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AVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE INSTALAÇÃO DE UMA MALHA DE MEDIÇÃO DE VAZÃO COM O ELEMENTO SENSOR PRIMÁRIO DO TIPO CAL HA PARSHALL

EM UM SISTEMA DE EFLUENTES INDUSTRIAIS

Jéssica Duarte de Oliveira Engenheira Bioquímica, USP, 2009; Pesquisadora Junior da TECLIM; Pós-graduando pelo curso CEPI, UFBA. Osvaldo Fernando Ibanez Mocoçain Técnico de Supervisão e Operação (Universidad de Concepción); Engenheiro sênior do TECLIM. Asher Kiperstok Eng.º Civil, Technion, 1974; Mestrado em Engenharia Química, UMIST, Inglaterra, 1994; Doutorado em Engenharia Química, UMIST, 1999; Professor do Programa em Engenharia Industrial da Escola Politécnica da UFBA. Coordenador da Rede de Tecnologia Limpa TECLIM. Ricardo de Araújo Kalid Eng.º Químico, UFBA, 1988; Mestrado em Engenharia Química, UFBA, 1991; Doutorado em Engenharia Química, USP, 1999; Professor do Programa em Engenharia Industrial da Escola Politécnica da UFBA. Pesquisador sênior do TECLIM. Karla Patrícia Santos Oliveira Esquerre Eng.º Química, UFAL, 1998; Mestrado em Engenharia Química, UNICAMP, 2000; Doutorado em Engenharia Química, UNICAMP, 2003; pós-doutorado em Engenharia Sócio-Ambiental, University of Hokkaido, Japão, 2005. Professor do Programa em Engenharia Industrial da Escola Politécnica da UFBA. Pesquisador sênior do TECLIM. Endereço(1): Rua Aristides Novis, 02 – Federação – Salvador –Bahia - CEP 40210-630- Brasil - Tel.: 3283-9892 / 3235-4436 - e-mail: albleje@alunos.eel.usp.br . RESUMO

Esse trabalho teve como objetivo a verificação de uma malha de medição de vazão com o elemento sensor primário do tipo calha Parshall. O elemento secundário de medição é um sensor de nível por ultrassom. Durante as visitas feitas a indústria verificou-se a existência de dois sistemas de medição em canal aberto. Analisaram-se os dados de projetos da calha Parshall para que fossem verificados os desvios existentes entre o projeto e calha propriamente dita. O sistema inorgânico possui uma vazão média de 15m³/h, esse valor é muito próximo ao limite mínimo de operação da malha de medição de vazão. Já o sistema orgânico opera em vazões médias de 215m³/h que é próxima a vazão média de projeto. Pode-se conclui que o elemento sensor primário (calha Parshall) da malha de medição de vazão do sistema orgânico e inorgânico encontra-se instalada conforme o projeto, mas o sistema inorgânico está superdimensionado para as vazões utilizadas. O sistema orgânico tem as dimensões apropriadas para a vazão que é submetida. O sensor de nível está posicionado, nos dois sistemas, no local exigido pela a norma. Recomenda-se a instalação em série de um elemento primário de vazão para valor médio de 15m³/h no sistema inorgânico. PALAVRAS-CHAVE:

Calha Parshall, sistema de efluentes, tecnologia limpa INTRODUÇÃO

A medição da vazão é essencial a todas as fases da manipulação dos fluidos, incluindo a produção, o processamento, a distribuição dos produtos e das utilidades. Ela está associada com o balanço do processo e está diretamente ligada aos aspectos de compra e venda dos produtos. A medição confiável e precisa requer uma correta engenharia que envolve a seleção do instrumento de medição, a sua instalação, a sua operação, a sua manutenção e a interpretação dos resultados obtidos(4).

É importante medir a quantidade de efluente que flui através de um canal, pois a medição sempre está relacionada com custo, proteção ambiental ou ambos. As plantas de tratamento de água cobram pela quantidade de água purificada. As plantas usuárias pagam pela quantidade de efluente que ela dispensa no sistema de efluente ou rio.

Vazão de canal aberto é a vazão de líquidos acionados por gravidade e expostos à pressão atmosférica. Os principais líquidos que são guiados por este método são água e efluentes.

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A vazão em canal aberto não pode ser medida através de medidores tradicionais que requerem que o fluido preencha toda a seção transversal da tubulação para se fazer a medição apropriada. Um método comum de medir vazão em canal aberto é pela conversão do nível do líquido em vazão, onde o líquido é direcionado através de uma estrutura rígida mecânica chamada de calha ou vertedor. Cada estrutura converte o nível em vazão através de uma fórmula específica. Na prática, esta fórmula é convertida em uma tabela e modernamente, este banco de dados é carregado em sistema digital de computador.

Efluente não pode ser medido de modo eficiente ao longo do tempo por sensores de contato tradicionais (bóia, capacitância). Com sensores de contato, as sujeiras do efluente irão perturbar, sujar e prejudicar o seu desempenho. O único método possível é através da medição sem contato. A medição de nível por ultrassom é uma técnica de não contato, econômica, segura e melhor do que a tecnologia de radar, que é mais cara.

METODOLOGIA

Uma calha Parshall é uma estrutura especialmente formatada para medir vazão instantânea em um canal aberto. A água é forçada por uma garganta estreita e a altura é medida na seção a montante da garganta da calha, no chamado canal de aproximação. A vazão medida é a vazão modular ou vazão não submersa ou vazão livre.

Na Figura 1 é apresento um esquema de uma calha parshall convencional.

Figura 1: Esquema de uma calha Parshall convencional.

De acordo com as normas(1) as condições básicas de instalação da calha Parshall e do sensor de nível por

ultrassom são: a) O medidor deve ser alinhado suficientemente longe de comporta(s) ou curva(s), para que o escoamento na região da entrada do medidor seja uniforme e completamente livre de turbulências, ondas ou vórtices(2). b) O medidor Parshall deve ser instalado precedido à montante de um canal retangular onde o escoamento seja uniforme e minimize sensivelmente as turbulências, para isso o canal de aproximação deve ter um trecho reto superior a 20 x H, sendo H altura máxima da lâmina na garganta do medidor (h = Ho na figura 1)(1). c) O sensor de nível por ultrassom deve ser posicionado a 2/3 da entrada na garganta(1,2,).

O sistema calha parshall foi avaliado considerando as normas apresentadas acima. Dados históricos de medição de vazão de efluentes orgânicos e inorgânicos, e índice pluviométrico da região foram levantados e analisados. RESULTADOS

Realizou-se uma visita na área em que se localiza a calha Parshall. A equipe de pesquisadores da UFBA/TECLIM do projeto verificou que a montagem da calha está em conformidade com as normas anteriormente enunciadas. As medições em campo confirmaram o trecho reto padrão (20 x h) a montante da calha. A Figura 2 mostra a jusante da calha Parshall do sistema orgânico e inorgânico respectivamente com o trecho reto exigido em projeto. Nas figuras 2 a 5, tem-se a situação atual da calha Parshall. Visitas realizadas na área também constataram que o posicionamento do sensor de nível por ultrassom está de acordo, na figura 2 a seguir é possível verificar a atual posição do sensor.

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Sensor ultrasônico - calha Parshall / SO Sensor ultrasônico - calha Parshall / SI

Figura 2: Situação atual dos sensores de nível por ultrassom nas calhas Parshall

De acordo com o projeto (projeto da calha Parshall) as medidas devem ser: B=610mm; W=152mm; C=394mm (ver Figura 3). A equação das calhas por projeto é: Q = 0,381*H*1,58 [L/s]. Com as medições em campo realizadas pela equipe, verificou-se que o sensor de nível por ultrassom se encontra bem localizado para realizar uma medição confiável. As demais medições se encontram na figura 6 e 7, e na tabela1.

Figura 3: Sistema de medição integrado tipo calha Parshall equipado com sensor de nível por ultrassom, segundo

projeto.

Figura 4: Local do medidor da calha Parshall do sistema orgânico.

=394

=610 305 610

=152

=621

=390

=618 310 617

=149

=625

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Figura 5: Local do medidor da calha Parshall do sistema inorgânico.

Os desvios encontrados entre os valores medidos e de projeto (Tabela 1) podem ser considerados pequenos assim provando que a calha Parshall está dimensionada conforme o projeto. Segundo o projeto, a vazão máxima, nas duas calhas, é de 110,4 L/s (397,44 m3/h) e a mínima de 1,52 L/s (5,472 m3/h).

Tabela 1: Valores das medições das calhas Parshall

Medidas Medidas definidas no projeto (mm)

Calha Sistema Inorgânico (mm)

DESVIO (%) Calha Sistema Orgânico

(mm) DESVIO (%)

A 621 625 -0,6% 624 -0,5% B 610 618 -1,3% 615 -0,8% F 305 310 -1,6% 308 -1,0% G' 610 617 -1,1% 615 -0,8% C 394 390 1,0% 393 0,3% W 152 149 2,0% 156 -2,6%

Dados históricos de vazão de efluentes do sistema orgânico e inorgânico são apresentados nas Figuras 6 e 7. Na Figura 7 é apresentado ainda o índice pluviométrico e verifica-se a correlação entre os picos de precipitação e os picos de vazão.

Figura 6: Vazão de efluentes do sistema orgânico – de janeiro a novembro de 2009

As vazões de operação do sistema orgânico estão entre os limites máximos e mínimos de projeto(Figura 6). Verifica-se que a calha Parshall do sistema orgânico de efluentes está com as dimensões necessárias para a vazão utilizada.

=393

=615 308 615

=156

=624

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Figura 7: Índice pluviométrico e vazões do sistema inorgânico dos meses de janeiro a junho de 2009

As dimensões superiores a necessidade da calha do sistema inorgânico não podem ser justificadas pelas vazões

decorrentes em épocas de chuvas no setor industrial. É necessária a instalação de outra malha de medição de vazão com uma dimensão menor ou redimensionar a mesma para operar em vazões menores.

CONCLUSÃO

Pode-se concluir que o elemento sensor primário (calha Parshall) dos sistemas orgânico e inorgânico têm as dimensões conforme o projeto original. Os sensores de nível por ultrassom das malhas de medição de vazão estão instalados segundo as normas ditas anteriormente. O sistema inorgânico possui uma vazão média de 15m³/h, esse valor é muito próximo ao limite mínimo de operação da malha de medição de vazão. O sistema orgânico opera em vazões médias de 215m³/h que é próxima a vazão média de projeto.

Concluiu-se também que o elemento sensor primário (calha Parshall) do sistema inorgânico está superdimensionada para as condições normais de operação, pois suas vazões estão próximas ao limite inferior de operação. Este sistema está sujeito a variações devido à precipitação de chuvas.

Para ambas as calhas deve-se proceder a calibração dos elementos primários e secundários de medição por empresa acreditada pelo INMETRO.

Sugere-se que a calha Parshall do sistema inorgânico seja redimensionada para que a incerteza de medição seja diminuída ou que seja instalada outra malha de medição de vazão em séria à existente para dias de menores vazões (até 50 m³/h) sendo que a já instalada seja utilizada em dias com vazões mais elevadas (maior que 50 m³/h). REFERÊNCIAS

1. Norma Técnica, Medição de vazão de efluentes líquidos – Escoamento livre – CPRH N 2.004 2. Netto, Azevedo et al. Manual de Hidráulica. 8 edição. Ed. Edgard Blucher LTDA. 2005 3. Sociedade de Instalações Técnicas S/A –– CALHA PARSHALL 4. Ribeiro, M.A., Medição de Vazão, Metrologia & Incerteza, Salvador, 2009