Dimensionamento de ETA para Vazão Média

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Mateus da Mota Salvador 58987 
Fernanda Martins Guabiroba 61688 
Mariko de Almeida Carneiro 61697 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL 
CIV 440 – TRATAMENTO DE ÁGUA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DIMENSIONAMENTO DE ESTAÇÃO DE 
TRATAMENTO DE ÁGUA COM VAZÃO MÉDIA 
DE 180m
3
/s 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Viçosa, 2010 
 1 
ÍNDICE 
 
 
 
1. Introdução .......................................................................................2 
 
2. Memorial Descritivo.........................................................................2 
 
3. Memorial de Cálculo........................................................................7 
 
3.1. Dimensionamento da Calha Parshall.........................................................7 
 
3.2. Dimensionamento do canal do Parshall até o Floculador..........................8 
 
3.3. Dimensionamento do Floculador................................................................8 
 
3.4. Dimensionamento do Canal de distribuição de água floculada ao 
decantador............................................................................................................10 
 
3.5. Cálculo do gradiente da Cortina de Distribuição .....................................11 
 
3.6. Dimensionamento do Decantador............................... ............................12 
 
3.7. Dimensionamento dos Filtros...................................................................13 
 
3.8. Lavagem dos Filtros.................................................................................14 
 
4.Bibliografia.......................................................................................16 
5. Anexo.............................................................................................17 
5.1. Floculador em planta..................................................................17 
5.2 Decanador em planta...................................................................18 
5.3 Decantador em corte longitudinal.....................................................19 
 5.4 Decantador em corte transversal.......................................................20 
 5.5 Cortina de distribuição.................................................................21 
 5.6 Filtro em planta..........................................................................................22 
 5.7 Filtro em corte longitudinal............................................................23 
 5.8 ETA em planta...............................................................................24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 2 
1. INTRODUÇÃO 
 
 
Neste trabalho encontra-se o projeto de uma Estação de Tratamento de Água, 
(ETA) que funcionará com uma vazão média de 180m3/s. Adotando-se uma jornada 
de funcionamento da ETA de 24 horas por dia, a vazão de água tratada será 
15.552m3/d. Considerando um consumo diário per capita de 200L, essa estação 
pode ser instalada num município com aproximadamente 78.000 habitantes. 
O projeto aqui descrito requer uma área de instalação da ordem de 2.300m2, 
com topografia pouco acidentada, prevendo-se a expansão das unidades para 
possível aumento da vazão de projeto. O aumento da demanda pode ser dado por 
crescimento excessivo da população ou instalação de indústrias. 
Devido à falta de informações adicionais sobre a localidade da ETA, não é 
possível fazer o dimensionamento das instalações de captação de água. No entanto, 
algumas observações devem ser pontuadas: o local de captação deve estar 
protegido de assoreamento para que não comprometa o funcionamento da bomba; 
deve haver grades para impedir a sucção de sólidos grosseiros; deve-se adotar uma 
altura de sucção que reduza a possibilidade de cavitação; a utilização de bombas 
afogadas deve ser pautada com cuidado para que, se houver risco de enchentes, 
não atinja a casa de bombas, interrompendo-se assim o fornecimento de água; 
instalação da ETA o mais próximo possível do curso d’água e do local de consumo; 
a localidade deve ser provida de energia elétrica. 
Os parâmetros adotados no dimensionamento desta estação seguem 
recomendações da ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas –(NBR 
12216) e literatura desta área do conhecimento. 
 
2. MEMORIAL DESCRITIVO 
 
A exigência do projeto é que se faça o tratamento de água por ciclo completo. 
Como não foram disponibilizados dados referentes a ensaios de tratabilidade, as 
decisões foram tomadas visando menor custo e/ou máxima eficiência. 
A disposição das unidades da ETA foi feita tentando-se otimizar o espaço 
utilizado, configurando-se conforme a planta anexa. 
 A ETA projetada contém as seguintes unidades: 
 
1. Uma calha Parshall: medidor de vazão e unidade de mistura rápida e 
coagulação; 
2. Um floculador hidráulico: unidade de floculação com escoamento vertical 
através de chicanas, dividido em quatro setores com gradientes hidráulicos 
decrescentes; 
3. Dois decantadores retangulares convencionais em paralelo: unidades de 
decantação contendo canais de distribuição da água floculada na sua 
entrada com quatro comportas em cada, uma cortina de distribuição de 
madeira, um sistema de calhas para a coleta da água decantada, fundo para 
depósito de lodo e um canal condutor de água decantada na saída; 
4. Dois pares de filtros em paralelo: unidades de filtração rápida descendente 
com leito filtrante composto de areia com tamanho efetivo de 0,4mm e 
antracito com tamanho efetivo de 0,8mm; 
 3 
5. Um tanque de contato: unidade com chicanas para aplicação de cloro, flúor e 
corretor de pH caso se faça necessário. Concomitantemente, promove a 
altura manométrica necessária à operação hidráulica do filtro; 
6. Um reservatório para água de lavagem: com 127m3 de capacidade, suficiente 
para a lavagem de dois filtros simultaneamente por 10 minutos. 
 
A Calha Parshall foi escolhida de acordo com a vazão de projeto, admitindo-se 
uma flexibilidade para esse valor. Esse valor de vazão na calha escolhida 
proporcionou a ocorrência de ressalto hidráulico suficiente para se ter gradiente de 
velocidade necessário para mistura rápida. O valor obtido foi de 1986s-1, acima do 
recomendado para mecanismo de varredura (1000s-1). A aplicação do coagulante é 
feita na saída da garganta e a medição de vazão na seção à 2/3 do comprimento A, 
conforme a Figura 2. Pelas pequenas dimensões da Parshall, aconselha-se sua 
obtenção por fornecedores especializados, podendo ser de fibra de vidro. 
 
 
Figura 2- Calha Parshall 
 
A água coagulada é conduzida ao floculador por um canal de concreto liso, de 
dimensões 0,90m de largura e 0,70m de altura e 3,00m de comprimento. A largura 
foi expandida em relação à saída da calha Parshall com o objetivo de reduzir o 
gradiente hidráulico na entrada do floculador. O gradiente obtido ao final do canal foi 
de 67,5s-1, dentro da faixa recomendada de 70 a 10s-1. Com essas dimensões, o 
tempo máximo de percurso permitido de 1 minuto foi atendido. 
O floculador foi dimensionado para um tempo de detenção hidráulica (TDH) 
igual a 20 minutos, tempo mínimo exigido por norma, no intuito de minimizar o 
volume, e conseqüentemente a área requerida. Trata-se de um floculador hidráulico 
de chicanas e escoamento vertical. Dividiu-se em quatro setores de mesmo 
comprimento e área, com 13, 11,10 e 9 chicanas de concreto liso respectivamente, 
 4 
com espaçamentos crescentes de 0,70m a 1,00m e com tamanho de passagens 
crescentes a cada setor, garantindo uma redução progressiva do gradiente 
hidráulico. Essa redução se faz necessária para que não se tenha a quebra dos 
flocos já formados. O tempo e a altura do floculador(4,00m) foram adotados pelos 
projetistas, sendo a largura e o comprimento dimensionados. Os espaçamentos e a 
largura também foram analisados a fim de garantir que a velocidade entre as 
chicanas não ultrapassasse a faixa de 0,10m/s e 0,30m/s. Essa preocupação 
constituigrande obstáculo no dimensionamento no sentido de limitar as 
possibilidades de configuração da unidade e diminuir a praticidade de construção. A 
questão da velocidade mínima desejada no floculador impediu que fosse projetado 
um sistema em paralelo com a água coagulada sendo dividida para dois floculadores 
e alimentando separadamente os dois decantadores. Com essas dimensões 
estabelecidas obtiveram-se os gradientes de 30,58s-1, 24,90 s-1, 20,78 s-1 e 17,68s-1. 
O fundo do floculador tem declividade de 1% para facilitar a limpeza da unidade visto 
que há deposição de flocos com o passar do tempo. Para facilitar ainda mais essa 
limpeza, as chicanas inferiores foram projetadas a partir de uma pequena altura do 
fundo, permitindo a limpeza de todas as câmaras por apenas um registro de saída. 
 À jusante do floculador tem-se um canal livre de condução de água floculada 
que irá distribuir vazões idênticas aos canais de entrada das duas unidade de 
decantação. Suas dimensões serão: h = 1,2m (profundidade) e b = 1,35m (largura). 
A velocidade de escoamento neste canal será V = 0,11m/s, maior que a mínima 
permitida (0,10m/s) evitando depósito de flocos no fundo do canal. O gradiente de 
velocidade neste canal é G = 16,3s-1. 
O decantador deve ser a unidade da ETA que promove a sedimentação dos 
flocos formados na unidade de floculação, portanto é necessário que seja 
dimensionado de forma cautelosa, assim como seus dispositivos de entrada e saída 
para que não prejudique a remoção dos flocos ou ocorra a quebra dos mesmos. 
Deve-se seguir as normas e recomendações da literatura para que a conciliação de 
vários parâmetros promovam uma sedimentação ótima dos flocos buscando 
melhores resultados de remoção de turbidez e patógenos. O gradiente de 
velocidade é uma característica do escoamento que deve ser respeitado na entrada 
do decantador, sendo sempre menor que o da saída do floculador e no máximo 20s-
1. Na ETA aqui descrita, a entrada da água floculada nas unidades de decantação se 
dão através de um canal de dimensões h= 1,3m (profundidade) e b = 0,8m (largura). 
A água emerge no decantador através de 4 comportas idênticas de área Ai=0,09m2 
e o canal de distribuição a essas comportas apresenta seções variáveis de 0,96 a 
0,3m2 . A variação das seções tenta simular uma distribuição homogênea das 
vazões nas comportas. O gradiente de velocidade disponível na entrada das 
unidades de decantação através das comportas é de 14s-1, respeitando a exigência 
de ser menor que na saída do floculador (17,68s-1). 
O dimensionamento dos decantadores foi iniciado a partir do valor adotado 
para taxa de aplicação superficial (TAS) seguindo o recomendado pela NBR 12216 e 
respeitando o tempo de detenção hidráulica (TDH) mínimo de 2h, indicado por DI 
BERNARDO et al., 2005. Portanto, estabelecendo-se TAS = 35m3/m2.d, a área total 
dos decantadores é 444,4m2. Como este valor de área é muito grande para uma 
única unidade de decantação, ainda seguindo a norma, determinou-se o 
dimensionamento de dois decantadores idêntico. Adotando-se a profundidade H = 
4m e a largura do decantador B= 8m (caracterizando um canal de máxima 
eficiência), o comprimento será L=28m (arredondando o valor encontrado para 
facilitar a execução da obras de construção). Definidas as dimensões dos 
 5 
decantadores, obtém-se as seguintes características de cada unidade: A=224m2 ; 
TAS = 34,7 m3/m2.d; TDH: 2,74h; Ve = 0,281 cm/s (velocidade de escoamento 
longitudinal); relação comprimento/largura = 3,5. 
A cortina de distribuição, feita em madeira, será instalada em cada unidade a 
uma distância D = 1,0m da entrada. O dispositivo teve suas características 
determinadas em função da obtenção de gradiente de velocidade razoável para 
manter a integridade dos flocos, portanto foram definidas as seguintes 
características: 160 orifício de diâmetro do = 0,075m; velocidade de escoamento em 
cada orifício Vo = 0,127m/s; espaçamento médio entre os orifícios So = 0,45m. Para 
o cálculo do gradiente de velocidade foi necessária a determinação de alguns 
parâmetros como o número de Reynolds Re = 9500 e o alcance dos jatos Xo = 
2,025m. A cortina de área A = 8m x 4m = 32m2 (seção transversal do decantador) 
terá seus 160 orifícios distribuídos em 20 colunas e 8 linhas. A distância média entre 
os orifícios será de 0,45m. 
A água decantada é captada por 4 calhas coletoras de 5m de comprimento e 
0,60m de largura e 2 calhas nas laterais com mesmo comprimento, mas largura de 
0,30m. As calhas coletoras encontram-se instaladas na extremidade ao fim de cada 
decantador e possuem comprimento inferior a 20% do comprimento das unidades de 
decantação como se recomenda. Cada calha tem profundidade de 0,20m. 
O descarte do lodo formado se dará por uma comporta localizada no fundo da 
seção de acumulação de lodo, na parte posterior da unidade de decantação. Além 
da altura útil de 4m, o decantador terá mais 1m de profundidade para escoamento 
do lodo, caracterizando um declive I = 14% (acima do recomendado I = 5%) 
transversal, assim como uma vala de acumulação do lodo com dimensões h = 1,0m 
e b = 0,8m, tendo também uma inclinação I’ = 4 % ao longo do comprimento do 
decantador longitudinal. 
O projeto concebe filtros rápidos de fluxo descendentes com taxa de filtração 
igual a 360m3/m2.dia segundo a NBR 12216. Os filtros foram projetados para 
operarem à taxa de filtração constante e perda de carga variável devido à 
simplicidade, praticidade e qualidade satisfatória da água filtrada que esse tipo de 
operação oferece. A vazão total dos decantadores é distribuída igualmente entre os 
quatro filtros, sendo a vazão filtrada, portanto, igual a 0,045m3/s em cada filtro. Para 
essa vazão e a taxa de filtração adotada, tem-se que cada filtro ocupa uma área de 
10,6m2, sendo suas dimensões 4,6m de comprimento por 2,3m de largura. Essas 
dimensões foram adotadas para que o filtro fosse um canal de máxima eficiência, 
reduzindo gastos na construção. O leito filtrante é composto por areia e antracito. A 
escolha da dupla camada se deu com o objetivo de se alcançar maior eficiência na 
filtração uma vez que o antracito possui granulometria maior e densidade menor, 
retendo as impurezas maiores na parte superior do leito filtrante, aumentando a 
carreira de filtração. As características do leito filtrante encontram-se na tabela 1. 
 
 AREIA ANTRACITO 
ESPESSURA 0,25m 0,45m 
TAMANHO EFETIVO 0,4mm 0,8mm 
DIÂMETRO MENOR 0,50mm 0,71mm 
DIÂMETRO MAIOR 1,68mm 2,83mm 
COEFICIENTE DE 
ESFERICIDADE 
0,78 0,70 
POROSIDADE 0,43 0,46 
Tabela 1 – Características do leito filtrante 
 6 
A camada suporte é composta de material de cinco faixas granulométricas 
crescentes de cima para baixo. As faixas granulométricas estão especificadas na 
tabela 2. O coeficiente de esfericidade do material é 0,94 e a porosidade da camada 
é 0,39. Cada subcamada possui 10cm de espessura. 
 
 
Subcamada Faixa granulométrica(mm) 
1a 1,68 – 3,36 
2 a 3,36 – 6,35 
3 a 6,35 – 12,7 
4 a 12,7 – 25,4 
Enchimento 25,4 – 50,8 
Tabela 2 – Camada suporte. Faixas granulométricas 
 
O fundo falso é constituído por 15 vigas californianas de 15cm de largura, 
dispostas lado a lado no filtro. Cada viga possui 31 pares de orifícios de ½’’. O 
tamanho dos orifícios é a metade do diâmetro máximo da subcamada mais grossa 
da camada suporte, como sugerido na literatura para evitar a passagem de grãos do 
leito filtrante através do fundo falso. As vigas californianas foram escolhidas em 
detrimento dos fundos patenteados pela sua facilidade de construção e menor custo. 
As perdas de cargas laminares e turbulentas na filtração e na lavagem foram 
calculadas. A construção do vertedor de entrada do filtro forneceu uma carga 
máxima admitida pelo filtro de 2 metros. A lavagem dos filtros será feita por retro-
lavagem por gravidade. A água de lavagem será introduzida com velocidade 
ascensional de 0,6m/min, como recomendado, por 10 minutos e coletada por uma 
calha disposta a 50cm do leito e comdeclividade > 1%. Essa calha foi projetada 
obedecendo-se a recomendação de estar disposta a, pelo menos, 10cm acima do 
nível do leito filtrante expandido. A calha coletora é usada também como vertedor da 
água decantada para que esta não seja introduzida bruscamente no filtro. 
O reservatório de água para lavagem de filtro possui volume total de 127m3 de 
água, o suficiente para lavagem de 2 filtros simultaneamente por 10 minutos. Uma 
bomba específica garante o abastecimento desse reservatório com água tratada. 
Tendo-se uma vazão de água filtrada igual a 0,180m³/s e adotando-se um 
tempo de contato de 30 minutos, visando garantir uma inativação efetiva, pôde-se 
obter o volume: 
T = 30min = 1800s = 0,0208d 
Q = 0,180m³/s = 15552m³/d 
V = Q x T = 0,0208 x 15552 = 323,48m³ 
A altura adotada para o tanque foi de 1m, e a relação comprimento/largura é 
igual a 20, o que torna-o mais próximo de um reator de fluxo em pistão. Assim o 
tanque teria 4m de largura e 81m de comprimento, mas com a implantação de 
chicanas foi possível reduzir a maior dimensão. Adotou-se chicanas de modo que o 
comprimento de 81m foi dividido em 4 canais de 20,5m. Além disso, o tanque foi 
dimensionado proporcionando o ajuste do nível mínimo no filtro. 
 
 
 
 
 
 
 7 
3. MEMORIAL DE CÁLCULO 
 
 
3.1. DIMENSIONAMENTO DA CALHA PARSHALL 
 
Dimensões (mm) da Parshall escolhida para a vazão de projeto Q = 0,180 m3/s 
 
 W A B C D E F G’ K N 
229 ( 9") 880 864 380 575 610 305 457 76 114 
 
 Cálculo da lâmina d’água na seção de medição: 
Q = K * Ho
n 
0,180 = 0,535 *Ho
1,530 
Ho = 0,491 m (altura da lâmina na seção convergente) 
 
 Calculando-se velocidade Va na seção de medição, 
 
D’ = 2/3(D-W) + W = 2/3(0,575 – 0,229) + 0,229 = 0,460m 
Q = Va*D’*Ha >> 0,0180 = Va*0,460*0,491 >> Va = 0,80m/s 
 
pode-se obter a Energia Hidráulica Ea disponível na seção de medição: 
 
Ea = Ha + Va²/2g + N = 0,491 + 0,80
2/19,82 + 0,114 = 0,637m 
 
Calculando-se o ângulo fictício, 
 
Cosφ = -gQ/W(0,67gEa)1,5 = -9,81*0,180/0,229(0,67*9,81*0,637)1,5 
 
φ = 154,181 
 
obtém-se a velocidade média V1 no início do ressalto: 
 
V1 = 2cos(φ/3).(2gEa/3)
1/2 = 2,546 m/s 
 
Altura da lâmina d’água no início do ressalto: 
 
Y1 = Ea – V1
2/2g = 0,637 – 2,5462/(2*9,8) = 0,306m 
 
Pode-se calcular o número de Freud para certificação da ocorrência do ressalto 
hidráulico (regime supercrítico Fr > 1) 
Fr = V1/(gY1)
1/2 = 2,546/(9,8*0,306)1/2 = 1,470 (Ressalto ondulado) 
 
Altura de lâmina no final do ressalto (admitindo fundo do canal horizontal): 
 
Y3 = Y1/2[(1 + 8Fr
2)1/2 – 1] = 0,306/2[(1 + 8x1,4702)1/2 – 1] = 0,501m 
 
Altura de lâmina no final do ressalto considerando o trecho divergente ascendente: 
 
Y2 = Y3 – N + K = 0,501 – 0,114 + 0,076 = 0,463m 
Velocidade 0,180 m3/s na saída do trecho divergente: 
 8 
V2 = Q/ Y2C = 0,180/(0,463x0,380) = 1,023 m/s 
 
 Perda de Carga 
En = Há +N – Y3 = 0,491 + 0,114 – 0,501 = 0,104m 
 
Tempo médio detenção trecho divergente: 
Tm = G / (V1+ V2) / 2 = 0,457/(2,546 + 1,023)/2 = 0,256s 
 
Gm = (γEn/µTm)
1/2 = (9782,65*0,104/1,008.10-3*0,256)1/2 = 1.985,6s-1 
 γ – Peso específico da água 
 µ - viscosidade absoluta da água 
 
3.2. DIMENSIONAMENTO DO CANAL DO PARSHALL ATÉ O FLOCULADOR 
 
Obtenção de nova velocidade V2 que forneça gradiente dentro da faixa permitida 
para entrada no floculador. Para esta circunstância as dimensões do canal serão: 
Y2 = 0,50m (altura da lâmina d’água no final do ressalto) H’ = 0,70m (profundidade), 
B = 0,90m (largura) e L = 30m (comprimento) 
 
Pela equação da continuidade: A1V1=A2V2 
0,180 m3/s = Y2*B*V2 = 0,50*0,90* V2 >> V2 = 0,40m/s 
 
Obtém-se um tempo t de permanência no canal inferior ao limite máximo permitido: 
t = Vol./Q = Y2*B*L/Q = 0,501*0,90*3,00/0,180 m
3/s = 7,5s 
 
O gradiente de saída no canal e entrada no floculador pode ser finalmente calculado 
por: 
 
J (perda de carga unitária) = (Qn/A*Rh
2/3)2 = 2.10-4 m 
n = 0,013 (concreto liso) 
 
G = (γνJ/µ)1/2 = 67,5 s-1 
v - viscosidade cinemática da água (1,008 x 10-6 m2/s) 
 
 
A declividade do canal será: 
HF/L = J * L/L = J = 0,0004m/m = 0,04% 
 
 
3.3. DIMENSIONAMENTO DO FLOCULADOR 
 
Adotado: tempo de floculação T = 20min 
Portanto, 
Vol. = Q*T = 0,180 m
3/s * 20min * 60s/min = 216 m3 
 
Adotando-se a profundidade do floculador H = 4m, 
A área total será Vol./H = 216 m
3 / 4m = 54m2 . 
Finalmente, o floculador terá 4 setores de mesma área A’= 54m2/4 = 13,5m2. 
Estabelecendo-se B = 1,5m, L = A’/B = 13,5m2 / 1,5m = 9m. Os espaçamentos (e) 
entre chicanas foram pré-estabelecidos, seguindo a exigência de espaçamentos 
 9 
superiores a 0,6m. Foram escolhido 0,7m, 0,8m, 0,9m e 1,0m de espaçamentos do 
primeiro para o quarto setor. 
 
Cálculo do número de chicanas(nc): 
nc = L / e 
 
Tempo de detenção hidráulica médio TDHm = 5min (20min/4). 
 
Cálculo das velocidade longitudinais Ve1: 
A área entre cada chicana, a = B*e 
e = espaçamento entre as chicanas 
 
De acordo com a equação da continuidade, 
Ve1= Q/a 
 
As velocidades nas passagens Ve2 foram estabelecidas como 2/3 das Ve1 
 
Calculo do gradiente hidráulico: 
 
Sendo hf a perda de carga obtida pela soma da perda de carga nas voltas (hp1) e por 
atrito ao longo do escoamento (hp2), dadas por: 
hp1 = (nc * Ve1
2 + (nc – 1)*Ve2
2 ) / 2g 
nc : número de chicanas igualmente espaçadas 
 
hp2 = (Ve1* n)
2 Lt / Rh
4/3 
n: coeficiente de manning (0,013) 
Lt: comprimento total percorrido pela água (Ve1 * TDH) 
 
Estabelecendo-se hf = hp1 + hp2, determina-se o gradiente hidráulico em cada setor: 
Gm = (γhf/µTm)
1/2 
 
1o Setor : G = 30,6s-1 
13 chicanas, igualmente espaçadas em e = 0,7m 
Ve1= 0,17m/s e Ve2= 0,11 m/s 
hp1 = 0,027m; hp2 = 0,00172m; hf =0,029m 
 
2o Setor: G = 24,9s-1 
11 chicanas, igualmente espaçadas em e = 0,8m 
Ve1= 0,15m/s e Ve2= 0,10 m/s 
hp1 = 0,018m; hp2= 0,00103m; hf = 0,019m 
 
3o Setor: G = 20,8s-1 
10 chicanas, igualmente espaçadas em e = 0,8m 
Ve1= 0,15m/s e Ve2= 0,10 m/s 
hp1= 0,013m; hp2= 0,000652m; hf= 0,13m 
 
4o Setor: G = 17,7s-1 
9 chicanas, igualmente espaçadas em e = 1,0m 
Ve1= 0,12m/s e Ve2= 0,08 m/s 
hp1 = 0,009m; hp2= 0,000436m; hf = 0,10m 
 10 
3.4. DIMENSIONAMENTO DO CANAL DE DISTRIBUIÇÃO 
DA ÁGUA FLOCULADA AO DECANTADOR 
 
Cálculo das dimensões do canal de distribuição da água floculada com vazão 
Q = 0,180m3/s: 
 
Tem-se velocidade de saída do floculador V = 0,11m/s 
Pela equação da continuidade: A = Q/V = 0,180m3/s / 0,11m/s = 1,64m2 
Adotando-se pronfundidade h = 1,2m: 
L (largura do canal) = A/h = 1,64m2 / 1,2m = 1,37m ≈ 1,35m 
 
Cálculo da perda de carga total hf no canal: 
 
Perda de carga por atrito 
hf = V
2/2g = 0,112/19,62 = 0,00062m 
 
Cálculo do gradiente médio de velocidade do canal: 
Gm = (γEn/µTm)
1/2 = (9782,65*0,00062m /1,008.10-3*22,7)1/2 = 16,3s-1 
 
 
Cálculo do canal de distribuição de água floculada em cada unidade com 
vazão Q = 0,09m3/s: 
 
Velocidade média de passagem nas comportas adotada como Vm = 0,25 m/s, dentro 
da faixa recomendada em Di Bernardo et al., 2005 20 a 40m/s (para não quebrar os 
flocos formados). 
 
Adotaram-se 4 comportas, cada uma com vazão Qi = Q/4 = 0,09 m3.s-1 / 4 = 0,0225 
m3/s. 
 
Logo, a área Ai de cada comporta será: 
 
Ai = Qi / Vm = 0,0225 m
3.s-1 / 0,25 m.s-1 = 0,09 m2 
 
Dimensões à montante da seção de cada comporta no canal de entrada adotadas: 
 
 
Largura(m) Profundidade(m) 
Área 
(m²) 
À montante da 1ª 
comporta: 0,8 1,2 0,96 
À montante da 2ª 
comporta: 0,7 1 0,7 
À montante da 3ª 
comporta: 0,6 0,8 0,48 
À montante da 4ª 
comporta: 0,5 0,6 0,3 
 
 
 
 11 
Cálculo do gradiente de velocidade médio na entrada do decantador através 
das comportas: 
 
G = 354*Vm
2(f/Rh)
1/2 
Adotando-se f = 0,03 
Rh = A/P = Ai/4*B = 0,09m
2 / 4*0,3m = 0,075m (para cada comporta) 
 
G = 354*0,251,5(0,03/4*0,075m)1/2 
G = 14,0s-1 (menor que o valor máximo 20s-1) 
 
Utiliza-se a variação da áreada seção transversal do canal para uniformizar a 
distribuição de vazão em cada comporta de entrada do decantador. 
 
 
 
3.5. CÁLCULO DO GRADIENTE DA CORTINA DE DISTRIBUIÇÃO 
 
Área lateral do decantador (A) = 32m² 
5 orifícios por m² 
Número de orifícios No = 160 
Diamêtro de cada orifício do = 0,075m 
So = (A/Norificios)
1/2 = (32m2/160)1/2 = 0,45m 
Vazão por orifício: Qo = 90L.s
-1 / 160 = 0,5625L.s-1 
Área de cada orifício Ao = πD
2/4 = π0,0752/4 = 0,00442m2 
Velocidade através de cada orifício Vo = Q/No*Ao = 0,127 m/s 
 
Cálculo do número de Reynolds (Re); 
Re = V*d/ν = (0,127m/s*0,075m)/(1,008x10-6) = 9450 
v - viscosidade cinemática da água (1,008 x 10-6 m2/s) 
 
 Através do gráfico elaborado por Di Bernardo et al., 1980, que relaciona Re versus 
Xo/So, tem-se que Xo/So = 4,5. 
 
Xo = So*4,5 = 0,45*4,5 = 2,025 m 
 
Cálculo do gradiente: 
 
G = (do/So)*(πVo
3/8vCd
2Xo)
1/2 = 
(0,075m/0,45m)*(π*0,1273m3.s-3/8*1,008x10-6m2.s-1*0,612*2,025)1/2 
G = 5,4s-1 
 
Cd = coeficiente de descarga, adotado como 0,61 
 
G menor que o máximo permitido de 20s-1. 
 
Cálculo da distância da cortina de distribuição à entrada do decantador: 
D > 1,5Ha/A 
A: área da cortina 
a: área total dos orifícios 
H: profundidade útil do decantador 
 12 
 
D > 1,5*4*0,707m2/32m2 = 0,13m 
Distância adotada D = 1,0m para redução de zonas mortas. 
 
 
3.6. DIMENSIONAMENTO DO DECANTADOR 
 
Dados: 
Q = 0,180m3 /s = 15,552m3 /d (funcionando 24h/d) 
 
Adotou-se: 
TAS (Taxa de aplicação superficial) = 35m3/m2.d = 4,05 x 10-435m3/m2.s 
 
 Portanto: 
Afloc. = 0,180m
3.s-1 / 4,05 x 10-4 = 35m3/m2.s = 444,34m2 
 
 Devido ao alto valor encontrado para área do decantador, serão necessárias duas 
unidades iguais de decantação. 
 Então a área de cada decantador será: 
afloc. = 444,34 m
2/2 = 222,2 m2 
 
 Com objetivo de reduzir os custos com material, serão utilizadas dimensões para um 
canal de máxima eficiência. 
 
 Adotando-se H (profundidade) = 4m, então B (largura) = 8m. 
 Logo, o comprimento L será: afloc./B = 222,2 m
2/ 8m = 27,78 m. 
 Aproximando-se o valor de L para 28m, tem-se os parâmetros definitivos: 
afloc. = 224m
2 
TDH = 2,74 h 
TAS = 34,7 m3/m2.d = 0,04018cm/s (Vso) 
Ve = 0,09 m
3.s-1/224m2 = 0,281 cm/s 
 
 Em acordo com a recomendação: Ve < 18 Vso 
0,281 cm/s < 18*0,04018cm/s = 0,723 cm/s 
 As calhar coletoras foram dispostas no final do decantador com comprimento menor 
que o máximo recomendado de 20% do comprimento do decantador. 
 
Cálculo das calhas coletoras: 
 
 Vazão máxima por calha determinada pela NBR 12216: q=1,80L/s.m 
 Adotando-se: 
q = 1,7L/s.m 
 Tem-se: 
Comprimento linear de calha = Q/q = 90L.s-1 / 1,7L/s.m = 53m 
 Estabeleceu-se: 
4 calhas com 5m de comprimento e 0,60m de largura e 
2 Meias calhas em cada lateral com 5m de comprimento e 0,30m de largura. 
 
Comprimento das calhas = 5m < 20% x 28m = 5,6m. 
 
 13 
Calculo da profundidade das calhas coletoras: 
q = 1,3.B.H1,5 
 
q = vazão recolhida por calha = Q/5 = 0,09m3.s-1/5 = 0,018 m3.s-1 
B = largura de cada calha = 0,6m 
H = profundidade de cada calha 
 
0,018 m3.s-1 = 1,3*0,6m*H1,5 
H = 0,08m ≈ 0,10m 
 
Profundidade adotada h = 0,20m considerando que o nível de água deve ser 
10cm abaixo da superfície. 
 
Cálculo da inclinação da zona de descarte: 
 
Seção transversal 
I = 1m / (8m – 0,8m) = 14 % 
 
Seção longitudinal 
I’ = 1m / 28m = 4% 
 
3.7. DIMENSIONAMENTO DOS FILTROS 
 
Quatro filtros descendentes de camada dupla areia + antracito. Características 
descritas na Tabela 1. 
Taxa de filtração = 360m3/m2 dia 
Área total dos filtros At= [0,180m
3/s * 86400s dia-1] / 360m3m-2dia-1= 43,20m2 
Área de cada filtro A = 43,20 m2 / 4 = 10,8 m2 
Vazão tratada por cada filtro Q’ = 0,180m3s-1 / 4 = 0,045m3s-1 
Para um canal de máxima eficiência, as medidas dos filtros são: 
B = 2,30m e L = 4,60m 
Velocidade de aproximação (Va) = Q’ / A = 4,2x10
-3 
Fundo falso com vigas californianas de 15cm de largura e orifícios de ½’’. 
Número de vigas por filtro = 2,3m / 0,15m = 15 vigas com 31 pares de furos/viga 
 
Perda de carga no leito filtrante: 
hf = Va * E / ko 
E: espessura da camada 
ko: coeficiente de Darcy-Weisbach ko = [(180v/gCe
2)*(1-Po)/Po
3 Σ(Xi/Di)]
-1 
 v: viscosidade cinemática 
 Ce: coeficiente de esfericidade 
 Po: Porosidade filtro limpo 
 Xi: fração, em peso, do material filtrante retido entre duas peneiras 
consecutivas. 
 Di: tamanho médio das malhas de duas peneiras consecutivas. 
hf na areia 
 
 
Perdas de carga laminares 
Perda de carga na areia: 
Ko = 0,0069 
 14 
hf = 0,15m 
 
Perda de carga no antracito: 
Ko = 0,0182 
hf = 0,25m 
 
Perda de carga na camada suporte: 
ko= 0,189 
hf = Et * Va / ko = 0,009m 
Et : espessura total da camada suporte = 0,40m 
 
Perdas de carga turbulentas: 
Perda de carga nas vigas californianas (nos orifícios): 
hfo= (Qorifício / Cd*Aorificio)
2 * 1/ 2g = 0,0180m 
 Cd = 0,65 (coeficiente de descarga) 
 
Perda de carga em peças especiais: 
 
Peças K 
Entrada normal 0,50 
Saída de canalização 1,00 
Registro de gaveta aberto 0,20 
Tê de passagem direta 0,60 
Tabela 2- Perdas de carga localizadas, coeficiente K. 
 
hfp = Σ(K/2g) * (4*Q’/ π*D
2)2 = 0,24m 
 
hfp+ hfo= 0,018 + 0,24= 0,26m 
 
 Portanto, o nível mínimo de água nos filtros é de 0,26m acima do nível do 
tanque de contato. 
 
3.8. LAVAGEM DOS FILTROS 
Velocidade da água ascensional de lavagem (Vlavagem) = 0,6m/min 
Velocidade mínima para ocorrer fluidificação 
(Vmf)= 1,2845*10
-6 * d60
1,82 [γH2O(γs – γH2O)]
0,94 / μH2O
0,88 
= peso específico da água; 
d = diâmetro da peneira que deixa passar 60% dos grãos do leito filtrante; 
s = peso específico da partícula constituinte do leito filtrante; 
H2O 
= viscosidade absoluta da água. 
 
Vmf= 0,00122m/s (Areia) Vmf=0,00182m/s (Antracito) 
 
Vlavagem > Vmf - ocorre fluidificação 
 
Porosidade da areia expandida: εareia= 0,54 
Porosidade do antracito expandido: εantracito= 0,57 
 
Perda de carga no leito expandido: 
hf = Lareia(1- εo)(ρareia- ρH2O) / ρH2O + Lantracito(1- εo)(ρantracito- ρH2O) / ρH2O 
 15 
hf1= 0,23 + 0,19 = 0,42m 
 
Perda de carga nas tubulações de lavagem: 
Peças K 
Entrada normal 0,50 
Saída de canalização 1,00 
Registro de gaveta aberto 0,20 
2 Tê saída de lado 1,30 
Tabela 3 - Perdas de carga localizadas, coeficiente K. 
 
hf2 = Σ(K/2g) * (4*Q’/ π*D
2)2 = 2,48m 
 
Perda de carga total na lavagem: 
hf1+ hf2 = 2,90m 
 
 O nível mínimo do reservatório de água de lavagem estará a 2,90m acima do 
nível da calha coletora do filtro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 16 
4. Bibliografia 
 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-12216 - Projeto 
de estação de tratamento de água para abastecimento público; procedimento. 
Rio de Janeiro, 1989. 17p. 
DI BERNARDO, L.; DANTAS, A.D. Métodos e técnicas de tratamento de água. São 
Carlos: Rima, 2005. 1566 p. 
LIBÂNIO, M. Fundamentos de qualidade e tratamento de água. Campinas: Átomo, 
2005. 444p. 
VIANNA, M.R. Hidráulica Aplicada às Estações de Tratamento de Água. Belo Horizonte; 
Imprimatur, 1997. 576p.