Medição


HIDRÔMETROS VELOCIMÉTRICOS

Neste texto, escrito como fundamentação teórico-científica  para  o estudo sobre  Perdas na Medição de Água: A Contribuição do Hidrômetro Inclinado, serão revistos alguns conceitos e definições  de hidrometria baseados no MANUAL DE REFERENCIA – MEDIDORES DE AGUA DOMICILIAR,    da Organização Panamericana da Saúde/OMS, 1972 e nas NBR 8009, 8193, 8194   e 8195, da Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro,1992.

1. Princípio de Medição

Nos hidrômetros velocimétricos ou taquimétricos o princípio de medição  inferencial  de líquidos obtém o volume de água avaliado, que consiste em deduzir o volume de água do número de revoluções de um rotor por ela acionado.

Princípio de medição inferencial

Princípio de medição inferencial

Denomina-se inferencial, porque o valor buscado deduz-se do número de voltas. São conhecidos também como hidrômetros de velocidade pois o número de revoluções produzido depende unicamente da velocidade da água ao fluir através do órgão móvel (turbina, hélice, etc.) (Elmore, 1972, p. 16).

2.      Classificação quanto ao funcionamento

Os hidrômetros de velocidade são constituídos fundamentalmente por orifício, para a entrada da água, de seção invariável simples ou composto e um rotor de diâmetro fixo.  De acordo com a  forma  como a água atua e com a disposição de sua entrada, os medidores são classificados em quatro tipos:

1.   Unijato

2.   Multijato

3.   Woltman

4.   De hélice

3.      Sistema Unijato

Rotor – É uma roda formada por várias palhetas, espaçadas simetricamente ao redor de seu eixo que sempre é vertical, para manter sua característica pivotante sobre o eixo e reduzir assim a um mínimo o atrito, de tal maneira que a sensibilidade do mecanismo não seja afetada nos pequenos fluxos.

Pivô – É composto normalmente de 4 partes, sendo uma delas  a sua ponta superior onde o rotor  gira apoiando-se, que deve ter um perfil adequado e conforme o material empregado pode ou não ser engastado para evitar que o movimento contínuo afete-a

Câmara – O conjunto do rotor e pivô é alojado dentro de uma câmara existente na parte inferior da carcaça, aproveitando-a  para esta finalidade  A câmara possuí um orifício de entrada, um de saída e o suporte para a fixação do pivô e sua usinagem tem de ser cuidadoso e de tal maneira que deixe uma folga suficiente para que o rotor gire convenientemente.

Regulador – Componente que permite modificar a relação entre o volume indicado e o volume escoado, a fim de regular a precisão dos registros, que é essencial nestes mecanismos.

4.      Sistema Multijato

Tem a princípio os mesmos elementos que compõem o unijato: rotor, pivô, regulador e câmara, sendo que esta não é  simples. No interior da carcaça que não há necessidade de usinar, é colocada uma câmara com duas fileiras de perfurações, uma superior e outra inferior, dirigidas tangencialmente ao rotor, porém uma fileira em sentido contrário à outra.

Fluxo de água no medidor multijato

Fluxo de água no medidor multijato

Fluxo de água – Constitue o aspecto fundamental destes mecanismos. A água chega à carcaça e na parte de baixo reparte-se entre os vários orifícios inferiores  da câmara da turbina, penetrando no seu interior em forma de múltiplos jatos simultâneos que são característicos desse sistema e cujo efeito consiste em golpear equilibradamente o rotor em todas as direções, evitando assim qualquer esforço lateral que possa prejudicá-lo.

O fluxo da água e o rotor

O fluxo da água e o rotor

Os filetes de água penetram pelos orifícios inferiores, descrevem uma hélice ao redor do perímetro do rotor, situando-se no espaço livre que existe entre a turbina e a parede interna e passam para os orifícios superiores para alcançar a saída.

Uma parte da água, da mesma forma que no unijato,  é apanhada entre as aletas do rotor e continua girando com ele. Devido ao movimento helicoidal dos filetes, o rotor tende a levantar-se e flutuar na água, anulando praticamente seu peso e reduzindo, assim, a ação deste sobre a ponta do pivô. Para facilitar a elevação  do conjunto móvel, o extremo superior de seu  eixo necessita dispor de uma folga suficiente no respectivo elemento de apoio.

O regulador

O regulador

Regulador – A divisão da carcaça em compartimentos independentes de entrada e saída, facilita a regulagem a partir de seu exterior, desviando ou não, uma parte da água diretamente de um compartimento para outro, por meio de um orifício cuja abertura gradua-se através de um parafuso.

5.      Transmissão Magnética

A transmissão magnética consiste fundamentalmente em um acoplamento entre dois de seus pontos, realizado a base de um conjunto simples ou complexo de imãs permanentes, que permite passar o movimento dos elementos situados dentro d’água (elemento propulsor) aos que estão fora (elemento seguidor), através de uma placa separadora não magnética, sem necessidade de que exista alguma furação que os comunique.

O emprego comercial em medidores da transmissão magnética iniciado em meados dos anos 50/60 apresenta as seguintes vantagens em relação à transmissão mecânica:

  1. Não requer nenhum tipo de selagem das peças móveis.
  2. É possível manter a totalidade das engrenagens fora da água
  3. É possível introduzir o trem de engrenagens e o registrador dentro de uma câmara hermética que conserve permanentemente uma atmosfera seca e adequada para seu funcionamento.

6.      Características Hidráulicas

As características hidráulicas estabelecem-se com a relação entre o consumo e a perda de carga, entendendo-se por consumo o fluxo que passa através do medidor na unidade de tempo e por perda de carga a diferença de pressões entre os orifícios de entrada e saída do aparelho, quando circula água.

De modo geral, pode-se dizer que a relação entre a perda de carga e o consumo em um medidor expressa-se por meio da fórmula:

J = K. Q 2 (1)

na qual, J representa a perda de carga em metros, Q o consumo em metros cúbicos por hora e K um coeficiente.

7.      Características de Medição

Sensibilidade – A precisão não é constante para todos os consumos variando segundo a magnitude dos mesmos. Em primeiro lugar, o registro de um medidor não se inicia ao mesmo tempo que o fluxo. A sensibilidade indica o momento em que começa a ocorrer o registro e seu valor expressa-se em unidades absolutas ou em percentagem da capacidade máxima.

Precisão – Na prática emprega-se o conceito de erro que é a diferença entre a água passada e aquela registrada pelo aparelho e se expressa em percentagem.

Faixas de Medição – Intervalo definido entra a vazão mínima, acima da qual o hidrômetro deve permanecer dentro dos limites de erros máximos admissíveis, e vazão máxima.

1. Faixa inferior de medição – Intervalo definido entre a vazão mínima (inclusive) e a vazão de transição (exclusive), que é aquela que define a separação entre as faixas inferior e superior de medição.

2. Faixa superior de medição – Intervalo definido entre a vazão de transição (inclusive) e a vazão máxima (inclusive).

Classe Metrológica – Os hidrômetros são classificados metrologicamente de acordo com a vazão mínima (Qmin) e a vazão de transição (Qt).  No Brasil, a norma NBR NM 212:1999 previu as classificações A,  B e C para hidrômetros de vazão nominal igual ou inferior à 15 m³/h, considerados de baixa vazão. Sendo que para hidrômetros de 1,5m³/h de vazão nominal temos:

  • Classe A : Qmin = 40 l/h e Qt = 150 l/h
  • Classe B : Qmin = 30 l/h e  Qt = 120 l/h
  • Classe C: Qmin = 15 l/h e  Qt = 22,5 l/h


Conheça o Hidrômetro
Verdades e Equívocos sobre a Medição de Água

Medidor em corte

Defeitos do hidrômetro:

Causas e conseqüências

As causas do mau funcionamento do hidrômetro devem-se à:

1. Desgaste das peças internas ocasionada pelo tempo de uso ou pela passagem da água em uma vazão elevada (acima da capacidade nominal do medidor) durante um certo tempo:

* Modifica o erro de medição fazendo com que o medidor saia das faixas de medição definidas em norma. Para hidrômetros mecânicos de 19mm com 8 à 10 anos de operação pesquisa realizada pela Seção de Medição/DMAE determinou o erro médio, para a faixa superior de medição, de +8,0%.

2. Defeito de fabricação, que acarreta folga nos roletes da relojoaria ou permite que o eixo da mesma caia de seus mancais quando submetido a uma batida forte:

* Altera o consumo medido, pois a leitura não é real e sim fruto do posicionamento aleatório dos roletes. Este problema acompanhará sempre o aparelho, sendo detetado quando feito o exame da relojoaria.

3. Perda da capacidade de magnetização dos imãs do sistema de transmissão:

* O medidor tende a parar, ou apresentar um movimento de “pára e anda” em função da vazão de abastecimento. O consumo medido é sempre menor que o real, ou mesmo não é lido. Também, é facilmente confirmado numa inspeção do hidrômetro.

4. Violação ou danificação do medidor com o objetivo de alterar a leitura, sendo o mais comum:

* Furar a cúpula da relojoaria e utilizar uma agulha para trancar os roletes, retirando-a quando na época de leitura

* Retirar o hidrômetro do cavalete, retirar o filtro e injetar no mesmo impurezas (como cola, pedrinhas, barbante, etc.) ou furar a câmara de medida com o objetivo de parar a turbina.

* Inverter o hidrômetro no quadro, deixando-o funcionar apenas metade do tempo no sentido correto.

* Romper o lacre, abrir o hidrômetro e frear os roletes com calços (palitos, pregos, etc.).

* Golpear ou queimar a cúpula do hidrômetro com a intenção de danificá-lo.

5. Vazamento na cúpula do hidrômetro, a água sai por cima do medidor.:

* O aperto dado no anel da cúpula quando da montagem não foi suficiente para garantir a vedação da relojoaria. O vazamento de água ocorre somente a partir de determinada pressão e quando isso acontece a mesma não é registrada pelo hidrômetro e nem altera o consumo, pois não ocasiona movimento na turbina da câmara de medida, ou seja, dos totalizadores da relojoaria.

* É bastante comum o usuário confundir os vazamentos no quadro ou cavalete, informando que é o hidrômetro que está vazando. Sem dúvida, a troca de um medidor pode acarretar vazamentos junto ao quadro, principalmente nas manutenções preventivas, pois os ramais tendem a esclerosar-se com o tempo e o problema manifestar-se horas após o serviço de substituição ter sido realizado Somente os vazamentos que ocorrem após o medidor são registrados pelo hidrômetro, podendo alterar o consumo.

Verdades e equívocos sobre medição de água

E – O hidrômetro está funcionando sozinho: não há consumo de água e mesmo assim ele está girando e marcando, ele nunca pára.

V – O hidrômetro não inventa consumo. Se ele está girando e não existe nenhum ponto de consumo em uso no momento, significa que está ocorrendo um vazamento ou fuga não aparente.

E – Não havia ninguém na casa naquele período e foi medido um consumo de água, só pode ser problema no hidrômetro, pois agora que há gente em casa o aparelho está marcando bem menos.

V – O hidrômetro não anda sozinho. Significa que naquele período em que foi acusado consumo, algum item da instalação hidrossanitária operou de forma irregular. Podendo ser devido a presença de alguma impureza no seu mecanismo que, expulsa após um certo tempo pela própria pressão da água, normalizou o funcionamento. Ou mesmo, o esquecimento de alguma torneira aberta, de uma válvula de descarga que não vedou totalmente, da torneira-bóia da caixa de descarga que não assentou corretamente ou estava dando passagem para a água acima de determinada pressão da rede.

E – O registro antes do hidrômetro está fechado e ele continua girando, portanto isto prova que o medidor está com defeito.

V – Este fato demonstra que o registro não está vedando totalmente. Há casos em que o registro está fechado, não sai água em nenhuma torneira e o medidor continua girando. Existe uma fuga não aparente entre o hidrômetro e o primeiro ponto de consumo da instalação, sendo que a quantidade de água que está tendo passagem pelo registro de entrada (aparentemente fechado) e saindo pela fuga tem vazão suficiente para ser detetada pelo medidor, mas insuficiente para atender mais de um ponto além daquele do vazamento.

E – O hidrômetro está embaçado, a leitura está ilegível, portanto o medidor não está lendo corretamente o consumo medido.

V – O embaçamento é causado pela umidade presente no interior do hidrômetro, que condensa na parede interna da cúpula da relojoaria, sendo bastante comum principalmente naquelas situações em que a relojoaria sofre variações brusca de temperatura. A partir de 95, o DMAE vem adquirindo e utilizando hidrômetros com a relojoaria selada, onde o mecanismo de redução e a própria relojoaria são montados numa cúpula hermeticamente fechada à vácuo e sem contato com a água, eliminando quase que totalmente a possibilidade do embaçamento.

Quanto ao funcionamento do medidor e, principalmente, quanto ao consumo medido não há nenhuma alteração ou prejuízo ao usuário, salvo a possibilidade de uma leitura errada, que na confirmação seria corrigida ou na próxima leitura seria compensada., portanto facilmente verificada..

E – O hidrômetro anda para trás e para a frente, mesmo quando não há consumo de água, portanto ele está com defeito.

V – O medidor quando indica este tipo de movimento está acusando o balanceamento de carga da rede naquele momento, principalmente quando há um desnível acentuado e o hidrômetro está na parte inferior. O ramal tem o comportamento de um pequeno pulmão, quando atua sobre ele uma sucção ou um vácuo originado na rede, devido a sua incapacidade de acompanhar imediatamente a alteração de pressão ocasionada pela variação instantânea de consumo.

Em condições normais é insignificante a diferença acumulada entre a medição da água que retornou e a água que já havia passado, podendo o próprio usuário através de leituras periódicas certificar-se da existência ou não desta diferença e da grandeza da mesma. e, se for o caso, recorrer ao Serviço de Saneamento para uma avaliação mais técnica.

E – Após a troca do hidrômetro, ele começou a andar mais rápido e meu consumo aumentou.

V – Como qualquer equipamento mecânico, o hidrômetro à medida que o tempo passa vai desgastando-se e diminuindo a sua sensibilidade (capacidade de registrar vazões muito baixas). Por isso, é possível que ocorra uma elevação no consumo após a troca do medidor, principalmente, se o antigo estava instalado inclinado.

Como todo o equipamento moderno, o hidrômetro sofre constantes evoluções tecnológicas, sendo que o emprego da transmissão magnética em substituição a transmissão mecânica proporcionou hidrômetros mais sensíveis, isto é, que registram vazões cada vez menores, com isso consumos que não eram registrados passam a ser medidos.

Nos hidrômetros magnéticos o dispositivo que indica a passagem de água deve por norma funcionar antes de qualquer totalizador, o que não ocorria com os mecânicos, daí a impressão de que o novo medidor está andando mais rápido, não significando um maior ou menor consumo que o hidrômetro anterior.

Em casos de dúvida quanto ao volume de água medido, o usuário pode fazer a sua própria aferição, para isso basta encher um recipiente graduado em qualquer ponto de consumo (a torneira de jardim ou do tanque) com uma quantidade de água (20 litros, por exemplo), fazendo as leituras do hidrômetro antes de iniciar o enchimento do recipiente e ao final quando fechar a torneira e parar o movimento do orientador, com o cuidado de não ser utilizado nenhum outro ponto enquanto realiza a experiência.

Dividindo-se o volume de água apanhado no recipiente pela diferença entre as leituras, multiplicando-se o resultado por 100 e, a seguir, diminuindo-se de 100 o valor obtido, tem-se o erro percentual do hidrômetro, que deve ficar na faixa dos ± 2%.

A passagem do ar e o consumo medido

E – O consumo elevado é devido ao ar que passou pelo hidrômetro.

V – Sem dúvida, o hidrômetro é movimentado pelo ar e registra a passagem do mesmo em seu totalizador. Isto ocorre quando do retorno do abastecimento após uma falta de água, e se deve a expulsão do ar das tubulações, empurrado pela água que está chegando.

Em casos normais, quando a falha no abastecimento é esporádica (falta de água em função de alguma ruptura na tubulação da rede), o volume de ar é insuficiente para ocasionar alteração significativa no consumo medido, pois, no momento em que faltou o abastecimento, a água e o ar que existiam no ramal foram sugados pela rede, fazendo com que o hidrômetro desmarcasse a leitura acumulada. Este movimento contrário permanece até ser restabelecido o equilíbrio entre as pressões da rede, dos ramais e do ponto da fuga.

De qualquer forma, uma maneira de evitar esta situação é assegurar-se de que as torneiras da residência permanecem fechadas durante a falta de água., não utilizando (ou esquecendo) a torneira de uma pia ou do tanque aberta para saber se o abastecimento normalizou.

Existem exceções em que a constante falta de água, por alguma obra na rede ou deficiência no abastecimento, acarreta alterações significativas no consumo medido. Este fato é facilmente verificado pelo Serviço de Saneamento, que confirmando o problema faz o recálculo da conta. Para isto, utiliza-se informações da localização do ramal em relação a rede e o comportamento do consumo dos ramais vizinhos durante o período investigado.

  • Clique aqui para acessar o trabalho sobre a influência do ar na medição de água.

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