Medindo Queda e Vazão

Queda (Desnível)

A seguir são apresentadas algumas técnicas para medição da queda de um potencial hidráulico. A técnica mais adequada irá depender da precisão desejada, dos recursos disponíveis e do porte do empreendimento.

Essas técnicas podem ainda ser usadas de maneira complementar, por exemplo uma técnica mais simples para uma estimativa preliminar, e outra mais precisa para um projeto mais detalhado em etapa posterior.

Nível de Pedreiro

Itens necessários:

  • Ajudante

  • Nível de pedreiro

  • Barra bem reta, rígida e longa, ou fio de nylon

  • Metro (trena) articulado

A partir do ponto mais alto da queda, coloca-se uma extremidade da barra (ou fio) nesse nível mais alto.

Com auxílio do nível de pedreiro, posiciona-se a barra (ou o fio, bem esticado)  horizontalmente, apontando a extremidade oposta na direção do percurso desejado.

Mede-se então nessa extremidade oposta a altura entre o chão e a barra ou fio.

Repete-se então o procedimento a partir desse ponto, sucessivamente até o final do percurso. O desnível total será a soma das medidas das alturas registradas.

Mangueira de nível

Este método costuma ser mais preciso que o método do nível de pedreiro.

Itens necessários:

  • Ajudante

  • Mangueira de nível transparente

  • Metro (trena) articulado

A partir do ponto mais alto da queda, coloca-se uma extremidade da mangueira de nível a uma determinada altura desse ponto.

Posiciona-se a outra extremidade da mangueira ao longo do percurso desejado.

Mede-se a altura do chão até o nível d’água na mangueira nas duas extremidades simultaneamente.

Registra-se então a diferença entre as medições do nível inferior e a do nível superior.

Repete-se então o procedimento a partir desse segundo ponto, sucessivamente até o final do percurso. O desnível total será a soma das diferenças registradas.

Aplicativo de Topografia para Smartphone

Há diversos aplicativos para smartphone que permitem, por meio da câmera e do acelerômetro de um aparelho comum, medir a posição angular de um ponto capturado por sua câmera.

Um bom exemplo é o aplicativo GeoCam, que possibilita essa funcionalidade já em sua versão grátis. Um diferencial importante do GeoCam é que ele permite a calibração da leitura do acelerômetro, prática fortemente recomendada sempre antes de iniciar as medições em campo. Outro recurso que ajuda muito nesse aplicativo é o zoom digital, facilitando a identificação do ponto de interesse.

Segue-se um método simples para medição de desnível com essa técnica. Itens necessários:

  • Ajudante (recomendado)

  • Celular com aplicativo de topografia devidamente calibrado

  • Tripé com suporte para celular

  • Estaquetas e spray com cor de alto contraste (recomendado), ex: laranja ou amarelo

  • Vara reta graduada em alto contraste (sugerido: até 6 metros)

  • Metro (trena) articulado de 2 metros

    Trena longa ou mapa com escala (desejável)

A partir do ponto mais alto, arma-se o celular no tripé, com um desnível de 1 m desde o espelho d’água até a lente da câmera. Aponta-se o celular no plano horizontal na direção desejada para a descida.

Posiciona-se verticalmente a vara barranco abaixo, procurando o ponto onde seu topo coincida com a linha horizontal no celular.

Neste ponto temos 6 – 1 = 5 m de desnível barranco abaixo.

Repete-se o procedimento a partir desse ponto-alvo já obtido, sucessivamente, até o final do percurso. No último lance registra-se o desnível desde o ponto mais baixo até a indicação da escala graduada na vara.

O desnível total será a soma das medidas das alturas registradas.

 

Esse método, se bem aplicado, pode permitir uma precisão angular de até 0,1°, correspondendo a um erro de 0,175% do trecho total percorrido (OBS: não confundir a medida do trecho total percorrido com a medida do desnível total!). Para a estimativa desse erro é desejável também uma trena mais longa ou um mapa com escala para medir também a distância percorrida.

Por exemplo, para um percurso total de 100 m em um barranco correspondendo a um desnível (vertical) de 20 m, o erro será da ordem de 100∙0,00175 = 0,175 m. Neste caso o erro do desnível será algo em torno de 0,175/20 = 0,00875 ≈ 0,9%.

Técnicas de Alta Precisão

Incluem-se aqui técnicas baseadas em instrumentos profissionais de alta precisão, que porém apresentam maior custo e complexidade operacional, sendo fortemente recomendadas para projetos maiores de minigeração, sobretudo em declives pouco acentuados, onde justifica-se um maior investimento. Exemplos:

  • Nível topográfico ou nível óptico
  • Teodolito
  • Estação total
  • GPS de precisão (OBS: não confie em GPS de smartphone!)

Curvas de Nível em Mapas Topográficos

Mapas topográficos apresentam curvas de nível demarcando determinados patamares de altitude. Pode-se inferir o desnível entre dois pontos do mapa tomando-se a diferença entre os patamares das curvas de nível mais próximas a cada ponto.

Os mapas topográficos permitem uma medição mais imediata e simples, em alguns casos sem sequer requerer visita em campo, porém normalmente a resolução do mapa é baixa (ex: 20 m para o Google Maps, 16 m para mapas digitais de satélite), e muitas vezes de baixa confiabilidade, sobretudo em pequenas encostas e áreas com vegetação.

Vazão (Descarga)

Assim como a queda, a vazão de um rio ou córrego pode ser medida por meio de diversas técnicas, cada uma com suas vantagens e desvantagens. A seguir são apresentadas algumas delas.

Recomenda-se medir a vazão ao longo de diversas épocas no decorrer de pelo menos um ano típico, sobretudo em temporadas de seca, de modo a se conhecer sua variação ao longo de períodos secos e chuvosos.

Tanque de Medição

É a técnica mais simples para medir vazão, porém é adequada somente para pequenas vazões.

Itens necessários:

  • Ajudante
  • Tanque de medição com volume conhecido (ex: balde, bombona ou caixa d’água)
  • Cronômetro

Procura-se um ponto onde todo o fluxo a ser medido possa ser canalizado em uma pequena queda.

Coloca-se rapidamente o tanque para captar a água e mede-se o tempo até que se encha por completo.

O volume do tanque em litros dividido pelo tempo em segundos será a vazão medida em l/s.

Repete-se algumas vezes o procedimento até que se tenha uma amostragem confiável para se fazer uma boa estimativa da vazão.

Objeto Flutuante

Esta é uma técnica simples, porém não muito precisa.

Itens necessários:

  • Ajudante (recomendado)
  • Objeto flutuante parcialmente submerso (ex: uma laranja ou garrafa pet com 2/3 de água)
  • 2 marcos (estacas ou cordas)
  • Trena longa
  • Cronômetro

Escolhe-se um trecho reto, uniforme e pouco turbulento do curso d’água, o mais longo possível, e determina-se um marco (ex.: uma linha cruzando o rio) em cada extremidade desse trecho. Mede-se a distância entre os dois marcos.

Mede-se também:

  • A área de seção transversal aproximada do trecho (A), dada em m2, correspondente à profundidade média multiplicada pela largura média do trecho;
  • O perímetro molhado (P) em metros, que corresponde à distância percorrida de uma margem até a outra do canal pelo fundo do seu leito, ou em outras palavras, o perímetro da seção transversal subtraindo-se o segmento da superfície da água.

O objeto deve ser lançado um pouco acima do marco a montante, no meio do canal, à mesma velocidade da água.

Marca-se então o tempo de trajeto entre os dois marcos.

Repete-se a operação até se obter uma amostragem confiável do tempo de percurso.

Considerando:

L: distância percorrida pelo flutuante (m)

T: tempo médio de percurso (s)

A: área de seção transversal (m2)

P: perímetro molhado (m)

V: vazão (l/s)

Temos a vazão determinada por:

V = 1000∙C∙A∙L/T (l/s)

Onde:

C: coeficiente de ajuste.

O valor de C dependerá das características do canal, e há diversos métodos para a estimativa de seu valor. Para uma estimativa bem simples e de modo geral conservadora pode-se simplesmente assumir C = 0,75.

Para uma aproximação um pouco mais fiel o valor de C pode ser obtido a partir da tabela a seguir, em função da relação A/P e do tipo de material do canal:

A/P Madeira lisa ou concreto liso
Madeira rústica ou tijolo à vista Parede grosseira Terra
0,10 0,860 0,840 0,748 0,565
0,20 0,865 0,858 0,792 0,645
0,30 0,870 0,865 0,812 0,685
0,40 0,875 0,868 0,822 0,712
0,50 0,880 0,870 0,830 0,730
0,60 0,885 0,871 0,835 0,745
0,70 0,890 0,872 0,837 0,755
0,80 0,892 0,873 0,839 0,763
0,90 0,895 0,874 0,842 0,771
1,00 0,895 0,875 0,844 0,778
1,20 0,895 0,876 0,847 0,786
1,40 0,895 0,877 0,850 0,794

Vertedouro de Medição

Consiste na instalação no curso d’água de um vertedouro com uma geometria padronizada, que pode ser em formato reto, trapezoidal, ou triangular em “V”. A montante do vertedouro, é instalada uma régua vertical com escala específica normatizada, que indica conforme o nível d’água a vazão naquele momento.

A principal desvantagem é que além de requerer um pequeno trecho reto e com um pequeno desnível, exige um certo esforço para construção e instalação. Mas uma vez instalado, permite medições com boa precisão, e com um mínimo de manutenção pode-se ter uma estrutura permanente para  medir as variações de vazão ao longo do tempo.

Estudo Hidrológico

Consiste na estimativa de perfis de vazão por meio de cálculos a partir de dados cartográficos, geológicos, e de estações meteorológicas. É uma técnica mais adequada para vazões e áreas de drenagem (bacias) maiores, mas pode ser usada também para estimativas de situações com vazões menores.