Aula 5 - Captação de água - Caixa de Areia

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Profa. Dra. Natalia Felix Negreiros
Dimensionamento de Caixa de Areia
Captação de Águas Superficiais
SANEAMENTO
Captação de Água
CAIXA DE AREIA
Engenharia Civil - 2020
UniSalesiano
Profa. Dra. Natalia Felix Negreiros
Figura 1. Captação em rio com pequena variação de nível
3
Características – Caixas de Areia 
Na captação transporte de sólidos muito intenso  caixa de areia para sedimentar partículas em suspensão, pedriscos, etc.
Partículas de areia nocivas à saúde e prejudiciais ao funcionamento da motobomba e ao restante do sistema de captação  tamanho ≥ a 0,2 mm e peso específico = 2,65 g/cm3. 
Caixas de areia  velocidade de escoamento  0,30 m/s.
Velocidade menores provocam a sedimentação de partículas que poderão conferir gosto e odor a água captada. 
Velocidades maiores arrastam as partículas e tornam a caixa de areia ineficiente.
Teoria de sedimentação de Hazen
1- As partículas a serem removidas devem chegar na superfície da caixa de areia; 
2- As partículas que atingem o fundo ali permanecem e não são arrastadas, pois a velocidade de escoamento neste ponto tende a zero por definição.
Características – Caixas de Areia 
Determinando-se a vazão da tomada d'água, que irá percorrer a caixa de areia e limita-se a sua velocidade, são definidas, também, as dimensões da mesma (largura e profundidade). 
Em cima destas dimensões, calcula-se o tempo que uma partícula demora para percorrer o comprimento "L" total da caixa, e se estabelece uma relação que permita que neste intervalo de tempo, a partícula seja sedimentada por gravidade até a caixa. 
É essencial a divisão da caixa de areia duas células, capazes de operar de forma independente, visando as limpezas periódicas e que não podem interferir no funcionamento do sistema como um todo.
5.2.3 Caixa de areia (Desarenador)
NBR 12213/92 – Projeto de Captação de Água de Superfície para Abastecimento Público.
02 unidades;
Sedimentação da partícula com diâmetro maior ou igual a 0,2 mm (100C, velocidade crítica de sedimentação de 2,1 cm/s);
Velocidade de escoamento longitudinal próxima a 0,30 m/s.
Caixa de areia (cont.)
Para evitar curto-circuito a relação comprimento/largura > ou igual a 4;
A largura deve possibilitar a facilidade de construção, no mínimo 0,6 m, para profundidade menor que 1,0m;
Para compensar a turbulência na entrada e saída da caixa de areia deverá considerar um coeficiente de segurança igual ou superior a 1,5.
Caixa de areia
Caixa de areia
Caixa de areia
A retirada de areia pode ser feita:
Com descarga de fundo;
Através de bomba tipo draga;
Manual, e devem ser feitas as seguintes recomendações:
Depósito mínimo para acúmulo de areia equivalente a 10% do volume do desarenador;
Largura mínima que permita o acesso livre e movimentação do operador e equipamento auxilia de limpeza.
Caixa de areia (Desarenador)
vs
vl
Caixa de areia
Vs = h/t			(1)
Vl = L/t= Q/b.h		(2)
h = Q x t/ b x L		(3)
Substituindo (3) em (1) e sabendo-se que b x L= área (A):  área superficial da caixa de areia
Ts = Q/A 		taxa de aplicação (m3/m2dia)
					
A (área da seção transversal) = A x v
 (b x h)
A turbulência da água que ocorre na caixa prejudica a sedimentação  atribuir-se um comprimento maior que o obtido no cálculo. É comum admitir-se um acréscimo de 50%. 
	
Tabela 1 – Velocidade de sedimentação de partículas discretas, com peso específico de 2,65 g/cm3, em água parada a 10oC, segundo Hazen. 
Com estes valores é possível dimensionar facilmente qualquer caixa de areia, de conformidade com as menores partículas que se pretende eliminar. 
Exercício 1 – Caixa de areia (Desarenador)
Uma caixa de areia a ser construída numa captação de água para 240 L/s, deverá reter partículas maiores ou iguais a 0,20 mm admitindo uma largura da caixa de 2,00 m, adotada por conveniência de limpeza manual, determinar o comprimento a ser adotado. 
Dado: Vsed = 21mm/s
Q = m3/s
A = Q/v
L = A/b
Exercício 1 – Caixa de areia (Desarenador)
Uma caixa de areia a ser construída numa captação de água para 240 L/s, deverá reter partículas maiores ou iguais a 0,20 mm admitindo uma largura da caixa de 2,00 m, adotada por conveniência de limpeza manual, determinar o comprimento a ser adotado. 
Dado: Vsed = 21mm/s
Q = m3/s
A = Q/v
L = A/b
Exercício 2
Calcular as dimensões da caixa de areia com os seguintes dados.
• Vazão de projeto: 
1º etapa: 350 L/s 
2º etapa: 490 L/s 
• Características das partículas a serem removidas: 
Diâmetro médio ≥ 0,2 mm 
Velocidade de sedimentação ≤ 0,021 m/s
Largura da caixa : 3 m
Velocidade de escoamento longitudinal: 0,3 m/s
Área: Q/Vsed
Dimensões: L = A/b
Área: Q/Vesco  área transversal
Profundidade= b x h  h = A/b
Exercício 3
Numa captação de água a caixa de areia (desarenador) apresenta as seguintes dimensões: Largura (B = 2m) e comprimento (L = 8m). Sabendo-se que a taxa de aplicação superficial deve ser de 13mm/s, calcular a vazão que pode ser admitida na caixa e profundidade da lâmina líquida para a velocidade v = 3m/s.
 
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 fill:#4F81BD; 
}
.MsftOfcThm_Accent1_Stroke {
 stroke:#4F81BD; 
}
 
 
.MsftOfcThm_Background2_Fill {
 fill:#EEECE1; 
}
 
Diâmetro da 
partícula 
(mm) 
1,00 0,80 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,15 0,10 
Velocidade 
(mm/s) 
100 83 63 53 42 32 21 15 8