Saneamento

Exercício 2 Guilherme de Almeida Gerevine Jaine Gomes Soares Rocha Dimensionar a Estação de tratamento de água para um sistema de abastecimento atendendo aos seguintes requisitos 1 Dados censitários Ano População 2011 150000 2021 180000 2 Adotar consumo per capita de 200Lhabdia e consumo específico de 20 Ls 3 Considerar o consumo na ETA de 2 4 Coeficiente do dia de maior consumo K112 5 Tempo de detenção hidráulico da mistura rápida Θ30s 6 Gradiente de velocidade da mistura rápida G 500 s 1 7 Mistura rápida com seção quadrada com profundidade de 2x a largura 8 μ da água 1002103 9 Sistema de agitação da mistura rápida do tipo turbina de fluxo radial com número de potência Kt5 10 Adotar diâmetro do rotor do sistema de agitação da mistura rápida 08 m 11 ρ 9982 kgm² 12 Motor de acionamento elétrico do agitador da mistura rápida deverá conter inversor de frequência para variar a rotação Adotaremos o rendimento do motor elétrico de 60 13 ETA operará 24hdia 14 Floculador da ETA será mecânico 15 Serão adotadas as seguintes medidas da unidade de floculação largura de 24m e altura da lâmina dágua de 45m 16 O tempo de detenção hidráulico da unidade de floculação deverá estar entre 20 e 40 min E os gradientes de velocidade mínimo e máximo entre 20 e 80 s1 17 Adotaremos floculador com 4 câmaras em paralelo e 3 em série 18 Considerar 30 cm de espessura das paredes entre as câmaras de floculação em paralelo 19 Sistema de agitação dos floculadores tipo turbina de fluxo axial composto por 4 pás inclinadas a 45 com número de potência Kt13 20 Adotar diâmetro do rotor do sistema de agitação do floculador 25 m 21 Motor de acionamento elétrico do agitador dos floculadores deverá conter inversor de frequência para variar a rotação e consequentemente os gradientes de velocidade Podem ser adotados os seguintes gradientes 80 50 e 30 s1 para cada conjunto de câmaras trabalhando em paralelo Adotaremos o rendimento do motor elétrico de 60 22 Decantadores serão do tipo convencional de fluxo horizontal 23 Taxa de escoamento superficial dos decantadores q 40m³m²dia 24 Adotaremos 4 decantadores 25 Será adotada a altura da lâmina dágua do decantador de 45m 26 As calhas de coleta da água decantada deverão ser dotadas de vertedores de seção triangular 90 ao longo de todo o seu comprimento 27 Sistema de filtração composto por dupla camada de areia e antracito e seu controle hidráulico deverá ser do tipo taxa de filtração constante e variação de nível 28 Adotar taxa de filtração de 240 m³m²dia a Calcular a população para 2025 e 2055 pelo método aritmético 𝑃 𝑃2 𝐾𝑎𝑡 𝑡2 𝐾𝑎 𝑃2 𝑃1 𝑇2 𝑇1 b Calcular a vazão de dimensionamento Qa para 2025 e 2055 Ls 𝑄𝑎 𝐾1 𝑃 𝑞 86400 𝑞𝑒𝑠𝑝 𝐶𝐸𝑇𝐴 c Dimensionar a unidade de mistura rápida mecanizada utilizando a vazão de dimensionamento para o ano de 2055 Cálculo do volume da câmara de mistura rápida m³ 𝑉 𝜃 𝑄 Onde V Volume da câmara Θ tempo de detenção hidráulico Q Vazão Cálculo da área da seção retangular considerando a profundidade 2x a largura Selecionar o equipamento de agitação e definição das variáveis operacionais Potência a ser introduzida no escoamento KW 𝑃𝑜𝑡 𝜇 𝑉 𝐺2 Onde Pot Potência a ser introduzida no escoamento μ viscosidade dinâmica da água V volume da câmara de mistura rápida G gradiente de velocidade Rotação do sistema de agitação da mistura rápida rps 𝑛3 𝑃𝑜𝑡 𝐾𝑡 𝜌 𝐷5 Onde Pot potência a ser introduzida no escoamento Kt número de potência Ρ massa específica da água D diâmetro do rotor Potência nominal requerida do rotor kW 𝑃𝑜𝑡𝑛 𝑃𝑜𝑡 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 Consumo de energia elétrica kWhdia 𝐶𝑒𝑛 𝑃𝑜𝑡𝑛 𝑡 Onde Potn potência nominal requerida do rotor Δt número de horas de funcionamento por dia d Dimensionamento do floculador mecânico Volume do floculador 𝑉𝑚í𝑛 𝜃 𝑄 𝑉𝑚á𝑥 𝜃 𝑄 Onde Θ tempos de detenção mínimo e máximo do floculador Q vazão da ETA Dimensões básicas do floculador Comprimento do floculador 𝐿𝑚í𝑛 𝑉𝑚í𝑛 𝐵 ℎ 𝐿𝑚á𝑥 𝑉𝑚á𝑥 𝐵 ℎ Onde Vmín e Vmáx volumes mínimo e máximo do floculador B Largura do floculador h altura da lâmina dágua Determinar a largura útil do floculador descontando a espessura das paredes das câmaras em paralelo e a largura individual das câmaras em paralelo Tempo de floculação min 𝜃 𝑉𝑢𝑡𝑖𝑙 𝑄 Onde Vutil volume útil das unidades de floculação Q vazão da ETA Cálculo do volume de cada câmara de floculação m³ 𝑉𝑖𝑛𝑑 𝐿𝑥𝐶𝑥ℎ L largura de cada câmara C comprimento de cada câmara h altura da lâmina de água Seleção dos agitadores e suas condições operacionais Potência a ser introduzida no escoamento W 𝑃𝑚í𝑛 𝜇 𝑉 𝐺2 𝑃𝑚á𝑥 𝜇 𝑉 𝐺2 Onde P Potência a ser introduzida no escoamento μ viscosidade dinâmica da água V volume da câmara de mistura rápida G gradiente de velocidade mínimo e máximo Rotação do sistema de agitação dos floculadores rps 𝑛𝑚í𝑛 3 𝑃𝑜𝑡 𝐾𝑡 𝜌 𝐷5 𝑛𝑚á𝑥 3 𝑃𝑜𝑡 𝐾𝑡 𝜌 𝐷5 Onde Pot potência mínima e máxima a ser introduzida no escoamento Kt número de potência Ρ massa específica da água D diâmetro do rotor Velocidades periféricas ms 𝑣𝑝 𝑚í𝑛 𝑛𝑚í𝑛 𝜋 𝐷 60 𝑣𝑝 𝑚á𝑥 𝑛𝑚á𝑥 𝜋 𝐷 60 Onde n rotação mínima e máxima rpm D diâmetro do rotor Potência nominal requerida do rotor kW 𝑃𝑜𝑡𝑛 𝑃𝑜𝑡𝑚á𝑥 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 e Dimensionamento do decantador convencional de fluxo horizontal Vazão de cada decantador Ls 𝑄𝒅𝒆𝒄 𝑄𝐸𝑇𝐴 𝑛 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑐𝑎𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 Estimativa da área de sedimentação requerida m² 𝐴𝑠 𝑄 𝑞 Onde As área de sedimentação Q vazão de um decantador q Taxa de escoamento superficial Dimensões básicas do decantador Largura do decantador será utilizada a mesma largura total dos floculadores número de decantadores Comprimento do decantador 𝐴𝑠 𝐵 𝐿 Onde B largura do decantador L comprimento do decantador Devemos admitir que um decantador pode ficar parado para manutenção limpeza de lodo portanto a vazão máxima afluente a cada decantador será 𝑄𝑎𝑓𝑙 𝑄𝐸𝑇𝐴 3 Onde Qafl vazão máxima afluente em cada decantador QETA vazão nominal da ETA Taxa de escoamento superficial nominal e máxima de cada decantador m³m²dia 𝑞𝑛 𝑄 𝐵 𝐿 Onde qn taxa de escoamento superficial nominal Q vazão unitária do decantador B largura do decantador L comprimento do decantador 𝑞𝑚á𝑥 𝑄𝑚á𝑥 𝐵 𝐿 Onde qn taxa de escoamento superficial nominal Q vazão unitária do decantador B largura do decantador L comprimento do decantador Tempo de detenção hidráulico para Qn e Qmáx horas 𝜃𝑚í𝑛 𝑉 𝑄𝑚á𝑥 𝜃𝑚á𝑥 𝑉 𝑄𝑛 Verificação dos valores de velocidade horizontal para vazão nominal e máxima mmin 𝑣𝑚í𝑛 𝑄𝑛 𝐵 ℎ 𝑣𝑚á𝑥 𝑄𝑚á𝑥 𝐵 ℎ Onde Qn vazão nominal B largura do decantador h altura da lâmina dágua Número de calhas de coleta da água decantada Admitindose a distância máxima entre as calhas de 3 m 𝑁𝑐𝑎𝑙ℎ𝑎𝑠 𝐵 𝑑 Onde B largura do decantador d distância máxima entre as calhas Taxa linear de escoamento Lsm Caso as taxas sejam maiores do que 3Lsm aumentar o número de calhas diminuindo a distância máxima entre calhas 𝑞𝑚í𝑛 𝑄𝑛 𝐿𝑐 𝑞𝑚á𝑥 𝑄𝑚á𝑥 𝐿𝑐 Onde Q vazão nominal e máxima Lc comprimento total das calhas considerando que elas ocupam 20 do comprimento do decantador e que cada calha coleta água dos dois lados Dimensionamento hidráulico das calhas de coleta da água decantada Vamos admitir vertedor com largura unitária de 12 cm e distância entre vértices de 15 cm Número total de vertedores por decantador 𝑁𝑣 𝐿𝑐 𝐷𝑣 Onde Lc comprimento total das calhas de coleta da água decantada Dv distância entre os vértices dos vertedores triangulares Vazão individual de cada vertedor Ls 𝑄𝑣1 𝑄𝑛 𝑁𝑣 𝑄𝑣2 𝑄𝑚á𝑥 𝑁𝑣 Carga hidráulica nos vertedores triangular m ℎ𝑚í𝑛 𝑄𝑣1 146 ℎ𝑚á𝑥 𝑄𝑣2 146 Onde Qv vazão individual de cada vertedor Vazão unitária de cada calha Ls 𝑄𝑐1 𝑄𝑛 𝑁𝑐 𝑄𝑐2 𝑄𝑚á𝑥 𝑁𝑐 f Dimensionamento do sistema de filtração Estimativa do número de filtros 𝑁𝑓 12 𝑄05 Onde Q vazão da ETA em mgd 1m³s equivale a 228 mgd Estimativa da área total de filtração m² 𝐴𝑡𝑓 𝑄 𝑞 Onde Q vazão da ETA m³s q Taxa de filtração m³m²dia Dimensões de cada unidade de filtração 𝐴𝑐𝑓 𝐴𝑡𝑓 𝑁𝑓 Onde Acf área de cada filtro Atf área total de filtração Nf número de filtros Considerar a largura total do decantador para determinar a largura e o comprimento do sistema de filtração Faça então um desenho esquemático da sua ETA Exercício 2 Guilherme de Almeida Gerevine Jaine Gomes Soares Rocha Dimensionar a Estação de tratamento de água para um sistema de abastecimento atendendo aos seguintes requisitos 1 Dados censitários Ano População 2011 150000 2021 180000 2 Adotar consumo per capita de 200Lhabdia e consumo específico de 20 Ls 3 Considerar o consumo na ETA de 2 4 Coeficiente do dia de maior consumo K112 5 Tempo de detenção hidráulico da mistura rápida Θ30s 6 Gradiente de velocidade da mistura rápida G 500 s 1 7 Mistura rápida com seção quadrada com profundidade de 2x a largura 8 μ da água 1002103 9 Sistema de agitação da mistura rápida do tipo turbina de fluxo radial com número de potência Kt5 10 Adotar diâmetro do rotor do sistema de agitação da mistura rápida 08 m 11 ρ 9982 kgm² 12 Motor de acionamento elétrico do agitador da mistura rápida deverá conter inversor de frequência para variar a rotação Adotaremos o rendimento do motor elétrico de 60 13 ETA operará 24hdia 14 Floculador da ETA será mecânico 15 Serão adotadas as seguintes medidas da unidade de floculação largura de 24m e altura da lâmina dágua de 45m 16 O tempo de detenção hidráulico da unidade de floculação deverá estar entre 20 e 40 min E os gradientes de velocidade mínimo e máximo entre 20 e 80 s1 17 Adotaremos floculador com 4 câmaras em paralelo e 3 em série 18 Considerar 30 cm de espessura das paredes entre as câmaras de floculação em paralelo 19 Sistema de agitação dos floculadores tipo turbina de fluxo axial composto por 4 pás inclinadas a 45 com número de potência Kt13 20 Adotar diâmetro do rotor do sistema de agitação do floculador 25 m 21 Motor de acionamento elétrico do agitador dos floculadores deverá conter inversor de frequência para variar a rotação e consequentemente os gradientes de velocidade Podem ser adotados os seguintes gradientes 80 50 e 30 s1 para cada conjunto de câmaras trabalhando em paralelo Adotaremos o rendimento do motor elétrico de 60 22 Decantadores serão do tipo convencional de fluxo horizontal 23 Taxa de escoamento superficial dos decantadores q 40m³m²dia 24 Adotaremos 4 decantadores 25 Será adotada a altura da lâmina dágua do decantador de 45m 26 As calhas de coleta da água decantada deverão ser dotadas de vertedores de seção triangular 90 ao longo de todo o seu comprimento 27 Sistema de filtração composto por dupla camada de areia e antracito e seu controle hidráulico deverá ser do tipo taxa de filtração constante e variação de nível 28 Adotar taxa de filtração de 240 m³m²dia a Calcular a população para 2025 e 2055 pelo método aritmético 𝑃 𝑃2 𝐾𝑎𝑡 𝑡2 𝐾𝑎 𝑃2 𝑃1 𝑇2 𝑇1 b Calcular a vazão de dimensionamento Qa para 2025 e 2055 Ls 𝑄𝑎 𝐾1 𝑃 𝑞 86400 𝑞𝑒𝑠𝑝 𝐶𝐸𝑇𝐴 c Dimensionar a unidade de mistura rápida mecanizada utilizando a vazão de dimensionamento para o ano de 2055 Cálculo do volume da câmara de mistura rápida m³ 𝑉 𝜃 𝑄 Onde V Volume da câmara Θ tempo de detenção hidráulico Q Vazão Cálculo da área da seção retangular considerando a profundidade 2x a largura Selecionar o equipamento de agitação e definição das variáveis operacionais Potência a ser introduzida no escoamento KW 𝑃𝑜𝑡 𝜇 𝑉 𝐺2 Onde Pot Potência a ser introduzida no escoamento μ viscosidade dinâmica da água V volume da câmara de mistura rápida G gradiente de velocidade Rotação do sistema de agitação da mistura rápida rps 𝑛3 𝑃𝑜𝑡 𝐾𝑡 𝜌 𝐷5 Onde Pot potência a ser introduzida no escoamento Kt número de potência Ρ massa específica da água D diâmetro do rotor Potência nominal requerida do rotor kW 𝑃𝑜𝑡𝑛 𝑃𝑜𝑡 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 Consumo de energia elétrica kWhdia 𝐶𝑒𝑛 𝑃𝑜𝑡𝑛 𝑡 Onde Potn potência nominal requerida do rotor Δt número de horas de funcionamento por dia d Dimensionamento do floculador mecânico Volume do floculador 𝑉𝑚í𝑛 𝜃 𝑄 𝑉𝑚á𝑥 𝜃 𝑄 Onde Θ tempos de detenção mínimo e máximo do floculador Q vazão da ETA Dimensões básicas do floculador Comprimento do floculador 𝐿𝑚í𝑛 𝑉𝑚í𝑛 𝐵 ℎ 𝐿𝑚á𝑥 𝑉𝑚á𝑥 𝐵 ℎ Onde Vmín e Vmáx volumes mínimo e máximo do floculador B Largura do floculador h altura da lâmina dágua Determinar a largura útil do floculador descontando a espessura das paredes das câmaras em paralelo e a largura individual das câmaras em paralelo Tempo de floculação min 𝜃 𝑉𝑢𝑡𝑖𝑙 𝑄 Onde Vutil volume útil das unidades de floculação Q vazão da ETA Cálculo do volume de cada câmara de floculação m³ 𝑉𝑖𝑛𝑑 𝐿𝑥𝐶𝑥ℎ L largura de cada câmara C comprimento de cada câmara h altura da lâmina de água Seleção dos agitadores e suas condições operacionais Potência a ser introduzida no escoamento W 𝑃𝑚í𝑛 𝜇 𝑉 𝐺2 𝑃𝑚á𝑥 𝜇 𝑉 𝐺2 Onde P Potência a ser introduzida no escoamento μ viscosidade dinâmica da água V volume da câmara de mistura rápida G gradiente de velocidade mínimo e máximo Rotação do sistema de agitação dos floculadores rps 𝑛𝑚í𝑛 3 𝑃𝑜𝑡 𝐾𝑡 𝜌 𝐷5 𝑛𝑚á𝑥 3 𝑃𝑜𝑡 𝐾𝑡 𝜌 𝐷5 Onde Pot potência mínima e máxima a ser introduzida no escoamento Kt número de potência Ρ massa específica da água D diâmetro do rotor Velocidades periféricas ms 𝑣𝑝 𝑚í𝑛 𝑛𝑚í𝑛 𝜋 𝐷 60 𝑣𝑝 𝑚á𝑥 𝑛𝑚á𝑥 𝜋 𝐷 60 Onde n rotação mínima e máxima rpm D diâmetro do rotor Potência nominal requerida do rotor kW 𝑃𝑜𝑡𝑛 𝑃𝑜𝑡𝑚á𝑥 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 e Dimensionamento do decantador convencional de fluxo horizontal Vazão de cada decantador Ls 𝑄𝒅𝒆𝒄 𝑄𝐸𝑇𝐴 𝑛 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑐𝑎𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 Estimativa da área de sedimentação requerida m² 𝐴𝑠 𝑄 𝑞 Onde As área de sedimentação Q vazão de um decantador q Taxa de escoamento superficial Dimensões básicas do decantador Largura do decantador será utilizada a mesma largura total dos floculadores número de decantadores Comprimento do decantador 𝐴𝑠 𝐵 𝐿 Onde B largura do decantador L comprimento do decantador Devemos admitir que um decantador pode ficar parado para manutenção limpeza de lodo portanto a vazão máxima afluente a cada decantador será 𝑄𝑎𝑓𝑙 𝑄𝐸𝑇𝐴 3 Onde Qafl vazão máxima afluente em cada decantador QETA vazão nominal da ETA Taxa de escoamento superficial nominal e máxima de cada decantador m³m²dia 𝑞𝑛 𝑄 𝐵 𝐿 Onde qn taxa de escoamento superficial nominal Q vazão unitária do decantador B largura do decantador L comprimento do decantador 𝑞𝑚á𝑥 𝑄𝑚á𝑥 𝐵 𝐿 Onde qn taxa de escoamento superficial nominal Q vazão unitária do decantador B largura do decantador L comprimento do decantador Tempo de detenção hidráulico para Qn e Qmáx horas 𝜃𝑚í𝑛 𝑉 𝑄𝑚á𝑥 𝜃𝑚á𝑥 𝑉 𝑄𝑛 Verificação dos valores de velocidade horizontal para vazão nominal e máxima mmin 𝑣𝑚í𝑛 𝑄𝑛 𝐵 ℎ 𝑣𝑚á𝑥 𝑄𝑚á𝑥 𝐵 ℎ Onde Qn vazão nominal B largura do decantador h altura da lâmina dágua Número de calhas de coleta da água decantada Admitindose a distância máxima entre as calhas de 3 m 𝑁𝑐𝑎𝑙ℎ𝑎𝑠 𝐵 𝑑 Onde B largura do decantador d distância máxima entre as calhas Taxa linear de escoamento Lsm Caso as taxas sejam maiores do que 3Lsm aumentar o número de calhas diminuindo a distância máxima entre calhas 𝑞𝑚í𝑛 𝑄𝑛 𝐿𝑐 𝑞𝑚á𝑥 𝑄𝑚á𝑥 𝐿𝑐 Onde Q vazão nominal e máxima Lc comprimento total das calhas considerando que elas ocupam 20 do comprimento do decantador e que cada calha coleta água dos dois lados Dimensionamento hidráulico das calhas de coleta da água decantada Vamos admitir vertedor com largura unitária de 12 cm e distância entre vértices de 15 cm Número total de vertedores por decantador 𝑁𝑣 𝐿𝑐 𝐷𝑣 Onde Lc comprimento total das calhas de coleta da água decantada Dv distância entre os vértices dos vertedores triangulares Vazão individual de cada vertedor Ls 𝑄𝑣1 𝑄𝑛 𝑁𝑣 𝑄𝑣2 𝑄𝑚á𝑥 𝑁𝑣 Carga hidráulica nos vertedores triangular m ℎ𝑚í𝑛 𝑄𝑣1 146 ℎ𝑚á𝑥 𝑄𝑣2 146 Onde Qv vazão individual de cada vertedor Vazão unitária de cada calha Ls 𝑄𝑐1 𝑄𝑛 𝑁𝑐 𝑄𝑐2 𝑄𝑚á𝑥 𝑁𝑐 f Dimensionamento do sistema de filtração Estimativa do número de filtros 𝑁𝑓 12 𝑄05 Onde Q vazão da ETA em mgd 1m³s equivale a 228 mgd Estimativa da área total de filtração m² 𝐴𝑡𝑓 𝑄 𝑞 Onde Q vazão da ETA m³s q Taxa de filtração m³m²dia Dimensões de cada unidade de filtração 𝐴𝑐𝑓 𝐴𝑡𝑓 𝑁𝑓 Onde Acf área de cada filtro Atf área total de filtração Nf número de filtros Considerar a largura total do decantador para determinar a largura e o comprimento do sistema de filtração Faça então um desenho esquemático da sua ETA