Dimensionamento de Sistema de Gradeamento, Caixa de Areia e Medidor de Vazão Calha Parshall em ETA

MSc Bruno Amorim Saneamento II brunoamorimfapceedubr OBJETIVOS DA AULA OBJ 1 Dimensionar sistema de gradeamento em ETA OBJ 2 Dimensionar sistema de caixa de areia em ETA OBJ 3 Dimensionar medidor de vazão Calha Parshall em ETA 02 Conteúdo Estação de Tratamento de Esgoto ETE Relembrando O tratamento dos esgotos visa a remoção da parte sólida eliminando as impurezas que podem causar danos ao meio ambiente É realizada nas Estações de Tratamento de Efluentes ETEs Estação de Tratamento de Esgoto ETE ETE envolve 3 etapas 1 Tratamento Preliminar 2 Tratamento Primário 3 Tratamento Secundário Tratamento Terciário Tratamento Preliminar O objetivo desta etapa é a remoção de sólidos grosseiros e areia grade caixa de areia medidor de vazão Gradeamento Os dispositivos de remoção de sólidos grosseiros grades são constituídos de barras de ferro ou aço paralelas posicionadas transversalmente no canal de chegada dos esgotos na estação de tratamento NBR 122092011 Gradeamento As grades de remoção manual possuem inclinações variando de 45 a 60 ângulo formado pela grade e o fundo do canal a jusante enquanto que as de remoção mecanizada de material retido são com inclinações que variam de 70 a 90 Gradeamento NBR 122092011 determina que para vazões de dimensionamento superiores a 100 Ls as grades necessariamente terão que ser de remoção mecanizada do material retido Gradeamento Limpeza Manual Limpeza Mecanizada Gradeamento mecanizado Gradeamento mecanizado Gradeamento Características Posicionadas na chegada do efluente na ETE Escoamento dos efluentes sem grandes perdas de cargas Gradeamento Finalidade Proteção dos dispositivos de transporte de esgoto tubulações e conjunto moto bomba Proteção das unidades de tratamento subsequentes Proteção dos corpos dáguas Gradeamento NBR 1220911 613 As grades de barras devem ter espaçamento entre as barras de 10 a 100 mm sendo classificadas de acordo com tal espaçamento como a grade grossa espaçamento de 40 a 100 mm b grade média espaçamento de 20 a 40 mm c grade fina espaçamento de 10 a 20 mm Gradeamento NBR 1220911 Dimensão das barras Largura 4 mm a 10 mm Usual 10mm para grades médias e finas Comprimento 25 mm a 75 mm Gradeamento Funcionamento Velocidade de passagem 06 ms a 12 ms Limpeza mecanizada 06 ms a 09 ms Limpeza manual Velocidade no canal a montante da grade Velocidade de aproximação Maior do que 04 ms Gradeamento Funcionamento Perda de carga Obstrução máxima permitida 50 015 m Limpeza manual 010 m Limpeza mecanizada Gradeamento Dimensionamento Procedimento 1 Escolha do tipo de grade 2 Dimensionamento da grade 3 Cálculo da perda de carga local Gradeamento Dimensionamento 1 Escolha do tipo de grade Deve ser feita com base na vazão se tiver menos que 250Ls tratase de uma ETE de pequeno porte Recomendações NBR 122092011 Pequeno Porte Grade média ou Grade Fina Grande Porte Grade grosseira grade média ou fina Gradeamento Dimensionamento 1 Escolha do tipo de grade Normalmente se adota para grades médias barras de 1cm de espessura espaçadas a 250cm Recomendações NBR 122092011 Pequeno Porte Grade média ou Grade Fina Grande Porte Grade grosseira grade média ou fina ADOTAR Gradeamento Dimensionamento 1 Escolha do tipo de grade Após adotar o gradeamento devese calcular a Eficiência do gradeamento t a a E a espaçamento entre as barras t espessura das barras Gradeamento Dimensionamento 1 Escolha do tipo de grade Outros valores que podem ser adotados para as barras e suas eficiências Gradeamento Dimensionamento 2 Dimensionamento da grade canal Calculase a seção transversal do canal até o nível dágua a t a A S u Au área útil da secção transversal a espaçamento entre as barras t espessura das barras Gradeamento Dimensionamento 2 Dimensionamento da grade canal Para calcular a área da seção transversal devese calcular antes a Área útil da seção transversal Q max vazão máxima v velocidade de passagem pela grade valor a ser adotado entre 060ms e 120ms para limpeza mecanizada 𝐴𝑢 𝑄max 𝑣 Gradeamento Dimensionamento 2 Dimensionamento da grade canal Para a definição da largura do canal da grade b é necessário realizar as verificações de acordo com a calha Parshall 𝑏 𝑆 𝐻max 𝑍 S Área da seção do canal Hmax altura que depende das dimensões da calha Parshall Z Altura do rebaixo da calha Gradeamento Dimensionamento 3 Cálculo da Perda de Carga Local Por fim calculase a perda de carga local que deve ser adotado um valor mínimo de 015m Vg velocidade através da grade ms V0 velocidade a montante da grade no canal de acesso ms g aceleração da gravidade ms² g V V H g 2 70 1 2 0 2 Gradeamento Projeto Perfil Esquemático de Grade Gradeamento Projeto Planta e Corte de Grade Gradeamento Projeto Desarenador Desarenador Função Remoção da areia presente no esgoto sanitário Essas unidades devem preceder eventuais unidades de bombeamento centrífugas visando preservar esses equipamentos da ação abrasiva Desarenador Essa remoção ocorre por sedimentação Não há remoção conjunta de sólidos orgânicos sedimentação mais lenta Deve apresentar velocidade de escoamento reduzida Desarenador Características da areia removida Diâmetro efetivo 02 mm a 04 mm Massa Específica 2650 kgm3 Velocidade de sedimentação 20 cms Desarenador Quantidade e destino do material retido Quantidade 30 a 40 L1000 m³ de esgoto Aterro Sanitário A areia poderá ser também lavada em caixas mecanizadas Desarenador Projeto Velocidade Ideal que seja de 03 ms Velocidades superiores a 04 ms pode arrastar partículas maiores e inferiores a 015ms pode acarretar no depósito de matéria orgânica odores desagradáveis Partículas orgânicas permanecem em suspensão Desarenador Projeto Limpeza Ocorre quando a areia ocupar metade da altura ou dois terços de seu comprimento total Manual Inferior a 50 mil habitantes Desvantagens Paralização da unidade Solução Divisão de caixa em 2 compartimentos Desarenador Projeto Limpeza Ocorre quando a areia ocupar metade da altura ou dois terços de seu comprimento total Mecânica Remoção contínua Transportadores Esteiras raspadores e caçambas Desarenador Dimensionamento O dimensionamento dessa unidade procurase manter a velocidade horizontal de passagem do esgoto dentro de uma faixa apropriada Vhor015 a 030ms Desarenador Dimensionamento Isto serve para possibilitar a sedimentação da areia mas também se deve tomar cuidado com a sedimentação da matéria orgânica Desarenador Dimensionamento O comprimento L da caixa de areia é fixado de tal maneira a permitir que as partículas que estiverem na superfície do líquido disponham do tempo necessário à sua sedimentação Desarenador Dimensionamento L V H V h S m s Vs 0 02 m s Vh 30 Desarenador Dimensionamento Prática de Projeto L 225H a 25H Desarenador Dimensionamento Procedimento do Dimensionamento 1 Cálculo da área da secção transversal A e da Largura da Caixa de Areia B 2 Realizar verificações 3 Cálculo do comprimento L e verificação da taxa de escoamento superficial resultante 4 Cálculo do Volume diário de areia retida no desarenador 5 Cálculo do rebaixo da caixa de areia h Desarenador Dimensionamento 1 Cálculo da área da seção transversal A e da Largura da Caixa de Areia B 𝐴 𝑄𝑚á𝑥 𝑣 É similar à utilizada no gradeamento Q max vazão máxima v velocidade sobre a caixa 03ms é o valor ideal a ser ADOTADO Desarenador Dimensionamento 1 Cálculo da área da seção transversal A e da Largura da Caixa de Areia B 𝐵 𝐴 𝐻𝑚á𝑥 𝑍 A Área da seção transversal Hmax altura que depende das dimensões da calha Parshall Z Altura do rebaixo da calha Desarenador Dimensionamento 2 Realizar verificações Para uma situação de vazão mínima Qmin é necessário que a velocidade esteja dentro do intervalo de velocidades recomendado pela NBR 12209 015ms v 040ms Para isso devese obter a velocidade para a vazão mínima Desarenador Dimensionamento 2 Realizar verificações Para Qmin obter o valor da altura dágua Determinar o valor de Y Calcular a área de passagem do esgoto Calcular a velocidade 𝐻𝑝 𝑄 λ n 𝑌 𝐻𝑝 𝑍 𝐴 𝑌 𝐵 𝑣 𝑄min 𝐴 Obtidos na Calha Parshall Desarenador Dimensionamento 3 Cálculo do comprimento L e verificação da taxa de escoamento superficial resultante 𝐿 225 𝐻max 𝑍 O comprimento L será dado por Desarenador Dimensionamento 3 Cálculo do comprimento L e verificação da taxa de escoamento superficial resultante A taxa de escoamento superficial deve estar no intervalo de 600 a 1300m³m²dia 𝑞 𝑄 𝐴𝑠 𝑄 𝐵 𝐿 Desarenador Dimensionamento 4 Cálculo do Volume diário de areia retida no desarenador O volume diário de areia é a quantidade de areia removida do esgoto por unidade de tempo Depende de localidade para localidade Por exemplo ETEs Pinheiro 0013 a 0073 Lm³ média de 00421Lm³ ETEs Barueri média de 000424Lm³ ETEs Leopoldina 0003 a 0022 Lm³ média de 0012Lm³ Desarenador Dimensionamento 4 Cálculo do Volume diário de areia retida no desarenador Recomendação qareia 0030Lm³ Volume diário é calculado por 𝑉𝑎𝑟𝑒𝑖𝑎 𝐿𝑎𝑟𝑒𝑖𝑎 𝑑𝑖𝑎 𝑞𝑎𝑟𝑒𝑖𝑎 𝐿𝑎𝑟𝑒𝑖𝑎 𝑚³𝑒𝑠𝑔𝑜𝑡𝑜 𝑄𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑚³𝑒𝑠𝑔𝑜𝑡𝑜 𝑠 86400 𝑠 𝑑𝑖𝑎 Desarenador Dimensionamento 5 Cálculo do rebaixo da caixa de areia H O rebaixo é a altura diária de areia acumulada na caixa Devese calcular uma altura baseada na quantidade de dias que será realizada a limpeza chamada de diaslimp ADOTASE essa quantidade de dias por exemplo 10 dias Desarenador Dimensionamento 5 Cálculo do rebaixo da caixa de areia H A fórmula é diaslimp 10 ou 14 dias por exemplo limp ³ areia areia V m dia H m dias L m B m Medidor de Vazão ou Calha Parshall Calha Parshall Função medição de vazão dos líquidos fluindo por gravidade em canais abertos Calha Parshall Características Pode conter sólidos suspensos Pouca perda de carga Bastante preciso na leitura de vazões Medição da altura do nível do efluente pela régua graduada ou podese optar por dispositivosequipamentos que efetuam tal leitura como medidores eletromagnéticos por exemplo Calha Parshall Escalo Graduado de Leitura Luva roscada com Plug Aba da Calha Parshall Garganta Ponto de Medida Boca de Saída Boca de Entrada Comprimento total Altura nominal fluxo fluxo Calha Parshall Os medidores de vazão apresentam dimensões padronizadas e a escolha deve ser feita necessariamente por CONSULTA à tabela com as medidas já determinadas A escolha é feita a partir da capacidade de vazão mínima e máxima da ETE Para o dimensionamento da ETE a Calha Parshall deve ser a primeira etapa a ser dimensionada TABELA 95 Medidores PARSHALL Capacidades medidas padronizadas e equações de vazão Dimensão Nominal W Capacidade do Parshall em Ls Dimensões padrodizadas do Parshall cm Parâmetros de vazão m3s polpés m mín máx A B C D E F G K N λ n 3 0076 085 538 466 457 178 259 457 152 305 25 57 0176 1547 6 0152 152 1104 623 610 394 403 533 305 457 38 114 0381 1580 9 0229 255 2519 881 864 381 575 610 457 610 69 171 0535 1530 1 0305 311 4556 1371 1344 610 845 915 610 915 76 229 0690 1522 1 12 0457 425 6962 1448 1420 762 1026 915 610 915 76 229 1054 1538 2 0610 1189 9367 1523 1493 915 1207 915 610 915 76 229 1426 1550 3 0915 1726 14263 1675 1643 1220 1572 915 610 915 76 229 2182 1566 4 1220 3679 19215 1828 1792 1525 1938 915 610 915 76 229 2935 1578 5 1525 628 24220 1980 1941 1830 2303 915 610 915 76 229 3728 1587 6 1830 744 29290 2133 2091 2135 2667 915 610 915 76 229 4515 1595 7 2135 1154 34400 2286 2240 2440 3030 915 610 915 76 229 5306 1601 8 2440 1307 39500 2440 2390 2745 3400 915 610 915 76 229 6101 1606 10 3050 2000 56600 2745 2608 3660 4759 1220 915 1220 142 343 Ponto de medida da altura dágua Hp Cálculo da vazão Qp λ Hpn ou Hp Qp λ1n Exemplo Para o Parshall de 3 W 0076 cm Qp 0176 Hp1547 ou Hp Qp 017606072 Calha Parshall Exemplo de Calha Parshall de 6 150mm Calha Parshall Dimensionamento Observase as vazões Qmin e Qmax de um estudo de uma determinada localidade para 20 de projeto no mínimo Selecionase o tipo de calha pela vazão máxima Calha Parshall Dimensionamento Indicase as dimensões da calha conforme a tabela Calha Parshall Dimensionamento Calculase o valor do rebaixo Z à entrada da Calha Parshall Esse valor é importante porque para o cálculo do gradeamento e do desarenador é necessário obter Z 𝑄min 𝑄max 𝐻min 𝑍 𝐻max 𝑍 𝐻𝑝 𝑄 𝜆 Τ 1 𝑛 Exemplo Dimensionar as partes constituintes do tratamento preliminar gradeamento desarenador e calha Parshall para uma localidade que apresenta os seguintes dados Ano População Atendida hab Qmín Ls Qméd Ls Qmáx Ls 2020 45000 4167 8333 15000 2040 68350 6329 12658 22783 Exemplo Procedimento 1 Escolha da Calha Parshall 2 Gradeamento 3 Desarenador Referências Bibliográficas ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 12209 Elaboração de projetos hidráulicosanitários de estações de tratamento de esgotos sanitários Rio de Janeiro 2021 NOVUOLARI A Esgoto Sanitário Coleta transporte tratamento e reuso agrícola 2 ed São Paulo Blucher 2011 DUTRA R H A Rede coletora e concepção de projeto Notas de Aula Centro Universitário Paraíso Juazeiro do Norte 2021 obrigado brunoamorimfapceedubr