Prof. Célio Carlos Zattoni Maio de 2008.

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1 - FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO PAULO DEPARTAMENTO: HIDRÁULICA E SANEAMENTO CURSO: HIDRÁULICA E SANEAMENTO AMBIENTAL DIMENSIONAMENTO DE CAIXAS DE AREIA Prof. Célio Carlos Zattoni Maio de 2008.

2 1. Introdução. CAIXAS DE AREIA Caixa de areia é um dispositivo que é construído junto às tomadas de água, também chamado de canal de derivação. 2. Finalidade. As principais finalidades das caixas de areia são: Proteção de bombas, válvulas e acessórios contra a abrasão; Evitar o entupimento e o assoreamento. 3. Função. Separar por decantação areias e outros materiais pesados que se encontram em suspensão no fluxo de água. 4. Funcionamento. Provocar a deposição por decantação de partículas sólidas mediante a tranqüilização do fluxo de água. Turbulência: provoca o arraste e a suspensão de partículas. Tranqüilizacão: provoca a sedimentação da partícula. 5. Descrição do processo. Reduzir e controlar a velocidade de escoamento de forma a forçar a sedimentação ou deposição de partículas acima de um determinado padrão. O mais comum é a remoção de partículas de diâmetros médios e grandes, superiores a 0,2mm. 6. Parâmetros Tamanho mínimo das partículas de areia: Ø = 0,2mm Velocidade de sedimentação da areia: V = 0,02 m/s velocidade de deposição na vertical; 6.3. Velocidade máxima do fluxo na caixa de areia para deposição: V 1 <0,30 m/s; 6.4. Velocidade mínima do fluxo no canal de aproximação para não haver deposição: V 2 > 0,60 m/s. Obs.: a. É comum a divisão da caixa de areia em duas células, cada uma delas deve operar separadamente enquanto a outra se encontra em manutenção e limpeza. 2

3 b. A velocidade mínima no canal deve garantir que no canal não se tenha deposições e a velocidade máxima na caixa, em oposição, visa garantir a deposição. 7. Arranjo típico de uma caixa de areia. 7. Dimensionamentos. Cálculo do comprimento mínimo da caixa de areia. Uma partícula que se encontra no Ponto 1 deverá atingir o Ponto 2 decorrido t segundos. Portanto, decorridos t segundos, podemos afirmar que: t = H / V - tempo de deslocamento na vertical - (I) t = L / V 1 - tempo de deslocamento na horizontal - (II) (I) = (II) L / V 1 = H / V H = L. V / V 1 - (III) 3

4 Com a vazão Q podemos definir a área S = B.H. Da equação da continuidade podemos escrever: Q = V.S Q = V.S Q = V.B.H B.H = Q/V - (IV) Conhecida a área S = B.H adotam-se valores convenientes para B e H. Adotar um coeficiente em torno de 1,5. 4

5 8. Exemplo de aplicação. Dimensionar a caixa de areia de uma tomada d água com uma vazão máxima de 0,5 m 3 /s. Estima-se uma quantidade de sólidos em suspensão de 0,1 ml por m 3 de água e se deseja que a caixa de retenção de areia tenha uma autonomia mínima de três dias. Adotar um coeficiente de segurança s=1,4. Solução: 1. Dimensionamento do canal de aproximação com V = 0,6 m/s. Q = V. S S = Q / V S = 0,5. 1,4 / 0,6 S = 1,17 Para b = 1,5m H = 0,78m 2. Dimensionamento da caixa de areia. Dimensionamento do comprimento L da caixa de areia. Pela equação (III): H = L. V / V 1 0,78 = L. 0,02 / 0,3 L = 11,67 Adotado: L = 12,0m Dimensionamento do canal da caixa de areia. Pela equação (IV): B. H = Q/V B. H = 0,5 / 0,3 B. H = 1,67 Como H = 0,78m B = 1,67 / 0,78 B = 2,14m Adotado: B = 2,20m O valor de BL, borda livre, pode ser adotado entre 0,10 e 0,25m. 3. Dimensionamento da caixa de retenção de areia. Cálculo do volume de retenção diário de areia. Sólidos em suspensão: S s = 0,1 ml / m 3 S s = 0,0001 m 3 / m 3 V RD = S s. Vol. diário V RD = 0, , V RD = 4,3 m 3 / dia Volume da caixa de retenção de areia. O volume da caixa de retenção de areia deverá, conforme enunciado, ter a autonomia de no mínimo 3 dias. 5

6 V CR = 4,3. 3 = 12,9 m 3 V CR = B. L. C C = V. CR s / B. L C = 12,9. 1,4 / 2,2. 12,0 C = 0,68m Adotado: C = 0,70m 9. Exercícios: 1º. Dimensionar a caixa de areia de uma tomada d água com uma vazão máxima de 200 litros/s. Estima-se uma quantidade de sólidos em suspensão e 0,075 ml por m 3 de água e se deseja que a caixa de retenção de areia tenha uma autonomia mínima de uma semana. Adotar um coeficiente de segurança s=1,5. 2º. Dimensionar a caixa de areia de uma tomada d água com uma vazão máxima de 3,0 m 3 /s. Estima-se uma quantidade de sólidos em suspensão de 0,005 ml por m 3 de água e se deseja que a caixa de retenção de areia tenha uma autonomia mínima de uma semana. Adotar um coeficiente de segurança s=1,4. 6