SANEAMENTO AGUA AULA DIMENSIONAMENTO DE CAIXA DE AREIA

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DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA
ERICO FENTANES BARROS
Engenheiro Civil
ericofb@hotmail.com
caixa de areia
Desarenador
Desarenador
DIMENSIONAMENTO DE CAIXAS DE AREIA
Introdução.
É uma instalação complementar que tem por finalidade remover da água captada da areia de uma dada granulometria. 
Caixa de areia é um dispositivo que é construído junto às tomadas de água, também chamado de canal de derivação. 
DIMENSIONAMENTO DE CAIXAS DE AREIA
Segundo a NBR 12213 deve ser utilizada quando o curso de água apresenta transporte intenso de sólidos (concentração ≥ 1,0 g/L). São geralmente projetados com seção retangular em planta.
 O seu comprimento é pelo menos 3 vezes maior do que a sua largura, para minimizar a possibilidade de curto circuito da água no seu interior. 
DIMENSIONAMENTO DE CAIXAS DE AREIA
No seu interior ocorre a chamada sedimentação de partículas discretas (partículas que não têm alterado o seu tamanho, forma ou peso ao se sedimentarem).
O dimensionamento consiste na determinação do comprimento L, necessário para que o grão de areia que estiver entrando na parte superior do desarenador (situação mais desfavorável) nele fique retido ao final do seu movimento descendente até o fundo do desarenador. 
CAIXAS DE AREIA
Finalidade. 
As principais finalidades das caixas de areia são: 
• Proteção de bombas, válvulas e acessórios contra a abrasão; 
• Evitar o entupimento e o assoreamento. 
CAIXAS DE AREIA
Função. 
Separar por decantação areias e outros materiais pesados que se encontram em suspensão no fluxo de água. 
CAIXAS DE AREIA
Funcionamento. 
Provocar a deposição por decantação de partículas sólidas mediante a tranqüilização do fluxo de água. 
• Turbulência: provoca o arraste e a suspensão de partículas. 
• Tranqüilizacão: provoca a sedimentação da partícula. 
CAIXAS DE AREIA
Descrição do processo. 
Reduzir e controlar a velocidade de escoamento de forma a forçar a sedimentação ou deposição de partículas acima de um determinado padrão. O mais comum é a remoção de partículas de diâmetros médios e grandes, superiores a 0,2mm. 
CAIXAS DE AREIA
As partículas de areia tem dois movimentos:
 movimento horizontal: devido à movimentação da água nessa direção. Se faz com velocidade constante (vh), igual à velocidade da água. 
movimento vertical: é resultante da ação da força da gravidade, contraposto pelo empuxo da água e pela força de atrito do grão de areia com a água, em seu movimento descendente. 
CAIXAS DE AREIA
Essa velocidade é denominada velocidade terminal de sedimentação ou simplesmente velocidade de sedimentação (vs), e seu valor é determinado experimentalmente. 
CAIXAS DE AREIA
CAIXAS DE AREIA
CAIXAS DE AREIA
CAIXAS DE AREIA
Se esse grão de areia em posição mais desfavorável ficar retido, todos os demais grãos de areia com dimensões iguais ou superiores ao primeiro também ficarão. Equacionamento:
CAIXAS DE AREIA
CAIXAS DE AREIA
CAIXAS DE AREIA
CAIXAS DE AREIA
Condições de projeto de desarenadores (NBR 12213)
• o desarenador deve ser instalado entre a tomada de água e a adutora;
 • devem existir preferencialmente dois desarenadores, dimensionados, cada qual, para a vazão total, ou seja, um deles deve funcionar como unidade de reserva; 
• o desarenador pode ser dispensado quando se comprovar que o transporte de sólidos sedimentáveis não é prejudicial ao sistema;
Condições de projeto
• os desarenadores devem ser dimensionados para a sedimentação de partículas de areia com vS ≥ 0,021m/s (para reterem partículas com d ≥ 0,2 mm); 
• a velocidade de escoamento horizontal (vh) deve ser menor ou igual 0,30 m/s;
 • o comprimento do desarenador obtido no cálculo teórico deve ser multiplicado por um coeficiente de segurança de 1,5; 
Condições para de projeto
• o desarenador com remoção por processo manual deve ter: 
a) depósito capaz de acumular o mínimo equivalente a 10% do volume do desarenador;
Condições para de projeto
b) largura mínima (B) que facilite a construção e a limpeza do desarenador (e possibilite também que vh ≤ 0,30 m/s). 
CAIXAS DE AREIA
Parâmetros. 
Tamanho mínimo das partículas de areia: Ø = 0,2mm.
Velocidade de sedimentação da areia: V = 0,02 m/s – velocidade de deposição na vertical; 
Velocidade máxima do fluxo na caixa de areia – para deposição: V= 0,60 m/s. 
CAIXAS DE AREIA
Obs.: 
É comum a divisão da caixa de areia em duas células, cada uma delas deve operar separadamente. Enquanto uma opera a outra se encontra em manutenção e limpeza. 
A velocidade mínima no canal em espera deve garantir que no canal não se tenha deposições e a velocidade máxima na caixa, em oposição, visa garantir a deposição. 
RESUMO
CAIXA DE AREIA
CAIXAS DE AREIA
Arranjo típico de uma caixa de areia. 
CAIXAS DE AREIA
CAIXAS DE AREIA
Dimensionamentos. 
Cálculo do comprimento mínimo da caixa de areia. Uma partícula que se encontra no Ponto 1 deverá atingir o Ponto 2 decorrido t segundos. Portanto, decorridos t segundos, podemos afirmar que: 
CAIXAS DE AREIA
CAIXAS DE AREIA
CAIXAS DE AREIA
Exemplo de aplicação. 
Dimensionar a caixa de areia de uma tomada d’água com uma vazão máxima de 0,5 m³/s. Estima-se uma quantidade de sólidos em suspensão de 0,1 l por m³ de água e se deseja que a caixa de retenção de areia tenha uma autonomia mínima de três dias. Adotar um coeficiente de segurança s=1,4.
Adotar com largura do canal 1,5 metros.
 
Exemplo de aplicação
velocidade de escoamento horizontal (vh) deve ser menor ou igual 0,30 m/s;
Velocidade de sedimentação da areia: V = 0,02 m/s – velocidade de deposição na vertical; 
Velocidade máxima do fluxo na caixa de areia – para deposição: V= 0,60 m/s. 
RESPOSTA
RESPOSTA
RESPOSTA
RESPOSTA
EXERCICIOS
Dimensionar a caixa de areia de uma tomada d’água com uma vazão máxima de 200 litros/s. Estima-se uma quantidade de sólidos em suspensão e 0,075 l por m³ de água e se deseja que a caixa de retenção de areia tenha uma autonomia mínima de uma semana. Adotar um coeficiente de segurança s=1,5. 
Adotar com largura do canal 2,00 metros.
EXERCICIOS
Dimensionar a caixa de areia de uma tomada d’água com uma vazão máxima de 3,0 m³ /s. Estima-se uma quantidade de sólidos em suspensão de 0,005 l por m3 de água e se deseja que a caixa de retenção de areia tenha uma autonomia mínima de uma semana. Adotar um coeficiente de segurança s=1,4. 
Adotar com largura do canal 1,2 metros.
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