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Publicação da Incontrol destinada a narrar cases na medição de vazão e de nível
Jornalista Responsável: Gildo Mazza (MT 17830)
Calha Parshall: normas e regras para instalação
A calha Parshall é a melhor opção para medição da vazão de líquidos em escoamento por gravidade, porém a falta de orientação sobre como e onde se deve optar por este tipo de medição além do desconhecimento quanto às normas de dimensionamento e instalação - faz com que esse tipo de medição não tenha a credibilidade que merece. Com o intuito de mostrar as qualidades e a confiabilidade na medição de vazão com calha Parshall, vamos abordar neste Incontrol Cases nº 3 um pouco de nossa experiência sobre o tema.
Falar de Ralph Leroy Parshall e como ele aplicou seus conhecimentos de hidráulica para estreitar as laterais de um canal e dimensionar uma rampa com medidas padronizadas, chegando a uma fórmula própria para ser aplicada à medição de vazão não é nosso objetivo neste trabalho. Para isso, sugerimos a leitura do artigo técnico publicado originalmente na revista Mecatrônica Atual, Ano 3, nº 19 (Nov/Dez – 2004) de autoria do engenheiro Willian Abe, diretor técnico da Incontrol e especialista em medição de vazão. Nosso objetivo neste Incontrol Cases é falar sobre alguns detalhes de instalação de calhas Parshall dos tamanhos mais utilizados.
Nos últimos 25 anos a Incontrol vem solucionando inúmeras situações de medição de vazão em condições de escoamento por gravidade, especialmente em outorgas para o setor privado, indústrias e na irrigação, além de aplicações no setor público, como em companhias de saneamento. Esta experiência nos dá a segurança de afirmar que mais de 90% das calhas Parshall visitadas em todo o Brasil estão instaladas de forma irregular. Encontramos calhas projetadas e construídas há 20, 30 e até 40 anos, algumas em estado de total abandono e desgastadas pela abrasão, não servindo nem mesmo como misturador, pois sua rampa hidráulica não existe mais.
Normas
É importante lembrar que normas como a ASTM 1941 e ISO 9826 existem há muito tempo. Mesmo a Cetesb, companhia ambiental de São Paulo, contribuiu muito para a orientação na utilização de calha Parshall com a edição da especificação técnica CETESB ET – E2.150 (retirada de circulação há 10 anos para revisão e, conforme informado pelo órgão, sem previsão de retorno). Ao elaborar o documento, a Cetesb baseou-se na edição de 1967 da ASTM 1941, norma que já passou por duas importantes revisões. O que notamos é que tanto nas antigas como nas mais recentes instalações de calhas Parshall, o interesse de alguns usuários é simplesmente atender aos órgãos de fiscalização, sem preocupações quanto à precisão na medição.
A ANA (Agência Nacional de Águas), na necessidade de medir a captação de água e o descarte de efluentes em bacias e rios da União, além de rever outorgas, buscou medições simples, confiáveis e dentro de normas. Escolheu dois princípios de medição: o medidor eletromagnético para escoamento bombeado (vide Incontrol Cases nº 2) e a calha Parshall, para escoamento por gravidade. Em 2004 solicitou à ABNT uma normatização para qualificar a Parshall como o medidor de vazão a ser utilizado em canais abertos. O órgão criou uma equipe de especialistas, coordenada pelo engenheiro Willian Abe, para estudar o tema e elaborar uma norma brasileira baseada na ISO 9826. Em 2008 o trabalho foi a consulta pública e em 2009 lançou a norma NBR ISO 9826, em vigor na atualidade.
É importante destacar que os órgãos de fiscalização, através da iniciativa de alguns técnicos mais empenhados, estão estudando e buscando conhecer melhor a norma e a aplicação da calha Parshall para em breve iniciarem um trabalho de análise não somente no medidor mas também da instalação e da qualidade da medição. Uma prova disto é que temos sido procurados por órgãos de fiscalização e de gestão, como Cetesb, DAE’s e secretarias de meio ambiente, para apresentar palestras e ministrar cursos sobre interpretação e aplicação da norma NBR ISO 9826, ASTM 1941 e de como analisar seu cumprimento na medição de vazão.
Testes e pesquisas
Em 2005 o engenheiro e pesquisador Willian Abe divulgou os resultados de testes que realizou baseado na instalação de um medidor Parshall atendendo às normas, inclusive no que diz respeito aos canais de aproximação e de saída da calha. Usou as instalações do Laboratório de Vazão de Líquidos Incontrol para testes com uma calha W=3” (pela norma ASTM1941), um medidor de vazão por ultrassom modelo ITS2000 com resolução de 1 mm, data logger e, como referência, um medidor de vazão tipo turbina da Incontrol com ±0,25% de exatidão, conseguindo na medição final resultados surpreendentes. A precisão em baixas vazões foi melhor do que 2,8% e para altas vazões, de 2,1%, (veja este teste no site da Incontrol). É esta a técnica que queremos passar para que todas as instalações de agora em diante cumpram alguns critérios mínimos que farão grandes diferenças na qualidade da medição de vazão por este princípio.
Cuidados na aquisição
Antigamente as calhas eram construídas em concreto e moldadas na madeira, mas suas dimensões quase nunca conseguiam estar dentro das medidas padrões definidas por Ralph Parshall ou encontradas nas normas mais recentes. Hoje são comercializados modelos padronizados em fibra de vidro, muito mais resistentes à abrasão e com compatibilidade química superior ao concreto. E “supostamente” atendem às medidas definidas em normas. Porém aí está um grande problema. Algumas pessoas com conhecimento básico de manuseio de mantas de fibra e resinas propõem-se a fabricar calhas Parshall sem embasamento técnico sobre normas ou cálculos estruturais, espessuras de paredes e sem um engenheiro responsável, divulgando na internet ou em catálogos coloridos os seus produtos. Na verdade, fabricam e comercializam como se fossem caixas d’água ou piscinas, não se importando se o produto está ou não dentro de normas. Infelizmente até mesmo grandes empresas de saneamento, ao levar em consideração o preço e sem conhecimento adequado, acabam mantendo alguns deles no mercado. Como todos sabem, além de consultoria, projeto e acompanhamento de instalação de calhas, comercializamos medidores Parshall e somos a primeira opção da grande maioria de engenheiros que projetam sistemas de captação, estações de tratamento e descarte de efluentes. Porém, não temos fábrica de calhas! Encomendamos lotes a fabricantes credenciados por nós e somente colocamos nossa marca após termos homologado fornecedores e feito acompanhamento rígido de todas as etapas, com os moldes por nós projetados, e até mesmo com análise do descarte de restos de matérias primas, como preocupação primordial com o meio ambiente. Depois de fabricadas, são inspecionadas uma a uma, quando checamos medidas, espessura, rugosidade da superfície, arranques e reforços. Muitas calhas são reprovadas pelo nosso Controle da Qualidade. Após reprovadas não rastreamos o que os fabricantes fazem com essas calhas.
Recentemente visitamos uma empresa para tentar homologá-la como um novo fornecedor e ao questionar o proprietário sobre quais normas eram adotadas, respondeu que atendia à norma da CETESB... Ou seja, nem sabia que a especificação do órgão está suspensa há anos.
Porque elaborar este trabalho
Em 2011 um de nossos consultores foi convidado por um cliente a proferir palestra sobre controle de perdas e redução de custos na captação, tratamento, reservação e distribuição de água. No dia seguinte foi a campo conhecer os investimentos em uma estação de tratamento de esgoto para as quais havíamos fornecido outros equipamentos além dos medidores Parshall. Ele visitou as instalações dos macromedidores de vazão, medidores de nível das elevatórias e por fim chegou à calha principal, W=36”, já instalada. Este notou que ela estava em desacordo com as normas. Embora não fosse uma visita para consultoria, sentiu-se na obrigação de alertar o cliente. Felizmente, como outras quatro calhas ainda não haviam sido concretadas, após nossa orientação foram instaladas adequadamente. Porém a empresa convocou uma reunião de urgência com nossos diretores para questionarem o porquê de termos vendido as calhas sem ao menos saber onde e de que forma seriam instaladas, e as razões para não analisarmos previamente o projeto de instalação.
Explicamos que vendemos uma média de 30 calhas por mês e em todas as nossas propostas oferecemos alternativamente o medidor ultrassônico de vazão (que é um item essencial para monitoramento constante) e também serviços de consultoria para projeto e acompanhamento de instalação. Nesta consultoria está inclusa a visita de técnico especializado para análise preliminar, já que em alguns casos a calha pode não ser o sistema de medição mais adequado. Neste caso existia um projeto para toda a ETE, que contemplava a instalação das calhas, razão pela qual a área de compras do cliente julgou não ser necessária nossa contratação.
Considerações importantes
Explicaremos de forma simples e prática alguns pontos importantes a serem considerados para instalar a calha Parshall. O item 5.2.2 da norma NBR ISO 9826 dá muita importância ao canal de aproximação e não é por outra razão senão pelo fato de que somente com um canal adequado a calha irá executar bem sua função de medição. O líquido pode chegar de várias maneiras a este canal, como por tubulação, por baixo, por cima, pela parte frontal ou lateral etc. O projeto deve levar isso em consideração para que o líquido entre na calha de maneira suave, sem turbulência, e que saia sem provocar refluxo ou afogamento da calha. Imaginemos uma calha nº3 (correspondente à W=12”), em que a faixa de vazão supera 1.600 m3/h. Dois ou três milímetros de diferença poderão indicar e totalizar milhares de litros a mais ou a menos na medição se ela não estiver bem instalada. Neste exemplo, imagine a quantidade de produto químico colocado a mais sem necessidade ou a menos, prejudicando o processo final...
As normas são elaboradas para atender até os piores casos e vai depender muito da visão e do conhecimento do projetista para cada aplicação em particular. Na norma, por exemplo, é indicada largura do canal a montante e a determinação é que ela seja superior à largura da entrada da calha. Define, ainda, como deve ser projetado o comprimento do canal de aproximação. Ou seja, ter um projeto adequado de medição de vazão com calha Parshall depende muito do conhecimento do projetista na interpretação da norma, em hidráulica e na aplicação em particular, para que o objetivo final seja alcançado. A declividade do canal de aproximação e a rampa de acesso na chegada à calha também dependem de estudo prévio. Em alguns casos, por exemplo, um ângulo de declividade de 2˚ ou 3˚ atende a um bom escoamento, assim como uma rampa de acesso de no máximo 45˚ garante uma entrada sem turbulência no ponto de medição. O canal de saída deve ser projetado de maneira a não comprometer o escoamento nem obstruir o fluxo. Aconselhamos ainda que após a calha se deixe um degrau para garantir o pleno escoamento do líquido.
Instalação da calha
Ao instalar a calha, deve-se considerar a preparação do terreno não apenas para ela, mas também para os canais a montante e a jusante, levando em consideração todas as variáveis possíveis, inclusive quanto à chegada do líquido ao canal. No local indicado, após limpeza e abertura da vala, deve ser lançado o concreto, formando o contra-piso. No momento da instalação da calha, aplicar nova camada de concreto, assentando primeiramente sua base. Após isso, já com o concreto curado, pode-se executar o chumbamento das laterais, juntamente com os ângulos ou raios laterais do canal a montante da calha e previstos em norma.
Após isso, pode-se aplicar no canal a montante nova camada de concreto para formar o piso e garantir o desnível definido em projeto e a rampa de acesso à entrada da calha. Em seguida aplique impermeabilizante e, por cima, a cristalização com resina especifica para suportar os produtos descartados.A calha deve, antes de receber o concreto, ser muito bem nivelada e aprumada nos quatro cantos, evitando torções que prejudicarão a medição. A fixação da calha pode ser feita de várias maneiras. Citaremos uma delas: utilize estacas de madeira ou aço com travessas nas partes inferior e superior para garantir que ela não saia do nível e do prumo. É importante lançar o concreto numa consistência tal que garanta boa aderência em toda a base da calha. Aguarde meia cura e efetue novamente a inspeção de nível e prumo. Para calhas grandes é conveniente fazer uma cama de concreto no formato da base da calha, lançar “groud” de maneira a que penetre em todos os espaços livres entre a cama de concreto e a base da calha, acomodando-a e travando-a com as estacas e travessas fixadas anteriormente.
Após o assentamento da calha em sua base, restam as laterais. Paredes em alvenaria com argamassa ou concreto resolvem a fixação nas laterais, porém muita atenção na distribuição da argamassa ou do concreto. Como já descrito para a base, deve-se garantir a perfeita aderência do material às laterais da calha sem forçar e abaular suas paredes, deformando-a. Para evitar isso aconselhamos reforços internos que poderão ser feitos com sarrafos e ripas na parte interna da calha (parte lisa), mas com o cuidado de proteger as paredes contra riscos ou outros danos. Com o suporte travado internamente na calha, é só despejar o concreto, atentando para que isso ocorra proporcionalmente nos dois lados da peça. Assim, a calha Parshall estará fixada definitivamente.
Conclusão
A boa medição com calha Parshall depende sempre de uma análise da aplicação e de um projeto adequado a cada caso. A calha pode ser fabricada em fibra de vidro, em aço carbono ou inox, em concreto etc. Em alguns casos, principalmente para pequenas vazões, é comum que a calha fornecida em fibra tenha os seus canais de aproximação e de saída no mesmo material e acoplados a ela. Nada disso, entretanto, elimina a necessidade de um técnico analisar o local e a vazão estimada, além de profissionais competentes na área de construção civil.
Recomenda-se a utilização do medidor de vazão ultrassônico operando na calha. Sistemas eletrônicos modernos garantem melhor precisão na medição e recursos adicionais, como armazenamento e transmissão dos dados para monitoramento e controle a distância. Seja para fins fiscais ou de controle, sistemas como esse permitem um planejamento muito mais confiável e eficiente.
A Incontrol oferece inclusive estes sistemas com alimentação solar e com comunicação GPRS, permitindo que em locais de difícil acesso seja implantada a medição, com monitoramento remoto em qualquer parte do mundo.
