Relatório

Vantagens na medição de vazões utilizando o equipamento ADCP Acoustic Doppler Current Profile.
Advantages in the measurement of flow using the equipment ADCP Acoustic Doppler Current Profile.
Dib Gebara Neto, Celina Maria Alves Honório, Jefferson Nascimento de Oliveira.
Departamento de Engenharia Civil UNESP - SP Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Laboratório de
Hidrologia e Hidrometria – LH², Engenharia Civil, [email protected]
Palavras-chave: Acoustic Doppler Courrent Profiler, Vazão, Rios.
Key-words: Acoustic Doppler Courrent Profiler;flow, Rivers.
Introdução.
Os recursos hídricos no Brasil tem sido alvo de muitas discussões já que são essenciais
para o desenvolvimento do país. Entretanto, pela complexidade da execução das
medições para a obtenção de dados empíricos de vazões, poucos são os estudos
realizados para a conservação destes recursos. Muitos métodos são utilizados para se
realizar medições de vazões, porém alguns destes demandam muito tempo e requerem
muito conhecimento técnico. Assim, é evidente a necessidade de métodos mais rápidos
e menos complexos para que as informações possam ser retiradas e utilizadas para
projetos de conservação dos recursos hídricos, que necessitam desse tipo de informação
com a intenção de atualizá-las em tempo real.
Um dos métodos encontrados foi o uso do Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP)
com o qual se obtêm rapidamente as vazões de um rio, mar ou lago, pelo processamento
automático dos dados com rapidez, além de informações quantitativas e qualitativas
com altas precisões.
Objetivos.
Mostrar as vantagens do método de medição de vazão que utiliza o equipamento
denominado ADCP – Acoustic Doppler Current Profiler em comparação com métodos
anteriormente utilizados
Fundamentação Teórica.
Após a Renascença houve um grande fomento à pesquisa científica e o interesse pela
medição da velocidade da água fluindo. Desde a experiência dos flutuadores de
Leonardo da Vinci até a utilização de sistemas elétricos como o medidor de corrente
telegráfico de Henry Daniel Farrand muito foi feito nesta área. Entretanto o método
mais utilizado era a medição da velocidade da água com molinetes. Devido às
dificuldades na medição com este equipamento como a baixa precisão, o tempo gasto e
a necessidade de diversas medições em diferentes profundidades, foi desenvolvida a
medição com equipamentos acústicos. Segundo Piton (2007) apud Gordon (1996),
anteriormente ao uso da teoria do efeito Doppler eram utilizados medidores acústicos
que apresentavam dificuldades em sua calibração.
Na Figura 01 há a comparação da dificuldade no uso de molinetes (uma medição para
cada profundidade) e do ADCP (que cobre vários níveis de profundidade) para a
medição da velocidade e posterior medição da vazão.
Figura 01 – Vantagens do ADCP comparado com o molinete (Neto, P. M. R. - Serviço
Geológico do Brasil).
O ADCP é um sistema de funcionamento baseado no efeito Doppler, que foi
desenvolvido pelo matemático e físico austríaco Christian Johann Doppler em 1842 em
Praga, atualmente localizada na República Checa. Tal efeito consiste em uma
característica das ondas de, quando emitidas ou refletidas por um objeto em movimento
com relação a um referencial, possibilitarem, dessa forma, a medição da velocidade de
algum objeto, como mostrado na Figura 02.
Figura 02- Mudança de freqüência para medição da velocidade (Fonte: Filho,G.L.T.EFEI-1999)
O primeiro ADCP foi desenvolvido nos anos 70, sendo uma adaptação do registrador de
velocidades. Este foi remodelado para medir com mais precisão a velocidade da água,
fazendo o uso de células para traçar um perfil da profundidade, e assim, surgiu o
primeiro ADCP (Píton, 2007,p. 22).
Existem vários tipos e ADCP conforme a freqüência (75,150,300,600,1200,2400kHz) e
o perfilamento (horizontal ou vertical). E de acordo com sua configuração podem
abranger maiores ou menores regiões.
Materiais Utilizados.
Para a medição de vazões foi utilizado um ADCP – Acoustic Doppler Current ProfilerWorkhorse Sentinel SC (Como vemos na figura 03) com o auxílio dos softwares BBtalk
e WinRiver (Teledyne – RD Instruments) e um suporte metálico para o ADCP (como
mostra a figura 04).
Figura 03 - ADCP – Acoustic Doppler Current Profiler- Workhorse Sentinel SC(Fonte:
http://www.hellotrade.com/teledyne-rd-instruments/express-adcp.html)
Metodologia.
Para realizar-se uma medida de vazão com eficiência utilizando-se o ADCP temos que
realizar algumas tarefas. Primeiramente calibramos o ADCP sendo que para isso
devemos utilizar o software BBtalk que nos pede uma simulação da comunicação com o
intuito de testar o envio e recebimento de sinais entre o computador e o
aparelho.Também é necessário testes no funcionamento dos beens (sensores de
medição), nos sensores de temperatura e pressão, para os quais o próprio software
fornece instruções. Feitos os testes sugeridos pelo fabricante, são informados alguns
parâmetros para o software Winriver, como profundidade máxima, velocidade máxima
da água e do barco e o local para armazenamento dos dados que serão adquiridos. Para
realizarmos a medição tivemos que primeiramente colocar o ADCP em um suporte de
metal, porém este suporte deve ser feito com um metal no qual não haja magnetização
que interfira na medição. O barco é parado perto da margem do rio, são fornecidas
algumas informações como a distancia que esta da margem; o perfil desta margem, no
caso trapezoidal, e mostrado na figura 04, inicia-se a contagens dos pings.
Figura 04: Perfil do rio traçado pelo ADCP.
Deve-se tomar alguns cuidados para a medição, um deles é que a trajetória do barco
deve ser 45 graus em relação à correnteza e movimentar-se na mesma velocidade da
correnteza pois, se a velocidade do barco foi maior que a correnteza, podem ocorrer
alguns erros de leitura do ADCP. Desloca-se o barco de uma margem para outra
finalizando o processo de medição de vazão após os dados serem analisados
instantaneamente pelo ADCP. Verifica-se o valor da vazão comparando-o com o
resultado calculado pela Companhia de Energética do Estado de São Paulo, CESP.
É necessário ser cauteloso no uso do aparelho para descartar problemas com fundo
móvel, que ocorrem quando o aparelho encontra sedimentos instáveis no fundo do rio.
Alguns problemas como o eco também são comuns, pois nem sempre o sinal chega ao
fundo do rio, por exemplo, quando algum animal passa pela área de captura abrangida
pelo aparelho. O programa WinRiver soluciona esse tipo de problema comparando as
profundidades que vem sendo obtidas anteriormente e posteriormente à medição, e
descarta os dados suspeitos de terem sido prejudicados por efeitos de eco ou fundo
móvel.Após a finalização da medição ele interpola os dados para completar aqueles que
foram descartados.
Foi realizada uma medição no dia 21 de Dezembro de 2009 pelas quais as tabelas 01 e
02 mostram os resultados da vazão medida.
Na tabela 01 os ensembles numbers são todas as medidas que o ADCP faz já os bad
ensembles são os dados ruins que aparelho descarta, como mostrado na tabela 01.
A tabela 02 mostra os valores da vazão total medida (Total Q) e algumas informações
necessárias para realizar a medição como a velocidade da correnteza e velocidade do
barco, além da distância percorrida e do tempo gasto para a realização da medição.
Tabela 01: Números de Ensembles feitos pelo ADCP.
Tabela 02: Medida da vazão e das velocidades do barco e da correnteza.
Conclusão.
Apesar de necessitar de mão de obra especializada em seu manuseio, ter custos altos em
sua aquisição e manutenção, e necessitar adaptações aos erros causados por fundo
móvel e interferências magnéticas; vemos que o Acoustic Doppler Current Profiler é
muito eficiente na medição de vazão, por ser preciso e por haver quantidade e qualidade
nas informações por ele oferecidas em tempo real. O uso deste aparelho se faz
importante para a manutenção e monitoramento dos recursos hídricos do país.
Referência Bibliográficas
Filho, G.L.T., Viana, A.N.C., Tibúrcio,G.C, Santos, R.M.R.M.
O uso do ADCP em pequenos e médios cursos, Escola Federal de Engenharia Itajubá,
1999.
Piton, C.L, Evolução Tecnológica nas medições de vazões em rios. Faculdade
Dinaminca das Cataratas, Foz do Iguaçu, 2007.
Ehrenberg, A.C.A., Medições de Descarga Líquida Utilizando o Perfilador Acústico de
Correntes pelo Efeito Doppler, CESP.