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Filtração João Karlos Locastro contato: prof.joaokarlos@feitep.edu.br 2
Definição Processo de separação sólido-líquido utilizado para promover a remoção de material particulado presente na fase líquida. 3
Classificação dos Processos de Filtração Com relação ao tipo de filtração; Com relação ao tratamento; Com relação ao sentido de escoamento; Com relação ao meio filtrante. 4
Classificação: Tipo de Filtração Filtração em Membranas 5
Classificação: Tipo de Filtração Filtração em Meios Granulares Filtração lenta; Filtração Rápida. 6
Classificação: Tipo de Filtração Filtração em Meios Granulares Filtros rápidos: operam a taxas superiores a 40 vezes a taxa com que operam os filtros lentos; Formas de limpeza: filtros rápidos (lavagem em contracorrente) e filtros lentos (limpeza manual). 7
Classificação: Tipo de Filtração Filtração em Meios Granulares Taxa de filtração: Filtros lentos 1 a 7,5 m³/m².dia; Filtros rápidos 120 a 480 m³/m².dia 8
Classificação: Filtração Rápida 9
Classificação: Filtração Rápida 10
Classificação: Processo de tratamento 11
Classificação: Processo de tratamento 12
Classificação: Processo de tratamento 13
Classificação: Processo de tratamento Características da água bruta Filtração direta Filtração em linha Turbidez (UNT) 50 a 15 25 a 5 Cor real (U.C) 21 a 15 < 15 Densidade de alga (UPA/ml) 1000 a 500 < 500 14
Classificação: Meio filtrante Camada Simples Dupla camada Tripla camada 15
Classificação: Meio filtrante Taxa de filtração: Uma camada 120 a 360 m3/m2.dia; Dupla camada 240 a 480 m3/m2.dia 16
Classificação: Meio filtrante Materiais filtrantes: 17
Taxa de Filtração Unidades com capacidade de filtração além de 150 m³/m².dia, em geral são denominadas de filtros de alta taxa; O tempo em que o filtro passa trabalhando entre uma lavagem e outra consecutivas é chamado de carreira de filtração 18
Número de Filtros Tradicionalmente sugere-se: 3 filtros para vazões de até 50 L/s; 4 filtros para 250 L/s; 6 filtros para 500 L/s; 8 filtros para 1000 L/s; 10 filtros para 1500 L/s; Por medida prática geralmente se adota um número par de filtros (além de três) 19
Número de Filtros 20
Número de Filtros 21
Fundos de Filtros Tubulações perfuradas Placas porosas (raramente utilizadas); Fundos falsos Vigas californianas ou em forma de V invertido; Com bocais; Blocos especiais de polietileno (Leopold) 22
Fundo falso tipo viga californiana ou V invertido 23
Fundo falso 24
Fundo falso tipo viga californiana ou V invertido Normalmente pré-fabricado Orifícios (diâmetro 9.6 a 19mm, espaçados de 10 a 30cm): objetivando evitar o aprisionamento de ar O enchimento de concreto entre as vigas deve evitar possíveis passagens de água ou ar, que pode provocar o rompimento do fundo falso. 25
Fundo falso com bocal 26
Fundo com bocal De porcelana, plástico ou náilon; Possui orifícios ou ranhuras para trabalhar com água ou com ar. 27
Fundo com blocos especiais 28
Lavagem de Filtros 29
Lavagem de Filtros 30
NBR 12216 Filtros Lentos A camada filtrante deve ser constituída de areia, com as seguintes características: a) espessura mínima de 0,90 m; b) tamanho efetivo de 0,25 a 0,35 mm; c) coeficiente de uniformidade menor que 3. Filtração não deve ser superior a 6 m³/m².dia 31
Filtros Diâmetro efetivo: Abertura da peneira que retém 90% das partículas, permitindo, portanto, passagem de apenas 10% das partículas em teste; Coeficiente de uniformidade: Razão entre a abertura da peneira que permite passagem de 60% das partículas e a abertura que permite passagem de apenas 10% destas. 32
NBR 12216 Filtros Rápidos Camada Simples: Fluxo ascendente: A camada filtrante deve ser constituída de areia, com as seguintes características: a) espessura mínima de 2,00 m; b) tamanho efetivo de 0,7 a 0,8 mm; c) coeficiente de uniformidade 2. 33
NBR 12216 Filtros Rápidos Camada Simples: Fluxo descendente: A camada filtrante deve ser constituída de areia, com as seguintes características: a) espessura mínima de 0,45 m; b) tamanho efetivo de 0,45 a 0,55 mm; c) coeficiente de uniformidade entre 1,4 e 1,6. 34
NBR 12216 Filtros Rápidos Camada Dupla: A camada filtrante deve ser constituída de areia e antracito, com as seguintes características: Areia: a) espessura mínima de 0,25 m; b) tamanho efetivo de 0,40 a 0,45 mm; c) coeficiente de uniformidade entre 1,4 e 1,6. 35
NBR 12216 Filtros Rápidos Camada Dupla: A camada filtrante deve ser constituída de areia e antracito, com as seguintes características: Antracito: a) espessura mínima de 0,45 m; b) tamanho efetivo de 0,8 a 1,00 mm; c) coeficiente de uniformidade 1,4. 36
NBR 12216 Filtros Rápidos Taxa de filtração: a) Para filtro de camada simples: 180 m³/m².dia; b) Para filtro de camada dupla: 360 m³/m².dia. 37
Dimensionamento unidade de filtração Cálculo da Área Total de Filtração: Atf Q qf Atf = Área total necessária para filtração (m²); Q = Vazão (m³/dia); qf = Taxa de filtração (m³/m².dia); 38
Dimensionamento unidade de filtração Cálculo do número de filtros: Nf 1,2* Q 0,5 Nf = Número de filtros; Q = Vazão (1mgd = 3785 m³); 39
Dimensionamento unidade de filtração Cálculo da Área de cada filtro: A f At Nf f Af = Área de cada filtro (m²); Atf = Área total dos filtros (m²); Nf = Número de filtros adotados; 40
Dimensionamento unidade de filtração Determinação das dimensões da área: Quadrados: L=b Retangulares: L = Nf+1 L= Comprimento (m); b = Largura (m); Nf = Número de filtros adotados; 41
Dimensionamento unidade de filtração Determinação da espessura do meio filtrante: Verificação da grandeza do sistema de drenagem por blocos Leopold L/def: Exemplo dupla camada d L ef L = Espessura do meio filtrante (mm); def = Diâmetro efetivo das partículas (mm); Ha = Altura da camada de areia (mm); Han = Altura da camada de antracito (mm); Da = Diâmetro efetivo das partículas de areia (mm); Dan=Diâmetro efetivo das partículas de antracito (mm). d L ef H D a a H D an an 42
Dimensionamento unidade de filtração Determinação da espessura do meio filtrante: Verificação da grandeza L/def: 1.000 43
Dimensionamento unidade de filtração Determinação da vazão de lavagem: Q v. A AL f QAL = Vazão da água de lavagem (m³/s); Af = Área do filtro (m²); v = velocidade de lavagem (m/s); 44
Dimensionamento unidade de filtração Volume de água para lavagem: V o l Q * T l a v AL l a v QAL = Vazão da água de lavagem (m³/s); Vol lav= Volume de H2O necessária para lavagem (m³); T lav= Tempo de lavagem (s); 45
Dimensionamento unidade de filtração Reservação de água para lavagem: R 2 * V o l l a v R = Volume do reservatório (m³); Vol lav= Volume de H2O necessária para lavagem (m³); 46
Dimensionamento unidade de filtração Dimensionamento da tubulação de água para lavagem: 4 * Q D v * D = Diâmetro da tubulação de água de lavagem (mm); Q = Vazão necessária para lavagem (m³/s); v = velocidade máxima de 5m/s. 47
Dimensionamento unidade de filtração Determinação da vazão de ar: Q v. A AR f QAR = Vazão da ar para lavagem (L/s); Af = Área do filtro (m²); v = velocidade de lavagem (L/s/m²); 48
Dimensionamento unidade de filtração Número de calhas: Dependerá das dimensões de projeto: Deve-se adotar espaçamento (S) entre calhas de 1,4 a 2,0 m; Deve-se adotar distância entre a calha e a borda do filtro de 0,8 a 1,0 m. 49
Dimensionamento unidade de filtração Determinação da vazão das calhas: qc 1 ca lh a,38* b * h ca lh a 1,5 qc = Vazão das calhas (m³/s); bcalha = Largura útil da calha (m); hcalha = Altura máxima da água na calha (m) 50
Dimensionamento unidade de filtração Determinação da vazão das calhas: b (m) h calha (m) 0,2 0,564 0,4 0,655 0,5 0,306 0,6 0,271 0,8 0,224 51
Dimensionamento unidade de filtração Determinação da vazão das calhas: H 0 S D 0,5. L D H L D 0 L L = Espessura dos leitos filtrantes; D = Diâmetro das calhas; Ho = Altura máxima de lâmina d água 52
Dimensionamento unidade de filtração Determinação do espaçamento entre calhas: H 0 S D L 1,5 H S H 0 2, 5 0 53
Dimensionamento unidade de filtração Determinação da altura mínima de lâmina da água necessária para cada filtro: H l a m h p m a x ( h lf h ls ) Hlam = Altura da lâmina de água (m); hpmáx = Perda de carga máxima (Utilizar entre 2,4 e 2,7); hlf = Espessura dos leitos filtrantes (m); hls = Espessura do meio de suporte (Geralmente seixo com h 0,25 m) 54
Exercício 1 Dimensione a unidade de filtração necessária para atender uma ETA com 4 decantadores, sendo que cada decantador apresenta largura de 12 m. Considere vazão da ETA de 1200 L/s com construção de um filtro de dupla camada em taxa de filtração de 270m³/m².dia. Dados: velocidade ascensional de lavagem dos filtros de 1,5x10-²m/s; Tempo de lavagem 15 min; velocidade da tubulação de água para lavagem = 3,0 m/s. 55
Exercício 1 56
Exercício 1 Características dos Materiais filtrantes Material Altura (m) Diâmetro efetivo (mm) C.Unif. Massa específica (kg/m 3 ) Areia 0,3 0,5 1,5 2.750 Antracito 0,5 1,0 1,5 1.600 57
Exercício 1 Meio suporte constituído por seixo em diferentes granulometrias Camada Granulometria Altura Camada 1 12,7 mm a 19,0 mm 5,0 cm (Topo) Camada 2 6,4 mm a 12,7 mm 5,0 cm Camada 3 3,2 mm a 6,4 mm 5,0 cm Camada 4 1,6 mm a 3,2 mm 5,0 cm Camada 5 3,2 mm a 6,4 mm 5,0 cm Camada 6 12,7 mm a 19,0 mm 5,0 cm (Fundo) Total 30 cm 58
Exercício 1 Determine: a) Área Total de filtração; b) Número de filtros; c) Área de cada filtro; d) Dimensões de cada filtro; e) Espessura dos meios filtrantes; f) Vazão necessária para lavagem, volume de água para lavagem, reservação e diâmetro de tubulação; g) Número de calhas e vazão das calhas; 59
Trabalho Parte 3 Entregar os cálculos (Arquivo impresso); Data: A definir; - Escrever no corpo do trabalho cada uma das escolhas adotadas para resolução dos cálculos; 60
Trabalho Parte 3 Cálculos: - Floculadores [dimensões dos floculadores (altura, comprimento e largura), volume por câmara, gradiente de velocidade, número de camp ou velocidade de rotação das paletas/hélices ]; - Decantador [dimensões dos decantadores (altura, comprimento e largura), taxa de escoamento, tempo de detenção, vazão das calhas, comprimento total do vertedouro, número de calhas; 61
Trabalho Parte 3 Cálculos: - Filtros (Área Total de filtração, número de filtros, área de cada filtro, dimensões de cada filtro, espessura dos meios filtrantes, vazão de água para lavagem, número de calhas, altura de lâmina d água); - Reservatório [Capacidade de armazenamento de água, dimensões do reservatório (comprimento, largura e altura ou raio e altura)]. 62
Considerações Filtros Lentos Rápidos Baixa filtração Simples Dupla Camada 63
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