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VERTEDORES
Willian Camilo Martins, [email protected] / Euler Dutra, [email protected]
Resumo: O vertedor ou vertedouro é considerado uma das partes mais importantes de uma barragem, seja ela de usina hidrelétrica, mineradora, irrigação, abastecimento, navegação ou outras. É uma obra de engenharia hidráulica, que consiste em um canal construído artificialmente, com a finalidade de conduzir a água de forma segura através de uma barreira, servindo como sistema de escape, impedindo a passagem da água por cima da barragem quando ocorrem chuvas ou aumento da vazão - característica que o torna quesito de segurança em barragens. O projeto de um vertedor exige um estudo detalhado tanto em modelo matemático como em modelos físicos reduzidos e geometria bem definida, para checar a estabilidade da obra, da formação do jato, das comportas, da operação do vertedor, entre outros itens.
Os vertedores atuam também como auxiliares na medição da vazão do fluxo de água que é o principal foco de nosso estudo. As estruturas são montadas de tal forma, que permitem quantificar o volume de água que passam por elas, servindo para conhecer ao longo do tempo, a variação de vazões em função de fatores climáticos, uso da água, uso do solo da bacia, entre outras coisas. Mário de Freitas Mendes, técnico em hidrometria do Departamento de Águas e Energia Elétrica (DAEE) disse que se o vertedor não for bem dimensionado, a força da água pode danificar a sua estrutura, fazendo com que a barragem se rompa, provocando graves acidentes, com danos não só para o meio ambiente, como para a agricultura e os seres humanos que habitam a área atingida.
Palavras-chave: Vertedores, vertedouros, barragem, medição de vazão.
1. INTRODUÇÃO
1.1.. O que são vertedores
Os vertedores podem ser definidos como paredes, diques ou aberturas sobre as quais um líquido escoa, basicamente são estruturas formadas pela abertura de um orifício na parede de um reservatório, na qual a borda superior atinge a superfície livre do líquido, havendo assim escoamento através da estrutura formada. O termo aplica-se também aos extravasores de represa. Hidraulicamente os vertedores devem ser construídos com forma geométrica definida e seu estudo é feito considerando-os como orifícios incompletos, ou seja, sem a borda superior. Os vertedores são instrumentos hidráulicos que tem por finalidade a medição da vazão em cursos de água naturais e em canais construídos, assim como no controle do escoamento em galerias, canais e barragens.
1.2.. Terminologia
A borda horizontal denomina-se crista ou soleira. As bordas verticais constituem as faces do vertedor. A carga do vertedor, H, é a altura atingida pelas águas, a contar da cota da soleira do vertedor. Devido a depressão (abaixamento) da lâmina vertente junto ao vertedor a carga H deve ser medida a montante, a uma distância aproximadamente igual ou superior a 5H.
Figura 1. Ilustração em cortes de um vertedor.
ONDE:
H: Carga do vertedor, [m]; L: largura do vertedor, [m]; e: espessura do vertedor, [m]; p: altura ou profundidade do vertedor, [m]; p’: altura de água a jusante do vertedor, [m].
1.3.. Dimensionamento
O dimensionamento de um vertedor depende principalmente do projeto, isto é, a localização da barragem, o tamanho do reservatório e a forma de operação. Estas estruturas podem ser construídas junto ao corpo da barragem ou de modo independente, conforme aplicação mais apropriada.
2. CLASSIFICAÇÃO DOS VERTEDORES
Muitos fatores podem servir de base para a classificação dos vertedores, sendo eles:
2.1.. Quanto à forma:
Simples: (Retangular, triangular, trapezoidal, circular, exponencial); Compostos: (Seções combinadas – duas ou mais formas geométricas).
2.2.. Quanto ao tipo da soleira ou crista:
Soleira delgada (chapa metálica ou madeira chanfrada); Soleira espessa (alvenaria de pedras ou tijolos e concreto).
2.3.. Quanto à altura relativa da soleira ou crista:
Livres ou completos: (p > p’); Afogados ou incompletos: (p < p’).
2.4.. Quanto à largura relativa da soleira:
Vertedores sem contrações laterais (L = B); Vertedores com uma contração lateral (L < B); Vertedores com duas contrações laterais.
Figura 2. Largura relativa da soleira.
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE DE MINAS GERAIS
5. VERTEDORES NÃO CONVENCIONAIS
São geralmente utilizados quando as vazões de projeto são baixas, o espaço é reduzido e quando se quer manter o nível do reservatório praticamente constante. Não há espaço para construção de outros tipos de vertedores, eles podem ser boa solução.
Ex: Vales estreitos formados por barragens de terra, ou se a barragem de concreto não apresentar comprimento suficiente de crista.
6. VERTEDOR TRIÂNGULAR
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°.
Figura 3. Vertedor triangular de 90°, de paredes delgadas.
Figura 4. Vertedor triangular.
7. VERTEDOR RETANGULAR
Os filetes inferiores se elevam para atravessar a crista do vertedor. A superfície livre da água e os filetes próximos são rebaixados, ocorrendo o estreitamento da veia fluida.
Em caso de orifício de grandes dimensões:
Fazendo a equação fica:
Onde,
Para o valor médio de , temos:
(Formula de Francis para vertedores sem contrações laterais) Sendo Q dada em e L e H em metros.
7.1.. Influência das contrações laterais:
As contrações ocorrem nos vertedores cuja largura é menor que a largura do canal onde estão instalados. 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’.
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:
7.2.. Recomendações para construção de um vertedor retangular:
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;
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).
Figura 5. Vertedor retangular.
8. CONCLUSÃO
Na parte experimental pode determinar a vazão no vertedor retangular com duas contrações, a vazão no tubo diafragma e compara as vazões em termos de erros. Ainda com uma trena obter as medidas de m.c.a (metro de coluna d’água), onde com a largura e o comprimento do corpo d’água, determinar a vazão. Em hidráulica, vertedor é um canal artificial executado com a finalidade de conduzir seguramente a água através de uma barreira, que geralmente é uma barragem, ou ele é destinado a auxiliar na medição da vazão de um dado fluxo de água. O excesso de água acumulada em um reservatório de uma barragem seja de uma usina hidrelétrica ou de outra barragem qualquer (irrigação, abastecimento, navegação etc.) deve ser extravasada de forma segura por um canal ou túnel, de montante para a jusante. Neste sentido, o vertedor é o órgão de segurança da represa. Um vertedor com duas contrações, a vazão teórica e a vazão real são menores do que a vazão teórica e vazão real de um vertedor sem contração, ou seja, quanto maior a quantidade de vertedores menor será a vazão no caso de vertedor retangular. Outras análises devem ser feitas para cada geometria de um vertedor.
9. ANEXOS
Figura 1: Vertedor triangular.
