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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
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