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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.
Standards
It's important to remember that standards like ASTM 1941 and ISO 9826 have been around for a long time. Even Cetesb, an environmental company from São Paulo, contributed greatly to the guidance on the use of Parshall gutters with the edition of the technical specification CETESB ET – E2.150 (withdrawn from circulation 10 years ago for review and, as informed by the body, with no forecast return). When preparing the document, Cetesb was based on the 1967 edition of ASTM 1941, a standard that has already undergone two important revisions. What we noticed is that in both old and newer Parshall gutter installations, the interest of some users is simply to comply with inspection bodies, without concerns about measurement accuracy.
ANA (National Water Agency), in the need to measure water capture and effluent disposal in basins and rivers in the Union, in addition to reviewing grants, sought simple, reliable measurements that comply with standards. He chose two measurement principles: the electromagnetic meter for pumped flow (see Incontrol Cases nº 2) and the Parshall gutter, for gravity flow. In 2004, the ABNT requested a standardization to qualify the Parshall as the flow meter to be used in open channels. The body created a team of specialists, coordinated by engineer Willian Abe, to study the topic and develop a Brazilian standard based on ISO 9826. In 2008 the work involved public consultation and in 2009 it launched the NBR ISO 9826 standard, currently in force. .
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.
Tests and research
In 2005, engineer and researcher Willian Abe released the results of tests he carried out based on the installation of a Parshall meter meeting standards, including with regard to the gutter's approach and exit channels. Used the facilities of the Incontrol Liquid Flow Laboratory for tests with a W=3” flume (according to the ASTM1941 standard), an ultrasonic flow meter model ITS2000 with 1 mm resolution, data logger and, as a reference, a flow meter Incontrol turbine type with ±0.25% accuracy, achieving surprising results in the final measurement. Accuracy at low flows was better than 2.8% and at high flows, 2.1% (see this test on the Incontrol website). This is the technique we want to pass on so that all installations from now on meet some minimum criteria that will make big differences in the quality of flow measurement using this principle.
Care when purchasing
In the past, gutters were built in concrete and molded in wood, but their dimensions almost never managed to fall within the standard measurements defined by Ralph Parshall or found in more recent standards. Today, standardized fiberglass models are sold, which are much more resistant to abrasion and have superior chemical compatibility than concrete. And “supposedly” they meet the measures defined in standards. But there is a big problem. Some people with basic knowledge of handling fiber blankets and resins propose to manufacture Parshall gutters without technical basis on structural standards or calculations, wall thicknesses and without a responsible engineer, advertising their products on the internet or in colorful catalogs. In fact, they manufacture and sell them as if they were water tanks or swimming pools, not caring whether the product meets the standards or not. Unfortunately, even large sanitation companies, when taking into account the price and without adequate knowledge, end up keeping some of them on the market. As you all know, in addition to consultancy, design and monitoring of gutter installation, we sell Parshall meters and are the first choice for the vast majority of engineers who design collection systems, treatment plants and effluent disposal. However, we don't have a gutter factory! We order batches from manufacturers accredited by us and only place our brand after we have approved suppliers and carried out strict monitoring of all stages, with the molds designed by us, and even analyzing the disposal of leftover raw materials, as a primary concern with the environment. Once manufactured, they are inspected one by one, when we check measurements, thickness, surface roughness, starts and reinforcements. Many gutters fail our Quality Control. Once rejected, we do not track what manufacturers do with these gutters.
We recently visited a company to try to approve it as a new supplier and when we asked the owner about what standards were adopted, he replied that it met the CETESB standard... In other words, he didn't even know that the agency's specification had been suspended for years.
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.
Important considerations
We will explain in a simple and practical way some important points to consider when installing the Parshall gutter. Item 5.2.2 of the NBR ISO 9826 standard gives great importance to the approach channel and for no other reason than the fact that only with an adequate channel will the chute perform its measuring function well. The liquid can reach this channel in several ways, such as through pipes, from below, from above, from the front or side, etc. The design must take this into account so that the liquid enters the gutter smoothly, without turbulence, and exits without causing backflow or flooding of the gutter. Let's imagine a gutter nº3 (corresponding to W=12”), in which the flow rate exceeds 1,600 m3/h. Two or three millimeters of difference could indicate and add up to thousands of liters more or less in the measurement if it is not properly installed. In this example, imagine the amount of chemical product added unnecessarily or too little, harming the final process...
The standards are designed to meet even the worst cases and will largely depend on the designer's vision and knowledge for each particular application. In the standard, for example, the width of the upstream channel is indicated and the determination is that it is greater than the width of the gutter entrance. It also defines how the length of the approach channel should be designed. In other words, having an adequate flow measurement project with a Parshall flume depends largely on the designer's knowledge in interpreting the standard, in hydraulics and in the application in particular, so that the final objective is achieved. The slope of the approach channel and the access ramp upon arrival at the chute also depend on prior study. In some cases, for example, a slope angle of 2˚ or 3˚ ensures good flow, just as an access ramp of maximum 45˚ guarantees turbulence-free entry to the measuring point. The outlet channel must be designed in such a way as not to compromise the flow or obstruct the flow. We also recommend that you leave a step after the gutter to ensure full drainage of the liquid.
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.
After laying the gutter at its base, the sides remain. Masonry walls with mortar or concrete solve the fixing on the sides, but pay close attention to the distribution of the mortar or concrete. As already described for the base, perfect adherence of the material to the sides of the gutter must be ensured without forcing and bulging its walls, deforming it. To avoid this, we recommend internal reinforcements that can be made with battens and slats on the inside of the gutter (smooth part), but taking care to protect the walls against scratches or other damage. With the support locked internally in the gutter, just pour the concrete, making sure that it occurs proportionally on both sides of the piece. This way, the Parshall gutter will be permanently fixed.
Conclusion
Good measurement with a Parshall rail always depends on an analysis of the application and an appropriate design for each case. The gutter can be made from fiberglass, carbon or stainless steel, concrete, etc. In some cases, especially for small flows, it is common for the fiber gutter to have its approach and exit channels made of the same material and coupled to it. None of this, however, eliminates the need for a technician to analyze the location and the estimated flow, in addition to competent professionals in the field of civil construction.
It is recommended to use the ultrasonic flow meter operating in the flume. Modern electronic systems guarantee better measurement accuracy and additional features, such as data storage and transmission for remote monitoring and control. Whether for tax or control purposes, systems like this allow for much more reliable and efficient planning.
AIncontrol even offers these systems with solar power and GPRS communication, allowing measurement to be implemented in difficult-to-access locations, with remote monitoring anywhere in the world.
