STAE aula 06

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Sistemas de Tratamento de Água e Esgoto 
Aula 06 
 
 
 
 
Profo Flaryston Pimentel 
flarystonunip@yahoo.com.br 
 
Instituto de Ciências Exatas e Tecnologia 
Engenharia Civil 
Campus: Goiânia - Flamboyant 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Filtração 
Definição: Processo de separação sólido-líquido utilizado 
para promover a remoção de material particulado 
presente na fase líquida . 
 
Classificação dos Processos de Filtração: 
 
A) Com relação ao tipo de filtração 
B) Com relação ao tratamento 
C) Com relação ao sentido de escoamento 
D) Com relação ao meio filtrante 
E) Com relação ao seu controle hidráulico 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
A) Com relação ao tipo de filtração 
Filtração em membrana 
 Osmose reversa 
 Nanofiltração 
 Ultrafiltração 
 Microfiltração 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
A) Com relação ao tipo de filtração 
Filtração em meio 
granular 
 Filtros lentos 
 Filtração rápida 
 Filtros de camada 
profunda 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
B) Com relação ao tratamento 
Filtração convencional 
Manancial Coagulação Floculação Sedimentação 
Filtração Água final 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
B) Com relação ao tratamento 
Filtração direta 
Manancial Coagulação Floculação Sedimentação 
Filtração Água final 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
B) Com relação ao tratamento 
Filtração em linha 
Manancial Coagulação Floculação Sedimentação 
Filtração Água final 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
C) Com relação ao sentido de escoamento 
Filtração descendente Filtração ascendente 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
D) Com relação ao meio filtrante 
Camada simples Dupla camada Tripla camada 
Areia 
ou Antracito 
 
Areia 
Antracito 
 
Areia 
Antracito 
Granada 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
D) Com relação ao seu controle hidráulico 
 
Areia 
Antracito 
Taxa de filtração 
Altura do nível d’água acima do meio 
filtrante 
h 
•Taxa de filtração constante 
 Com variação de nível 
 Sem variação de nível 
•Taxa declinante 
h = 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Padrão de água filtrada 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
h 
Diâmetro 
efetivo (de) 

ef
d
h
1.000 (Camada simples de areia 
e dupla camada areia-antracito) 
1.250 (Camada tripla areia, 
antracito e granada) 
1.250 a 1500 (Filtros de camada 
profunda e constituídos de um 
único material filtrante) 
* (1,2 mm  def  1,4 mm) 
1.500 a 2.000 (Filtros de camada 
profunda e constituídos de um 
único material filtrante) 
* (1,5 mm  def  2,0 mm) 
Composição, granulometria e altura do meio filtrante 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Sistema de coleta de água de lavagem 
S 
L 
D 
H0 
H0=Altura entre a borda superior 
da calha de água de lavagem 
e o topo do material filtrante 
S=Espaçamento entre as calhas 
L=Espessura da camada filtrante 
D=altura da calha de água de 
lavagem 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Sistema de coleta de água de lavagem 
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Ve
lo
ci
da
de
 A
sc
en
ci
on
al
 (c
m
/s
)
Expansão (%)
Expansão de Meios Filtrantes 
Areia-Antracito
Areia-CAG
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Sistema de coleta de água de lavagem 
Lavagem exclusivamente com água 
Vazão 
Tempo 
água ascensional 
•Tempo de lavagem: 8 a 
15 minutos 
•Expansão do material 
filtrante: 20% a 30% 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Sistema de coleta de água de lavagem 
Lavagem com água e sistema de lavagem 
superficial 
Tempo 
água ascensional 
Vazão 
água superficial 
•Tempo de lavagem com 
água em contra-corrente: 
8 a 15 minutos 
•Lavagem superficial 
somente: 1min a 2 min 
1,5 l/s/m2 a 3,0 l/s/m2 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Sistema de coleta de água de lavagem 
Vazão 
Tempo 
água ascensional 
ar 
•Tempo de lavagem com 
água em contra-corrente: 
8 a 15 minutos 
•Tempo de lavagem com 
ar: 2 a 3 minutos 
•Expansão do material 
filtrante: 20% a 30% 
10 l/s/m2 a 20 l/s/m2 
Lavagem com ar unicamente seguido de 
água 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Sistema de coleta de água de lavagem 
Tempo 
Vazão 
ar 
água ascencional 
4 l/s/m2 a 8 l/s/m2 
•Tempo de lavagem com 
água em contra-corrente: 
8 a 15 minutos 
•Expansão do material 
filtrante: 20% a 30% 
Lavagem com ar e água simultâneamente 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
•Definição da concepção do sistema de filtração 
(simples, dupla camada ou tripla camada); 
 
•Definição da granulometria dos materiais filtrantes e 
sua respectiva espessura; 
 
•Definição do controle hidráulico do sistema de filtração 
(Taxa de filtração constante (com variação ou não de 
nível) ou taxa de filtração declinante); 
 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
•Definição das características da camada suporte; 
 
•Fixa-se a taxa de filtração; 
 
•Camada simples de areia (def=0,5 mm): 120 m
3/m2/dia; 
 
•Dupla camada areia-antracito: 240 m3/m2/dia; 
 
•Camada simples de areia (def=1,2 a 2,0 mm): 
360 m3/m2/dia a 480 m3/m2/dia. 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
A partir da curva de distribuição granulométrica são 
definidos os parâmetros que caracterizam o meio 
filtrante: 
 
 Tamanho do maior e menor grão; 
 
 Tamanho efetivo: D10 que corresponde ao tamanho 
para o qual se obtém 10 % (em peso) do material que 
passa; 
 
 Coeficiente de Uniformidade (CU): CU= D60/D10); 
Características do meio filtrante 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
 Forma do grão e geometria dos grãos: 
 Coeficiente de esfericidade 
 (Ce; superfície específica e diâmetro volumétrico dos grãos); 
 Fator de forma (F) 
 
 Porosidade ( = volume vazios/volume total meio filtrante). 
 
 Solubilidade em ácido clorídrico e hidróxido de sódio; 
 
 Massa específica ( - kg/m3). 
Características do meio filtrante 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Características do meio filtrante 
Diâmetro 
P
o
rc
e
n
ta
g
e
m
 q
u
e
 
p
a
s
s
a
 (
%
) 
d10 d60 dmenor grão dmaior grão 
10
60
d
d
CU 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Características do meio filtrante 
Meio Filtrante d10 (mm) C.U. Altura (m) 
CAMADA ÚNICA 
Areia 0,45-0,55 <1,6 0,60-0,80 
Areia 0,80-1,20 <1,5 1,20-1,80 
Antracito 1,1-1,5 <1,5 1,20-1,80 
AREIA-ANTRACITO 
Areia 0,45-0,55 <1,6 0,15-0,30 
Antracito 0,90-1,10 <1,8 0,30-0,60 
AREIA-ANTRACITO-GARNET 
Areia 0,45-0,55 <1,6 0,15-0,30 
Antracito 0,90-1,10 <1,8 0,30-0,60 
Garnet 0,20-0,30 ------ 0,10-0,15 
 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
De acordo com a NBR 12216/92: 
 Filtros de uma camada de areia: 
 Espessura mínima de 45 cm; 
 Tamanho efetivo: 0,45 a 0,55 mm; 
 Coeficiente de uniformidade: 1,4 a 1,6. 
Características do meio filtrante 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
De acordo com a NBR 12216/92: 
 Filtros de fluxo ascendente 
 Espessura mínima: 200 cm; 
 Tamanho efetivo: 0,7 a 0,8 mm; 
 Coeficiente de uniformidade: ≤ 2. 
Características do meio filtrante 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
De acordo com a NBR 12216/92: 
 Filtros de camada dupla: 
 Areia: 
 Espessura mínima: 25 cm; 
 Tamanho efetivo: 0,40 a 0,45 mm; 
 Coeficiente de uniformidade: 1,4 a 1,6. 
 Antracito: 
 Espessura mínima: 45 cm; 
 Tamanho efetivo:0,80 a 1,0 mm; 
 Coeficiente de uniformidade: ≤ 1,4. 
Características do meio filtrante 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Características do meio filtrante 
 Areia Antracito 
Espessura da camada 15 a 30 45 a 60 
Tamanho efetivo 0.5 a 0.6 0.8 a 1.1 
Coeficiente de uniformidade <1.5 <1.5 
Menor grão 0.42 0.59 
Maior grão 1.41 2.0 
De acordo com a NBR 12216/92: 
 Filtros de camada dupla: 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Características hidráulicas 
Lei de Darcy 
 
 
V = K x i, onde: 
 
V = Velocidade de descarga em (cm/s ou m/s) 
K = Constante de permeabilidade (cm/s ou m/s) 
i = Gradiente hidráulico 
i = h/L, onde: 
L = Altura da amostra (cm) 
h = Carga hidráulica (cm) 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Características hidráulicas 
Fórmula de Fair et al. (1968) para grãos não esféricos 
de meios filtrantes limpos estratificados: 
 
 
 
 
Xi: porcentagem em peso da fração que passa 
Deq: média geométrica das aberturas das duas peneiras 
consideradas; 
ρa: massa específica da água (kg/m3); 
Ce: coeficiente de esfericidade correspondente a cada subcamada 
do material granular (1,0 é a esfera ideal) 
ε : porosidade do meio; 
















 n
i
n
ia Deq
Xi
gCe
V
Deq
Xi
Ce
V
gL
H
1
3
2
1
223
2 )1(
75,1
)1(
150 
PERDA DE CARGA EM MATERIAIS FILTRANTES LIMPOS 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Dimensionamento hidráulico 
• Vazão total: 1,0 m3/s; 
• Filtros de dupla camada areia-antracito; 
• Taxa de filtração: 240 m3/m2/dia; 
• Lavagem com ar seguido de água em contra-corrente; 
• Número de decantadores: 04; 
• Largura do decantador: 12,0 m. 
 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Dimensionamento hidráulico 
1) Cálculo da área total de filtração (Atf) 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Dimensionamento hidráulico 
2) Cálculo aproximado do número de filtros (N) 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Dimensionamento hidráulico 
3) Cálculo da área de cada filtro (Af) 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Dimensionamento hidráulico 
4) Definição das dimensões básicas de cada filtro: 
Cada decantador apresenta uma 
largura individual de 12,0 metros e, 
admitindo-se que a cada um esteja 
associado 02 filtros, tem-se que: 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Dimensionamento hidráulico 
4) Definição das dimensões básicas de cada filtro: 
ABASTECIMENTO DE ÁGUA 
Layout de uma ETA 
Canal de água coagulada 
CASA DE 
QUÍMICA 
F1 F2 F8