INFLUÊNCIA DAS VARIAÇÕES DE VAZÃO NA EFICIÊNCIA HIDRAULICA DE FLOCULADORES CHICANADOS

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1 INFLUÊNCIA DAS VARIAÇÕES DE VAZÃO NA EFICIÊNCIA HIDRAULICA DE FLOCULADORES CHICANADOS Danieli Soares de Oliveira (1) Graduanda em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Ellen Crevelim Valentim Graduanda em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Renato do Nascimento Siqueira Engenheiro Mecânico e Mestre em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES) e Doutor em Engenharia Civil pela Loughborough University of Technology, Loughborough, Inglaterra. Edmilson Costa Teixeira (2) Engenheiro Civil pela Universidade Federal da Bahia (UFBA). Mestre em Engenharia Civil pela Universidade de São Paulo (USP) e Doutor em Engenharia Civil pela University of Bradford, Bradford, Inglaterra. Professor do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental da Universidade Federal do Espírito Santo (PPGEA/UFES). Endereço (1) : Rua Oito, nº.51, Bairro Cocal, Vila Velha, ES CEP: Brasil - Tel.: (27) Cel.: danieli_soares@yahoo.com.br Endereço (2) : Departamento de Engenharia Ambiental GEARH CT / UFES Avenida Fernando Ferrari, s/n, Goiabeiras, Vitória ES. CEP: ; Tele-fax: (27) edmilson@npd.ufes.br

2 INFLUÊNCIA DAS VARIAÇÕES DE VAZÃO NA EFICIÊNCIA HIDRAULICA DE FLOCULADORES CHICANADOS INTRODUÇÃO: A floculação é uma importante etapa do tratamento de água, pois seu desempenho influencia as etapas posteriores do processo de tratamento de água. O desempenho dos floculadores está relacionado à sua eficiência hidráulica, pois quanto maior a eficiência hidráulica da unidade, menor as diferenças entre os resultados obtidos e os previstos na fase de projeto. Estas diferenças ocorrem devido à presença de anomalias de escoamento, tais como curtos-circuitos e zonas mortas. Os floculadores hidráulicos são normalmente projetados para funcionar com uma única vazão. Porém, a vazão de operação pode ser diferente da vazão de projeto, afetando a eficiência do processo de floculação através de alterações no tempo de detenção, do gradiente médio de velocidade ou de alterações no comportamento hidrodinâmico da unidade. O presente artigo apresenta resultados parciais de uma pesquisa que visa o aprofundamento de conhecimentos sobre a relação entre a hidrodinâmica de reatores e as variações de vazão em reatores, fornecendo assim, subsídios ao projeto de unidades mais racionais e a melhoria das unidades já existentes. OBJETIVO: Verificar a influencia dos efeitos causados pela variação na vazão na eficiência hidráulica de floculadores hidráulicos chicanados. MATERIAL E MÉTODOS Os experimentos foram realizados em duas unidades experimentais chicanadas compostas de três compartimentos cada, com número de chicanas decrescentes (41, 34 e 22 chicanas, respectivamente). A diferença entre as unidades é a inclinação de fundo, sendo uma unidade com fundo reto e a outra com fundo inclinado. A Figura 1 mostra a planta baixa das unidades experimentais. Foi utilizada a técnica de traçadores para a obtenção da distribuição de tempo de residência (DTR) nas unidades estudadas, sendo utilizado como traçador permanganato de potássio, injetado instantaneamente na entrada da unidade e coletado por amostragem discreta na seção de saída. As concentrações de traçador foram determinadas através de espectrofotômetro.

3 E ( θ ) - Concentração E ( θ ) - Concentração 1cm 18cm Espessura das chicanas =,3cm Espessura das paredes do tanque =,4cm Abertura entre compartimentos = 59,7cm Espaçamento entre chicanas: Câmara C1 = 2,cm Câmara C2 = 2,5cm Câmara C3 = 4,cm Obs.: O Espaçamento (b) entre a extremidade da chicana e a parede do compartimento onde ela se localiza é: b = 1,5 x (Espessura entre chicanas) Figura 1 - Planta baixa das unidades experimentais. RESULTADOS Para a realização dos experimentos foram adotadas as vazões de 11, 13 e 15 l/min na unidade de fundo reto, e de 11, 13, 15, 17 e 19 l/min para a unidade de fundo inclinado. As distribuições de tempo de residência adimensionalizadas obtidas para as vazões estudadas são mostradas na Figura Q =11 l/min Q = 13 l/min 8 Q = 15 l/min 6 4 2,5 1, 1,5 θ - Tempo Q = 11 l/min Q = 13 l/min Q = 15 l/min Q = 17 l/min Q = 19 l/min,5 1, 1,5 θ - Tempo Figura 2 Distribuição dos tempos de residência obtidas nas unidades de fundo reto e inclinado, respectivamente. Para a avaliação da eficiência hidráulica das unidades foi feita uma análise semiquantitativa das curvas de passagem, com a extração de indicadores de eficiência hidráulica das mesmas. Foram analisados indicadores de curto-circuito (t 1 ) e mistura (σ 2 ) e os valores encontrados foram comparados com os valores esperados para os escoamento ideais do tipo pistão e mistura completa.

4 As Figuras 3 e 4 apresentam os valores dos indicadores t 1 e σ 2 para os escoamentos obtidos nas unidades de fundo reto e inclinado. A comparação desses valores permite a caracterização o comportamento hidrodinâmico da unidade. Indicador de Curto Circuito para unidade de fundo reto Indicador de Curto Circuito para unidade de fundo inclinado,98,98,96,96,94,92 t1,94,92 t1,9,9,88 11 l/min 13 l/min 15 l/min Vazões,88 11 l/min 13 l/min 15 l/min 17 l/min 19 l/min Vazões Figura 3 Indicador de curto-circuito nas unidades de fundo reto e inclinado, respectivamente. Indicador de Mistura para a unidade de Fundo Reto Indicador de Mistura para a unidade de Fundo Inclinado,2,2,1,1 11 l/min 13 l/min 15 l/min 11 l/min 13 l/min 15 l/min 17 l/min 19 l/min Figura 4 Indicador de mistura nas unidades de fundo reto e inclinado, respectivamente. Analisando qualitativamente as distribuições de tempo de residência encontradas para as duas unidades e comparando os valores dos indicadores de eficiência hidráulica para os escoamentos ideais e reais, conclui-se que o comportamento hidrodinâmico das unidades aproxima-se do regime ideal de escoamento tipo pistão. Para o tanque de fundo reto foi verificado que os valores do indicador de curto-circuito analisado (t 1 ) aumentam com o aumento da vazão na unidade, mostrando que os níveis de curto circuito na unidade diminuem com o aumento da vazão na mesma, aumentando a eficiência hidráulica da unidade. Para o tanque de fundo inclinado foi verificado que os valores do indicador de curto-circuito aumentam com o aumento da vazão até certo valor (vazão de 15 l/min), aumentando desta forma a

5 eficiência hidráulica da unidade. Porém, para valores de vazão superiores a 15 l/min verifica-se um decréscimo nos valores dos indicadores de curto circuito. O indicador de mistura analisado (σ 2 ) não sofreu variação significativa com a variação de vazão; porém, para a unidade de fundo reto foi verificada um decréscimo nos valores σ 2 com o aumento da vazão. CONCLUSÕES O desempenho das unidades mostrou-se dependente da variação de vazão nas mesmas. Foi verificado que o escoamento no interior da unidade aproxima-se consideravelmente do ideal tipo pistão, e que o aumento da vazão proporciona um aumento na eficiência hidráulica da unidade até a vazão de 15 l/min, após este valor a eficiência hidráulica decresce com o aumento da vazão. A eficiência hidráulica influencia diretamente o processo de floculação, pois a presença de curtos circuitos faz com que os flocos permaneçam na unidade um tempo menor do que o previsto na fase de projeto, com a formação de flocos menos densos, prejudicando os processos subseqüentes. Para a correção deste problema, geralmente é aumentada a dosagem de coagulante, o que acarreta num acréscimo no custo do tratamento de água. Já a ocorrência de regiões de zonas mortas faz com que os flocos permaneçam na unidade por um tempo maior do o previsto na fase de projeto, podendo gerar sedimentação dos flocos na câmara de floculação, prejudicando desta forma o desempenho da unidade. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS LIBÂNIO, M. Avaliação da floculação em reatores estáticos e de escoamento contínuo com gradientes de velocidade constante e variável. Tese (Doutorado), Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo, MOREIRA, C.R.F. Estudo do comportamento hidrodinâmico em tanques chicanados, com vistas à otimização da desinfecção de água em tanques de contato de fluxo contínuo. Dissertação de mestrado, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, UFES, RIGO, D.; TEIXEIRA, E.C. Emprego de traçadores no projeto e otimização de Unidades de Tratamento de água e Efluentes. XVIII AIDIS, Salvador SIQUEIRA, R.N. Desenvolvimento e aperfeiçoamento de critérios de avaliação da eficiência hidráulica e do cálculo do coeficiente de mistura em unidades de tratamento de água e efluentes. Dissertação de mestrado, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, UFES, 1998.