caixas de areia

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Prof. Célio Carlos Zattoni 
Maio de 2008. 
 
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FATEC-SP 
DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA E SANEAMENTO 
PROF. CÉLIO CARLOS ZATTONI 
MAIO DE 2008 
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CAIXAS DE AREIA 
 
1. Introdução. 
Caixa de areia é um dispositivo que é construído junto às tomadas de água, 
também chamado de canal de derivação. 
 
 
2. Finalidade. 
As principais finalidades das caixas de areia são: 
• Proteção de bombas, válvulas e acessórios contra a abrasão; 
• Evitar o entupimento e o assoreamento. 
 
 
3. Função. 
Separar por decantação areias e outros materiais pesados que se encontram 
em suspensão no fluxo de água. 
 
 
4. Funcionamento. 
Provocar a deposição por decantação de partículas sólidas mediante a 
tranqüilização do fluxo de água. 
 
• Turbulência: provoca o arraste e a suspensão de partículas. 
• Tranqüilizacão: provoca a sedimentação da partícula. 
 
 
5. Descrição do processo. 
Reduzir e controlar a velocidade de escoamento de forma a forçar a 
sedimentação ou deposição de partículas acima de um determinado padrão. 
O mais comum é a remoção de partículas de diâmetros médios e grandes, 
superiores a 0,2mm. 
 
 
6. Parâmetros. 
6.1. Tamanho mínimo das partículas de areia: Ø = 0,2mm. 
6.2. Velocidade de sedimentação da areia: V = 0,02 m/s – velocidade de 
deposição na vertical; 
6.3. Velocidade máxima do fluxo na caixa de areia – para deposição: 
V1<0,30 m/s; 
6.4. Velocidade mínima do fluxo no canal de aproximação – para não 
haver deposição: V2 > 0,60 m/s. 
 
Obs.: 
a. É comum a divisão da caixa de areia em duas células, cada uma delas 
deve operar separadamente enquanto a outra se encontra em 
manutenção e limpeza. 
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b. A velocidade mínima no canal deve garantir que no canal não se tenha 
deposições e a velocidade máxima na caixa, em oposição, visa garantir 
a deposição. 
 
 
7. Arranjo típico de uma caixa de areia. 
 
 
7. Dimensionamentos. 
Cálculo do comprimento mínimo da caixa de areia. 
Uma partícula que se encontra no Ponto 1 deverá atingir o Ponto 2 
decorrido t segundos. 
 
Portanto, decorridos t segundos, podemos afirmar que: 
 
t = H / V - tempo de deslocamento na vertical - (I) 
 
t = L / V1 - tempo de deslocamento na horizontal - (II) 
 
(I) = (II) → L / V1 = H / V → H = L . V / V1 - (III) 
 
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Com a vazão Q podemos definir a área S = B.H. 
Da equação da continuidade podemos escrever: 
 
Q = V.S → Q = V.S → Q = V.B.H → B.H = Q/V - (IV) 
 
Conhecida a área S = B.H adotam-se valores convenientes para B e H. 
Adotar um coeficiente em torno de 1,5 . 
 
 
 
 
 
 
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8. Exemplo de aplicação. 
 
Dimensionar a caixa de areia de uma tomada d’água com uma vazão máxima 
de 0,5 m3/s. Estima-se uma quantidade de sólidos em suspensão de 0,1 ml por 
m3 de água e se deseja que a caixa de retenção de areia tenha uma autonomia 
mínima de três dias. Adotar um coeficiente de segurança s=1,4. 
 
Solução: 
 
1. Dimensionamento do canal de aproximação com V = 0,6 m/s. 
 
 Q = V . S → S = Q / V → S = 0,5 . 1,4 / 0,6 → S = 1,17 
 
 Para b = 1,5m → H = 0,78m 
 
2. Dimensionamento da caixa de areia. 
 
 Dimensionamento do comprimento “L” da caixa de areia. 
 
 Pela equação (III): 
 
 H = L . V / V1 → 0,78 = L . 0,02 / 0,3 → L = 11,67 
 
 Adotado: L = 12,0m 
 
 Dimensionamento do canal da caixa de areia. 
 
 Pela equação (IV): 
 
 B.H = Q/V → B.H = 0,5 / 0,3 → B.H = 1,67 
 
 Como H = 0,78m → B = 1,67 / 0,78 → B = 2,14m 
 
 Adotado: B = 2,20m 
 
 O valor de BL, borda livre, pode ser adotado entre 0,10 e 0,25m. 
 
3. Dimensionamento da caixa de retenção de areia. 
 
 Cálculo do volume de retenção diário de areia. 
 
Sólidos em suspensão: Ss = 0,1 ml / m3 → Ss = 0,0001 m3 / m3 
 
VRD = Ss . Vol. diário → VRD = 0,0001 . 0,5 . 86400 → VRD = 4,3 m3 / dia 
 
 Volume da caixa de retenção de areia. 
 
O volume da caixa de retenção de areia deverá, conforme enunciado, ter a 
autonomia de no mínimo 3 dias. 
 
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VCR = 4,3 . 3 = 12,9 m3 
 
VCR = B . L . C → C = VCR . s / B . L → C = 12,9 . 1,4 / 2,2 . 12,0 
 
C = 0,68m 
 
Adotado: C = 0,70m 
 
 
 
9. Exercícios: 
 
1º. Dimensionar a caixa de areia de uma tomada d’água com uma vazão 
máxima de 200 litros/s. Estima-se uma quantidade de sólidos em suspensão e 
0,075 ml por m3 de água e se deseja que a caixa de retenção de areia tenha 
uma autonomia mínima de uma semana. Adotar um coeficiente de segurança 
s=1,5. 
 
2º. Dimensionar a caixa de areia de uma tomada d’água com uma vazão 
máxima de 3,0 m3/s. Estima-se uma quantidade de sólidos em suspensão de 
0,005 ml por m3 de água e se deseja que a caixa de retenção de areia tenha 
uma autonomia mínima de uma semana. Adotar um coeficiente de segurança 
s=1,4.