Sistemas de Tratamento de Água: Mistura e Floculação

Sistemas de Tratamento de Água PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RGS PUCRS ESCOLA POLITÉCNICA Prof Renato Machado AULA 8 Mistura e Floculação 1 Conceitos Básicos COAGULAÇÃO é definida como o processo de formação de coágulos através da reação do coagulante em contato com a água FLOCULAÇÃO é o processo pelo qual as partículas em estado de equilíbrio eletrostaticamente instável no meio da massa líquida são forçadas a se movimentar afim de que sejam atraídas entre si formando FLOCOS 2 Parâmetros Básicos de Dimensionamento Os parâmetros básicos para o dimensionamento de unidades de MISTURA dispersão e FLOCULAÇÃO são os seguintes Q Vazão da instalação T Tempo de detenção G Gradiente de velocidade GT Número de Camp Mistura e Floculação 21 Gradiente de velocidade O gradiente de velocidade é definido como a diferença de velocidade dV entre dois pontos do líquido em relação à distância dz entre eles perpendicular à direção do escoamento G dV dz μV P G Na prática calculase G segundo Camp e Stein conforme segue onde P potência útil introduzida na massa líquida em Kgfms viscosidade absoluta do líquido em Kgfsm2 V volume no qual é dissipada a energia correspondente à potência P em m3 Mistura e Floculação T 2500 hf G QT P 685 G Expressões simplificadas para G a para agitação hidráulica b para agitação mecânica onde hf perda de carga em m T tempo em segundos P potência em HP Q vazão em m3s 22 Número de Camp GT O produto do gradiente de velocidade pelo tempo de detenção constituise em um parâmetro auxiliar no projeto de unidades de Mistura e Floculação Mistura e Floculação Coagulante G s1 T s GT Processo de Coagulação Sulfato de Alumínio Cloreto Férrico Sulfato Férrico Sulfato Ferroso Polímero Catiônico 3000 7000 500 1200 250 800 5 60 30 300 1500030000 1000030000 1000030000 Adsorção Neutralização Proc Usado na Filtração direta Varredura Proc Usado no Trat Completo Depende da temp da água Parâmetro Unidade Mecanizada Unidade Hidráulica Tempo de agitaçào min Gradiente de Vel médio s1 N de câmaras em série ou de trechos de canais com chicana Número de Camp GT 20 60 70 10 3 15000 80000 5 30 50 10 3 6000 40000 3 Parâmetros de Projeto de Unidades de Mistura Rápida Obs NBR 12216 recomenda para Varredura G entre 700 e 1100 s1 4 Parâmetros de Projeto de Unidades de Floculação Mistura Rápida 5 Unidades de Mistura Rápida 51 Tipos de Unidades Agitadores mecânicos Dispositivos especiais Vertedor retangular Vertedor Parshall Mistura Rápida Vertedor Parshall Ponto de Medição de Vazão Mistura Rápida Mistura Rápida com Vertedor Parshall Mistura Rápida Mistura Rápida com Vertedor Parshall Mistura Rápida Mistura Rápida com Vertedor Parshall Mistura Rápida 6 Mistura Rápida com Vertedor Parshall Vertedor Parshall e Dimensões Padronizadas tabela 1 Desenvolvimento de Cálculo 1 Escolha do vertedor Com Q vazão escolhese o valor de w que proporcione menor lâmina dágua h1 tabela 2 Mistura Rápida 2 Definição da equação do vertedor Q kHan Q Vazão m3s Ha Altura de água na seção de medição m K e n coeficientes tabelados em função de w tabela 3 3 Altura de água e velocidade de escoamento na seção de medição de vazão Ha obtida pela equação do vertedor D w w D 3 2 Q va D Ha D Largura do vertedor na seção de medição m w Largura da garganta m va Velocidade de escoamento na seção de medição ms 4 Vazão específica na garganta do vertedor w q Q Q Vazão m3s w Largura da garganta m Mistura Rápida 1 5 67 0 cos g Ea w g Q 2 1 1 3 2 2 cos 3 g Ea v 1 1 v q h 6 Ângulo O ângulo é fictício utilizado para o cálculo de v1 e h1 no início do ressalto g Aceleração da gravidade ms2 7 Velocidade e Altura dágua antes do ressalto v1 20 ms v1 Velocidade antes do ressalto ms h1 Altura de água antes do ressalto m 5 Carga hidráulica disponível N g v Ha Ea a 2 2 Ea Energia total m N Dimensão do vertedor m Mistura Rápida 1 8 1 2 12 2 1 1 2 Fr h h k N h h 2 3 9 Velocidade e Altura dágua no ressalto h2 Altura dágua no ressalto m v2 Velocidade no ressalto ms 10 Velocidade e Altura dágua na seção de saída h C Q v 3 3 h3 Altura dágua na seção de saída m v3 Velocidade na seção de saída ms C Dimensão do vertedor largura na saída 8 Nº de Froude Fundo Horizontal 1 1 1 gh v Fr Fr1 17 a 25 ressalto fraco turbulência superficial baixa perda de carga w h Q v 2 2 Fr1 Nº de Froude adimensional Mistura Rápida 12 Tempo médio de detenção da água no trecho divergente 2 3 2 v v G Tmr Tempo médio s G Dimensão do vertedor m 13 Gradiente de velocidade médio mr f mr T h G 11 Perda de Carga no ressalto 2 1 3 1 2 4 h h h h hf Perda de carga m fh mr T 1000 Kgfm³ 15C 00001167 Kgfm² 15C Mistura Rápida Dimensões do Vertedor Parshall Mistura Rápida Mistura Rápida W A B C D E F G K N 1 25 363 356 93 168 229 76 203 19 29 3 76 466 457 178 259 457 152 305 25 57 6 152 610 610 394 403 610 305 610 76 114 9 229 880 864 380 575 763 305 457 76 114 1 305 1374 1344 610 845 915 610 915 76 229 1 ½ 457 1449 1420 762 1026 915 610 915 76 229 2 610 1526 1496 915 1207 915 610 915 76 229 3 915 1677 1645 1220 1572 915 610 915 76 229 4 1220 1830 1795 1525 1938 915 610 915 76 229 5 1525 1983 1941 1830 2303 915 610 915 76 229 6 1830 2135 2090 2135 2667 915 610 915 76 229 7 2135 2285 2240 2440 3030 915 610 915 76 229 8 2440 2440 2392 2745 3400 915 610 915 76 229 10 3050 2745 4270 3660 4759 1220 915 1830 153 343 Tabela 1 W Capacidade ls Unid Inglesas Cm Mínima Máxima 3 76 085 538 6 152 152 1104 9 229 255 2519 1 305 311 4556 1 ½ 457 425 6962 2 610 1189 9367 3 915 1726 14263 4 1220 3679 19215 5 1525 6280 2422 6 1830 7440 2929 7 2135 1154 3440 8 2440 1307 3950 10 3050 2000 5660 Tabela 2 Mistura Rápida W n K K Unid Métrica Unid Amer 3 0076 1547 0176 0992 6 0152 1580 0381 206 9 0229 1530 0535 307 1 0305 1522 0690 400 1 ½ 0457 1538 1054 600 2 0610 1550 1426 800 3 0915 1566 2182 1200 4 1220 1578 2935 1600 5 1525 1587 3728 2000 6 1830 1595 4515 2400 7 2135 1601 5306 2800 8 2440 1606 6101 3200 Tabela 3 Mistura Rápida 61 Mistura Rápida com Vertedor Parshall exemplo de dimensionamento QETA 380 Ls 1α e 2α etapa 1 Escolha do vertedor Com Q vazão escolhese o valor de w que proporcione menor lâmina dágua h1 tabela 2 QETA 380 Ls Tabela 2 W escolhido 1 305 cm Dimensões do Vertedor Tabela 1 W A B C D E F G K N pés cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm 1 305 1372 1344 61 845 915 61 915 76 229 2 Definição da equação do vertedor Q kHan Q 069Ha1522 Q Vazão m3s Ha Altura de água na seção de medição m K e n tabela 3 n 1522 e K 069 Mistura Rápida 3 Altura de água e velocidade na seção de medição de vazão Ha obtida pela equação do vertedor Ha 0676 m D D230845 030503050665 m w w D 3 2 Q va D Ha va 0380066506760846 ms D Largura do vertedor na seção de medição m w Largura da garganta m va Velocidade de escoamento na seção de medição ms 4 Vazão específica na garganta do vertedor w q Q Q Vazão m3s w Largura da garganta m q 0380 0305 1246 m3sm 5 Carga hidráulica disponível N g v Ha Ea a 2 2 Ea Energia total m N Dimensão do vertedor m Mistura Rápida 1 5 67 0 cos g Ea w g Q 2 1 1 3 2 2 cos 3 g Ea v 1 1 v q h 6 Ângulo O ângulo é fictício utilizado para o cálculo de v1 e h1 no início do ressalto φ 1432 7 Velocidade e Altura dágua antes do ressalto v1 20 ms v1 Velocidade antes do ressalto ms h1 Altura de água antes do ressalto m Mistura Rápida 1 8 1 2 12 2 1 1 2 Fr h h k N h h 2 3 9 Velocidade e Altura dágua no ressalto h2 Altura dágua no ressalto m v2 Velocidade no ressalto ms h C Q v 3 3 h3 Altura dágua na seção de saída m v3 Velocidade na seção de saída ms C Dimensão do vertedor largura na saída 8 Nº de Froude Fundo Horizontal 1 1 1 gh v Fr Fr1 Nº de Froude adimensional w h Q v 2 2 Mistura Rápida 10 Velocidade e Altura dágua na seção de saída 12 Tempo médio de detenção da água no trecho divergente 2 3 2 v v G Tmr Tempo médio s Tmr 1 seg condição ótima G Dimensão do vertedor m 13 Gradiente de velocidade médio mr f mr T h G 11 Perda de Carga no ressalto 2 1 3 1 2 4 h h h h hf Perda de carga m fh mr T 1000 Kgfm³ 15C 700 Gmr 1100 00001167 Kgfm² 15C Mistura Rápida Parshall de 1 W 305 cm Mistura Rápida Câmara de chegada Adutora Água Bruta b canal B F G Variável Câmara de chegada Vertedor Parshall Mistura Rápida x canal NOTAS x canal variável evitar turbulência b canal função do D do Parshall Vel Câmara 010 a 020 ms l Câmara