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Questão 01 Tendo como base a operação de uma ETA convencional para o tratamento de água de um rio enquadrado como classe II responda 20 pontos a Quais os processos de tratamento que devem ser considerados para o projeto da ETA b Considere que a água bruta possui uma concentração de nitrato de 12 mgL como NO3 e nitrito igual a 05 mgL como NO2 Esses valores inviabilizariam o tratamento considerando a seleção de tecnologias respondidas no item a c Considerando que a ETA será construída em uma cidade catarinense qual deveria ser o valor ideal de íons fluoreto na água d Se a população a ser abastecida é de 120000 pessoas elabore um plano de monitoramento indicando as análises que devem ser realizadas os pontos de coleta e a frequência de monitoramento Questão 02 Considere uma ETA constituída de dois conjuntos em paralelo de floculadores mecânicos sendo que cada conjunto possui dois floculadores em série com gradientes de 70 e 30 s1 A vazão total de tratamento é de 300 ls e cada conjunto recebe 150 ls de água A largura de cada um dos quatro tanques que constituem os decantadores é de 45 metros e a profundidade útil da água 36 m Tendo como base essas informações determine 30 pontos a Qual o tempo de detenção total de floculação e o tempo de detenção ao qual a água é submetida a cada gradiente de velocidade b Considerando que o diâmetro do agitador é de 11 metros calcule a potência hidráulica de cada agitador em watts c Com os dados anteriores determine a rotação em rps que cada agitador deve produzir para atingir os gradientes de velocidade de projeto Questão 03 Considere o ensaio de jar test como ferramenta para auxiliar o projeto de uma ETA Com base nesse cenário descreva quais informações que poderiam ser obtidas para fundamentar o dimensionamento de uma nova ETA 15 pontos Questão 04 Para uma nova ETA de 40 Ls dimensione um floculador hidráulico vertical que opere com um tempo de detenção hidráulico de 30 minutos e gradiente de velocidade de 45 s1 e com uma profundidade útil da água de 40 metros Considere ainda a sua construção alinhada com a parede de um decantador de largura igual a 10 metros No dimensionamento especifique 20 pontos a O número de chicanas b A velocidade da água c Os valores de perda de carga localizada e distribuída d O gradiente de velocidade a ser observado na operação Questão 05 Para a ETA anterior especifique qual o tamanho da calha Parshall que poderia ser utilizada na ETA indicando os limites de vazão que a calha poderá medir e qual o gradiente de velocidade observado para a vazão de projeto de 40 Ls 15 pontos SISTE72 EASCAVUDESC Página 1 de 1 Prof Dr Everton Skoronski Exercício Complementar Instruções Desenvolver a análise apresentada abaixo em equipe de até 4 alunos e enviar o aquivo pdf eou xlsx pelo link disponível no Moodle até 190924 Apresentar todos os cálculos realizados em texto corrido ou uma planilha de Excel explicando os cálculos feitos nas células O trabalho representa 15 pontos na PROVA 1 Acessar o livro mencionado abaixo na página 144147 item 9222 estudar a definição de floculador Alabama e projetar um floculador hidráulico deste tipo para tratar uma vazão média de 18 Ls tendo como base o exemplo 99 Em seguida avaliar os seguintes cenários e discutir os resultados a Cenário 1 operação para a vazão média de 18 Ls usada como base b Cenário 2 em determinadas épocas do ano a vazão demandada no sistema aumenta para 40 Ls A estrutura dimensionada do cenário 1 apresenta condições de operar nessa nova vazão com base na faixa de valores recomendados Qual seria a sugestão de ajuste na ETA para operação com vazão de 40 Ls c Cenário 3 em determinados momentos a vazão demandada no sistema diminui para 10 Ls É possível operar adequadamente nessa vazão considerando o sistema dimensionado para o cenário 1 d Cenário 4 apresente faixas de vazão máxima e mínima adequadas para operar o floculador dimensionado no cenário 1 RICHTER Carlos A Água Métodos e Tecnologia de Tratamento Editora Blucher 2009 E book ISBN 9788521217244 Disponível em httpsappminhabibliotecacombrbooks9788521217244 QUESTÃO 1 a Quais os processos de tratamento que devem ser considerados para o projeto da ETA Para o tratamento de água de uma ETA convencional geralmente os seguintes processos são aplicados 1 Précloração Para controle de algas e organismos patogênicos 2 Coagulação e Floculação Adição de coagulantes como sulfato de alumínio para aglutinar partículas 3 Decantação Para separar os flocos formados na coagulação 4 Filtração A água é filtrada através de camadas de areia carvão e outros materiais para remover as partículas suspensas 5 Desinfecção Uso de cloro ozônio ou UV para eliminar microrganismos patogênicos 6 Fluoretação Ajuste da concentração de flúor na água para prevenir cáries dependendo da legislação local 7 Correção de pH Adição de produtos químicos para ajustar o pH da água para níveis adequados ao consumo humano b A água bruta possui uma concentração de nitrato de 12 mgL NO₃ e nitrito igual a 05 mgL NO₂ Esses valores inviabilizariam o tratamento Os valores de nitrato 12 mgL e nitrito 05 mgL são limites críticos no tratamento de água potável Segundo a legislação brasileira Portaria de Consolidação nº 5 de 2017 o limite máximo permitido para nitrato é 10 mgL e para nitrito é 1 mgL O valor de nitrato ultrapassa o limite permitido o que poderia inviabilizar o uso dos processos convencionais Para tratar essa água seria necessário o uso de tecnologias avançadas como Osmose reversa ou troca iônica Para a remoção de nitratos Biofiltração anóxica Para a remoção de nitrito através de processos biológicos c Qual seria o valor ideal de íons fluoreto na água em uma cidade catarinense O valor ideal de íons fluoreto na água depende da temperatura média da região No Brasil para locais com temperaturas médias entre 18 C e 26 C o valor recomendado de fluoreto na água varia entre 06 mgL e 08 mgL Sendo Santa Catarina uma região com clima ameno esse valor se enquadra na faixa mais baixa desse intervalo d Plano de Monitoramento para a ETA abastecendo 120000 habitantes em Santa Catarina 1 Objetivos do Monitoramento o Garantir a qualidade da água de acordo com o padrão de potabilidade estabelecido pela Portaria de Consolidação nº 5 Anexo XX do Ministério da Saúde o Detectar e mitigar rapidamente qualquer tipo de contaminação na água tratada o Assegurar o cumprimento dos parâmetros de segurança microbiológica físicoquímica e de substâncias químicas desinfetantes o Monitorar as concentrações de íons fluoretos e cloro na água conforme os níveis recomendados para a saúde pública 2 Pontos de Coleta o Entrada da ETA água bruta Para monitorar a qualidade da água bruta que entra na estação o Saída da ETA água tratada Para verificar a eficiência dos processos de tratamento o Pontos intermediários da rede de distribuição Amostragem em pelo menos 3 áreas da cidade bairros centrais e periféricos para garantir que a água mantêm qualidade durante o transporte o Reservatórios de armazenamento Para verificar a qualidade da água em repouso antes da distribuição final 3 Parâmetros de Monitoramento e Frequência A Parâmetros FísicoQuímicos o pH turbidez cor aparente sólidos totais cloro residual livre e combinado flúor condutividade Frequência Diária para pH turbidez cor e cloro residual Semanal para flúor condutividade e sólidos totais Justificativa A turbidez cor e cloro residual são parâmetros essenciais para monitorar a eficiência de processos como coagulação floculação e desinfecção o Nitrato NO₃ e Nitrito NO₂ Frequência Semanal especialmente considerando que o nitrato na água bruta está próximo do limite máximo permitido Justificativa Monitoramento contínuo é necessário devido aos níveis elevados de nitrato e nitrito na água bruta que exigem controle rigoroso B Parâmetros Microbiológicos o Coliformes totais e Escherichia coli Frequência Diária na saída da ETA e em pontos estratégicos da rede de distribuição Justificativa A ausência de coliformes é essencial para garantir a qualidade microbiológica da água para consumo humano C Substâncias Químicas Desinfetantes o Cloro Residual livre e combinado Frequência Diária em diversos pontos da rede de distribuição para garantir que o nível de cloro residual esteja adequado em toda a extensão da rede Justificativa Manter o cloro residual em níveis apropriados é essencial para garantir que a água permaneça desinfetada até o ponto de consumo D Análises Específicas para Santa Catarina o Fluoreto A concentração de íons fluoreto deve ser monitorada rigorosamente devido às diretrizes de saúde pública Considerando a temperatura média da região o nível recomendado para a água tratada é entre 06 mgL e 08 mgL Frequência Diária na saída da ETA e semanal em pontos da rede de distribuição Justificativa O flúor é adicionado para prevenção de cáries sendo importante garantir que os níveis estejam dentro da faixa ideal para não causar danos à saúde 4 Frequência de Coleta e Amostragem o Água Bruta Entrada da ETA Diariamente especialmente em períodos de chuva quando há maior risco de contaminação o Água Tratada Saída da ETA Diariamente para todos os parâmetros relevantes o Rede de Distribuição Mensalmente em diferentes pontos da rede central intermediário e final para avaliar a qualidade ao longo do transporte o Reservatórios Semanalmente para garantir que a água armazenada não sofra contaminações 5 Plano de Contingência o Caso haja identificação de parâmetros fora do padrão como coliformes ou ausência de cloro residual em algum ponto da rede medidas corretivas devem ser aplicadas imediatamente como reforço na desinfecção e novas amostras devem ser coletadas em intervalos mais curtos a cada 4 horas 6 Relatórios e Auditorias o Relatórios mensais devem ser preparados para análise dos dados e envio aos órgãos reguladores o Auditorias semestrais para verificar a aderência ao plano de monitoramento Portanto o tempo de detenção total para floculação é 81 minutos Tempo de detenção para cada gradiente de velocidade Como há dois floculadores em série o tempo de detenção para cada floculador será metade do tempo total t70 812 405 minutos Logo a água é submetida a 405 minutos em cada floculador para os gradientes de 70 s1 e 30 s1 Questão b Para calcular a potência hidráulica de cada agitador usamos a fórmula P μ G2 V Onde μ 0001 Pacdot s viscosidade da água G é o gradiente de velocidade 70 s1 e 30 s1 V 729 m3 volume do tanque 1 Para o gradiente de 70 s1 P 0001 702 729 0001 4900 729 35621 W 2 Para o gradiente de 30 s1 P 0001 302 729 0001 900 729 6561 W Portanto a potência hidráulica para o primeiro floculador 70 s1 é 35621 W e para o segundo floculador 30 s1 é 6561 W Questão c Para calcular a rotação em rotações por segundo rps usamos a fórmula G N D2μ Rearranjando para N rotação N G μD2 QUESTÃO 3 1 Determinação da Dosagem Ótima de Coagulantes O jar test permite identificar a dosagem exata de coagulantes como sulfato de alumínio que é necessária para formar flocos de tamanho adequado para a remoção de sólidos suspensos e turbidez Essa informação é crucial para o dimensionamento da unidade de coagulação e floculação da ETA garantindo eficiência no processo com a menor quantidade de produtos químicos 2 Tempo de Mistura Rápida e Lenta O ensaio permite ajustar o tempo de mistura rápida coagulação e mistura lenta floculação otimizando o processo de formação de flocos O tempo de mistura define o dimensionamento dos agitadores e o tempo de detenção necessário nos floculadores Isso impacta diretamente no tamanho dos tanques e na potência dos equipamentos utilizados 3 Gradiente de Velocidade G A partir do jar test é possível determinar o gradiente de velocidade ideal para as fases de coagulação e floculação Essa variável é fundamental para dimensionar os equipamentos de agitação e calcular a potência hidráulica necessária A definição correta do gradiente de velocidade contribui para a eficiência da floculação e decantação 4 Avaliação da Eficiência de Diferentes Produtos Químicos O jar test permite testar diferentes coagulantes e auxiliar na escolha do mais eficiente para o tipo específico de água bruta que será tratada Isso pode influenciar diretamente os custos operacionais e a viabilidade técnica da ETA Além dos coagulantes o teste também pode avaliar a necessidade de polímeros auxiliares influenciando o design da ETA 5 Qualidade da Água Tratada A partir do jar test é possível prever a qualidade final da água tratada em termos de remoção de turbidez cor sólidos suspensos e outros parâmetros físicoquímicos Essas informações ajudam a definir a capacidade de tratamento da ETA e garantir que o projeto atenda aos padrões de potabilidade 6 Parâmetros Operacionais O jar test fornece uma base para estabelecer parâmetros operacionais da ETA como a frequência de dosagem de coagulantes e ajustes necessários ao longo do tempo Essas variáveis são importantes para planejar o controle operacional e a automação dos processos QUESTÃO 4 a Número de chicanas As chicanas são obstáculos internos ao floculador que ajudam a promover a mistura da água e a aumentar o tempo de detenção O número de chicanas é baseado no projeto hidráulico do floculador Embora não exista uma fórmula direta para calcular o número de chicanas uma regra prática é dimensionálas de modo que a água tenha um fluxo adequado para a floculação Para floculadores verticais com uma profundidade de 4 metros é comum ter entre 4 a 6 chicanas ao longo do trajeto vertical espaçadas de forma uniforme de modo a garantir que a água passe por essas barreiras com um movimento suave e controlado Assim podemos dimensionar o número de chicanas com base nessa regra prática Como o decantador tem uma largura de 10 metros e estamos considerando o alinhamento com a parede a sugestão seria usar 5 chicanas distribuídas igualmente ao longo do percurso do floculador c Valores de perda de carga localizada e distribuída As perdas de carga em floculadores podem ser classificadas como perdas distribuídas ao longo do comprimento do canal e perdas localizadas devidas à passagem da água pelas chicanas e outras estruturas 1 Perda de carga distribuída A perda de carga distribuída pode ser calculada utilizando a fórmula de DarcyWeisbach hf f L D v² 2g Onde hf é a perda de carga distribuída em metros de coluna dágua f é o coeficiente de atrito que pode ser 002 para canais de concreto L 10 m é o comprimento do floculador D é o diâmetro hidráulico considerado como a altura do floculador P 40 m v 0001 ms é a velocidade da água g 981 ms² é a aceleração da gravidade Substituindo os valores hf 002 10 m 40 m 0001 ms² 2 981 ms² hf 0000000013 m A perda de carga distribuída é muito pequena aproximadamente 0000000013 m devido à baixa velocidade da água 2 Perda de carga localizada A perda de carga localizada nas chicanas pode ser estimada pela fórmula hl K v² 2g Onde K é o coeficiente de perda assumimos K 10 para cada chicana v 0001 ms é a velocidade da água Para 5 chicanas a perda total será hl 5 10 0001 ms² 2 981 ms² hl 0000000025 m Portanto a perda de carga localizada também é muito pequena aproximadamente 0000000025 m d Gradiente de velocidade a ser observado na operação O gradiente de velocidade G é definido como G P μ V Onde G 45 s¹ dado da questão P é a potência μ é a viscosidade da água V é o volume de água Na operação o valor de G deve ser mantido em 45 s¹ para garantir que o processo de floculação ocorra com eficiência QUESTÃO 5 Especificação do Tamanho da Calha Parshall As calhas Parshall são usadas para medir a vazão em estações de tratamento de água e esgoto sendo dimensionadas com base na vazão que elas devem medir Para a vazão de 40 Ls podemos utilizar uma tabela de calibração da calha Parshall que associa o tamanho da garganta da calha a menor largura à faixa de vazões que ela pode medir Baseado em tabelas típicas de dimensionamento de calhas Parshall para uma vazão de 40 Ls um tamanho apropriado seria uma calha de 3 polegadas aproximadamente 762 cm na garganta que é adequada para medir vazões dentro da seguinte faixa Vazão mínima aproximadamente 9 Ls Vazão máxima aproximadamente 56 Ls Portanto a calha Parshall de 3 polegadas seria apropriada para a vazão de 40 Ls pois se encontra dentro dessa faixa de medição Limites de Vazão Como mencionado a calha Parshall de 3 polegadas pode medir vazões entre Mínimo 9 Ls Máximo 56 Ls Essa faixa cobre a vazão de projeto de 40 Ls garantindo precisão na medição Gradiente de Velocidade Observado O gradiente de velocidade na calha Parshall pode ser estimado pela relação entre a vazão a área da seção transversal da calha e a aceleração da gravidade Para calhas Parshall o gradiente de velocidade é frequentemente calculado com base na velocidade da água na seção crítica a garganta Sabendo que a área da garganta é aproximadamente 762 cm 00762 m de largura podemos calcular a velocidade da água com a fórmula da continuidade v Q A Onde v é a velocidade ms Q 004 m³s vazão de projeto A largura profundidade Se estimarmos que a profundidade da água na calha seja de aproximadamente 01 m 10 cm a área da garganta seria A 00762 m 01 m 000762 m² Agora podemos calcular a velocidade v 004 m³s 000762 m² 525 ms Esse valor indica a velocidade média da água passando pela calha Parshall na garganta para a vazão de 40 Ls