Aula 2 Coagulação

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 Introdução 
 Definição de um sistema coloidal 
 Estabilidade de um sistema 
coloidal 
 Definição do processo de 
coagulação em águas de 
abastecimento 
 
 
 Comportamento químico em meio 
aquoso dos coagulantes mais 
utilizados no processo de 
tratamento de água 
 Sais de alumínio (Sulfato de 
alumínio) 
 
 Sais de Ferro (Cloreto férrico e 
sulfato férrico) 
 Mecanismos de desestabilização de 
partículas coloidais 
 Exercícios 
 
Manancial Coagulação Floculação Sedimentação 
Filtração Desinfecção Fluoretação Correção de pH 
Água Final 
Polímero Agente oxidante 
Alcalinizante 
1 m 10-3 m Partículas 
coloidais 
Partículas em 
suspensão 
Partículas 
dissolvidas 
 Turbidez 
 Cor aparente 
 SST 
 Cor real 
 SDT 
 Compostos 
dissolvidos 
0,45 m 
1 m 10-3 m Partículas 
coloidais 
Partículas em 
suspensão 
Partículas 
dissolvidas 
 Tratamento convencional e suas variantes 
 Filtração em linha 
 Filtração direta 
 Filtração lenta 
 Processos de 
membrana 
 Osmose Reversa 
 Nanofiltração 
 Movimento Browniano: Bombardeamento 
pelas moléculas de água. 
 Efeito Tyndall: Propriedade de dispersar a 
luz. A quantificação desta propriedade de 
um sistema coloidal é denominada 
nefelometria. 
 Comportamento Elétrico: Existência de 
cargas negativas e positivas na superfície do 
colóide (Eletroforese). 
Características de Sedimentação 
e Partículas 
Tipo 
Dimensão Área 
Superficial 
(m2) 
Tempo de 
Sedimentação 
(1 m) mm m 
Silte 0,01 10 0,314 108 minutos 
Bactéria 0,001 1 3,14 180 horas 
Material 
Coloidal 
0,0001 0,1 31,4 755 dias 
Fonte: NALCO, 1988 
 Definição: Operação unitária 
responsável pela desestabilização 
das partículas coloidais em um 
sistema aquoso, preparando-as 
para a sua remoção nas etapas 
subseqüentes do processo de 
tratamento. 
Diâmetro das partículas 
F
re
q
ü
ên
ci
a
 r
el
a
ti
v
a
 
Água bruta 
Água coagulada 
 Colóides liofóbicos: São aqueles que 
formam um sistema heterogêneo com 
o solvente (Sistema Bifásico). Desta 
forma, distingue-se uma fase 
contínua (solvente) e uma fase 
dispersa (colóides). Uma vez que 
predomina um sistema bifásico, pode-
se definir uma área de interface. 
 
 Colóides liofílicos: São aqueles que 
formam um sistema homogêneo com 
o solvente (Sistema Unifásico). Desta 
forma, distingue-se uma única fase 
contínua tendo o solvente e o sistema 
coloidal como soluto. 
Quando a fase contínua é a água, os 
sistemas coloidais são denominados 
hidrofóbicos e hidrofílicos. 
Sistemas coloidais hidrofóbicos: 
São sistemas instáveis, pois as 
interações com o solvente são 
pequenas. 
Sistemas coloidais hidrofílicos: São 
sistemas estáveis, as interações com 
o solvente são tais que previnem o 
sistema contra alterações em sua 
“estrutura global”. 
 Mecanismos de desestabilização 
de partículas coloidais 
◦Compressão da dupla camada 
◦Adsorção-neutralização 
◦Varredura 
◦Ponte interparticular 
 Sulfato de alumínio (sólido ou 
líquido) 
 Cloreto férrico (líquido) 
 Sulfato férrico (líquido) 
 Cloreto de polialumínio (sólido ou 
líquido) 
 Coagulantes orgânicos catiônicos 
(sólido ou líquido) 
 Sulfato de alumínio (5 mg/l a 100 
mg/l) 
 Cloreto férrico (5 mg/l a 80 mg/l) 
 Sulfato férrico (5 mg/l a 80 mg/l) 
 Coagulantes orgânicos catiônicos (1 
mg/l a 4 mg/l) 
 Dosagens de coagulante: (5 mg/l a 
100 mg/l) 
 Produto adquirido na forma sólida 
 Sacos com 25 kg e 40 kg de 
capacidade 
 Pureza: 90% a 95% 
 Massa Específica Aparente: 700 a 800 
kg/m3 
 Dosagens de coagulante: (5 mg/l a 
100 mg/l) 
 Produto adquirido na forma líquida 
 Caminhão tanque 
 Pureza: 50 % 
 Massa Específica: 1.300 kg/m3 
 Dosagens de coagulante: (8 mg/l a 
80 mg/l) 
 Produto adquirido na forma líquida 
 Caminhão tanque 
 Pureza: 42 % 
 Massa Específica: 1.500 kg/m3 
 Dosagens de coagulante: (5 mg/l a 
80 mg/l) 
 Produto adquirido na forma líquida 
 Caminhão tanque 
 Pureza: 35 % 
 Massa Específica: 1.400 kg/m3 
Comportamento dos sais de 
alumínio e ferro em meio aquoso 
 
 342
)(SOAl 2
4
3
.3.2
  SOAl
3
FeCl   ClFe .33
342
)(SOFe 2
4
3
.3.2
  SOFe
OHAl
2
3 
  HAlOH 2
OHAlOH
2
2    HAlOH
2
OHAlOH
22
    HOHAl
Sólido3
  OHOHAl
Sólido 23
  HAlOH
4
342
)(SOAl 2
4
3
.3.2
  SOAl
OHFe
2
3    HFeOH 2
OHFeOH
2
2    HFeOH
2
OHFeOH
22
    HOHFe
Sólido3
  OHOHFe
Sólido 23
  HFeOH
4
3
FeCl   ClFe .33
342
)(SOFe 2
4
3
.3.2
  SOFe
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
L
o
g
 (
A
l 
o
u
 F
e
) 
pH 
Fe Total
Al Total
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
L
o
g
 (
A
l 
o
u
 F
e
) 
pH 
Fe Total
Al Total
1 2 
3 
4 5 
3a 
•Tipo de coagulante 
•Dosagem de coagulante 
•pH de coagulação 
•Qualidade da água bruta 
Aspectos químicos !!! 
Aspectos hidrodinâmicos !!! 
•Dispersão do coagulante 
na fase líquida 
•Características físicas da 
estação de tratamento de 
água 
Vantagens: 
 
1.A mistura não requer energia elétrica; 
2.A manutenção é simplificada pela ausência de 
partes moveis e pela facilidade de acessar à unidade; 
3.O misturador pode ser utilizado como medidor de 
vazão; 
4.Recomendado para ETAs com vazão afluente 
constante; 
5.A unidade pode ser facilmente projetada e 
construída. 
Desvantagens: 
 
1.Maior perda de carga hidráulica se comparado com 
misturadores mecanizados; 
 
2.As unidades não se ajustam à variação de vazão 
afluente à ETA: assim, uma vez instalada, o gradiente 
de velocidade e o tempo de mistura não podem ser 
controlados. 
 Vídeo – Sistema de mistura rápida (ETA 
Guaraú) (https://youtu.be/0wI6CwGbbVw) 
 Vídeo – Sistema de mistura rápida (ETA Porto Novo 
Caraguatatuba) (https://youtu.be/LphKo8YU8jU) 
 Vídeo – Sistema de mistura rápida (ETA São 
Sebastião) (https://youtu.be/3p4r9Tws4Ho) 
Vantagens 
 
1)O gradiente de velocidade fornecido e o tempo de 
mistura são compatíveis com o mecanismo de 
coagulação por varredura; 
 
2)O gradiente de velocidade pode ser modificado 
conforme a variação da vazão afluente à estação; 
 
3)O sistema tem baixa perda de carga. 
 
Desvantagens 
 
1)A mistura não é instantânea por isso pode ser 
considerado ineficiente; 
 
2)O misturador precisa de energia elétrica; 
 
3)A unidade apresenta curtos-circuitos; 
 
4)O longo tempo de mistura (20 a 60s) pode 
influenciar negativamente o desempenho do processo 
de coagulação; 
 
 
Desvantagens (continuação): 
 
5) O misturador tem alto custo de investimento; 
 
6) A unidade precisa de cuidados na operação e 
manutenção, requerendo pessoal qualificado; 
 
7) A necessidade de motores pode gerar ruídos 
excessivos na ETA. 
 
 Vídeo – Sistema de mistura rápida 
(ETA Jacareí) 
 Vídeo – Sistema de mistura rápida 
(ETA Anhangabaú) 
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
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

Para regime 
turbulento 
Agitadores de fluxo axial 
 
53
... DnKP
Tot

Fa=força de arrasto (N) 
v=velocidade (m/s) 
Cd=coeficiente de arrasto 
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 
 Gradiente de velocidade  1.000 s-1 
Mecanismo de coagulação por 
adsorção-neutralização 
 Gradiente de velocidade  300 s-1 
Mecanismo de coagulação por 
varredura 
 Tempo de detenção hidráulico  30 s 
 Vazão: 1,0 m3/s; 
 Verificação do gradiente de 
velocidade; 
 O dimensionamento é baseado nos 
fundamentos de mecânica dos 
fluídos; 
 Roteiro de cálculo disponibilizado 
nas aulas anteriores. 
 
 Baseada na vazão a ser veiculada e 
consulta à catálogos de fornecedores 
ou tabelas disponíveis na literatura. 
B F L
⅔ B
W CD
 D
PR
N
K
N - K
H0
h1
h2
h3
hp
Ponto de Medição 
da vazão
(0) (1) (2) (3)
Principais características geométricas de 
uma calha Parshall 
Tipos de Saltos x Froude 
Número de Froude Tipo de Salto 
1 a 1,7 Ondulado 
1,7 a 2,5 Fraco 
2,5 a 4,5 Ondulante 
4,5 a 9,0 Estável 
> 9,0 Forte 
Para mistura rápida  4,5 < F1 < 9,0 
Largura da Calha 
Parshall k n 
Polegadas Metros 
3” 0,075 3,704 0,646 
6” 0,150 1,842 0,636 
9” 0,229 1,486 0,633 
1’ 0,305 1,276 0,657 
1,5’ 0,460 0,966 0,650 
Largura da Calha 
Parshall k n 
Polegadas Metros 
2’ 0,610 0,795 0,645 
3’ 0,915 0,608 0,639 
4’ 1,220 0,505 0,634 
5’ 1,525 0,436 0,630 
6’ 1,830 0,389 0,627 
8’ 2,400 0,324 0,623 
 Determinação do perfil hidráulico 
100,937
100,825
0,608
0,572
100,172 0,937
99,800
100,418 100,329
100,253 0,318
0,672
100,100
0,672 100,000 100,000
99,500
0,372
Vertedor de água 
coagulada
Cota de fundo da 
estrutura de água 
Direção do escoamento 
 Qual deve ser o ponto de dosagem 
do coagulante? 
3,175,0
9,37,2
3,37,2



D
h
D
H
D
DT
;
4
1

D
B
;
5
1

D
W
10
1

TD
L
;
V
P
G


Dg
vf
G
...2
.. 3



;2,1phQP 
1 2 
Q 







g
v
D
L
fhp
2
2
2,1
f = fator de atrito na tubulação (f = f(Re)) 
Re = .v.D/ 
V = Stubo.L 
Q = v.Stubo 
 Considerando-se os dados utilizados para o 
cálculo da calha Parshall utilizada para o processo 
de coagulação no exemplo dado pede-se: 
◦ O dimensionamento de um misturador mecânico de fluxo 
axial, apresentado as principais dimensões do misturador 
e da câmara de coagulação. 
◦ Adotar um tempo de mistura de 1 s e um gradiente de 
velocidade de 1500 s-1. 
 Se o processo de coagulação fosse realizado na 
adutora de água à estação, que opera com uma 
velocidade de escoamento de 1 m/s, qual deve ser 
a distância entre o ponto de dosagem do 
coagulante e a entrada dos floculadores?