DISCIPLINA: SANEAMENTO PROF. CARLOS EDUARDO F MELLO

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

2 Conceito São unidades utilizadas para promover a agregação de partículas formadas na mistura rápida (NBR 12216).

3 Força de Arraste F d = C d.a.γ.v 2 /2g Fd força de arraste; Cd coeficiente de arraste A área do corpo v velocidade do corpo em relação ao fluido γ peso específico. A força de arraste (F d ) depende: a) Energia cinética (v 2 /2g) b) Área do corpo c) Forma geométrica do corpo (C d )

4 Cinética dos choques entre partículas em suspensão Os choques entre partículas individuais resultam de: a) Movimento pericinético: decorre do movimento Browniano e da ação da gravidade b) Movimento Ortocinético: são aqueles decorrentes da introdução de energia externa

5 Movimento Ortocinético De acordo com Smolukowski: J ij = 1/6. n i.n j.(d i + d j ) 3.dv/dz J ij = 1/6. n i.n j.(d i + d j ) 3. (p/µvol) J ij = número de choques, por unidade de tempo e volume, entre n j partículas de diâmetro d j, e n i partículas de diâmetro d i, ambas contidas num volume unitário.

6 Projetos de Floculadores Elementos básicos utilizados em projetos: a) Gradiente de velocidade G -(potência dissipada na massa líquida)* b) Tempo de mistura- T* c) Número de Camp = G.T (nº adimensional) * Gradiente e tempo de detenção são parâmetros que influenciam a oportunidade de choques entre as partículas.

7 Disposições da NRB a) A agitação da água pode ser promovida por meios mecânicos ou hidráulicos. b) O período de detenção no tanque de floculação e os gradientes de velocidade a serem aplicados devem ser determinados por meio de ensaios realizados com a água a ser tratada. c) Dependendo do porte da estação e a critério do órgão contratante, não sendo possível proceder aos ensaios destinados a determinar o período de detenção adequado, podem ser adotados valores entre 20 min e 30 min, para floculadores hidráulicos, e entre 30 min e 40 min, para os mecanizados.

8 Disposições da NRB d) Não sendo realizados ensaios, deve ser previsto gradiente de velocidade máximo, no primeiro compartimento, de 70 s-1 e mínimo, no último, de 10 s-1. e) Deve ser previsto dispositivo que possa alterar o gradiente de velocidade aplicado, ajustando-o às características da água e permitindo variação de pelo menos 20% a mais e a menos do fixado para o compartimento.

9 Disposições da NRB f) Os tanques de floculação devem ser providos de descarga com diâmetro mínimo de 150 mm e fundo com declividade mínima de 1%, na direção desta. g) Os tanques de floculação devem apresentar a maior g) Os tanques de floculação devem apresentar a maior parte da superfície livre exposta, de modo a facilitar o exame de processo.

10 Tipos de Floculadores Floculadores Mecanizados Introduz equipamentos mecanizados capazes de manter a água em constante agitação a) Agitadores do tipo de Fluxo Axial (Turbinas e Hélices) b) Agitadores do tipo paletas paletas de eixo vertical paleta única de eixo vertical paletas de eixo horizontal

11 Tipo Turbina

12 Paleta de Eixo Vertical

13 Paleta de Eixo Horizontal

14 Paleta Única Eixo Vertical

15 Agitadores Mecânicos A potência fornecida à água por agitadores mecânicos deve ser determinada pela expressão (NBR 12216): P = µg 2 Vol Onde: P potência, em W µ - viscosidade dinâmica, em Pa.s G gradiente de velocidade, em s -1 Vol volume útil do compartimento, em m 3

16 Agitadores Mecânicos Disposições da NBR 12216: a) Os tanques de floculação mecanizados devem ser subdivididos preferencialmente em pelo menos três compartimentos em série, separados por cortinas ou paredes, interligados, porém, por aberturas localizadas de forma a reduzir a possibilidade de passagem direta da água de uma abertura para outra. b) Para definição do local conveniente das aberturas, de modo a reduzir a passagem direta, devem ser levadas em conta as direções de fluxo impostas pelo sistema de agitação e pela própria entrada da água no tanque..

17 Agitadores Mecânicos Disposições da NBR 12216: c) Quando o fluxo de água incide diretamente sobre a abertura, deve-se colocar um anteparo capaz de desviá-lo. d) As dimensões das aberturas devem ser suficientes para que o gradiente de velocidade, na passagem da água, tenha valor igual ou inferior ao do compartimento anterior.

18 Agitadores Mecânicos Exercício 1: Um floculador mecanizado é composto de quatro câmaras em série, de dimensões: -dimensões: 4,65 x 4,65 m; -Profundidade útil: 5,20 m. No interior de cada uma delas há uma turbina, de diâmetro de 0,90 m. Segundo o fabricante dessas turbinas, o número de potência determinado para esse tipo de equipamento é igual a 0,5. Quais deverão ser as velocidades de rotação para que os gradientes de velocidade sejam iguais a: 1ª câmara: 60 s -1 2ª câmara: 45 s -1 3ª câmara: 30 s -1 4ª câmara: 15 s -1

19 Tipos de Floculadores Floculadores Hidráulicos Faz a água percorrer um caminho cheio de mudanças de direção a) Floculador de chicanas chicanas verticais chicanas horizontais b) Floculador tipo Alabama

20 Chicanas Verticais

21 Chicanas Horizontais

22 Tipo Alabama

23 Floculador ETA Itacolomi Foto: Peterson Floculador Hidráulico

24 Floculador Hidráulico O gradiente de velocidade em um compartimento do floculador hidráulico é dado pela seguinte expressão(nbr 12216): G = (gh f /vt f ) Onde: v viscosidade cinemática (m 2 /s) T f tempo de detenção teórico para cada câmara de floculação (s) hf - perda de carga nas passagens (m) g acelaração da gravidade (m/s 2 )

25 Floculador Hidráulico Para floculadores de escoamento vertical e helicoidal todas as passagens estejam abaixo da linha d água -, a perda de carga pode ser estimada por meio de: h f = (1/2g).[Q/C d.a o ] 2 Onde: Cd coeficiente de descarga (usualmente 0,61 a 0,62) A o área da passagem (m 2 )

26 Floculadores Hidráulicos Disposições da NBR 12216: a) Nos floculadores hidráulicos, a agitação deve ser obtida por meio de chicanas ou outros dispositivos direcionais de fluxo que confiram à água movimento horizontal, vertical ou helicoidal; a intensidade de agitação resulta da resistência hidráulica ao escoamento e é medida pela perda de carga. b) A velocidade da água ao longo dos canais deve ficar entre 10 cm/s e 30 cm/s. c) O espaçamento mínimo entre chicanas deve ser de 0,60 m, podendo ser menor, desde que elas sejam dotadas de dispositivos para sua fácil remoção.

27 Floculadores Hidráulicos Exercício 2: Para uma estação de tratamento convencional, dimensione um floculador hidráulico de escoamento helicoidal para os seguintes parâmetros de projeto: Vazão = 250 l/s; Tempo de detenção: 20 min Número de câmaras: 12 Gradientes de velocidade: 60, 40 e 20 s câmaras com G = 60 s -1 4 câmaras com G = 40 s -1 6 câmaras com G = 20 s -1 Profundidade: 4,20 m. Cd = 0,61

28 Floculadores Hidráulicos Exercício 2: Determine: a) As dimensões de cada câmara, adotando profundidade média da Lâmina de água de 4 m. Assuma que o tempo de detenção hidráulica seja o mesmo em cada câmara. b) As áreas das seções de passagem c) A perda de carga total do sistema d) Os gradientes de velocidades nas passagens. e) Verifique se este dimensionamento atende a NBR e justifique.

29 Floculadores Hidráulicos Exercício 3: O floculador hidráulico de uma ETA que trata 160 l/s compõe-se de dezesseis câmaras. Cada câmara tem as seguintes dimensões: Planta: 1,10 m x 2,00 m Profundidade da lâmina d água: 4,10 m Assuma que o tempo de detenção hidráulica seja o mesmo em cada câmara.

30 Floculadores Hidráulicos Exercício 3: Foram medidos os desníveis entre a água a montante e a jusante de cada câmara de interligação. Os valores são apresentados no quadro a seguir: Série de câmaras Nº de câmaras em cada série Dimensões das passagens (mxm) Desnível montante jusante (m) 1 3 0,6 x 0,6 0, ,8 x 0,75 0, ,8x1,5 0,002

31 Floculadores Hidráulicos Exercício 3: Determine: a) Tempo de detenção no floculador b) Gradientes de velocidade nas câmaras (à temperatura de 20ºC) c) Os gradientes de velocidade nas passagens. d) Verifique se atende as disposições da NBR 12216

32 Obrigado Pela Atenção