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VERTEDORES

INSTRUMENTOS PARA MEDIÇÃO DE
VAZÃO EM CURSOS D’ÁGUA
NATURAIS E EM CANAIS
CONSTRUÍDOS
VERTEDORES

VERTEDORES ou VERTEDOUROS
São instrumentos hidráulicos
utilizados para medir vazão em
cursos d’água naturais e em
canais construídos.
VERTEDORES - NOMENCLATURA
Régua para
medição da
carga hidráulica

Crista ou Soleira: superfície
por onde a água extravasa

Face: Presente nos vertedores
com contrações laterais
VERTEDORES - DEFINIÇÃO
Os vertedores podem ser definidos
como paredes, diques ou aberturas
sobre as quais um líquido escoa. O
termo
aplica-se
também
aos
extravasores de represas.
Os VERTEDORES devem ser
construídos com forma geométrica
definida
e
seu
estudo
é
feito
considerando-os como orifícios sem a
parte superior.
VERTEDORES - EXEMPLO

Exemplo de vertedor em chapa metálica, usado em
instalações para tratamento de água.
Fonte: www.jinox.com.br/vertedouros9.asp
VERTEDORES - CLASSIFICAÇÃO
Muitos fatores podem servir de
base
para
a
classificação
dos
vertedores. Exemplos:
Quanto à forma:
Simples (retangulares, trapezoidais,
triangulares);
Compostos (seções combinadas –
duas ou mais formas geométricas).
CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES:
FORMA
À esquerda na figura, vêse um vertedor de forma
simples
(retangular)
utilizado
para
medir
grandes vazões.
À direita há um vertedor
de
seção
composta
(retangular
na
parte
superior e triangular em
baixo).
A
forma
triangular é apropriada
para
medir
vazões
pequenas com precisão.
CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES:
TIPO DA SOLEIRA
Quanto ao tipo da soleira ou crista:
Soleira delgada (chapa metálica ou
madeira chanfrada);
Soleira espessa (alvenaria de pedras
ou tijolos e concreto)
CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES:
SOLEIRA DELGADA
Lâmina vertente
(também denominada veia líquida)

Fundo do canal

Soleira chanfrada para que a
lâmina vertente a toque num só
ponto.
CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES:
SOLEIRA DELGADA

Vertedor triangular de soleira delgada
CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES:
SOLEIRA ESPESSA
H

Soleira

e
Condição: e > 0,66 H
CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES:
LARGURA RELATIVA
Quanto à largura relativa da
soleira:
Vertedores sem contrações laterais;
Vertedores com uma contração
lateral;
vertedores com duas contrações
laterais.
CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES:
LARGURA RELATIVA

Vertedor sem
contrações laterais

Vertedor retangular
com duas contrações
laterais
CÁLCULO DA VAZÃO ATRAVÉS DE
VERTEDORES
Para orifícios de grandes dimensões, foi
deduzida a seguinte equação:

2
Q = .Cd .L. 2. g .(h 23 / 2 − h13 / 2 )
3
Fazendo-se h1=0 e h2=H, a equação fica:

2
Q = .Cd .L. 2. g. H 3 / 2
3
CÁLCULO DA VAZÃO ATRAVÉS DE
VERTEDORES
Q=

K.L.H3/2

2
, onde K = .Cd . 2. g
3

Para o valor médio de Cd = 0,62, temos:
K = 2/3 x 0,62 x 4,43 = 1,83

Q = 1,83.L.H3/2
(Fórmula de Francis para vertedores sem
contrações laterais)
Sendo Q dada em m3/s e L e H em metros.
INFLUÊNCIA DAS CONTRAÇÕES
LATERAIS
As contrações ocorrem nos vertedores
cuja largura é menor que a largura do canal
onde estão instalados.
INFLUÊNCIA DAS CONTRAÇÕES
LATERAIS

Quando for necessário construir um
vertedor com contrações laterais, deve-se
fazer uma correção no valor de L da
fórmula de Francis, que passa a ser
denominado L’.
INFLUÊNCIA DAS CONTRAÇÕES
LATERAIS
A presença das contrações faz com
que a largura real L atue como se estivesse
reduzida a um comprimento menor L’.
Para uma contração apenas, L’ = L –
0,1.H
Para duas contrações, L’ = L – 0,2.H
Para o caso mais comum de duas
contrações laterais, a fórmula fica:

Q = 1,838.(L − 0,2.H ).H

3/ 2
VERTEDOR CIPOLLETTI
Para compensar a redução de vazão
produzida
pelas
contrações
laterais,
Cipolletti propôs um modelo de vertedor de
forma trapezoidal com a seguinte forma:
Q1

Q1
Q2

L

A soleira L continua com a
mesma dimensão, mas as
vazões Q1 de ambos os
lados compensam a
redução de vazão.
Q = Q2 + 2 Q1
VERTEDOR CIPOLLETTI
VERTEDOR CIPOLLETTI
A inclinação das faces
deve ser 1:4 (1 na horizontal
para 4 na vertical), pois deste
modo a vazão através das
partes
triangulares
acrescentadas compensa o
decréscimo
de
vazão
provocado pelas contrações
laterais.
Para
o
vertedor
Cipolletti pode ser aplicada a
fórmula de Francis sem a
correção para o comprimento
da soleira.

1
4

Q = 1,83.L.H3/2
VERTEDOR CIPOLLETTI
Fórmula empírica para vertedor trapezoidal.
Q1
h

Q1

Q2

L
Baseado-se em experiências feitas em 1915
para vertedores trapezoidais, Gourley Crimp
estabeleceram a seguinte fórmula empírica:

Q = 1,32h

2 , 47

tg α + 1,69b

1, 02

1, 47

h

(1)
VERTEDOR CIPOLLETTI
Cálculo do decréscimo de vazão
retangular com duas contrações;

2
ΔQ = Cd
15

2g h

52

em

vertedor

(2)

A fim de compensar esse decréscimo de vazão,
Cipolletti imaginou adicionar ao retângulo uma área
triangular, de mesma carga h, cuja vazão é dada por,

8 2g
⎛α ⎞
52
Q=
Cd h tg ⎜ ⎟
15
⎝2⎠

(3)
VERTEDOR CIPOLLETTI
O vertedor de Cipolletti, no qual a soleira está em
parede delgada pode ser representado por,

⎛ h5 2
2 2g
32⎞
Q=
Cd ⎜
⎜ 5 +b h ⎟
⎟
3
⎝
⎠
VERTEDOR TRIANGULAR
Os
vertedores
triangulares
são
recomendados para medir pequenas vazões,
pois permitem maior precisão na leitura da
altura H do que os de soleira plana.
São usualmente construídos a partir de
chapas metálicas, com ângulo de 90°.
90°

Q = 1,4.H

5/ 2
VERTEDOR TRIANGULAR
VERTEDOR TRIANGULAR

Vertedor triangular de 900, de paredes delgadas
VERTEDOR TRIANGULAR
VERTEDORES DE SOLEIRA
ESPESSA
H

Soleira

e

Q = 1,71.L.H

3/ 2
RECOMENDAÇÕES PARA CONSTRUÇÃO
DE UM VERTEDOR RETANGULAR
(Preferencialmente sem contração lateral)
A soleira deve ser delgada, reta, em nível
com o plano horizontal e normal à direção do
fluxo (convém utilizar uma placa de metal);
A distância da crista ao fundo e aos lados
do canal deve ser igual a 3H (no mínimo 20
cm);
Deve haver livre admissão de ar debaixo
da lâmina de água (veia livre);
A carga hidráulica H deve ser maior que
5 cm e menor que 60 cm;
RECOMENDAÇÕES PARA CONSTRUÇÃO
DE UM VERTEDOR RETANGULAR
O comprimento da soleira deve ser
no mínimo igual a 3H (no mínimo 20 a 30 cm);
A montante do vertedor deve haver
um trecho retilíneo para regularizar o
movimento da água, de preferência com o
fundo em nível.
Observações:
- A régua pode ser colocada num poço lateral
ao canal para fugir da influência de ondas;
- O nível da água a jusante não deve estar
próximo da soleira do vertedor (p’ < p).
VERTEDOR ATUANDO COMO CAIXA DE
NÍVEL EM REPRESA

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Apresentação vertedores

  • 1. VERTEDORES INSTRUMENTOS PARA MEDIÇÃO DE VAZÃO EM CURSOS D’ÁGUA NATURAIS E EM CANAIS CONSTRUÍDOS
  • 2. VERTEDORES VERTEDORES ou VERTEDOUROS São instrumentos hidráulicos utilizados para medir vazão em cursos d’água naturais e em canais construídos.
  • 3. VERTEDORES - NOMENCLATURA Régua para medição da carga hidráulica Crista ou Soleira: superfície por onde a água extravasa Face: Presente nos vertedores com contrações laterais
  • 4. VERTEDORES - DEFINIÇÃO Os vertedores podem ser definidos como paredes, diques ou aberturas sobre as quais um líquido escoa. O termo aplica-se também aos extravasores de represas. Os VERTEDORES devem ser construídos com forma geométrica definida e seu estudo é feito considerando-os como orifícios sem a parte superior.
  • 5. VERTEDORES - EXEMPLO Exemplo de vertedor em chapa metálica, usado em instalações para tratamento de água. Fonte: www.jinox.com.br/vertedouros9.asp
  • 6. VERTEDORES - CLASSIFICAÇÃO Muitos fatores podem servir de base para a classificação dos vertedores. Exemplos: Quanto à forma: Simples (retangulares, trapezoidais, triangulares); Compostos (seções combinadas – duas ou mais formas geométricas).
  • 7. CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: FORMA À esquerda na figura, vêse um vertedor de forma simples (retangular) utilizado para medir grandes vazões. À direita há um vertedor de seção composta (retangular na parte superior e triangular em baixo). A forma triangular é apropriada para medir vazões pequenas com precisão.
  • 8. CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: TIPO DA SOLEIRA Quanto ao tipo da soleira ou crista: Soleira delgada (chapa metálica ou madeira chanfrada); Soleira espessa (alvenaria de pedras ou tijolos e concreto)
  • 9. CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: SOLEIRA DELGADA Lâmina vertente (também denominada veia líquida) Fundo do canal Soleira chanfrada para que a lâmina vertente a toque num só ponto.
  • 10. CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: SOLEIRA DELGADA Vertedor triangular de soleira delgada
  • 11. CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: SOLEIRA ESPESSA H Soleira e Condição: e > 0,66 H
  • 12. CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: LARGURA RELATIVA Quanto à largura relativa da soleira: Vertedores sem contrações laterais; Vertedores com uma contração lateral; vertedores com duas contrações laterais.
  • 13. CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES: LARGURA RELATIVA Vertedor sem contrações laterais Vertedor retangular com duas contrações laterais
  • 14. CÁLCULO DA VAZÃO ATRAVÉS DE VERTEDORES Para orifícios de grandes dimensões, foi deduzida a seguinte equação: 2 Q = .Cd .L. 2. g .(h 23 / 2 − h13 / 2 ) 3 Fazendo-se h1=0 e h2=H, a equação fica: 2 Q = .Cd .L. 2. g. H 3 / 2 3
  • 15. CÁLCULO DA VAZÃO ATRAVÉS DE VERTEDORES Q= K.L.H3/2 2 , onde K = .Cd . 2. g 3 Para o valor médio de Cd = 0,62, temos: K = 2/3 x 0,62 x 4,43 = 1,83 Q = 1,83.L.H3/2 (Fórmula de Francis para vertedores sem contrações laterais) Sendo Q dada em m3/s e L e H em metros.
  • 16. INFLUÊNCIA DAS CONTRAÇÕES LATERAIS As contrações ocorrem nos vertedores cuja largura é menor que a largura do canal onde estão instalados.
  • 17. INFLUÊNCIA DAS CONTRAÇÕES LATERAIS Quando for necessário construir um vertedor com contrações laterais, deve-se fazer uma correção no valor de L da fórmula de Francis, que passa a ser denominado L’.
  • 18. INFLUÊNCIA DAS CONTRAÇÕES LATERAIS A presença das contrações faz com que a largura real L atue como se estivesse reduzida a um comprimento menor L’. Para uma contração apenas, L’ = L – 0,1.H Para duas contrações, L’ = L – 0,2.H Para o caso mais comum de duas contrações laterais, a fórmula fica: Q = 1,838.(L − 0,2.H ).H 3/ 2
  • 19. VERTEDOR CIPOLLETTI Para compensar a redução de vazão produzida pelas contrações laterais, Cipolletti propôs um modelo de vertedor de forma trapezoidal com a seguinte forma: Q1 Q1 Q2 L A soleira L continua com a mesma dimensão, mas as vazões Q1 de ambos os lados compensam a redução de vazão. Q = Q2 + 2 Q1
  • 21. VERTEDOR CIPOLLETTI A inclinação das faces deve ser 1:4 (1 na horizontal para 4 na vertical), pois deste modo a vazão através das partes triangulares acrescentadas compensa o decréscimo de vazão provocado pelas contrações laterais. Para o vertedor Cipolletti pode ser aplicada a fórmula de Francis sem a correção para o comprimento da soleira. 1 4 Q = 1,83.L.H3/2
  • 22. VERTEDOR CIPOLLETTI Fórmula empírica para vertedor trapezoidal. Q1 h Q1 Q2 L Baseado-se em experiências feitas em 1915 para vertedores trapezoidais, Gourley Crimp estabeleceram a seguinte fórmula empírica: Q = 1,32h 2 , 47 tg α + 1,69b 1, 02 1, 47 h (1)
  • 23. VERTEDOR CIPOLLETTI Cálculo do decréscimo de vazão retangular com duas contrações; 2 ΔQ = Cd 15 2g h 52 em vertedor (2) A fim de compensar esse decréscimo de vazão, Cipolletti imaginou adicionar ao retângulo uma área triangular, de mesma carga h, cuja vazão é dada por, 8 2g ⎛α ⎞ 52 Q= Cd h tg ⎜ ⎟ 15 ⎝2⎠ (3)
  • 24. VERTEDOR CIPOLLETTI O vertedor de Cipolletti, no qual a soleira está em parede delgada pode ser representado por, ⎛ h5 2 2 2g 32⎞ Q= Cd ⎜ ⎜ 5 +b h ⎟ ⎟ 3 ⎝ ⎠
  • 25. VERTEDOR TRIANGULAR Os vertedores triangulares são recomendados para medir pequenas vazões, pois permitem maior precisão na leitura da altura H do que os de soleira plana. São usualmente construídos a partir de chapas metálicas, com ângulo de 90°. 90° Q = 1,4.H 5/ 2
  • 27. VERTEDOR TRIANGULAR Vertedor triangular de 900, de paredes delgadas
  • 30. RECOMENDAÇÕES PARA CONSTRUÇÃO DE UM VERTEDOR RETANGULAR (Preferencialmente sem contração lateral) A soleira deve ser delgada, reta, em nível com o plano horizontal e normal à direção do fluxo (convém utilizar uma placa de metal); A distância da crista ao fundo e aos lados do canal deve ser igual a 3H (no mínimo 20 cm); Deve haver livre admissão de ar debaixo da lâmina de água (veia livre); A carga hidráulica H deve ser maior que 5 cm e menor que 60 cm;
  • 31. RECOMENDAÇÕES PARA CONSTRUÇÃO DE UM VERTEDOR RETANGULAR O comprimento da soleira deve ser no mínimo igual a 3H (no mínimo 20 a 30 cm); A montante do vertedor deve haver um trecho retilíneo para regularizar o movimento da água, de preferência com o fundo em nível. Observações: - A régua pode ser colocada num poço lateral ao canal para fugir da influência de ondas; - O nível da água a jusante não deve estar próximo da soleira do vertedor (p’ < p).
  • 32. VERTEDOR ATUANDO COMO CAIXA DE NÍVEL EM REPRESA http://www.lagos-plantas-hidro.com/curias_fotos.html