UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO DECIV DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO DECIV DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL Tratamento de Água: Mistura Rápida DISCIPLINA: SANEAMENTO PROF. CARLOS EDUARDO F MELLO cefmello@gmail.com

2 Unidades de mistura rápida Conceito Operação destinada a dispersar produtos químicos na água a ser tratada, em particular no processo de coagulação (NBR 12216). Fatores que influenciam na coagulação a) Tipo de coagulante utilizado b) Concentração do coagulante c) Gradiente de velocidade d) Tempo de mistura

3 Disposições da NRB As condições ideais em termos de gradiente de velocidade, tempo de mistura e concentração da solução de coagulante devem ser determinadas preferencialmente através de ensaios de laboratório. Caso não seja possível, observar a seguinte orientação: Coagulantes metálicos hidrolisáveis: a) Gradiente de velocidade 700 s -1 e 1100 s -1 b) Tempo de mistura inferior a 5s Polieletrólitos: Obedecer as recomendações do fabricante

4 Disposições da NRB Constituem dispositivos de mistura: a) Qualquer trecho ou seção de canal ou de canalização que produza perda de carga compatível com as condições desejadas, em termos de gradiente de velocidade e tempo de mistura; b) Difusores que produzam jatos da solução de coagulante, aplicados no interior da água a ser tratada; c) Agitadores mecanizados; d) Entrada de bombas centrífugas

5 Tipos de misturadores Misturadores hidráulicos Medidor Parshall (Calha Parshall) Vertedores Difusores ou malhas difusoras Misturadores mecanizados Turbinas Hélices

6 Medidor Parshall Figura 1: Esquema de uma Calha Parshall Convencional

7 Medidor Parshall Ponto de dispersão do coagulante V D D' W C N K B 2/3B F G Figura 2: Medidor Parshall (planta e corte) utilizado como unidade de mistura rápida Fonte: Libânio, 2008.

8 Medidor Parshall Figura 3: Medidor Parshall, ETA Itabirito. Foto: Elaine Oliveira.

9 Medidor Parshall Figura 4: Medidor Parshall, ETA Itabirito. Foto: Elaine Oliveira.

10 Dispositivos para a criação de ressaltos Figura 5: Dispositivos para a criação de ressaltos. Fonte: Vianna, 1997.

11 Medidor Parshall Quadro 1: Dimensões padronizadas de medidores Parshall D 7.6 Fonte: Azevedo Netto, 1939.

12 Medidor Parshall Exercício 1: Verificar as condições de mistura rápida em uma calha parshall de 2 (0,61m) para vazão de 800 l/s. Valores de k e n para q equação H 0 = kq n Fonte: Azevedo Netto

13 Queda d água em vertedouros Floculante colocado em calha perfurada para distribuição uniforme ao longo de toda a queda d água. Figura 6: Vertedor retangular utilizado para mistura rápida. Fonte: Marcelo Libânio.

14 Queda d água em vertedouros Exercício 2: Numa estação de tratamento de água, a mistura rápida é efetuada na queda d água de um vertedor triangular (Figura 7). A vazão tratada pela ETA é de 12 litros por segundo. Após verter, a água atinge uma pequena câmara, de dimensões, em planta: 0,30 m x 0,30 m. A lâmina d água no interior dessa câmara é igual a 0,10 m. O desnível entre o fundo da câmara e o vértice do vertedor triangular é igual a 0,30m. a) Qual é o tempo de detenção da mistura? b) Qual é o gradiente de velocidade obtido a 20 ºC? c) Os valores anteriores atendem a NBR 12216?

15 Queda d água de vertedouros Figura 7: Esquema do vertedor triangular do exercício 2. Fonte: Vianna, 1997.

16 Malhas difusoras São dispositivos que produzem jatos da solução de coagulante, aplicados no interior da água a ser tratada. Figura 8: Esquema do de uma malha difusora. Fonte: Marcelo Libânio.

17 Malhas difusoras A dissipação de energia correspondente ocorrerá no volume de água situado a até duas vezes e meia o espaçamento entre os orifícios (V = 2,5 AE) (Azevedo Netto et al.) Figura 9: Distância para a Dissipação da Energia dos jatos Originários da Malha difusora. Fonte: Vianna, 1997.

18 Malhas difusoras Dispositivos da NBR 12216: a) A aplicação de solução de coagulante deve ser uniformemente distribuída, através de jatos não-dirigidos no mesmo sentido do fluxo b) Velocidade mínima da água do reator: 2 m/s c) Área máxima da seção transversal do reator correspondente a cada orifício: 200 cm 2 d) Diâmetro mínimo dos orifícios da malha difusora: 3 mm e) O sistema difusor deve permitir limpezas periódicas nas tubulações que distribuem a solução de coagulante

19 Malhas difusoras Exercício 3: Na entrada de uma ETA, que trata 500 litros por segundo, foi instalado um reator para mistura rápida do tipo malha difusora, de diâmetro D = 500 mm (Figura 10). Nessa malha existem 32 orifícios de diâmetro d = 3 mm cada um. A malha é composta de 6 tubos de diâmetro igual a meia polegada, paralelos entre si, espaçados uns dos outros de 8 cm. A vazão de dosagem de sulfato de alumínio é igual a 750 mililitros por segundo. a) A instalação atende a NBR 12216? b) Qual o gradiente de velocidade a 20 ºC no reator?

20 Malhas difusoras Figura 10: Esquema da malha difusora do exercício 3. Fonte: Vianna, 1997.

21 Agitadores Mecanizados Tipos de agitadores Figura 11: Agitadores tipo turbina e de hélices utilizados para mistura rápida. Fonte: Libânio, 2008.

22 Agitadores Mecanizados Câmaras de mistura Seção circular D = H Seção quadrada Vantagem em relação aos relação aos misturadores hidráulicos Variação do gradiente de velocidade varia a potência dissipada

23 Agitadores Mecanizados Figura 12: Padrão do fluxo para agitadores tipo turbina e hélice. Fonte: Godfrey e Amirtharajah, (1991) apud Libânio, 2008.

24 Agitadores Mecanizados Determinação do gradiente de velocidade Np número de potência - adimensional Em que: P::potência dissipada na massa líquida (W); D: diâmetro da turbina (m); n: nº de rotações por segundo Ρ: massa específica da água (kg/m 3 ) Figura 13: Relação entre o número de potência e o número de Reynolds para dois tipos de agitadores utilizados em unidades de mistura rápida. Fonte: Libânio, O valor do Np relaciona-se com o tipo de agitador e com o regime de escoamento. µ Na qual: Re: número de Reynolds µ: Viscosidade dinâmica da água (Pa.s) n: nº de rotações segundo. N 3 Na qual: Vol: volume da câmara de mistura rápida (m 3 ) N 3 : nº rotações por minuto.

25 Agitadores Mecanizados Recomenda-se as seguintes relações entre dimensões da turbina e da câmara de mistura rápida (Parlatore, 1987) D L h B H B B/2 e b Figura 14: Parâmetros geométricos de turbina utilizada para mistura rápida. Fonte: Libânio, 2008.

26 Agitadores Mecanizados Dispositivos da NBR 12216: a) A potência deve ser estabelecida em função do gradiente de velocidade b) Períodos de detenção inferiores a 2 s exigem que o fluxo incida diretamente sobre as pás do agitador c) O produto químico a ser disperso deve ser introduzido logo abaixo da turbina ou hélice do agitador

27 Agitadores Mecanizados Exercício 4: Uma estação de tratamento convencional potabiliza vazão média de 1,0 m3/s empregando unidade de mistura rápida tipo turbina de seis pás, com rotação de 130 rpm, com as seguintes características: Área em planta da câmara de seção quadrada (L) = 1,2 m2 Profundidade da lâmina d água (H) = 1,5 m Diâmetro da turbina (D) = 0,45 m Comprimento da pá (B) = 0,12 m Largura da pá (b) = 0,09 m Distância da extremidade inferior da pá ao fundo da câmara (h) = 0,40 m Estatores (e) = 0,05m Verifique se ela atende a norma NBR

28 Bibliografia VIANNA, Marcos Rocha. Hidráulica aplicada às estações de tratamento de água. 3. ed. Belo Horizonte: Ed. Imprimatur, LIBÂNIO, Marcelo. Fundamentos de qualidade e tratamento de água. 2. ed. Campinas: Ed. Átomo, 2008.