RELATÓRIO DE TRATAMENTO DE ÁGUAS PARA ABASTECIMENTO

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RELATÓRIO DE TRATAMENTO DE ÁGUAS PARA ABASTECIMENTO - DIMENSIONAMENTO DE UMA ETA
RELATÓRIO DE TRATAMENTO DE ÁGUAS PARA ABASTECIMENTO - DIMENSIONAMENTO DE UMA ETA
ACADÊMICOS:
Trabalho apresentado na disciplina_______________________________, do Curso de Engenharia Civil.
Brasília -DF
Maio de 2018
SUMÁRIO
1. Objetivo p. 01 
2. Resumo p. 01
3. Elementos do projeto p. 01
3.1. Vazão de projeto p. 01
3.2. Medição de vazão e mistura rápida p. 03
3.3. Floculador hidráulico p. 03
3.4. Decantador p. 05
3.5. Filtros p. 07
3.6. Câmara de contato p. 08
3.7. Croqui da estação de tratamento de água p. 09
1. Objetivo
O intuito deste relatório é concretizar o aprendizado em sala de aula à respeito do tratamento de águas para abastecimento realizando um projeto de dimensionamento de uma estação de tratamento de águas (ETA), o que envolve a determinação, quantificação e qualificação de uma série de procedimentos e métodos.
2. Resumo
Para realizar o projeto da estação partiu-se de dados e uma lista dos elementos existentes em uma ETA pesquisado nos site relacionados ao sistema de água e esgoto da cidade de Pentecoste. Com um material de consulta (slides) e orientação do professor, cada etapa e elemento da estação foi corretamente estabelecido e definido, até chegar ao ponto em que todos os elementos estavam definidos. Isto permitiu realizar o croqui da estação com suas devidas dimensões, que é a última etapa do projeto.
3. Elementos
3.1. Vazão de projeto
Para efetuar um projeto de uma ETA, necessita-se da vazão de projeto, que subdividi-se em duas: a inicial e final. A vazão de projeto inicial é aquela que representa a situação com a população atual e seu respectivo consumo. A vazão de projeto final é aquela que representa uma situação futura (horizonte de projeto) de 20 (vinte) anos, ou seja, representa uma determinada população e consumo que existirá daqui vinte anos.
Ao calcular estas vazões, utilizou-se como parâmetros:
- Taxa de crescimento anual: 1,60% ao ano.
- Período de projeto: 20 anos.
- Coeficiente k1: 1,20.
- Coeficiente k2: 1,50.
- Consumo qm: 200 l/(hab.dia).
Cálculo da população e vazão de projeto:
- População atual: 36 mil 
- População final: 47.520 mil, taxa de crescimento de 1,6% ao ano. 
- Vazão de projeto inicial:
- Vazão de projeto final:
Essas perdas que estão incluídas na vazão referem-se à água que se perde na ETA, por diversos motivos, e são estimadas com um valor mínimo de 3% e máximo de 5%.
Para o projeto, adotarei como vazão mínima (Qmín) a vazão de projeto de inicial (Qproj,i) e como vazão máxima (Qmáx) a vazão de projeto de final (Qproj,f).
3.2. Medição de vazão e Mistura Rápida
Nesta etapa defini-se a calha Parshall que será utilizada na estação de tratamento de água. Ela atuará como medidora de vazão, instrumento de mistura rápida eprecisará atender à situação inicial e final de projeto:
É necessário utilizar uma tabela, que segue abaixo, para dimensionar a calha Parshall.
Tabela 01 - Dimensionamento da calha Parshall (W)
Portanto, para atender a vazão Qmín= 663,63 l/s e Qmáx= 911,59 l/s, adotou-se W= 2'= 2 pés = 61,00 cm.
Também é necessário verificar o gradiente de velocidade (G), em s-1. Para isto, faz-se uso do seguinte ábaco:
Figura 01 - Ábaco de Vazão (l/s) x Gradiente de velocidade (s-1)
Deste modo verifica-se que:
- para Qmín= 663,63 l/s ─> G≈ 810 s-1.
- para Qmáx= 911,59 l/s ─> G≈ 760 s-1.
3.3. Floculador hidráulico
Em uma ETA, depois que a água passa pela mistura rápida, ela vai em direção ao floculador hidráulico. Para determinar os elementos do floculador, é preciso definir uma série de parâmetros. Neste projeto, os valores adotados para estes parâmetros seguem abaixo:
- tempo de detenção (t): 30 minutos.
- Número de compartimentos (câmaras): 3,0.
- Gradiente de velocidade para cada compartimento: 65 a 25 s-1.
- Velocidade: menor que 1,20 m/s na 1ª câmara e menor que 0,60 m/s na última câmara.
O floculador hidráulico antecede o decantador em uma ETA e dividi-se em mais de um compartimento (câmara). Estas câmaras possuem as mesmas dimensões, porém cada uma delas terá uma quantidade de seções (canais) e chicanas diferentes.
Primeiramente determina-se as dimensões das câmaras. Para isto faz-se oseguinte cálculo:
- Para Qmáx= 911,59 l/s e t= 40 minutos,
Volume de água detida= 0,91159 m³/s. 2400 s= 2187,82 m³.
Isto é o volume das 3 câmaras. Para apenas uma câmara,
Volume de água detida= (2187,82)/3= 729,27 m³.
Sendo a= largura da câmara, p= profundidade e L= comprimento da câmara, temos que:
a= 6,25 m (valor estimado).
p= 4,00 m (valor estimado).
L= 729,27/(6,25.4)= 29,17 m.
Estes valores são os mesmos para todas as câmaras. Agora, para calcular o número de canais, chicanas e a perda de carga em cada câmara, usa-se a equação abaixo:
(eq. 01)
onde:
n= número de canais.
L= comprimento da câmara (m).
G= gradiente de velocidade (s-1).
a= largura da câmara (m).
t= tempo de floculação (min).
Q= vazão máxima de projeto (m³/s).
(eq. 02)
onde:
h= perda de carga na câmara.
n= número de canais.
v1= velocidade da água no canal.
v2= velocidade da água na passagem entre as câmaras.
- Para a primeira câmara, adotou-se G= 65 s-1. Assim:
Se L= 29,17 m, largura do canal= 29,17/78= 0,374m. Considerando Qmáx= 0,91159 m³/s,
e 
Logo,
- Para a segunda câmara, adotou-se G= 45 s-1. Assim:
Se L= 29,17 m, largura do canal= 29,17/61= 0,478m. Considerando Qmáx= 0,91159 m³/s,
e 
Logo,
- Para a terceira câmara, adotou-se G= 25 s-1. Assim:
Se L= 29,17 m, largura do canal= 29,17/41= 0,710m. Considerando Qmáx= 0,91159 m³/s,e 
Logo, 
Deste modo, a perda de carga total no floculador é:
Por ser um valor pequeno, esta perda de carga é aceitável para a ETA.
Após as câmaras estarem dimensionadas, é necessário verificar o gradiente de velocidade (G) para Qmín= 663,63 l/s e usar a seguinte equação:
(eq. 03)
Deste modo, 
Para a 1ª câmara, 
Para a 2ª câmara,
Para a 3ª câmara,
Portanto os valores obtidos para os gradientes de velocidade nas câmaras relativos à vazão mínimo estão aceitos por estarem dentro do intervalo de 10 s-1< G< 75 s-1.
3.4. Decantador
A decantação é a etapa consecutiva da floculação. Para o projeto desta ETA utilizar-se-á o decantador horizontal convencional, com instalação projetada de nova tecnologia e com bom controle.
Deste modo tem-se como características do decantador:
- Taxa de aplicação (vo): 35 a 45 m³/(dia.m²).
- Velocidade longitudinal (vl): 0,70 a 0,90 cm/s.
- Tempo de detenção (to): 2 a 3 horas.
Para o cálculo dos decantadores, adotou-se os seguintes parâmetros:
- Taxa de aplicação (vo): 40 m³/(dia.m²).
- Vazão máxima: 0,91159 m³/s= 78.761,38 m³/dia.
- Profundidade do decantador: 4,00m.
- Relação largura/comprimento (L/B): 4,00.
- Número de decantadores: 4.
O cálculo desenvolve-se da seguinte maneira:
Na situação limite de uso, vo=Q/(L.B).
Deste modo,
Este é o valor de L.B total de decantação. Como tem-se 4 (quatro)decantadores, a relação L.B de cada decantador é:
E o volume de cada decantador é: 
Sendo o volume total de decantação:
Como a relação L/B=4,00, tem-se para 1 decantador: 
Existem algumas recomendações para as dimensões dos decantadores, tais como:
- 3,00 m≤ h≤ 4,00 m.
- B≤ 12,00 m.
- L≤ 48,00 m.
Todas essas recomendações foram atendidas, logo está tudo aceito. Agora verifica-se o tempo de detenção e a velocidade longitudinal.
Para o tempo de detenção,
Este valor está dentro do intervalo 2 horas≤ to≤ 3 horas, o que o torna aceito.
Para a velocid. longitudinal,
Este valor encontra-se abaixo do intervalo 0,70 cm/s≤ vl≤ 0,90 cm/s, porém está aceito, uma vez que a situação preocupante é haver uma velocidade longitudinal (vl) acima de 0,90 cm/s.
Por fim necessita-se definir o comprimentodas canaletas de coleta de água decantada. Para isto adotou-se um valor de taxa de escoamento de 200 m³/(dia.m), que está no intervalo de 179 m³/(dia.m) ≤ taxa de escoamento≤ 268 m³/(dia.m). Estes valores foram retirados da seguinte tabela: 
Tabela 02 - Taxas de escoamento típicas em vertedores de canais de coleta de água decantada.
Tipos de Floco 
Taxa de Escoamento (m3/dia.m) 
Leves, originados pelo sulfato de alumínio (característicos de águas brutas de baixa turbidez) 
143 - 179 
Pesados, originados pelo sulfato de alumínio (característicos de águas brutas de turbidez elevada) 
179 - 268Pesados, originados no processo de remoção de dureza com emprego de cal. 
268 - 322 
O cálculo do comprimento das canaletas está a seguir:
Se Qmáx= 78.716,38 m³/dia, o comprimento C1 de canaletas é, por decantador: 
O comprimento C2 de vertedores é o dobro de C1, logo:
DESCREVER ELEMENTOS DE ENTRADA E DE SAÍDAAA
Por fim, colocará-se 5 canaletas em cada decantador. Assim, o comprimento de 1 (uma) canaleta é:
E para os vertedores,
O desenho esquemático do decantador, com as canaletas, pode ser visualizado abaixo:
Figura 02 - Desenho esquemático do decantador
3.5. Filtros
Na etapa de filtração os filtros utilizados são do tipo filtros rápidos convencionais (por gravidade). Para determinar a quantidade de filtros que haverá, utiliza-se a tabela abaixo:
Tabela 03 - Número de filtros em função da vazão Q(l/s)
Q (l/s)
N
£ 250
4
250 a 500
6
500 a 1000
8
1000 a 1500
10
1500 a 2000
14
Deste modo tem-se que para Qmáx= 911,59 l/s, N é igual a 8. Como há 4 decantadores, haverá 2 (dois) filtros por decantador.
O leito filtrante dos filtros foi especificado como sendo de camada dupla (areia+antracito), com uma taxa de filtração de 350 m³/(dia.m²). As especificações das camadas de areia e antracito seguem abaixo:
Tabela 04 - Especificação das camadas
Item 
Areia 
Antracito 
Espessura da camada (m)
0,20 
0,50 
Tamanho efetivo 
0.5 a 0.6 
0.8 a 1.1 
Coeficiente de uniformidade