Projeto ETA

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SISTEMAS DE ABASTECIMENTO E TRATAMENTO DE ÁGUA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROJETO ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA 
 
 
 
 
 
 
Discente: Hilton do E. Santo 
Brandão 
 Docente: Msc. Alberto Filho 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VÁRZEA GRANDE - MT 
 2022 
 
Hilton do Espirito Santo Brandão 
email: eng.hiltonbrandao@gmail.com 
Fone:(65) 99204-5441 
 
 
Engenharia Ambiental e Sanitária 
mailto:eng.hiltonbrandao@gmail.com
 
 
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Sumário 
 
1. Coagulação E Mistura Rápida: Calha Parshall .................................... 4 
1.1. Cálculo da Profundidade e Velocidade da Água na Seção de Medição 
(Seção 0) ............................................................................................ 4 
1.2. Vazão Específica na Garganta do Parshall ........................................ 4 
1.3. Carga Hidráulica Disponível .............................................................. 4 
1.4. Cálculo da Velocidade e da Profundidade da Água Imediatamente Antes 
do Ressalto (Seção 1) ........................................................................ 4 
1.5. Número de Froude ............................................................................. 5 
1.6. Cálculo da Altura Conjugada do Ressalto (Seção 2) .......................... 5 
1.7. Profundidade e Velocidade da Água na Seção de Saída (Seção 4) .. 5 
1.8. Extensão do Ressalto e Perda de Carga ........................................... 5 
1.9. Tempo de Mistura e Gradiente de Velocidade .................................... 5 
2. Floculador de Chicanas de Fluxo Horizontal ...................................... 6 
2.1. Dimensões do Tanque da Floculação ................................................. 6 
2.2. Cálculo do Número de Canais entre as Chicanas ............................... 6 
2.3. Velocidade da Água nos Trechos Retos ............................................. 7 
2.4. Velocidade nas Curvas ....................................................................... 7 
2.5. Comprimento Percorrido Pela Água .................................................... 8 
2.6. Perda de Carga ................................................................................... 8 
2.6.1 Perda de Carga nas Curvas (Localizadas) ...................................... 8 
2.6.2 Perda de Carga por Atrito (Distribuída) ........................................... 8 
2.7. Gradiente de Velocidade ..................................................................... 9 
 
 
3 
 
3. Decantador Convencional ................................................................... 10 
3.1. Área Superficial do Tanque ............................................................... 10 
3.2. Área da Seção Transversal do Tanque ............................................. 10 
4. Filtro Rápido ......................................................................................... 12 
4.1. Concepção do Sistema de Filtração .................................................. 12 
4.2. Área de Filtração ............................................................................... 12 
4.3. Número Aproximado de Filtros .......................................................... 12 
4.4. Área Individual de cada Filtro ............................................................ 12 
4.5. Dimensões de cada Filtro .................................................................. 13 
4.6. Concepção do Fundo Falso e Sistema de Drenagem ....................... 13 
4.7. Sistema de Lavagem dos Filtros ....................................................... 13 
4.8. Vazão de Água de Lavagem ............................................................. 14 
4.9. Volume de Água de Lavagem ........................................................... 14 
4.10. Vazão de Água de Ar ........................................................................ 14 
4.11. Calha de Coleta de Água de Lavagem ............................................. 14 
5. Desinfecção: Tanque de Contato ........................................................ 16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
1. COAGULAÇÃO E MISTURA RÁPIDA: CALHA PARSHALL 
 
Q= 58 L/s → 0,058 m3 
 
u = 0,001071 N/s/m2 
 
D= 0,845 m 
1´(305m) g= 9,8 m/s K=0,076 m 
P= 998,68 kg/m 
 
k=1,276 e n=0,657 
c=0,610 N=0,229 m 
 
1.1. CÁLCULO DA PROFUNDIDADE E VELOCIDADE DA ÁGUA NA 
SEÇÃO DE MEDIÇÃO (SEÇÃO 0) 
 
H° = k . Q n → 1,276 . ( 0,0058) 0,657 = 0,197 m 
D° = 2/3 (D-W) + W → 2/3 (0,845-0,305) + 0,305 = 0,665m 
 
U° = Q/ D° . H° → 0,0058 / 0,665 . 0,197 = 0,443 m/s 
 
1.2. VAZÃO ESPECÍFICA NA GARGANTA DO PARSHALL 
 
Q= Q/W = 0,058 / 0,305 = 0,19 m/s/m 
 
1.3. CARGA HIDRÁULICA DISPONÍVEL 
 
(E° = U° 2 / 2 . g )+ H° + N → (0,443 2 / 2 . 9,8) + 0,197 + 0,229 = 0,436 m 
 
1.4. CÁLCULO DA VELOCIDADE E DA PROFUNDIDADE DA ÁGUA 
IMEDIATAMENTE ANTES DO RESSALTO (SEÇÃO 1) 
 
Cos ꬰ = - g . q / (2/3 . g . E°) 1,5 → -9,8 . ( 2/3 . 9,8 . 0,436) 1,5 = -0,387 
U1= 2 √ ((2 . g . D°) / 3) . Cos ꬰ → 2 . √ ((2 . 9,8 . 0,436) / 3) . 0,792 
U1= 2,67 m/s 
 
 
5 
 
h=1 q/U1 → 0,19/2,67 = 0,072 m 
 
1.5. NÚMERO DE FROUDE 
 
F1= U1 / √ ( g . h1) → 2,67 √ (9,8 . 0,072) = 3,18 → ressalto oscilante 
 
1.6. CÁLCULO DA ALTURA CONJUGADA DO RESSALTO (SEÇÃO 2) 
 
H2 = h1 / 2 . ( √ (1+ 8 . F1 2) -1) → 0,072 / 2 . √ ( 1+8 . 3,182) -1) = 0,290 m 
 
1.7. PROFUNDIDADE E VELOCIDADE DA ÁGUA NA SEÇÃO DE SAÍDA 
(SEÇÃO 3) 
H3=h2-(N-k) → 0,290 – (0,229-0,0076) = 0,137 m 
H3= Q/C.h3 → 0,058/ 0,610 . 0,137 = 0,694 m/s 
 
1.8. EXTENSÃO DO RESSALTO E PERDA DE CARGA 
 
L= 6 . ( h2 – h1) → 6 . (0,290 – 0,072) = 1,308 m 
H= ( h2-h1) 3 / (4 . h1 . h2) → ( 0,290-0,072)3 / (4 . 0,072 . 0,290) = 0,124 m 
 
1.9. TEMPO DE MISTURA E GRADIENTE DE VELOCIDADE 
 
T= L / (U1+U3) / 2 → 1,308 / (267 + 0,694) / 2 = 0,78 s 
 
G= √ (((g . p) / u) . (h / T)) → √ ((( 9,8 . 998,68) / 0,001071) . (0,124 / 0,78) 
G = 1205,30 
G . T = 940,13 
Segundo a NBR 12216/92 o G . T= 940,13, apresenta boas condições de 
mistura, com ressalto oscilante. É considerado ideal. 
 
 
6 
 
2. FLOCULADOR DE CHICANAS DE FLUXO HORIZONTAL 
 
Q= 58 L/s → 0,058 m3 
Tempo total de floculação = 55 min 
O canal de floculação será divido em três trechos de igual 
volume; G= 40 s-1, 30 s-1 e 20s-1 
Comprimento = 2 m 
Profundidade = 0,9 m 
Coeficiente Darcy = 0,025 P= 998,68 kg/m 
u = 0,001071 N/s/m2 
 
2.1. DIMENSÕES DO TANQUE DA FLOCULAÇÃO 
 
Volume total = V = Q . T → 0,058 . 55 . 60 = 19140 m3 
Largura total = sendo H = 0,9 m e L = 52m 
 
A= V / L . H → 191,40 / 46,8 = 4,09 / 3 (chicanas) = 1,36 m (cada uma) 
 
2.2. CÁLCULO DO NÚMERO DE CANAIS ENTRE AS CHICANAS 
 A área total normal ao fluxo é: A= H . L → 0,9 . 52 = 46,8 m2, e o 
tempo de floculação em cada trecho T= 55 . 60 / 3 = 1100 s. 
 
 
7 
 
Aplicando agora a equação de número de canais entre chicanas para o 
primeiro trecho. 
 
M= (( u/p) . (18 / 13+ 9 . f) . (((A/G) . G)2) . T)(1/3) 
M= ((0,001071/998,68) . (18 / 13+ 9 . 0,025) . (((46,8/0,058) . 40)2) . 1100)(1/3) 
M= 119 chicanas, e o espaçamento entre elas é de: 
e= L/M → 52/119= 0,43 m 
 
Para o segundo trecho. 
 
M= ((0,001071/998,68) . (18 / 13+ 9 . 0,025) . (((46,8/0,058) . 30)2) . 1100)(1/3) 
M= 98 chicanas, e o espaçamento entre elas é de: 
e= L/M → 52/119= 0,53 m 
 
Para o terceiro trecho. 
 
M= ((0,001071/998,68) . (18 / 13+ 9 . 0,025) . (((46,8/0,058) . 20)2) . 1100)(1/3) 
M= 75 chicanas, e o espaçamento entre elas é de: 
e= L/M → 52/119= 0,69 m 
 
2.3. VELOCIDADE DA ÁGUA NOS TRECHOS RETOS 
 
O cálculo posterior inicia-se pela velocidade da água, e para isso foi adotado 
um valor, que deve estar entre 10 e 30 cm/s. 
 
Trecho 1= 0,23 m/s 
Trecho 2= 0,19 m/s 
Trecho 3= 0,13 m/s 
 
2.4. VELOCIDADE NAS CURVAS 
 
V2 = 2 . V1 /3 
 
 
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V2 (trecho 1) = 0,23 / 3 = 0,153 m/s 
V2 (trecho 2) = 0,19 / 3 = 0,127 m/s 
V2 (trecho 3) = 0,13 / 3 = 0,087 m/s 
 
2.5. COMPRIMENTO PERCORRIDO PELA ÁGUATempo de floculação para cada tanque = 55 min / 3 = 18,33 min 
 
C1= V1 . T 
C1 (trecho 1) = 0,23 . 18,33 . 60 = 252,95 m 
C1 (trecho 2) = 0,19 . 18,33 . 60 = 208,96 m 
C1 (trecho 3) = 0,13 . 18,33 . 60 = 142,97 m 
 
2.6. PERDA DE CARGA 
 
n = coeficiente de rugosidade = 0,012 
Altura útil = 0,5 m 
 
2.6.1 PERDA DE CARGA NAS CURVAS (LOCALIZADAS) 
 
Hcurvas = (( N + 1) . V12 + N . V22 / 2 . g 
Hcurvas (trecho 1) = (( 119 + 1) . 0,232 + 119 . 0,1532 / 2 . 9,8 = 0,466 
Hcurvas (trecho 2) = (( 98 + 1) . 0,192 + 98 . 0,1272 / 2 . 9,8 = 0,262 
Hcurvas (trecho 3) = (( 75 + 1) . 0,132 + 75 . 0,0872 / 2 . 9,8 = 0,094 
 
2.6.2 PERDA DE CARGA POR ATRITO (DISTRIBUÍDA) 
 
Hatrito = (V1 . n) . C1 / RH 4/3 
RH = (e . Hu) / ( e + 2 . Hu) 
RH (trecho 1) = (0,43 . 0,5) / ( 0,43 + 2 . 0,5) = 0,150 m 
RH (trecho 2) = (0,53 . 0,5) / ( 0,53 + 2 . 0,5) = 0,173 m 
 
 
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RH (trecho 3) = (0,69 . 0,5) / ( 0,69 + 2 . 0,5) = 0,205 m 
Hatrito (trecho 1): (0,23 . 0,012)2 . 252,95 / 0,150 4/3 = 0,024m 
Hatrito (trecho 2): (0,19 . 0,012)2 . 208,96 / 0,173 4/3 = 0,011m 
Hatrito (trecho 3): (0,13 . 0,012)2 . 142,97 / 0,205 4/3 = 0,003m 
 
Tabela 1: Valores de perda de carga para os trechos 
 Trecho 1 Trecho 2 Trecho 3 
Hcurvas (m) 0,466 0,262 0,094 
Hatrito (m) 0,024 0,011 0,003 
Htotal (m) 0,490 0,273 0,097 
Fonte: Próprio Autor (2022). 
 
2.7. GRADIENTE DE VELOCIDADE 
 
Por fim, faz-se o cálculo do gradiente de velocidade (G) para cada trecho. 
 
G= ( y . Htotal / u . T) ½ → u = 1,029 . 10-4 N/s/m2 y=1000Kgf/m3 T=18,33 
 
GTrecho1= ( 1000 . 0,490 / 1,029 . 10-4. 18,33 . 60) ½ = 65,80 s-1 
GTrecho2= ( 1000 . 0,273 / 1,029 . 10-4. 18,33 . 60) ½ = 49,11 s-1 
GTrecho3= ( 1000 . 0,097 / 1,029 . 10-4. 18,33 . 60) ½ = 29,27 s-1 
 
 
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3 DECANTADOR CONVENCIONAL 
 
Q= 58 L/s → 0,058 m3 
 
Trata-se de uma instalação de pequeno porte, podendo-se portanto, 
tomar: Taxa de escoamento superficial → 30 m3 
Velocidade longitudinal → 
0,2 cm/s 
 
3.1 ÁREA SUPERFICIAL DO TANQUE 
 
A = Q/Vcs → 86400 . 0,058 / 30 = 167,04 m2 
Adotando 
uma relação 
b/1 = l/10 
 
resulta: 
b . l = 167,04 ou l2 / 10 = 
167,04 l= √ (10 . 167,04) 
= 40,87 m 
b= 167,04 / 40,87 = 4,08 m 
 
3.2 A ÁREA DA SEÇÃO TRANSVERSAL DO TANQUE 
 
A= Q/ V0 = 0,058 . 100 / 0,2 = 29 m2 
Altura útil: 
H = área / b → 29/4,08 = 7,10 m → adotando 
7,5 m 
 
 
 
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Verificação do tempo de detenção: 
 
T=Volume/Q → 40,87 . 4,08 . 7,5 / 0,058 . 3600 = 5,98 h 
Verificação do número de Froude: 
 
Fr= Q2 (b+2.h) / g .(b.h) 3 
Fr= 0,0582 (4,08+2.7,5) / 9,8 .(4,08.7,5) 3 
Fr= 0,000000229 ou 2,29 . 10-7 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4 FILTRO RÁPIDO 
 
Q= 58 L/s → 0,058 m3 
 
4.1 CONCEPÇÃO DO SISTEMA DE FILTRAÇÃO 
Água afluente submetida a processo de coagulação e decantação 
→ filtração rápida. 
Camada filtrante: Pode ser simples, dupla ou tripla. Adotou-se: 
dupla: antracito + areia. 
Controle hidráulico do sistema: 
Opção: taxa de filtração constante: com ou sem variação de nível → taxa de 
filtração declinante. 
Optou-se por: taxa de filtração constante, com variação de nível 
Taxa de filtração: Camada dupla (antracito+areia), pela NBR 12216/92, 
na impossibilidade de ensaios em filtro-piloto, taxa máxima de 360 
m³/(m².d) → Adotou-se: 240 m/d 
 
4.2 ÁREA DE FILTRAÇÃO 
A= Q / TAS = 0,058 m3/s . 86400 s / 240 m3 / (m2d) . 1 d = 20,88 m2 
4.3 NÚMERO APROXIMADO DE FILTROS 
Considerar → número de decantadores e fórmula empírica de 
Kawamura: Nf = 0,0195 √ Q, sendo Q em m3/ dia 
Nf = 0,0195 √ 5011,2 → 1,38 filtros 
 Adotou-se : 2 filtros 
4.4 ÁREA INDIVIDUAL DE CADA FILTRO 
Recomendável: 25 a 
100 m² 
 
 
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𝐴𝑓 = 𝐴𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 / 𝑁𝑓 → 20,88 𝑚² / 2 = 
10,44 𝑚² 
4.5 DIMENSÕES DE CADA FILTRO 
Decantador : 10 m de largura 
Como são 2 filtros → 5 m para 
cada filtro 1m+Bf = 5 
Bf=4m 
 
Af=Bf . Lf 
Lf = 10,44 / 4 = 2,61 m 
 
4.6 CONCEPÇÃO DO FUNDO FALSO E SISTEMA DE DRENAGEM 
Adotando blocos Leopold, o fabricante recomenda camada suporte 
conforme tabela: 
 
Tabela 2: Camada suporte – granulometria e altura 
Camada Granulometria (mm) Altura (cm) 
Camada 1 12,7 mm a 19,0 mm 5,0 cm (Topo) 
Camada 2 6,4 mm a 12,7 mm 5,0 cm 
Camada 3 3,2 mm a 6,4 mm 5,0 cm 
Camada 4 1,6 mm a 3,2 mm 5,0 cm 
Camada 5 3,2 mm a 6,4 mm 5,0 cm 
Camada 6 6,4 mm a 12,7 mm 5,0 cm 
Camada 7 12,7 mm a 19,0 mm 5,0 cm (Fundo) 
Total 35 cm 
Fonte: Filtração – UFPR (2022) 
 
4.7 SISTEMA DE LAVAGEM DOS FILTROS 
Vazão da água de lavagem: segundo NBR 12216/92, deve-se 
 
 
14 
 
proporcionar expansão de 20 a 30% do material filtrante [Depende das 
características do material filtrante, mas equivale a uma velocidade de 
lavagem da ordem de 0,5 a 0,6 m/min para filtro de fluxo descendente e, 
0,8 a 1,0 m/min para filtro de fluxo ascendente] e velocidade de lavagem > 
0,6m/min (filtro de fluxo descendente) e >0,8m/min (filtro de fluxo 
ascendente). 
 
4.8 VAZÃO DE ÁGUA DE LAVAGEM 
Adotando: Lavagem com ar seguido de água em contra-corrente e 
velocidade de ascensão da água de lavagem de 1,3 cm/s. 
 
QAL = v Af → 1,3 cm . 10,44 / s . 100 cm = 0,135 m3/s 
 
4.9 VOLUME DE ÁGUA DE LAVAGEM 
NBR 12216/92 determina tempo mínimo de lavagem de 10 min (filtro 
de fluxo descendente) e 15 min (filtro de fluxo ascendente) → 
Admitindo, então, duração de 10 min, tem-se: 
 
Vol = QALt = 0,135 m3 . 10 . 60 s / s . 1 min = 81 m3 
NBR 12216/92 determina capacidade mínima do reservatório para 
lavagem de 2 filtros, logo: 
Reservação = 2Vol = 2 × 81 m³ 
= 162 m³ Adotou-se : 200 m3 
 
4.10 VAZÃO DE ÁGUA DE AR 
Adotando vazão do ar durante a lavagem de 15 L/s/m² 
Qar = 15 L . 10,44 m2 / s.m2 = 156,6 L/s 
4.11 CALHA DE COLETA DE ÁGUA DE LAVAGEM 
 
 
 
15 
 
Admite-se 5 calhas/filtro, assim vazão 
individual por calha: Qcalha = 0,135 m3/s / 5 = 0,027 
m3/s 
Pode-se usar a fórmula: Q = 1,38 B . h01,5 , sendo h0 o nível máximo: 
 
B (m) h0 (m) 
0,2 0,564 
0,4 0,655 
0,5 0,306 
0,6 0,271 
0,8 0,224 
 
 
Espaçamento entre calhas: Esp = 
9m
5 calhas
 = 1,8 m 
 
 
 
← Adotou-se calhas com B = 0,5m e H = 0,4 m 
 
 
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5. DESINFECÇÃO: TANQUE DE CONTATO 
 
Para o dimensionamento do tanque de contato será adotado uma 
temperatura de 20°C. Considerando uma comunidade de pequeno porte e com 
pequenas extensões de tubulações, o valor de 0,4 mg/L de cloro livre na saída é 
suficiente para que em qualquer ponte da rede seja possível obter uma 
concentração mínima de 0,2 mg/L de cloro residual. Quanto ao pH, a Portaria 518 
recomenda um pH inferior a 8,0 assegurando a prevalência superior a 80 % do 
ácido hipocloroso, logo o pH adotado será de 7. 
 
 
Tabela 3: Valores de perda de carga para os trechos 
Fonte: Portaria 2917/2011 Ministério da Saúde 
 
 
Dados obtidos através da portaria: 
T min de contato = 20 min 
Dados da estação Q = 58 L/s 
V = Q x T 
V = 58 x 20 x 60 = 69600 L = 69,6 m³ 
Comprimento / Largura = 2 (adotado) 
Comprimento = 5m 
Largura = 2,5m 
 
Altura útil + altura de segurança = 2,0m 
 
 
Determinando a capacidade de cloração, considerando que a água contém 
apenas traços de nitrogênio orgânico e amoniacal. 
 
Capacidade da estação: 
 
C = 0,058 m3 / s . 86400 
S = 5011,2 m3/dia 
 
 
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Capacidade da instalação para uma dosagem máxima de 5 mg/L: 
C = 5011,2 . 6 / 1000 = 30,06 Kg/dia