PADRÃO 076
V.3 AMOSTRAGEM 080 V.3.1 OBJETIVOS 080 V.3.2 POPULAÇÃO A SER AMOSTRADA 080
V.3. 3 DADOS A PESQUISAR 0 80
V.3.4 GRAU DE PRECISÃO DESEJADO 0 8 1
V.3.5 MÉTODO DE PESQUISA 082
V.3.6 O ESQUEMA 082 V.3. 7 SELEÇÃO DA AMOSTRA 0 84
V.3.8 TAMANHO DA AMOSTRA 085 V.3.9 VERIFICAÇÃO PRELIMINAR 088 V.3.10 ORGANIZAÇÃO DA EQUIPE DE TRABALHO 0 89
V.3.11 SINTETIZAÇÃO E ANALISE DOS DADOS 089 V.4 CORRELAÇÃO DE ALGUMA CARACTERÍSTICA
DE SERVIÇO COM PRECISÃO 090
V.4.1 IMPORTÂNCIA 090 V.4.2 MÉTODOS ESTATÍSTICOS PARA VERIFICAÇÃO
DA CORRELAÇÃO 0 9 1 V.4.2.1 Regressão L i n e a r S i m p l e s 0 9 1
V.4.2.2 Regressão L i n e a r Múltipla 092
V.5 CUSTO DE REPARO, TESTE E SUBSTITUIÇÃO
V.5.1 CUSTO DE REPARO 094 V.5.2 CUSTO DO TESTE 095 V.5. 3 CUSTO DE SUBSTITUIÇÃO 09 7
V.5.4 A CORRELAÇÃO DO CUSTO DE REPARO, TESTE E SUBSTITUIÇÃO COM A IDADE DO APARE _
LHO 097 V.6 CALCULO DAS PERDAS 099
V.6.1 PERDAS EM VOLUME (ANUAIS) 099 V.6.2 PERDAS DE ARRECADAÇÃO (ANUAIS) 10 3
V.7 CUSTO DE SUBSTITUIÇÃO, REPARO E TESTE DO HIDROMETRO E PERDAS DE ARRECADAÇÃO
A VALOR PRESENTE 104 V.7.1 CUSTO DE SUBSTITUIÇÃO, REPARO E TESTE
A VALOR PRESENTE 10 4 V.7.2 PERDAS DE ARRECADAÇÃO A VALOR PRESENTE.105 V.8 A DETERMINAÇÃO DO PERlODO ECONÓMICO 106
V.8.1 MÉTODO 1 - CALCULO MATEMÁTICO 106 V.8.2 MÉTODO 2 - CONSTRUÇÃO DAS CURVAS DE
CUSTOS DE MANUTENÇÃO E PERDAS DE AR
0 0 1
C A P Í T U L O I
I N T R O D U Ç Ã O
O h i d r o m e t r o r e p r e s e n t a um i n s t r u m e n t o1
e s s e n c i a l a administração, p l a n e j a m e n t o e expansão lógica dos S i s ' temas de A b a s t e c i m e n t o de Agua.
A s u a utilização p e r m i t e a cobrança j u s _ t a e e q u i t a t i v a do serviço p r e s t a d o , e e v i t a g a s t o s com o desperdí c i o , l e v a n d o , em consequência, ao a u m e n t o do a l c a n c e dos p r o j e t o s .
Os p r o j e t o s 'são e l a b o r a d o s t e n d o em v i s _ t a a t e n d e r a população com um d e t e r m i n a d o " p e r c a p i t a " d u r a n t e c e r t o período. A experiência m o s t r a - n o s q u e p a r a s i s t e m a s não m e d i d o s e s t e " p e r c a p i t a " pode s e r e x c e d i d o , a c a r r e t a n d o a s s i m a d i m i n u i ' ção do a l c a n c e do p r o j e t o , e i m p l i c a n d o em execução de o b r a s a d i e i o n a i s de captação, adução e t r a t a m e n t o . A utilização de hidrômetros, a s s o c i a d a a um s i s t e m a tarifário a d e q u a d o , p e r m i t e o equilíbrio e n t r e a o f e r t a e a demanda, l e v a n d o ao a d i a m e n t o de inversões em o b r a s de e x p a n ' são. No e n t a n t o , p a r a que os hidrômetros a t i n j a m s e u s o b j e t i v o s , é necessário que f u n c i o n e m com precisão ade
002
q u a d a .
O h i d r o m e t r o , como t o d a máquina, p e r d e eficiência com o t e m p o de utilização. Suas e n g r e n a g e n s e d e m a i s pe ças vão s e d e s g a s t a n d o p r o g r e s s i v a m e n t e . A matéria em suspensão ' t r a z i d a p e l a a g u a , que p a s s a em s e u i n t e r i o r , a d e r e ãs e n g r e n a g e n s e peças c o m p o n e n t e s , e p o u c o a p o u c o , i m p e d e s e u m o v i m e n t o n o r m a l , d i m i n u i n d o p o r c o n s e g u i n t e s u a precisão de m e d i d a .
A p a r t i r de d e t e r m i n a d o momento, a Em 1
p r e s a começa a p e r d e r arrecadação. Há n e c e s s i d a d e , então, de subs_ t i t u i r o a p a r e l h o d e f i c i e n t e p o r o u t r o em p e r f e i t a s condições.
0 " p o n t o õtimo" de substituição será a q u e l e no q u a l as p e r d a s de arrecadação s e i g u a l a m aos c u s t o s de 1
t e s t e s , r e p a r o e substituição do h i d r o m e t r o .
Através de e s t u d o s de precisão dos h i drômetros, vazões de consumo, t a r i f a s , q u a l i d a d e d a água, c a r a c t e * rísticas de hidrômetros, t e s t e e r e p a r o dos a p a r e l h o s , é possível' e s t a b e l e c e r o PERÍODO ECONÓMICO DE PERMANÊNCIA DO HIDROMETRO NO RA MAL PREDIAL.
003
C A P Í T U L O I I
O B J E T I V O DA I N V E S T I G A Ç Ã O
0 o b j e t i v o d e s t e t r a b a l h o e e s t a b e l e c e r um M o d e l o p a r a Determinação do Período Económico do H i d r o m e t r o no Raiíial P r e d i a l de A g u a , b a s e a d o em experiências r e a l i z a d a s no B r a s i l com hidrômetros n a c i o n a i s , e em e s t u d o d a b i b l i o g r a f i a e x i s t e n t e . São a n a l i s a d o s os a s p e c t o s i n t e r v e n i e n * t e s no p r o c e s s o e a e s t r u t u r a necessária a execução da p e s q u i s a p a r a a determinação d e s t a incógnita. A s e g u i r d i s c r i m i n a r e m o s os f a t o r e s c o n s i d e r a d o s : 1 - Características de hidrômetros; 2 - Oficina/Laboratório de Hidrômetros; 3 - Q u a l i d a d e da água; 4 - Vazões de consumo; 5 - T a r i f a s ; 6 - C u s t o de r e p a r o , t e s t e e s u b s t i t u i / ção de hidrômetros.
004 No d e c o r r e r do e s t u d o serão a b o r d a d o s 1 os p r o c e s s o s c o n v e n c i o n a l m e n t e u t i l i z a d o s p a r a determinação das * p e r d a s d e v i d o ã f a l t a de s e n s i b i l i d a d e do h i d r o m e t r o , a s s i m r e l a c i o n a d o s : a - Utilização de A p a r e l h o R e g i s t r a d o r ' de Vazão; b - Utilização de H i d r o m e t r o Padrão. Os p r o c e s s o s são c o m p a r a d o s e s u a s v a n t a g e n s d i s c u t i d a s . F i n a l m e n t e , ê a p r e s e n t a d o um M o d e l o p a r a D e t e r ' minaçao do Período Económico, b a s e a d o em e s t u d o s de custo-benefí ' c i o .
005
C A P Í T U L O I I I
HIDRÕMETROS, TIPOS E CARACTERÍSTICAS
I I I . 1 PARTES FUNDAMENTAIS DE UM HIDROMETRO
Q u a l q u e r que s e j a o t i p o do h i d r o m e t r o , e s t e e constituído f u n d a m e n t a l m e n t e de q u a t r o ( 4 ) p a r t e s : 1 - Câmara de m e d i d a ; 2 - Trem r e d u t o r ; 3 - R e g i s t r a d o r ; 4 - C a r c a s s a . CÂMARA DE MEDIDA é a p a r t e q u e p r o d u z o m o v i m e n t o da máquina, de m a n e i r a contínua, em função 1
da q u a n t i d a d e de água q u e a t r a v e s s a o m e d i d o r ; TREM REDUTOR r e c e b e o m o v i m e n t o p r o d u z i do n a câmara de m e d i d a , r e t a r d a n d o a rotação, de f o r m a que p o s s a s e r r e g i s t r a d o ; REGISTRADOR r e g i s t r a e a c u m u l a os c o n s u mos de a c o r d o com o c o n j u n t o de m e d i d a e t r e m r e d u t o r ; CARCASSA ê a p a r t e que compõe o c o r p o '
ooe
do a p a r e l h o a g r u p a n d o a camará de m e d i d a , t r e m r e d u t o r e r e g i s t r a d o r . A FIGURA 1 a p r e s e n t a as p a r t e s f u n d a ' m e n t a i s de um h i d r o m e t r o . I I I . 2 TIPOS DE HIDRÕMETROS De a c o r d o com o p r i n c i p i o de f u n c i o n a ' m e n t o , os hidrômetros podem s e r c l a s s i f i c a d o s em:1 - Volumétricos; 2 - De V e l o c i d a d e o u Taquímetros; 3 - C o m p o s t o s . I I I . 2 . 1 HIDRÕMETROS VOLUMÉTRICOS I I I . 2 . 1 . 1 P r i n c i p i o de F u n c i o n a m e n t o P a r a e s t e s a p a r e l h o s , os consumos são o b t i d o s a p a r t i r do número de v e z e s que s e e n c h e de á gua uma câmara de c a p a c i d a d e volumétrica c o n h e c i d a . Es_ t e s hidrômetros são também chamados de d e s l o c a m e n t o po s i t i v o p e l o f a t o de s e u r e g i s t r o s e r s i m i l a r ã m e d i d a ' de água p o r m e i o de um t a n q u e com bóia e régua g r a d u a ' da. A s s i m , a bóia é a r r a s t a d a p e l a água ao se e s v a z i a r
008
o s e u v o l u m e .
Sendo " v " o volume do r e c i p i e n t e unitã' r i o e "N" o numero de v e z e s que se r e p e t e a operação , o v o l u m e t o t a l r e g i s t r a d o será:
V = N.v ( 1 . 0 )
I I I . 2 . 1 . 2 T i p o s de M e d i d o r e s Volumétricos
Os p r i n c i p a i s m e c a n i s m o s empregados pe l o s hidrômetros volumétricos são:
a - D i s c o n u t a t i v o ; b - Pistão r o t a t i v o ; c - Pistão o s c i l a n t e ; d - Pistão a l t e r n a t i v o ; e - P a r a f u s o . Nos E s t a d o s U n i d o s da A m e r i c a do N o r t e ' há uma g r a n d e tendência a utilização de hidrômetros vo
lumétricos e em p a r t i c u l a r , o de d i s c o n u t a t i v o . ( V i d e FIGURA 2 )
No B r a s i l , a experiência m o s t r o u que o emprego de hidrômetros volumétricos não é o m a i s ade ' q u a d o . Além do m e d i d o r volumétrico t e r um c u s t o de a quisição e manutenção m u i t o e l e v a d o , o s e u u s o é r e c o ' mendado s o m e n t e p a r a s i s t e m a s que t e n h a m água l i v r e de
partículas, que podem t r a v a r o s e u m e c a n i s m o de medi_ 1
010
P r a t i c a m e n t e não se têm u s a d o hidrôme' t r o s volumétricos no B r a s i l . P o r e s t a s razões não de s e n v o l v e m o s um e s t u d o m a i s d e t a l h a d o a s e u r e s p e i t o . I I I . 2.2 HIDRÔMETROS DE VELOCIDADE I I I . 2 . 2 . 1 Princípio de F u n c i o n a m e n t o Os d i s p o s i t i v o s de m e d i d a dos hidrôme' t r o s de v e l o c i d a d e são b a s e a d o s n a p r o p o r c i o n a l i d a d e ' e x i s t e n t e e n t r e a v e l o c i d a d e d a água que a t r a v e s s a um orifício e o número de revoluções de uma t u r b i n a , s o b r e a q u a l a t u a o esforço hidrodinâmico do f l u x o .
0 v o l u m e de água que a t r a v e s s a o h i d r o m e t r o em d e t e r m i n a d o t e m p o é i g u a l a:
Q = CM.A ( 2 . 0 ) Onde, N = número de revoluções da t u r b i n a ;
C = c o e f i c i e n t e que depende das características hidráulicas do c o n j u n t o ;
A = área do orifício.
I I I . 2 . 2 . 2 T i p o s de M e d i d o r e s de V e l o c i d a d e
0 1 1
t u r b i n a e s u a disposição n a câmara do m e d i d o r , os h i drômetros de v e l o c i d a d e são c l a s s i f i c a d o s em:
a - M o n o j a t o ; b - M u l t i j a t o ;
c - A x i a l o u W o l t m a n n .
HIDROMETRO MQNQJATO - a água a t u a s o * b r e a t u r b i n a num único p o n t o . 0 f l u x o de agua e n t r a ' em um orífico e s a i p o r um o u t r o .
N e s t e t i p o de m e d i d o r , a câmara de me d i d a é a própria c a r c a s s a , em que e s t a f i x o um " p i ' v o t " s o b r e o q u a l g i r a a t u r b i n a .
G e r a l m e n t e , são de transmissão magnéti c a e a s u a r e l o j o a r i a é c o m p a c t a , e n g l o b a n d o a p a r t e r e d u t o r a e a r e g i s t r a d o r a . ( V i d e FIGURA 3)
Nos hidrômetros m o n o j a t o s , a t u r b i n a e s o l i c i t a d a num sõ p o n t o de s u a p e r i f e r i a , ao p a s s o 1
que nos m u l t i j a t o s e s s a solicitação se v e r i f i c a em vã r i o s p o n t o s .
D e v i d o â ausência de câmara e s p e c i a l 1
de m e d i d a nos hidrômetros m o n o j a t o s , g e r a l m e n t e , s u a t u r b i n a poderá t e r m a i o r diãmetro q u e a dos m u i t i j a ' t o s , e também poderá a p r e s e n t a r um menor número de r o tacões. 0 número de rotações da t u r b i n a de um c e r t o ' h i d r o m e t r o m o n o j a t o está p a r a o de um m u l t i j a t o n a r e
lação de 3:4.
A d e s v a n t a g e m da solicitação u n i l a t e 1
FIGURA 3 - H i d r o m e t r o M o n o j a t o , M o s t r a d o r de P o n t e i r o s , Transmissão Magnética.
013
da p e l o menor n u m e r o de rotações d a t u r b i n a , p o r q u a n t o o d e s g a s t e das p a r t e s m o v e i s ê bem menor nas b a i xas rotações.
As s u a s c a r a c t e r i s t i c a s são:
- construção m a i s s i m p l e s e de p e q u e m tamanho em relação a o u t r o s hidrômetros, t e n d o , p o i t a n t o , b a i x o c u s t o de a q u i s ição e manutenção; - t r a b a l h a bem com a g u a de a l t a t u r b i _ ' d e z ; - t e m p o u c a p e r d a de c a r g a , p o d e n d o , p o r c o n s e g u i n t e , s e r f a b r i c a d o em tamanho r e d u z i d o ; - a incidência da a g u a s o b r e uma só" p a r t e da t u r b i n a p r o v o c a um n a t u r a l desequilíbrio e um d e s g a s t e em s u a s p a r t e s c o m p o n e n t e s ; - s u a precisão poderá s e r a f e t a d a s e n s i v e l m e n t e , no c a s o de redução do orifício de admis_ são, o c a s i o n a n d o e r r o s p o s i t i v o s ;
- r e q u e r p a r a s e u a j u s t e um s i s t e m a de r e g u l a g e m .
HIDROMETRO MULTIJATO - a câmara de me d i d a f i c a l o c a l i z a d a no i n t e r i o r da c a r c a s s a , s e n d o p r o v i d a de uma série de f u r o s i n f e r i o r e s onde a a g u a ' é a d m i t i d a e, s u p e r i o r e s p o r onde é e x p u l s a .
Os c i l i n d r o s , que compõem os f u r o s , têm direção t a n g e n c i a l a t u r b i n a .
A f o r m a de distribuição do f l u x o s o b r e a t u r b i n a é simétrica o que f a z com que e l a t r a b a l h e '
014
e q u i l i b r a d a . ( V i d e FIGURA 4 )
Suas p r i n c i p a i s características são: - construção m a i s c o m p l e x a q u e o mono j a t o , t e n d o , p o r t a n t o , um m a i o r c u s t o de aquisição e manutenção;
- distribuição simétrica do f l u i d o em t o r n o da câmara de m e d i d a , com m e l h o r equilíbrio h i drodinâmico e c o n s e q u e n t e m e n t e menor d e s g a s t e do man c a l d a t u r b i n a e " p i v o t " , q u e o m o n o j a t o ; - é um a p a r e l h o intermediário e n t r e o m o n o j a t o e o volumétrico; - r e q u e r p a r a o s e u a j u s t e um s i s t e m a de r e g u l a g e m . Nos E s t a d o s U n i d o s da América do N o r t e , até p o u c o t e m p o , u t i l i zavam-se p a r a usuários r e s i d e n ' c i a i s apenas hidrômetros volumétricos. A t u a l m e n t e , há uma tendência ã adoção de hidrômetros m u l t i j a t o , e u ma p r o v a d i s t o ê que em j u n h o de 1 9 7 6 , f o i lançada a p r i m e i r a ( l a . ) Edição d a Norma AWWA C 70 8/76 (COLD WA TER METERS MULTI-JET TYPE FOR CUSTOMER SERVICE).
HIDRÕMETROS A X I A I S OU WOLTMANNS - são a p a r e l h o s q u e u t i l i z a m , b a s i c a m e n t e , como e l e m e n t o de medição, um m o l i n e t e que t r a b a l h a num c o n d u t o f e c h a
d o , onde a t u a um f l u x o n a direção a x i a l ao m o l i n e t e . A c r e s c e n t e - s e q u e , n o s d e m a i s m e d i d o r e s taquímetros , o f l u x o a t u a p e r p e n d i c u l a r m e n t e ao e i x o da t u r b i n a .
015
FIGURA 4 - H i d r o m e t r o de V e l o c i d a d e , M e d i d o r M u l t i j a t o , d e t a l h e s da Câmara de M e d i d a .
016
E s t e s m e d i d o r e s são chamados WOLTMANN em homenagem ao e n g e n h e i r o alemão REINHARD WOLTMANN que em 1790 i n t r o d u z i u o u s o de m o l i n e t e na medição 1
de r i o s e c a n a i s . No d e c o r r e r d e s t e t r a b a l h o c h a m a r e ' mos, s e m p r e , os m e d i d o r e s a x i a i s de WOLTMANNS.
Os hidrômetros WOLTMANNS são d i v i d i d o s b a s i c a m e n t e em d o i s ( 2 ) g r u p o s :
- Hidrômetros W o l t m a n n s V e r t i c a i s ; - Hidrômetros W o l t m a n n s H o r i z o n t a i s . Os Woltmanns V e r t i c a i s são a p a r e l h o s 1
c u j o e i x o da t u r b i n a t r a b a l h a p e r p e n d i c u l a r m e n t e ao e i x o da tubulação onde está i n s t a l a d o . A t u a l m e n t e , e o m e d i d o r a x i a l , m a i s c o n h e c i d o e u t i l i z a d o no B r a s i l . Em t e r m o s de s e n s i b i l i d a d e , p e r d a de c a r g a e c u s t o , s i t u a - s e e n t r e o m e d i d o r c o m p o s t o e o W o l t m a n n H o r i z o n t a l . A p r e s e n t a m o s , a s e g u i r , uma comparação d e s t e s m e d i d o r e s p a r a o l i m i t e i n f e r i o r dê e x a t i d a o . CAPACIDADE 50 mm - 2" T i p o de H i d r o m e t r o M e d i d o r Composto W o l t m a n n V e r t i c a l W o l t m a n n H o r i z o n t a l L i m i t e / i n f e r i o r de e x a t i d a o ( l / h ) 30 250 800 Um f a t o r m u i t o i m p o r t a n t e p a r a a v i d a d e s t e t i p o de m e d i d o r e o f o r m a t o da câmara que o r i e n
017
t a a açao do f l u x o s o b r e a t u r b i n a . 0 f l u x o , a o a t r a v e s s a r o m e d i d o r , e o b r i g a d o a p e r c o r r e r um c a m i n h o em f o r m a de "S" , fenómeno que g e r a um momento s o b r e o e i x o . E s t e momento, em m e d i d o r e s m a l d i m e n s i o n a d o s , p r o v o c a o d e s g a s t e p r e m a t u r o dos p o n t o s de a p o i o da t u r b i n a p o r m a i s reforçada que s e j a a s u a fabricação
( V i d e FIGURA 5) A s u a utilização ê i n d i c a d a q u a n d o : - Instalação n a h o r i z o n t a l , r i g o r o s a 1 m e n t e ; - P a r a vazões s u p e r i o r e s a 250 l / h ; - Em circunstâncias onde a p e r d a de c a r g a não ê crítica. Os hidrômetros W o l t m a n n s p a r a poços ' são do t i p o V e r t i c a l , d i f e r e n c i a n d o - s e dos W o l t m a n n s ' c o n v e n c i o n a i s p e l o f o r m a t o da c a r c a s s a c u j a direção ' de e n t r a d a e s a i d a f o r m a um ângulo de 909 ( n o v e n t a ' g r a u s ) . ( V i d e FIGURA 6) J a os Hidrômetros W o l t m a n n s H o r i z o n ' t a i s são m e d i d o r e s a x i a i s c u j o e i x o da t u r b i n a t r a b a ' l h a p a r a l e l a m e n t e ao e i x o da tubulação onde está i n s _ t a l a d o .
E s t e s m e d i d o r e s s u b d i v i d e m - s e em duas ( 2 ) c a t e g o r i a s : W o l t m a n n de mecanismo f e c h a d o e W o l t ' mann de mecanismo removível. Os de mecanismo f e c h a d o ' são f a b r i c a d o s até 150mm. ( V i d e FIGURA 7 ) . Hidrôme ' t r o s com mecanismo removível são f a b r i c a d o s até 500mm e têm a g r a n d e v a n t a g e m de não s e r p r e c i s o retirá-los
018 Mecanis-m o tota-lizador de cifras salta rifes FLange de fecha-mento da carcaça Flange da camará mediçao Camara m edição Carcaça Trans -m i s s ã o magn e-Nca Trem de redução Rjrgador auroma'-Hco de ar Turbina escalo-nada Sistema de regulagem FIGURA 5 - H i d r S m e t r o W o l t m a n n V e r t i c a l , Transmissão Magnética, C i f r a s S a l t a n t e s .
019
0 2 1 da tubulação p a r a r e p a r o . ( V i d e FIGURA 8) A utilização d e s t e t i p o de a p a r e l h o e r e c o m e n d a d a q u a n d o : 1 - Tubulação e x i s t e n t e p o d e não s e r h o r i z o n t a l ; 2 - Vazões de t r a b a l h o a c i m a de 800 l / h ; 3 - N e c e s s i d a d e de b a i x a p e r d a de c a r g a . I n f e l i z m e n t e , a i n d a não são f a b r i c a d o s no B r a s i l , p o i s em m u i t o s c a s o s e s t e s e r i a o m e d i d o r m a i s i n d i c a d o . I I I . 2 . 3 HIDRÔMETROS COMPOSTOS I I I . 2 . 3 . 1 P r i n c i p i o de F u n c i o n a m e n t o E s s e n c i a l m e n t e os m e d i d o r e s c o m p o s t o s se c o n s t i t u e m de d o i s ( 2 ) , um W o l t m a n n e um m u l t i j a t o o u de " d e s l o c a m e n t o p o s i t i v o " , d i s p o s t o s de t a l f o r m a que a atuação de uma válvula d e s v i a o f l u x o de uma se ção p a r a o u t r a , d e p e n d e n d o de q u a l h i d r o m e t r o é c a p a z de r e g i s t r a r m a i s e x a t o . As b a i x a s vazões são m a r c a ' das n o p e q u e n o m e d i d o r , e as g r a n d e s no W o l t m a n n . C V.i de FIGURA 9 )
FIGURA 8 - H i d r S m e t r o W o l t m a n n H o r i z o n t a l , T r a n s m i s são Magnética, C i f r a s S a l t a n t e s , M e c a n i s mo Removível.
024 0 s e u c u s t o e t r i s ( 3 ) v e z e s o v a l o r ' ' do s e u c o r r e s p o n d e n t e s i m p l e s . No e n t a n t o , o s e u b a i xo l i m i t e i n f e r i o r de e x a t i d a o p e r m i t e um r e g i s t r o ' m a i s e x a t o . Sua utilização é i n d i c a d a q u a n d o : 1 - A l t a precisão p a r a uma g r a n d e v a r i ação de vazões; 2 - Agua de a l t o c u s t o ; 3 - Tubulação e x i s t e n t e d e v e s e r h o r i ^ z o n t a l ; E s t e s a p a r e l h o s não são f a b r i c a d o s no País . I I I . 2 . 3 . 2 T i p o s de M e d i d o r e s Compostos De a c o r d o com a combinação de h i d r ô m e1 t r o s , podemos c l a s s i f i c a r os c o m p o s t o s em: a - H i d r o m e t r o W o l t m a n n c o m b i n a d o com h i d r o m e t r o m u l t i j a t o ; b - H i d r o m e t r o W o l t m a n n c o n j u g a d o com h i d r o m e t r o volumétrico; c - H i d r o m e t r o volumétrico i n d u s t r i a l * c o m b i n a d o com o volumétrico r e s i d e n c i a l .
025 I I I . 3 O MEDIDOR PROPORCIONAL C o n s i s t e em um h i d r o m e t r o p e q u e n o l i g a do a tubulação através de um " b y - p a s s " . 0 s e u p r i n c í1 p i o de m e d i d a b a s e i a - s e em q u e a q u a n t i d a d e de agua ' que a t r a v e s s a o h i d r o m e t r o é p r o p o r c i o n a l ã q u e a t r a ' v e s s a a tubulação. ( V i d e FIGURA 1 0 ) Tem um b a i x o c u s t o de aquisição e i n s _ talação, n o e n t a n t o t e m restrições com relação a p r e cisão, p o i s o s e u a s s e n t a m e n t o deve o b e d e c e r r i g o r o s a mente a critérios técnicos.
£ m u i t o u t i l i z a d o n o a b a s t e c i m e n t o d e ' água a n a v i o s , em irrigação e em h i d r a n t e s . G e r a l m e n t e , e u t i l i z a d o em g r a n d e s v a z o e s , s e n d o um dos m a i s económicos m a c r o m e d i d o r e s . R e p r e s e n t a , t a l v e z , a solução m a i s ade q u a d a p a r a a macromedição no B r a s i l , n o e s t a g i o em ' que n o s e n c o n t r a m o s , a t u a l m e n t e . Ha n e c e s s i d a d e de d e s e n v o l v i m e n t o de '> p e s q u i s a s a r e s p e i t o , p o i s e s t a é uma solução n a c i o - ' n a l , e v i t a n d o a n e c e s s i d a d e de importação de e q u i p a .' m e n t o e s t r a n g e i r o , e, r e s o l v e n d o de i m e d i a t o o g r a v e ' p r o b l e m a da inexistência de macromedição. Como o n o s s o t r a b a l h o se p r e n d e a mi crome dição, não d e s e n v o 1 veremos m a i o r e s e s t u d o s a res_ p e i t o .
0 2 7 I I I • 4 CARACTERÍSTICAS GERAIS Um h i d r o m e t r o d i s t i n g u e - s e p o r três ' C 3) e l e m e n t o s : 1 - Tamanho; 2 - P r o p r i e d a d e s hidráulicas; 3 - P r o p r i e d a d e s hidrodinãmicas. I I I . 4 . 1 TAMANHO D e v i d o ã padronização e x i s t e n t e p e l a ' PEB-14 7 da ABNT, um h i d r o m e t r o e p e r f e i t a m e n t e d e f i n i do p e l o diâmetro e c a p a c i d a d e . Os QUADROS I e I I a p r e s e n t a m as dimensões p a r a hidrômetros m o n o j a t o e m u l t i j a t o , r e s p e c t i v a m e n t e . P a r a hidrômetros W o l t m a n n s V e r t i c a i s , as dimensões estão c o n t i d a s n o QUADRO I I I .
Q U A D R O I
DIMENSÕES PARA MEDIDORES DE VELOCIDADE MONOJATO DE FA BRICAÇAO NACIONAL. CAPACIDADE ( m3/ h ) 3 3 Diâmetro mm 13 19 p o l 1/2 3/4 C o m p r i m e n t o s/união 120 120 cl união 200 218 A l t u r a mm 70 70 L a r g u r a mm 85 85 Rosca c a r c a s s a WHITWORTH 3/4 1
-QUADRO I I
DIMENSÕES PARA MEDIDORES DE VELOCIDADE MULTIJATO
DE FABRICAÇÃO NACIONAL CAPACIDADE ( m3/h ) 3 5 7 10 20 30 Di ãmetro mm 13 19 19 25 25 40 50 p o l . 1/2 3/4 3/4 1 1 1.1/4 2 Comprimento s/união mm 165 190 190 260 260 300 2 7 5 * c/união mm 245 286 288 378 378 438 340* A l t u r a mm 130 130 135 140 145 160 220 L a r g u r a mm 100 100 100 105 105 135 170 R o s c a carcaça WHITWORTH 3/4" 1" 1" 1.1/4" 1.1/4" 2" 2" A F l a n g e
029
QUADRO I I I
DIMENSÕES PARA HIDRÕMETROS WOLTMANN V E R T I C A I S
DE FABRICAÇÃO NACIONAL Diâmetro mm 50 80 100 150 Nominal p o l 2 3 4 6 Pressões de e n s a i o 2 Kg/cm 20 Pressões de serviço Kg/cm 2 10 Comprimento com f l a n g e s mm 353 390 450 5 35 Comprimento sem f l a n g e s mm 2 70 300 360 4 30 A l t u r a mm 340 390 440 490 L a r g u r a mm 220 254 270 315 Peso com f l a n g e s Kg 35,5 48,5 62 101,6 sem f l a n g e s Kg 30 40 50 80 1
030 I I I . 4 . 2 PROPRIEDADES HIDRÁULICAS Podem s e r d e f i n i d a s p e l a relação e x i s _ t e n t e e n t r e a vazão que a t r a v e s s a o m e d i d o r e a s u a r e s p e c t i v a p e r d a de pressão, s e n d o e s t a a e n e r g i a d i s _ p r e n d i d a p e l a água ao a t r a v e s s a r o h i d r o m e t r o .
I I 1 . 4 . 3 PROPRIEDADES HIDRODINÃMICAS OU DE MEDIDA
São a q u e l a s que d e f i n e m o c o m p o r t a m e n t o do a p a r e l h o com relação â q u a l i d a d e de m e d i d a ; de pendem d a hidrodinâmica da máquina.
A s e g u i r , d e f i n i r e m o s a l g u n s e l e m e n t o s característicos d e s t a s p r o p r i e d a d e s p a r a hidrômetros1
d o m i c i l i a r e s :
- Início de f u n c i o n a m e n t o e a vazão h o rãria a p a r t i r d a q u a l o h i d r o m e t r o começa a m o v e r - s e f o r n e c e n d o de m a n e i r a contínua indicação de consumo.
- L i m i t e de s e n s i b i l i d a d e é a vazão h o rãria pré-fixada s o b a q u a l o m e d i d o r deve e s t a r em f u n c i o n a m e n t o .
- L i m i t e i n f e r i o r de e x a t i d a o S a v a zão horária a p a r t i r da q u a l o m e d i d o r d e v e r e g i s t r a r com e r r o s d e n t r o do "campo de tolerância".
- Vazão característica é a vazão p a r a a q u a l a p e r d a de pressão é de 10 m e t r o s de c o l u n a de
0 3 1
água.
- Vazão n o r m a l e a vazão n a q u a l o c o r ' r e uma p e r d a de pressão de 2,5 m e t r o s de c o l u n a de á g u a .
- Campo teórico de medição e o t r e c h o1
de vazões c o m p r e e n d i d o e n t r e o " l i m i t e i n f e r i o r " de e x a t i d a o e a "vazão característica" do a p a r e l h o .
- Campo prático de medição é o t r e c h o ' c o m p r e e n d i d o e n t r e o " l i m i t e i n f e r i o r " de e x a t i d a o e a "vazão n o r m a l " .
A FIGURA 1 1 a p r e s e n t a g r a f i c a m e n t e o s ' e l e m e n t o s d e f i n i d o s .
P a r a os m e d i d o r e s t i p o W o l t m a n n a " v a J zão característica" c o r r e s p o n d e a uma p e r d a de prés 1
são de 1,00 m e t r o de c o l u n a de água. Nos QUADROS I V , V e V I , a p r e s e n t a m o s ' as características de f u n c i o n a m e n t o de hidrômetros mo n o j a t o , m u i t i j a t o e W o l t m a n n , r e s p e c t i v a m e n t e . A t u a l m e n t e são f a b r i c a d o s n a A l e m a n h a1 hidrômetros m u l t i j a t o s d e c a p a c i d a d e 3/5m^, i s t o q u e r d i z e r , h i d r o m e t r o com s e n s i b i l i d a d e de 3m3 e c a p a c i d a de de 5 m3, o que e r e a l m e n t e um considerável p r o g r e s _ '
so tecnológico. Também são f a b r i c a d o s hidrômetros com c a p a c i d a d e 7/lOm3. 0 p r o j e t o d e s t e s a p a r e l h o s o b e d e c e
a l i n h a s bem m a i s avançadas que o dos m e d i d o r e s c o n 1
v e n c i o n a l m e n t e f a b r i c a d o s no B r a s i l . E s t e s a p a r e l h o s1
são de r e l o j o a r i a s u b m e r s a , não s e n d o recomendável s u a utilização em s i s t e m a s de aguas de e l e v a d a t u r b i d e z , ( V i d e FIGURA 1 2 )
032
FIGURA 1 1 - C u r v a s características de H i d r o m e t r o t i p o
033
QUADRO I V
CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMENTO DE HIDRÕMETROS
MONO-JATO DE FABRICAÇÃO NACIONAL
Diâmetro mm Nominal p o l 13 1/2 19 3/4 Vazão característica (m /h) 3 3 L i m i t e I n f e r i o r de Exatidao ( l / h ) 40 40 Vazão S e p a r a d o r a ( l / h ) 150 150
! Volume Max. Diário (m^) 1
6 6
j Volume Max. M e n s a l (m^) 90 90
Vazão Max. Momentânea ( l / s ) 0,8 0,8
Início de F u n c i o n a m e n t o ( l / h ) 18 18
E r r o s de medição a d m i t i d o s
p e l a PEB-MA da ABNT
a c i m a da vazão reparadora + 2% E r r o s de medição a d m i t i d o s
p e l a PEB-MA da ABNT abaijo da vazão reparadora +5%
Indicação do m o s t r a d o r
mínima {m ) 0,001 Indicação do m o s t r a d o r
QUADRO V
CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMENTO DE
HIDRÕMETROS JATOS MÚLTIPLOS DE FABRICAÇÃO NACIONAL
Diâmetro mm 13 19 19 25 25 40 50
N o m i n a l p o l
1/2
3/4 3/4 1 1 1.1/2 2Vazão característica m3/h 3 3 5 7 10 20 30
L i m i t e I n f e r i o r de E x a t i d a o ( l / h ) 40 40 60 80 105 170 220
Vazão S e p a r a d o r a ( l / h ) 150 150 250 350 500 1.000 1.500
Volume Max. Diário (m3) 6 6 10 14 20 40 60
Volume Max. M e n s a l (m3) 90 90 150 210 300 600 900
Vazão Max. Momentânea ( l / s ) 0,8 0,8 1,4 1,9 2,8 5,5 8,5
Início de F u n c i o n a m e n t o ( l / h ) 18 18 22 30 45 70 80
E r r o de Medição a d m i t i d o p e l a ABNT A c i m a d a Vazão S e p a r a d o r a + 2%
PEB-147 da ABNT A b a i x o da Vazão S e p a r a d o r a + 5%
Indicação do M o s t r a d o r
Mínima (m3) 0,001 0,01
Indicação do M o s t r a d o r
035
QUADRO V I
CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMENTO DE
HIDRÕMETROS WOLTMANN V E R T I C A I S DE FABRICAÇÃO NACIONAL
Diâmetro Milímetro 50 80 100 150
N o m i n a l P o l e g a d a 2 3 4 6
Vazão com p e r d a 1 m.c-a m3/h 18 40 60 125
L i m i t e I n f e r i o r de E x a t i d a o m3/h 0,35 0,65 0,85 1,50
Vazão S e p a r a d o r a m3/h 3 6 9 15
Vazão Contínua m3/h 15 55 90 200
Vazão Max. Momentânea m3/h 30 110 180 350
Vazão c / t r a b a l h o de 10 horas m3/ d i a 150 550 900 2.000 Vazão c / t r a b a l h o de 24 horas m3/ d i a 300 1.100 1.800 4.000 Início de F u n c i o n a m e n t o l / h 17 200 300 800 Acima da vazão S e p a r a d o r a + 2 % A b a i x o da vazão S e p a r a d o r a + 5% Mínima m3 0,01 0,1 Indicação do M o s t r a d o r — . Máxima m3 1.000.000 10.000,000
036
i
FIGURA 12 - H i d r o m e t r o M u l t i j a t o , r e l o j o a r i a s u b m e r s a 3/5m3 de c a p a c i d a d e , de fabricação da
037 No QUADRO a s e g u i r , a p r e s e n t a m o s as c a racterísticas de f u n c i o n a m e n t o d e s t e s a p a r e l h o s . TAMANHO NOMINAL DIÂMETRO POLEGADA MÍNIMA CAP. SOB PERDA PRESSÃO 10 3 m.c.a -m /h L I M I T E I N FERIOR DE EXATIDAO + - 5 VAZÃO SEPA RADORA + - 2 3/5 3/4 5 20 150 7/10 1 10 40 350 I I I . 5 CURVAS CARACTERÍSTICAS As p r i n c i p a i s " c u r v a s características" de um h i d r o m e t r o sào: " c u r v a de e r r o s " e " p e r d a de pressão". I I I . 5 . 1 CURVA DE ERROS Suponhamos um h i d r o m e t r o t i p o v e l o c i d a de l i g a d o a uma tubulação através da q u a l se i n i c i a a p a s s a r um e s c o a m e n t o com vazão bem p e q u e n a e c u j o f i
038
l e t e de l i q u i d o não t e m v e l o c i d a d e p a r a m o v i m e n t a r a máquina. A s e g u i r , aumentamos g r a d a t i v a m e n t e a vazão' e a p a r t i r de d e t e r m i n a d o momento são v e n c i d a s as f o r Ças de a t r i t o e inércia, e a máquina começa a f u n c i o n a r , n o e n t a n t o sem f o r n e c e r indicações contínuas de consumos. E n t r e t a n t o , se c o n t i n u a r m o s a i n c r e m e n t a r a vazão, v e r i f i c a r e m o s que a máquina aumentará rápida m e n t e a v e l o c i d a d e a t e que s e j a a t i n g i d o d e t e r m i n a d o v a l o r , q u a n d o então os f r e i o s começarão a a t u a r l e v a n do a um f u n c i o n a m e n t o p r a t i c a m e n t e u n i f o r m e .
A atuação dos f r e i o s o c o r r e n o momento em que a água p a s s a do r e g i m e l a m i n a r p a r a o t u r b u l e n t o onde as partículas têm trajetõrias d e s o r d e n a d a s .
Experiências r e a l i z a d a s n a A l e m a n h a com h i d r o m e t r o de m a t e r i a l t r a n s p a r e n t e m o s t r a r a m que ' nas b a i x a s vazões d e v i d o ao fenómeno da c a p i l a r i d a d e , películas são f o r m a d a s nos f u r o s da câmara de m e d i d a , d i m i n u i n d o s u a seção e a u m e n t a n d o p o r c o n s e g u i n t e a v e l o c i d a d e de incidência dos j a t o s n a t u r b i n a . A p a r ' t i r de d e t e r m i n a d o v a l o r da vazão, a força de c a p i l a ' r i d a d e e v e n c i d a , s e n d o então a n u l a d o o s e u e f e i t o .
Como f o i v i s t o , a precisão de um h i d r o ' m e t r o e uma função da vazão.
A c u r v a de e r r o s depende do p r o j e t o , do tamanho do h i d r o m e t r o e de suas vazões de serviço.
L e v a n t a m o s e s t a c u r v a p a r a hidrômetros n a c i o n a i s , t i p o m u l t i j a t o e m o n o j a t o dos f a b r i c a n t e s :
0 39
LAO, TECNOBRÂS, NANSEN e SCHLUMBERGER. Os e n s a i o s f o ram r e a l i z a d o s n a OFICINA/LABORATÕRIO DE HIDRÔMETROS' DA CABANGA - COMPESA, em R e c i f e , com utilização de ' b a n c a d a i n d i v i d u a l e q u i p a d a com manómetro de c o l u n a ' de mercúrio. ( V i d e GRÁFICOS I , I I , I I I e I V )
I I I . 5 . 2 A CURVA DE PERDA DE PRESSÃO
A agua ao a t r a v e s s a r o h i d r o m e t r o e co locã-lo em m o v i m e n t o , d e s p r e n d e c e r t a e n e r g i a p a r a 1 v e n c e r o a t r i t o e inércia. Se c o n e c t a r m o s um manôme ' t r o n a e n t r a d a , e o u t r o n a saída do h i d r o m e t r o , v e r i _ f i c a r e m o s q u e , a p a r t i r de d e t e r m i n a d a vazão, a pres_ são de e n t r a d a f i c a s u p e r i o r a de saída. E s t e f a t o c a r a c t e r i z a bem a p e r d a de c a r g a o u p e r d a de pressão o c o r r i d a em consequência da e n e r g i a d e s p r e n d i d a p e l a a gua p a r a a c i o n a r o mecanismo e p a r a v e n c e r a resistên c i a ao e s c o a m e n t o , d e v i d o âs variações de secções e mudanças de direção dos f i l e t e s líquidos e ao a t r i t o1
d e s t e s c o n t r a as p a r e d e s i n t e r n a s do h i d r o m e t r o . Podemos c l a s s i f i c a r e s t a s p e r d a s de 1 pressão em úteis e p a s s i v a s . As p e r d a s de pressão úteis o c o r r e m n o ' a c i o n a m e n t o das p a r t e s m o v e i s do a p a r e l h o . As p e r d a s de pressão p a s s i v a s são p r o v e n i e n t e s dos e s t r a n g u l a m e n t o s e d e m a i s característi
040
cas de fabricação de c a d a s i s t e m a , t i p o e m o d e l o do 1
h i d r o m e t r o .
P a r a que os hidrômetros não f u n c i o n e m ' como l i m i t a d o r de consumo, os s e u s f a b r i c a n t e s devem c o n s t r u i r a p a r e l h o s que a p r e s e n t e m uma p e r d a de e n e r ' g i a mínima. A p e r d a de pressão em um h i d r o m e t r o de_ p e n d e d e : p r o j e t o , t a m a n h o do m e d i d o r e vazões de s e r viço. P a r a um mesmo h i d r o m e t r o a p e r d a de ' pressão v a r i a com a vazão.
A p e r d a de pressão num c o n d u t o pode 1
s e r c a l c u l a d a p e l a fórmula de DARCY-WEISSBACH. h = 6 1 4 b l Q2, onde
Tf
2
»
5
h = p e r d a de pressão em m e t r o s de c o l u n a de a g u a ; b = c o e f i c i e n t e q u e d e p e n d e da r u g o s i d a d e das p a r e d e s do c o n d u t o e d a n a t u r e z a do líquido; 1 = c o m p r i m e n t o do c o n d u t o em m e t r o s ; D = diâmetro do c o n d u t o em m e t r o s ; Q = vazão em m e t r o s cúblicos p o r h o r a . P a r a o h i d r o m e t r o , f a z e n d o - s e , K = 5 1 4 , a p e r d a de pressão será r e p r e s e n t a d a p o r ' 2 ~h = KQ , que e a expressão que da a c u r v a de p e r d a de pressão d o s m e d i d o r e s corr. secção c o n s t a n t e . E s t a c u r va t e m a f o r m a a p r o x i m a d a de uma parábola.
041
A relação e n t r e as perdas de pressão
e
Y12 Q
u eo c o r r e m em um mesmo hidrÔmetro secção '
c o n s t a n t e , p a r a as vazões Q-^ e Q
2c o r r e s p o n d e n t e s , é
dada p e l a f o r m u l a de CHEZY:
Q
Qn . 1 2
-A = (_±i)2 .'. h = h„ C r
h
2Q
2Com e s t a f o r m u l a , conhecendo-se a va
zao característica, é possível e n c o n t r a r a p e r d a de
pressão.
Com a utilização de um manómetro d i f e
1r e n c i a l de c o l u n a de mercúrio, e s c a l a 0 a 10 m.c.a. ,
f o r a m o b t i d a s na OFICINA/LABORATCRIO DE HÍDROMETROS '
na Cabanga, em R e c i f e , as curvas de p e r d a de pressão'
p a r a hidrômetros m u l t i j a t o e m o n o j a t o dos f a b r i c a n t e s
LAO, TECNOBRÃS, SCHLUMBERGER e NANSEN. ( V i d e GRÁFICOS
I , I I , I I I e I V )
I I I . 6 DISPOSITIVOS DE REGULAGEM
Os hidrômetros t i p o v e l o c i d a d e são p r o
v i d o s de d i s p o s i t i v o s de regulagem que p e r m i t e m a
translação de sua Curva de E r r o s .
As posições extremas do d i s p o s i t i v o de
regulagem d e f i n e m os l i m i t e s i n f e r i o r e s e s u p e r i o r e s
desta translação e o Campo de Regulagem do a p a r e l h o .
Ê" m u i t o i m p o r t a n t e que os o p e r a d o r e s '
"9 O O
o
o o o 3 <n 01o
TJ= z
w
>, o' 3) O t> 3«
O mo
O
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H
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2
H
O
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•n
M
O
O
H
O
- PG R Á F I C O I I
C U R V A S C A R A C T E R Í S T I C A S
H I D R O U 8 1 4 4 5 5 C A I t .3 m 3 * 3 / 4 " M A R C A N AN SEM T I P O Mu \ t i j o l o , mo s t T O dor c i e i o m t t r i c o , t r a n s m i s s ã o m > c a n i c a V A Z Ã O C U L I T R O S P O R H O R A O 6 S , V o i õ o e o r o e t e n s t i c o : 3 . 2 2 0 l / h . A Curvo de P e r d a d * P r e s s l o foi obtido oom M a n ó m e t r o Dlfvrenotal de C o l u n o de M e r c ú r i o044
G R Á F I C O I I I
C U R V A S C A R A C T E R Í S T I C A S
HIDROM M g 4 C 7 I 2 3 4 C A P 3 ir 3 » 3 / 4 M t H C , L . A . O . T I P O Mu I 11 ] o t o , mo s t r o dor c i c l o m e l . n c o , t r a n s m i s s ã o m e c o m c a + 10 V A Z Ã O EM L I T R O S POR H O R A O B 8 -v . •- V a z ã o c a r a c t e r í s t i c a : 3 5 4 0 l / h " C u r v a de P e r d a de Preesío" f o i obtido com Manómetro D i f e r e n c i a l de Coluna de mercúrio045
G R Á F I C O I V
C U R V A S C A R A C T E R Í S T I C A S
HIDPOM Ng 5 3 0 , 3 2 4 r/tf> 3 m3 x 3 / 4 " M A R C A T E C N 0 B R f l S T I P O M o n o i a t o , m o s t r a d o r c i c l o m a f r i c o , t r o s m i e s õ o m a g m á t i c a + 10 V A Z A O E M L I T R O S P O R H O R AO B S . V a r ã o c a r a c t e r í s t i c a 2 6 1 0 l / h . O S hidrômetros foram ensaiados com fiutro. A Curva de Perda de Pr»»»õ"o F o i obtida com M a n ó m e t r o Diferencial de Coluna de M e r c w V i o
046
de maquinas de t e s t e conheçam bem o Campo de Regula '
gem de cada t i p o de hidrÔmetro, já que i s t o f a v o r e c e
rã
a uma maior eficiência dos t r a b a l h o s de r e p a r o , a
j u s t a g e m e aferição.
Para a grande m a i o r i a dos medidores '
m u l t i j a t o ; a regulagem
ê f e i t a através do d e s v i o de
p a r t e da água a d m i t i d a através de "by-pass". ( V i d e F I
GURA 13-A)
No caso de hidrômetros Woltmanns, a r e
gulagem fundamenta-se em d i s p o s i t i v o que p e r m i t e ma^
1o r ou menor incidência do j a t o de agua nas a l e t a s da
t u r b i n a
sde forma que, quando a incidência f o r p e r p e n
d i c u l a r ã a l e t a , a c u r v a terá o seu p o n t o máximo, e
quando, p a r a l e l a , o seu mínimo.
Os GRÁFICOS V» V I , V I I e V I I I r e p r e s e n
tam o Campo de Regulagem de vários hidrômetros n a c i o
n a i s r e s u l t a n t e de p e s q u i s a s r e a l i z a d a s na OFICINA/LA
BORATÕRIO DE HIDRÔMETROS DE CABANGA, em R e c i f e , PE.
Para a l g u n s hidrômetros, a regulagem '
pode s e r e f e t u a d a com base nas modificações das posi_'
ções r e l a t i v a s e n t r e a p a r t e i n f e r i o r da t u r b i n a e os
f r e i o s do fundo da câmara de medida. Para a grande '
m a i o r i a dos m e d i d o r e s , e s t a s distâncias são f i x a s , de
v i d o ao " p i v o t " e ao e i x o da t u r b i n a serem p a d r o n i z a '
das. ( V i d e FIGURAS 13-B e 13-C)
A n t i g a m e n t e , c e r t o s hidrômetros eram
r e g u l a d o s p e l a inclinação dos f r e i o s da p a r t e s u p e r i '
o r da câmara de medida.
047
E = Posição final , M=Posicdo media , V B - C a m p o de
regulação
FIGURA 13-A - D i s p o s i t i v o de Regulagem t i p o "by-pass"
p a r a hidrômetro de v e l o c i d a d e , m u l t i j a '
t o .
048
FIGURA 13-B - Regulagem baseada na posição r e l a t i v a
da t u r b i n a e pinhão.
049
2 4 5 6 8 10 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 8 0 100
Vazão em percentagem da vazão característica.
FIGURA 13-C - Curvas de E r r o s p a r a posições r e l a t i v a s
da t u r b i n a e pinhão.
050
G R Á F I C O V
C A M P O DE R E G U L A G E M
HIDROM N 2 1.5 5 4. 9 5 4 CA R 3m x 3 / 4 " M A R C A S C H L U M B E R G E R T I P O : M U I t i j a t o , mostro dor c i c l o m etr i c o , t r a n s m i s s ã o m o o a n l c a
+ 10
- 1 0 0
V////////7}
5 % 10 2 0 3 0 4 0 VAZÕES EM PORCENTAGEM D A V A Z ^ O CARACTERÍSTICA
—i— 5 0 + 2 O - 2 -i 1—r-10 0 %
E n s a i o efetuado com b a n c a d a I n d i v i d u a l , maquina S t a n d a r d W - 4 , e q u i p a d o com m a n ó m e t r o de mercúrio f a b r i c a ç a o
O
51G R Á F I C O V I
C A M P O D E R E G U L A G E M
3 HIDROM US &ÍA-A* -i Ç f l p 3m x 3 / 4 " M A R C A N A N S E N T,p0- Mu I t I J o t o , m o s t r a d o r c i c l o r m t r i c o , t r a n s m i s s ã o m e c â n i c a V A Z Õ E S E M P O R C E N T A G E M D A V A Z Ã O C A R A C T E R Í S T I C A O B S E W S O I C J o f t t u o d o Com B a n c a d o i n d i v i d u a l , m o q m n o S t a n d a r d W - 4 - eflulDOda com m a r . ó W t r o éP mrrr„rlt>- f n h r i r n ^ n L I C E U D E A R T E S E O F Í C I O S D E S A O P A U L O052
G R Á F I C O V I I
CAMPO D E R E G U L A G E M
C A P 3 m3 n 3 / 4 " M A R C A T E C N O B R A S
HIDROM M fi 5 5 0 4 3 5
T I P O : Mon o-j ato, r e g i s t r a d o r c l c l o m e t r í c o , transmissão m a g n a t c a
+ 1 0
u
-K>0/A
+ 2 « • 1 1— 1 , — , 1 % 1 0 C O 3 0 4 0 5 0 V A Z Õ E S E M POR C E N T A 9 E M DA VAZ AO C A R A C T E R Í S T I C A 1 0 0 %O %% Ensaio «tatuado com bancada i n d i v i d u a l , nraquina Standard W - 4 , s a u i p r i d a com m a n ã W t r o d * m e r c ú r i o fabricação
G R Á F I C O V I I I
053
C A M P O DE R E G U L A G E M
V A Z Õ E S EM PORCENTAGEM DA VAZÃO C A R C T E R I S T I C A O B S . E m a t o « f á t u a 4 a c om s a n o a da individual m ó q u i n a S t a n d a r d W - 4 , « q u l p a d a com manómetro de m e r c ú r i o - f a b r i c a ç ã o L I C E U D E A R T E S E O F Í C I O S D E SAO P A U L O054
C A P Í T U L O IV
.A OFICINA/LABORATÕRIO DE HIDRÔMETROS
I V . 1 FINALIDADE
Uma O f i c i n a de Hidrômetros devidamente
a p a r e l h a d a é elemento bãsico a uma e s t r u t u r a de manu
tenção c o r r e t i v a e p r e v e n t i v a de hidrômetros. Além de
r e p a r a r e a f e r i r hidrômetros, e l a deve f u n c i o n a r como
laboratório de p e s q u i s a s , f o r n e c e n d o os subsídios ne
cessãrios a boa política de aquisição e manutenção de
medidores. 0 seu p r o c e s s o de t r a b a l h o deve s e r t i p o
i n d u s t r i a l , obedecendo a princípios técnicos e de p r o
d u t i v i d a d e . Os serviços devem s e r acompanhados de es
t u d o s de c u s t o s , p r o p i c i a n d o a decisão c o r r e t a de r e
p a r a r ou não d e t e r m i n a d o t i p o de hidrômetro.
A FIGURA 14 a p r e s e n t a o "LAY-OUT" de
uma grande O f i c i n a de Hidrômetros.
As FIGURAS 15 e 16 apresentam alguns
1aspectos da Oficina/Laboratório de Hidrômetros de Ca
banga, R e c i f e , PE.
OFKNA/LABOftATÒAIO DE MMtOMETfKI DE CABAHOA
056
FIGURA 15 - Aspectos das bancadas de reparo e ajusta
gem da Oficina/Laborat5rio de Hidrômetros
de Cabanga, Recife, PE.
FIGURA 16 - Aspectos da Seção de Teste e Regulagem da
Oficina/Laboratório de Hidrômetros de Ca
banga, Reci f e, PE.
057
IV.2 IMPORTÂNCIA DO PROCESSO DE REPARAÇÃO NO PERÍODO ECONÔ
MICO
O p r o c e s s o de reparação do hidrômetro'
tem grande importância, p o i s d e l e poderá depender o
"Período Económico do Hidrômetro no Ramal P r e d i a l " .
Convencionalmente, u t i l i z a m - s e os se
g u i n t e s p r o c e s s o s de reparação.
a - Reparação com substituição de pe
ças d e f e i t u o s a s ;
b - Reparação com substituição de sub
c o n j u n t o s .
No p r i m e i r o p r o c e s s o , a reparação é e
x e c u t a d a com substituição apenas das peças que não o
fereçam p e r f e i t a s condições de f u n c i o n a m e n t o , enquan'
t o que no segundo, se f a z a substituição de s u b c o n j u n
t o s .
Algumas Companhias u t i l i z a m o p r i m e i r o
p r o c e s s o , i n c o r r e n d o no aumento do campo de t o l e r a n c i _
a p a r a os e r r o s e devolvendo ao serviço, hidrômetros'
com e r r o s s u p e r i o r e s ao recomendado p e l a PEB-147 da
ABNT. E s t e método pode c a u s a r sérios t r a n s t o r n o s a de
terminação do Período Económico, porque se terá hidrô
metros de mesma marca, mesmo tempo de serviço, mas de
precisão s u b s t a n c i a l m e n t e d i f e r e n t e s .
EQUIPAMENTO
O equipamento e s s e n c i a l a uma O f i c i n a '
de Hidrômetros de grande p o r t e é o apresentado a se
g u i r :
- bancadas de r e p a r o ;
- bancadas de lavagem;
- p r a t e l e i r a s p a r a hidrômetros;
- p r a t e l e i r a s de peças de reposição;
- banco de t e s t e p a r a hidrômetros domi
ciliários; ( V i d e FIGURA 17)
- bancos de t e s t e p a r a hidrômetros i n
d u s t r i a i s ; ( V i d e FIGURA 18)
- c a r r i n h o s p a r a t r a n s p o r t e i n t e r n o de
hidrômetros;
- manómetro de mercúrio p a r a c o n t r o l e
1de vazões de e n s a i o ; ( V i d e FIGURA 19)
- manómetro d i f e r e n c i a l e s c a l a 0 a 1 0
1m. c.a. ;
- bomba de pressão p a r a e n s a i o de es_ '
t a n q u e i d a d e ;
- compressor;
- bancada p a r a t e s t e de campo de hidrô
metros i n d u s t r i a i s ;
FIGURA 17 - Aspectos das bancadas de e n s a i o de hidrô
metros domiciliários da Oficina/Laboratõ
r i o de Hidrômetros de Cabanga, Recife-PE
FIGURA 18 - Bancada de Teste de medidores i n d u s t r i a i s
a c o p l a d a com d i s p o s i t i v o p a r a e n s a i o i n d i
v i d u a l , fabricação do L i c e u de A r t e s e 0
fícios de São P a u l o .
060
L E G E N D A B U J Ã O S U P E R I O R D E P O S I T O S U P E R I O R R E G I S T R O DE MACHO T U B O DE P L Á S T I C O TU BO DE V I D R O E S C A L A C H A S S I S 0 € P O St TO DE M E C Ú R I O B U J Â O I N F E R I O RFIGURA 19 - Manómetro de c o l u n a de mercúrio, e s c a l a '
, 2
C 61
C A P Í T U L O V
O PERÍODO ECONÓMICO DO HIDRÔMETRO NO RAMAL PREDIAL
O período económico de um hidrômetro '
no r a m a l p r e d i a l é aquele a p a r t i r do q u a l as p e r d a s '
de arrecadação, d e v i d o a f a l t a de s e n s i b i l i d a d e do a
p a r e l h o , são maiores que o c u s t o de r e p a r o , t e s t e e
substituição do mesmo.
Ao i n i c i a r - s e e s t u d o p a r a determinação
deste período, deve-se f a z e r uma a n a l i s e económica pa
r a d e t e r m i n a r a v i a b i l i d a d e do p r o j e t o sob o p o n t o de
v i s t a de eficiência económica. T r a t a - s e de d e f i n i r se
as r e c e i t a s o r i u n d a s do p r o j e t o são maiores que os
g a s t o s necessários p a r a executã-lo e a v e r i g u a r se e
x i s t e o u t r a a l t e r n a t i v a que possa c u m p r i r os o b j e t i '
vos do p r o j e t o , porem com melhores r e s u l t a d o s .
Sempre que os c u s t o s p a r a r e d u z i r os
e r r o s no r e g i s t r o sejam menores que as perdas a evi^ '
t a r , a empresa devera r e p a r a r seus hidrômetros. Para'
otimÍ2ar sua operação n e s t e campo, a empresa terá que
m i n i m i z a r a soma das perdas p o r deficiência dos hidrô
m e t r o s , mais os c u s t o s de mante-los com nível de p r e
062
cisão de r e g i s t r o aceitável. Este aspecto é a p r e s e n t a
do em forma s i m p l i f i c a d a na FIGURA 20. Nesta f i g u r a a
c u r v a de perdas CP) d e c l i n a com o aumento da precisão
enquanto que a c u r v a de c u s t o de r e p a r o (CR) aumenta'
com a precisão. Ê c l a r o que a obtenção das c u r v a s de
c u s t o s e perdas r e q u e r e s t u d o s e s p e c i a i s . Estes cus '
t o s devem i n c l u i r os g a s t o s com substituição, r e p a r o ,
t e s t e e t r a n s p o r t e do hidrômetro, levando-se em c o n t a
os c u s t o s do c a p i t a l i n v e s t i d o .
Para determinação das curvas de perda
económica e necessária a existência de uma boa d e f i n i
ção do c o n c e i t o de precisão e deve-se e n c o n t r a r uma '
forma de m e d i - l a . O u t r a forma utilizável e prática se
r i a s u b s t i t u i r a precisão p o r o u t r a característica '
que l h e e s t e j a r e l a c i o n a d a .
A s e g u i r apresentaremos os f a t o r e s que
intervêm no período económico.
V . l FATORES INTERVENIENTES NO PERÍODO ECONÓMICO
V . l . l QUALIDADE DA AGUA
0 período económico de serviço de um '
hidrômetro & d i r e t a m e n t e p r o p o r c i o n a l ã q u a l i d a d e da
água que o através s a.
063
CUSTO D E R E P A R O X P R E C 1 8 A 0
Y
I
PRECISÃO
* Valores otHnizados da manuttnçfo pc*v*ntiva
