PHA 3411 Aula 3 Floculação

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 Introdução 
 Mecanismos de transporte 
 Floculação Pericinética 
 Floculação Ortocinética 
 Floculação por Sedimentação 
Diferencial 
 Gradientes de Velocidade 
 Cinética de Floculação de 
Suspensões Coloidais 
 Agregação e Ruptura 
 Concepção de Sistemas de 
Floculação 
 Exercício 
Manancial Coagulação Floculação Sedimentação 
Filtração Desinfecção Fluoretação Correção de pH 
Água Final 
Polímero Agente oxidante 
Alcalinizante 
Sistemas de floculação !!! 
1 m 10-3 m Partículas 
coloidais 
Partículas em 
suspensão 
Partículas 
dissolvidas 
 Turbidez 
 Cor aparente 
 SST 
 Cor real 
 SDT 
 Compostos 
dissolvidos 
0,45 m 
Manancial Coagulação Floculação Sedimentação 
Filtração Desinfecção Fluoretação Correção de pH 
Água Final 
Polímero Agente oxidante 
Alcalinizante 
 Definição: É um processo físico no 
qual as partículas coloidais são 
colocadas em contato umas com as 
outras, de modo a permitir o 
aumento do seu tamanho físico, 
alterando, desta forma, a sua 
distribuição granulométrica 
Coalescência 
Floculação 
Partículas Choques Agregação 
Processo Físico 
(Transporte) 
Estabilidade do Colóide 
(Coagulação) 
Diâmetro das partículas 
F
re
q
u
ên
ci
a
 r
el
a
ti
v
a
 
Água bruta 
Água coagulada 
Água floculada 
Diâmetro crítico 
dp > dc 
Partículas 
sedimentáveis 
Floculação Pericinética (Movimento 
Browniano) 
 
As partículas coloidais apresentam um 
movimento aleatório devido ao seu 
contínuo bombardeamento pelas 
moléculas de água. A energia propulsora 
da floculação pericinética é a energia 
térmica do fluído. 
Floculação por Sedimentação Diferencial 
 
Partículas coloidais com velocidades 
distintas podem chocar-se umas com 
as outras em um elemento de volume. 
Floculação Ortocinética (Gradientes de 
Velocidade) 
 
As partículas são colocadas em contato 
umas com as outras através do 
movimento do fluído (Presença de 
gradientes de velocidade). 
vdFdP
ot
.
vdAdy
dy
dv
vdAdP
ot
.....  






dy
dy
dv
dAdP
ot
... 





 
dzdydx
dy
dv
dP
ot
.... 





 
dzdydx
dy
dv
dy
dv
dP
ot
..... 











 
dy
dy
dv
v .






dx 
dy 
dz 
v
dzdydx
dy
dv
dy
dv
dP
ot
..... 











 
dzdydx
dy
dv
dP
ot
....
2






 







dy
dv
G
dzdydxGdP
ot
....
2
ol
ot
V
P
G
.

dy
dy
dv
v .






dx 
dy 
dz 
v







dy
dv
G
ol
ot
V
P
G
.

G=Gradiente de velocidade (s-1) 
holol
ot
H
V
HQ
V
P
G 



 .
.
.
..
.




L
HV
V
HAV
V
HQ
G
olol
.
..
.
...
.
..





 





dy
dy
dv
v .






dx 
dy 
dz 
v
 A floculação pode ser realizada com misturadores 
hidráulicos (chicanas) e mecanizados (câmaras de mistura 
e variados tipos de agitadores) 
Vantagens: 
1) Não requerem de energia elétrica; 
2) Os custos de operação e manutenção são 
menores; 
3) O pessoal para operação e manutenção não 
precisa de qualificação especializada; 
4) Apresentam escoamento tipo pistão quando 
adequadamente projetados (poucos 
problemas com curtos-circuitos e zonas 
mortas) 
Desvantagens: 
1) O gradiente não pode ser ajustado; 
2) As unidades, quando projetadas 
inadequadamente, podem gerar ruptura dos 
flocos nas chicanas; 
3) Os custos de construção podem ser 
elevados para ETAs de grande capacidade; 
4) Ocupa grande área quando comparados 
com os misturados mecanizados. 
Vantagens: 
1)O gradiente de velocidade pode ser ajustado, 
conforme as necessidades da ETA; 
 
2)A perda de carga é baixa. 
Desvantagens: 
1) As unidades devem ser projetadas de acordo com os 
catálogos do fabricante, porque existem limitações no 
tamanho das câmaras; 
2) O floculador precisa de energia elétrica e pessoal 
qualificado para operação e manutenção; 
3) Os custos de operação e manutenção são elevados; 
4) A unidade apresenta zonas mortas e curtos-circuitos. 
Porém, o uso de várias câmaras em serie (no mínimo 
três), pode reduzir esse inconveniente; 
5) A unidade pode apresentar movimento circular da 
água sem gerar mistura. 
Dispositivos mecânicos 
 
 
 Agitadores de fluxo radial 
 Agitadores de fluxo axial 
 Agitadores de fluxo radial e axial 
 Vídeo – Sistema de floculação (ETA 
Guaraú) 
 Vídeo – Sistema de floculação (ETA 
Cristina) 
 Vídeo – Sistema de floculação (ETA 
Castanheiral) 
Sistemas de floculação 
Sistemas de floculação 
Agitadores de fluxo radial 
 
 
 
 
 
vFP
aot
.
2
...
2
vAC
F
pd
a


2
...
3
vAC
P
pd
ot


Agitadores de fluxo axial 
 
 
53
... DnKP
Tot

Fa=força de arraste (N) 
v=velocidade (m/s) 
Cd=coeficiente de arraste 
Ap=área projetada 
n=rotação (rps) 
D=diâmetro do rotor (m) 
P=Potência (W) 
Agitadores de fluxo axial 
 
53
... DnKP
Tot

Fa=força de arraste (N) 
v=velocidade (m/s) 
Cd=coeficiente de arraste 
Ap=área projetada 
n=rotação (rps) 
D=diâmetro do rotor (m) 
P=Potência (W) 
ol
ot
V
P
G
.

Tipo de rotor Valor de KT 
Hélice propulsora marítima (3 hélices) 0,87 
Turbina (seis palhetas retas) 5,75 
Turbina (seis palhetas curvas) 4,80 
Turbina com quatro palhetas 
inclinadas a 450 
1,27 
Turbina com quatro palhetas 
inclinadas a 320 
1,0 a 1,2 
Turbina com seis palhetas inclinadas a 
450 
1,63 
5,55 aKT 
53
... DnKP Tot 
0,25,1 aKT 
53
... DnKP Tot 
8,05,0 aKT 
53
... DnKP Tot 
4,03,0 aKT 
53
... DnKP Tot 
 Velocidade periférica máxima: 2,0 a 3,0 m/s 
 Relação diâmetro do rotor e diâmetro 
equivalente do tanque maior do que 0,35 
(Ideal entre 0,4 e 0,5) 
 
H 
De 
D 
C 
 Gradientes de velocidade situados entre 
80 s-1 e 20 s-1 
 Gradientes de velocidade escalonados e 
decrescentes de montante para jusante 
 02 a 04 câmaras de floculação em série 
 Tempo de detenção hidráulico situado entre 
20 e 40 minutos (Tratamento convencional) 
 Parâmetro G.T entre 3.104 e 2.105 
Floculadores hidráulicos 
 Floculadores hidráulicos de fluxo 
horizontal 
 Floculadores hidráulicos de fluxo 
vertical 
 Floculador Alabama 
 
Consequência: perda de carga !!! 
 Vídeo – Sistema de floculação (ETA Rio 
Bonito) 
 Tempo de detenção mínimo: 20 minutos 
 Velocidade nos canais de escoamento: 0,1 a 
0,4 m/s 
 Velocidade nas curvas: 2/3 da velocidade nos 
canais 
 Distância mínima entre chicanas: 0,6 m 
 Coeficiente de perda de carga em curva 180º: 
2,5 a 4,0 (Recomendado: 3,2) 
 
 Estimativa do número de espaçamentos entre 
chicanas em cada câmara de floculação 
 
3
2
.
..
.045,0 h
Q
GLH
n 






 n=número de espaçamentos 
 H=altura líquida do canal do 
floculador em metros 
 L=comprimento do floculador em 
metros 
 G=gradiente de velocidade em s-1 
 Q=vazão em m3/s 
 h=tempo de detenção hidráulico 
em minutos 
 
 Estimativa do número de espaçamentos entre 
chicanas em cada câmara defloculação 
 
3
2
.
..
.045,0 h
Q
GLa
n 






 n=número de espaçamentos 
 a=largura do canal do floculador 
em metros 
 L=comprimento do floculador em 
metros 
 G=gradiente de velocidade em s-1 
 Q=vazão em m3/s 
 h=tempo de detenção hidráulico 
em minutos 
 
 Gradientes de velocidade situados entre 
80 s-1 e 20 s-1 
 Gradientes de velocidade escalonados e 
decrescentes de montante para jusante 
 02 a 04 câmaras de floculação em série 
 Tempo de detenção hidráulico situado entre 
20 e 40 minutos (Tratamento convencional) 
 Parâmetro G.T entre 3.104 e 2.105 
 Vazão: 1,0 m3/s 
 Dimensionamento de sistemas de 
floculação mecanizados 
 Dimensionamento de floculadores 
hidráulicos de fluxo vertical 
 Condicionantes de Projeto 
 Tempo de detenção hidráulico = 30 
minutos 
 Sistema de floculação composto por 
três câmaras em série, com 
gradientes de velocidade escalonados 
(70 s-1, 50 s-1 e 20 s-1) 
 Profundidade da lâmina líquida=4,5 m 
 Número de decantadores=04 
 Largura do decantador=12,0 m 
 Será admitido que uma das dimensões 
do floculador é conhecido, sendo esta 
função da largura do decantador 
 Cálculo do volume do floculador 
33 450min/60.min30./25,0. mssmQV hf  
 Cálculo da área superficial do 
floculador 
2100 m
h
V
A
f
S 
 Cálculo da largura do floculador 
 
m
B
A
B
d
S
f 33,8
12
100

 Portanto, será admitido um floculador 
com largura total de 8,4 m, tendo cada 
canal uma largura individual de 2,8 
metros 
 Cálculo do volume de cada câmara de 
floculação 
 
 O sistema de floculação será composto 
por três reatores em série e três em 
paralelo, o que irá proporcionar um total 
de 09 câmaras de floculação 
350
09
450
m
n
V
V
c
f

Floculador 
Decantador convencional 12,0 m 
8,4 m 
2,8 m 
 Cálculo da potência a ser introduzida 
no volume de líquido 
 Dimensionamento do sistema de 
agitação 
VGPot ..
2  53... DnKP Tot 
 Seleção do sistema de agitação 
 
3,12,1 aKT 
 Diâmetro do rotor selecionado 
 
 Cálculo da velocidade periférica 
mDrotor 2,1
nDVp ..
 Quadro resumo dos cálculos finais 
 
Câmara G (s
-1
) Vol (m
3
) Pot (W) D (m) n (rpm) Vp (m/s) 
1 70 50 286 1,2 26 1,60 
2 50 50 146 1,2 20 1,28 
3 20 50 24 1,2 12 0,70 
 
Floculador 
Decantador convencional 12,0 m 
8,4 m 
2,8 m 
Canal de água coagulada 
CASA DE 
QUÍMICA 
C
a
n
a
l d
e
 á
g
u
a
 co
a
g
u
la
d
a
 
CASA DE 
QUÍMICA 
Canal de água coagulada 
CASA DE 
QUÍMICA 
 Condicionantes de Projeto 
 Tempo de detenção hidráulico = 30 
minutos 
 Sistema de floculação composto por 
três câmaras em série, com 
gradientes de velocidade escalonados 
(70 s-1, 50 s-1 e 20 s-1) 
 Profundidade da lâmina líquida=4,5 m 
 Número de decantadores=04 
 Largura do decantador=12,0 m 
 Será admitido que uma das dimensões 
do floculador é conhecido, sendo esta 
função da largura do decantador 
 Cálculo do volume do floculador 
33 450min/60.min30./25,0. mssmQV hf  
 Cálculo da área superficial do 
floculador 
2100 m
h
V
A
f
S 
 Cálculo da largura do floculador 
m
B
A
B
d
S
f 33,8
12
100

 Portanto, será admitido um 
floculador com largura total de 8,4 
m, tendo cada canal uma largura 
individual de 2,8 metros 
DIMENSIONAMENTO DE 
FLOCULADORES HIDRÁULICOS 
Floculador 
Decantador convencional 12,0 m 
8,4 m 
2,8 m 
 Cálculo do número de espaçamentos entre 
chicanas em cada câmara de floculação 
 
3
2
.
..
.045,0 h
Q
GLa
n 






 n=número de espaçamentos 
 a=largura do canal do floculador 
em metros 
 L=comprimento do floculador em 
metros 
 G=gradiente de velocidade em s-1 
 Q=vazão em m3/s 
 h=tempo de detenção hidráulico 
em minutos 
 
 Cálculo do espaçamento entre chicanas n
L
e 
 Cálculo das velocidades nos trechos retos e 
curvas 180o 
eB
Q
V
f .
1 
12 .
3
2
VV 
 Quadro resumo dos cálculos iniciais 
 
Canal G (s-1) n e (m) V1 (m/s) V2 (m/s) 
1 70 43 0,28 0,32 0,22 
2 50 35 0,35 0,26 0,17 
3 20 19 0,63 0,14 0,094 
 
DIMENSIONAMENTO DE 
FLOCULADORES HIDRÁULICOS 
Floculador 
Decantador convencional 12,0 m 
8,4 m 
2,8 m 
 Cálculo da extensão dos canais 
 1.VL ht 
 Cálculo do Raio Hidráulico  eB
eB
RH


.2
.
 Cálculo das perdas de carga 
localizadas 
2
32.
.







HRA
nQ
j
LjHd . Cálculo das perdas de carga distribuídas 
 
g
VnVn
H l
.2
.1. 22
2
1 
 Cálculo do gradiente de 
velocidade 
 h
H
G


.
.

 Quadro resumo dos cálculos finais 
 
Canal G (s
-1
) L (m) Rh Hd (cm) Hl (cm) HT (cm) G 
1 70 192 0,127 5,17 32,8 38,0 73 
2 50 156 0,156 2,04 17,1 19,1 52 
3 20 84 0,257 0,017 2,7 2,7 19