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A PROJETO ETA CLARA, TANISI E RENAN

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UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO
FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA
CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS
Clara Nathaly Daltrozo
Renan Signor
Tanisi Alves dos Santos
Projeto de Instalação de uma Estação de Tratamento de Água para uma Indústria de Alimentos
Disciplina: Tratamento de Águas e Efluentes
Professor: Dr. Marcelo Hemkemeier
Passo Fundo
2017
1 MEMORIAL DESCRITIVO
Estação de tratamento de água
Este projeto tem como finalidade a instalação de uma Estação de Tratamento de Água (ETA), a fim de se obter uma água tratada de qualidade para suprimento das necessidades de água em uma indústria alimentícia. A estação de tratamento irá operar durante 24h/d, com uma vazão diária de 1680m³/d. A água bruta para tratamento será captada a partir de fonte subterrânea (poço) e fonte superficial (rio). As características a serem removidas da água bruta são apresentadas na tabela abaixo:
Tabela 1 - Características da água bruta subterrânea e superficial
	Característica
	Água subterrânea
	Água superficial
	Matéria orgânica
	X
	X
	Turbidez
	
	X
	Cor
	
	X
	Fe, Mn
	X
	
Etapas da operação de tratamento de água
	A fim de se obter uma água de qualidade, as etapas da operação de tratamento podem ser observadas no fluxograma abaixo:
 
Figura 1. Fluxograma do processo
1.3 Aerador cascata
 	A instalação de um aerador cascata tem por finalidade a incorporação de oxigênio na água para a remoção de ferro e manganês presentes. Este compreende em três ou quatro plataformas superpostas e com dimensões crescentes de cima para baixo, separadas de 0,25 a 0,50m (queda total de 0,75 a 3,00m). As plataformas podem ser circulares ou retangulares. O processo de aeração ocorre pela queda de água de uma bandeja para a outra, incorporando moléculas de oxigênio.
1.4 Filtro
 	A filtração é um processo de separação sólido-líquido, envolvendo fenômenos físicos, químicos e, as vezes biológicos, visando a remoção das impurezas da água por sua passagem através de um meio poroso.
 	Quando a velocidade com que a água atravessa o leito filtrante é baixa, o filtro é denominado filtro lento. Quando é elevada é denominado filtro rápido. Um filtro rápido consiste em uma camada de areia, ou em alguns casos, de uma camada de um meio poroso mais grosso e menos denso (ex. antracito), colocado sobre a camada de areia, permitindo a filtração a taxas mais elevadas.
1.5 Misturador
 	A mistura tem a finalidade de promover a dispersão do coagulante a água. Essa dispersão deve ser a mais homogênea possível, ou seja, uma distribuição equânime e uniforme do coagulante a água, e a mais rápida possível. A eficiência da coagulação e das fases subsequentes do tratamento, está relacionada com a formação dos primeiros complexos de cátions metálicos hidrolisados. 
 	Essa reação de hidrolise é muito rápida e para haver a desestabilização dos colóides é indispensável a utilização de algumas gramas de coagulante sobre toda a massa de água em um tempo muito curto, o que implica na necessidade de aplica-lo em uma região com grande turbulência. A diluição pode ser feita nos próprios tanques, ou aplicando-se na canalização, quando se tem uma vazão conhecida, como neste caso.
1.6 Floculação 
A coagulação, ou seja, a desestabilização e agregação inicial da matéria coloidal pela adição a água de produtos químicos floculantes, tais como sulfato de alumínio e sulfato de ferro III, realiza-se na câmara de mistura rápida. Segue-se o processo de floculação em um tanque com dimensões calculadas conforme a vazão, que consiste na aglomeração das partículas já desestabilizadas, pelas colisões induzidas por seu movimento relativo. 
Os processos de floculações podem ser hidráulicas através de bombas, ou pode ser mecânico feito através de agitadores mecanizados como neste caso. Estes são sem dúvida os mais utilizados, com movimentos giratórios, com paletas paralelas ou perpendiculares ao eixo central, este pode ser horizontal ou vertical, quando bem dimensionados duram anos sem maiores problemas e obtendo-se resultados satisfatórios.
1.7 Decantação
O processo de sedimentação para a remoção de partículas sólidas em suspensão é um dos mais comuns no tratamento de água. Consiste na utilização das forças gravitacionais para separar partículas de densidade superior à da água, depositando-as em uma superfície ou zona de armazenamento. As partículas que não são removidas na sedimentação, seja por seu pequeno tamanho, deverão ser removidas na filtração. O decantador será um tanque de fluxo horizontal, considerado simples, más de alta eficiência e baixa sensibilidade a condições de sobrecarga.
1.8 Desinfecção
A desinfecção tem por finalidade a destruição de microrganismos patogênicos presentes na água (bactérias, protozoários, vírus e vermes). A desinfecção é necessária, porque não é possível assegurar a remoção total dos microrganismos pelos processos físico-químicos, usualmente utilizados no tratamento de água. Entre os agentes de desinfecção, o mais usualmente empregado na purificação da água é o cloro, porque é facilmente disponível, é barato, é fácil de aplicar devido a sua alta solubilidade e é capaz de destruir a maioria dos microrganismos patogênicos.
O cloro apresenta algumas desvantagens, porquanto é um gás venenoso e corrosivo, requerendo cuidadoso manejo e pode causar problemas de gosto e odor, particularmente na presença de fenóis. O ozônio é o mais próximo competidor do cloro, sendo utilizado em larga escala na europa.
1.9 Fluoretação
 A fluoretação da água é o ajuste da concentração de fluoreto natural, ou seja, ajustar a água deficiente em fluoreto para o nível recomendado para a saúde dental ideal. Os três tipos de fluoreto que são utilizados para fluoretar a água são o fluoreto de sódio, fluorsilicato de sódio e ácido fluorsilícico. O nível ideal de fluoreto na água varia em uma faixa de 0,7 – 1,0 ppm.
1.10 Neutralização
A correção do pH é executada por meio de acréscimo de produtos químicos com intuito que a água não se torne demasiadamente ácida, caso aconteça ocorrerá corrosão de tubulações e equipamentos. Uma forma de ajuste do pH são dois tipos de produtos diferentes, Carbonato de Sódio (Barrilha) e Cal Hidratada, que alteram suas aplicações de acordo com as características da água a serem dosadas. A utilizada na ETA é a cal hidratada e, havendo disponibilidade local, pode ser utilizada a cal virgem.
MEMORIAL DE CÁLCULO
Será captada para tratamento uma vazão de 10 m³/h de água subterrânea de poço e 60 m³/h de água superficial captada de rio.
Aerador cascata
	Aerador cascata de aço inox 304, composto de três bandejas superpostas, separadas por uma distância de 0,4m, com entrada do fluxo de água por uma tubulação concêntrica, conforme mostra a figura 2. O aerador irá operar durante 24 h/d, com uma vazão de água de poço de 10m³/h.
Figura 2 - Aerador tipo cascata
Tabela 2 - Características dimensionais e capacidade aerador cascata
	Capacidade
	A (mm)
	B (m)
	C (m)
	D (m)
	7 L/s
	75
	0,30
	1,4
	0,75
Cálculo da vazão diária de operação:
= (Eq. 1)
 = 10 240
Cálculo da área do aerador:
A= (Eq. 2)
A= 1,54m²
Taxa de aplicação:
I = (Eq. 3)
I == 155,84
Filtro primário
	O filtro primário tem como finalidade a remoção do Fe presente na água de poço. O filtro utilizado terá uma capacidade de 480 , operando com uma vazão de 240 , durante 24 horas. 
Área do filtro: 2 m²
Vazão de lavagem: 32 
D1: 3’’
D2: 6’’
Cálculo da taxa de aplicação, a partir da Eq. 3:
I=
I = 120
Tubulação de coagulação
Cálculo da vazão:
Q = (Eq. 4)
Q== = 
Tempo de detenção hidráulico:
TDH = (Eq. 5)
Considerando TDH=5s
5s =
V = 97,2L = 0,1m³
Cálculo da perda de carga 
J = 10,62 (Eq. 6)
Sendo:
C = coeficiente de Hazen-Willians = 120
D = diâmetro da tubulação de canalização (m)
C = vazão volumétrica de água ()
Logo:
J = 10,62 
J= 0,010
Comprimento da tubulação:
 (Eq. 7)
V 
0,1 m³ 
L = 5,66m
Velocidade de canalização:
V = (Eq. 8)
V = 1,075 
Gradiente de velocidade (G)
G = (Eq. 8)
Sendo:
= força dagravidade = 9,8
= massa específica da água = 998,59
µ = viscosidade da água = 1,057
V = velocidade de canalização (
J = perda de carga (
Logo:
G = 
G = 315,64
Tanque floculador
Será utilizado um tanque floculador mecanizado, com as seguintes dimensões:
Comprimento (C) = 3m
Largura (L) = 4m
Altura (H) = 3m
Volume (capacidade) total do tanque: 
 (Eq. 9)
Tempo de detenção hidráulico (TDH): 
TDH= (Eq.10)
Em que:
TDH = 30 min (1800s)
V = volume do tanque utilizado (m³)
Q = vazão de água ()
1800 s = 
V = 34,992 L
Serão utilizados dois braços, compostos de 3 palhetas cada braço. A distância do braço da parede do floculador é de 0,30m em cada lado. 
Comprimento total dos dois braços: 2,4m
Diâmetro do eixo: 0,10m
l (altura da palheta) = 2,6m
b (distância entre as palhetas) = 0,275m
Largura da palheta: 0,15 m
= = 9,45
Adotando-se Cd = 1,9
Tanque decantador
Taxa de aplicação superficial
= (Eq. 11)
 = A
Sendo:
Q = 1680
Adotando = 30
Tem-se:
=56m²
Relação comprimento/largura:
2,25 ≤ < 10
Considerando que o comprimento (l) é três vezes a largura (b):
l = (Eq. 12)
Sabendo que a área do decantador pode ser dada pela equação:
= 56m²	(Eq. 13)
Para encontrar o valor aproximado de b, substitui-se a equação 12 na equação 13:
= 56m²
= 56m²
b² = m²
b =
b = 4,32m
Subst. na equação x, tem-se o valor de l:
l=
l=
l= 12,96m
Adotamos:
b=4,5m
l=12,5m
Recalculando a área:
=
= 56,25m²
Recalculando Vcs:
= 
=
= 29,867
Relação comprimento/largura:
 = = 2,78
2,25 ≤ < 10
Altura do decantador (H):
H = 3,5 a 4,5 (m)
Adota-se: 
H = 4 m
Volume do tanque decantador:
V = 
A = área (m²)
H = altura (m)
Limitações para garantir o não arraste de flocos:
= ≤ 18
Portanto:
==3,125 < 18
Tempo de detenção hidráulico:
TDH = 
Sendo:
V = volume do tanque (m³)
Q = vazão de água (m³/h)
TDH = = 3,21 h
1,5 ≤ TDH < 4
Filtro secundário
	Serão construídos dois filtros descendentes de camada dupla, para quando em um filtro estiver sendo feita a retrolavagem, o outro filtro esteja em operação, garantindo o funcionamento da estação de tratamento.
Taxa de aplicação/filtração:
I=
Camada dupla: 240 a 600 
Adota-se: 360 (conforme NBR 12216/1992)
Altura das camadas adotadas:
Altura livre adicional: 0,30m
Altura de água sobre o leito filtrante:
Areia + antracito: 2,20m
Altura do leito filtrante: 
Areia + antracito: 0,20m de areia + 0,50m de antracito
Pedregulho: 0,40m 
Granulometria de material filtrante:
Areia: 0,5mm
Antracito: 1,8mm
Tubulação de contato
A tubulação de contato terá o mesmo diâmetro da tubulação de coagulação. Etapas de:
Neutralização: adição do produto químico Cal Hidratada (Ca). O objetivo da adição da Cal no tratamento de água é estabilizar o pH para que fique o mais próximo do indicador 7. A portaria 2.914/2011 recomenda que o pH mínimo para água tratada deva ser 6 e no máximo 9,5.
Desinfecção: adição de Cloro (Cl) para remoção de microrganismos patogênicos.
Fluoretação: adição doÁcidoFluossilícico. 
Vazão de água:
Q=== 
Tempo de detenção hidráulico:
TDH = 
Considerando TDH=5s
5s=
V =97,2L=0,1m³
Cálculo da perda de carga 
J = 10,62
Sendo:
C=coeficiente de Hazen-Willians=120
D=diâmetro da tubulação de canalização (m)
C=vazão volumétrica de água ()
Logo:
J = 10,62 
J=0,010
Comprimento da tubulação:
V
0,1 m³ 
L=5,66m
Velocidade de canalização:
V = 
V = 1,075 
Gradiente de velocidade (G)
G = 
Sendo:
= força dagravidade = 9,8
=massa específica da água = 998,59
µ=viscosidade da água = 1,057
V = velocidade de canalização (
J = perda de carga (
Logo:
G = 
G=315,64
Reservatórios de água tratada
	Serão construídos dois reservatórios de concreto armado, para armazenamento de um volume de água tratada de 1680m³ cada reservatório, com uma margem da borda, confome as seguintes medidas:
Cálculo do volume do reservatório:
Sendo:
V = volume do reservatório (m³)
r = raio do reservatório (m)
h = altura do reservatório (m)
Adotando-se:
V = 1680m³
h = 6m
1680m³
r = 
r = 9,44 m
Adota-se r 
Recalculamos o volume do reservatório, para se obter uma margem de distância da água tratada da borda do reservatório.
Portanto:
Adotando r = 9,5 m
V 
Logo, não será utilizado o volume total do reservatório, deixando uma margem de:
Volume:
V = Vt – Vu
Vt = volume total (m³)
Vu = volume útil (m³)
V = 1700 – 1680 (m³) 
V = 20 m³ 
Para saber a distância da altura de líquido da borda do reservatório:
20 m³ = Π*(9,5m)²*h
h = 
h = 0,07m (7cm)
REFERÊNCIAS
RICHTER, C. A. Água: métodos e tecnologia de tratamento. São Paulo: Blucher, 2009.
RICHTER, C. A.; NETO, J. M. Tratamento de água: tecnologia atualizada. São Paulo: Blucher, 2002.

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