TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO

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TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO 
 
FLOCULADOR DE PALETAS 
 
 
THAÍS CORDEIRO PRATES ¹ 
 
1 Acadêmica de Engenharia Ambiental e Sanitária na Universidade Federal da fronteira 
Sul, campus Cerro Largo. 
 
 
1. FLOCULADOR DE PALETAS 
 
Os floculadores de paleta são floculadores mecânicos que utilizam energia 
mecânica externa, através do movimento giratório das paletas, que em compartimentos 
apropriados, é dissipada pela água. Nestes floculadores a água é conduzida até uma serie 
de câmaras, onde nestas o grau de agitação é reduzido conforme a passagem da água, ou 
seja, na primeira câmara o grau de agitação é maior que na segunda e assim 
sucessivamente, o gradiente vai diminuindo conforme a agua atravessa as câmaras. Estas 
câmaras devem ser instaladas em séries de no mínimo três unidades separadas por cortinas 
ou paredes. O gradiente de velocidade varia de acordo com a rotação das paletas e é 
dependente de suas dimensões como altura, espessura e o espaçamento entre as paletas 
(MIRANDA, L, A, S. 2007). 
Estes floculadores são aplicados para instalações de pequeno a grande porte, 
necessitam de câmaras para que possam ser instalados, a separação destas câmaras deve 
ser feita por paredes de distribuição, e a velocidade de escoamento nas passagens destas 
deve estar compreendia entre 0,15 e 0,30 m/s (SOUZA, B, G, 2011). 
 
2. TIPOS DE FLOCULADOR DE PALETAS 
 
Os floculadores de paletas são classificados conforme sua configuração, de acordo 
com a quantidade de paletas e seu eixo de rotação, sendo eles: floculadores paleta de eixo 
vertical, floculadores de paleta de eixo horizontal e floculadores de paleta única de eixo 
vertical. Todos esses seguem o mesmo princípio básico de operação onde a água 
coagulada é levada até a série de câmaras, onde, ao decorrer da passagem por esta, o 
gradiente de velocidade ira se reduzindo. Os eixos são movimentados por conjuntos de 
motor-redutor, que são instalados nos modelos verticais sobre as passarelas do floculador, 
no modelo horizontal, no interior de poços secos construídos ao lado dos floculadores 
(MIRANDA, L, A, S. 2007). 
 
 
Figura 1 - Floculador mecânico de paletas de eixo vertical (SANEAGO, 2006) 
 
 
Figura 2 - Floculador mecânico de paletas de eixo horizontal (SANEAGO, 2006) 
 
Figura 3 - Floculador mecânico de paleta única de eixo vertical (SANEAGO, 2006) 
 
3. DIMENSIONAMENTO 
 
Recomenda-se utilizar os critérios da NBR 12216 que dispões sobre o Projeto de 
estação de tratamento de água para abastecimento público, para efetuar o dimensionar destes 
equipamentos floculadores. Segundo esta, as recomendações para este tipo de floculador 
estão apresentadas na tabela 1. 
 
Tabela 1 – Parâmetros e recomendações para o dimensionamento de floculadores de 
paletas segundo a NBR 12216. 
Parâmetros Recomendações 
Tempo de 
detenção 
30 a 40 min. 
Número de 
compartimentos 
em série 
Igual ou superior a 3 
Gradiente de 
velocidade 
75 a 10 s-1 (comumente 65 a 25 s-1 do 1º ao último compartimento) 
Área das paletas Menor que 20% da área do plano de rotação das paletas 
Velocidade nas 
extremidades 
das paletas 
Menor que 1,20 m/s na 1ª câmara e menor que 0,60 m/s na última 
câmara 
 
O dimensionamento deste floculador é composto pelas seguintes etapas: definição 
da vazão do sistema (Qsistema), definição do número de câmaras de floculação, definição 
da capacidade útil dos agitadores (Vu), tempo de detenção nas câmaras (tn), cálculo do 
número de agitadores nas câmaras (Nn), cálculo das dimensões do agitador, seleção do 
agitador, cálculo do fator forma (Є), cálculo do gradiente de velocidade (Gn), velocidade 
de rotação das paletas (v) e cálculo do número de Camp (NCn) (SOUZA, B, G, 2011). 
 
3.1 Vazão do sistema 
 
A determinação da vazão do sistema é dada de acordo com a população atendida 
pela ETA e com o potencial hídrico manancial. O dimensionamento deste pode ser 
realizado através de estudos de estimativa de população para um determinado tempo em 
relação ao consumo de água da região. A vazão é o principal parâmetro a ser considerado 
visto que este deve atender a população para a qual a estação será projetada, sendo sua 
unidade para fins de cálculo: m3/s (SOUZA, B, G, 2011). 
 
3.2 Número de câmaras 
 
O número de câmaras nos floculadores deve ser determinado com base na vazão 
do sistema e na área disponível, recomenda-se que este varie de três a cinco câmaras, 
ainda que a NBR 12216 não estabeleça esse valor, é importante que este úmero não seja 
inferior a três para respeitar o tempo de detenção mínimo sugerido pela norma, um valor 
menor que este de câmaras implicaria em tempos de detenção altos. Já um número maior 
que cinco câmaras, para respeitar o tempo de detenção máximo citado na norma, poderia 
tornar o tempo de detenção muito baixo (SOUZA, B, G, 2011). 
 
3.3 Capacidade útil 
 
A capacidade útil do agitador (Vu) dada em metros cúbicos (m3) é determinada 
baseada no volume total de água que será tratado na estação, sendo que este volume deve 
ser dividido igualmente entre todas as câmaras adotadas na unidade. Tendo o volume de 
cada câmara, verifica-se a compatibilidade destes valores com os agitadores disponíveis 
no mercado (entre 10 m3 e 81 m3). Após escolher um modelo de agitador que se adéque 
aos volumes tratados pela estação verifica-se também se este é compatível com o espaço 
disponibilizado e se é economicamente viável (SOUZA, B, G, 2011). 
 
3.4 Tempo de detenção 
 
O tempo de detenção (tn) é definido baseado nas NBR 12216 que sugere a adoção 
de valores entre trinta e quarenta minutos para tempo de detenção total da unidade. 
Ressaltando que nestes floculadores tempos de detenção inferiores a trinta ou superiores 
a quarenta minutos das unidades, podem fazer com que os flocos em formação se 
depositem no interior das câmaras, a unidade do tempo de detenção utilizada para os 
cálculos é em segundos (s) (SOUZA, B, G, 2011). 
 
3.5 Número de agitadores nas câmaras 
 
O número de agitadores por câmara (Nn) é definido pela divisão do volume total 
da câmara (Vn) pela capacidade útil do agitador (Vu): 
 
Nn =
Vn
Vu
 
 
3.6 Dimensões do agitador 
 
As dimensões do agitador são dadas através da área superficial (Af), que é dada 
pela razão entre a capacidade útil do agitador (Vu) pela altura da lâmina de água(h), então: 
 
Af =
Vu
h
 
 
Considerando a utilização de tanques quadrados para cada agitador e com base no 
valor da área superficial (Af) obtida, tem-se que a arresta do tanque (b) é dada por: 
 
𝑏 = √Af 
 
Sendo a unidade usual de Af metros quadrados (m2) e da arresta metros (m). 
3.7 Seleção do agitador 
 
A seleção do agitador mecânico é dada conforme os modelos disponíveis no 
mercado de acordo com o volume de água a ser tratado em cada câmara e com as 
características geométricas e funcionais do mesmo. A aresta do tanque deve ser igual ou 
maior a dimensão básica (Aa) ao raio do agitador acrescentado 0,2 metros de folga, assim: 
 
𝑏 ≥ 𝐴𝑎 + 0,2 
 
3.8 Fator forma 
 
O fator forma (Є) depende da geometria do agitador e do volume do tanque, dado 
pela equação: 
Є = 
(α . ∑ Ap . r3)
Vu
 
 
Onde α é um número adimensional, em que adota-se como padrão igual 8000, Ap 
representa a área da paleta do agitador (m2), r é a distância entre o eixo de cada paleta ao 
eixo do agitador (m) e Vu a capacidade útil do agitador (m3). 
 
 
3.9 Gradiente de velocidade 
 
O gradiente de velocidade (G) é definido de acordo com as paletas em relação ao 
eixo. O gradiente paralelo ao eixo é dado pela equação a seguir:𝐺 = 5. √
𝑝. 𝑔
µ. Vu
. [𝐶𝑑. (1 − 𝑘)3. 𝑣3. 𝑏′. 𝑙′. (𝑟13 + 𝑟23 + ⋯ + 𝑟𝑛3) 
O gradiente perpendicular ao eixo é dado por: 
 
𝐺 = 2,5. √
𝑝. 𝑔
µ. Vu
. [𝐶𝑑. (1 − 𝑘)3. 𝑣3. 𝑏′. (𝑙14 + 𝑙24 + ⋯ + 𝑙𝑛4) 
 
Onde: 
 
G = Gradiente de velocidade (s-1); 
Cd = Coeficiente de arrasto; 
K = Relação entre velocidade da água e paletas (K=0,25); 
p = Densidade da água (kg/m³); 
v = velocidade de rotação (rps); 
g = aceleração da gravidade; 
µ = Viscosidade (N.s/m² ); 
b’ = espaçamento da paleta (m); 
l’ = comprimento das paletas (m); 
r = raio com o eixo (m) 
O coeficiente de arrasto pode ser calculado pela seguinte formula: 
 
𝐶𝑑 = 1,10 + 0,02 (
𝑏′
𝑙′
+
𝑙′
𝑏′
) 
 
O gradiente de velocidade do agitador na câmara n é dado em s-1. Sendo assim 
conforme a NBR 12216 é recomendado que o gradiente de velocidade esteja entre 10 a 
75 s-1. 
 
3.10 Velocidades de rotação 
 
Assim como o gradiente de velocidade, a velocidade de rotação também tem 
relação direta com a configuração do eixo. A velocidade de rotação para paletas paralela 
ao eixo é dada pela equação a seguir: 
 
 
𝑣 = 0,342. √
𝑃
p. g. Cd . (1 − k)3. 𝑏′. 𝑙′. (𝑟13 + 𝑟23 + ⋯ + 𝑟𝑛3)
3
 
 
 
 
Para paletas perpendiculares ao eixo: 
 
𝑣 = 0,342. √
𝑃
p. g. Cd . (1 − k)3. 𝑏′. (𝑙14 + 𝑙24 + ⋯ + 𝑙𝑛4)
3
 
 
Onde: 
 
v = velocidade de rotação (rps); 
CD = Coeficiente de arrasto; 
P = Potência do motor (W); 
p = Densidade da água (kg/m³); 
g = aceleração da gravidade; 
b’ = espaçamento da paleta (m); 
l’ = comprimento das paletas (m); 
k = Relação entre velocidade da água e paletas (K=0,25); 
 
Sendo a potência definida pela equação a seguir, onde V é o volume da câmara, µ 
corresponde a viscosidade e G o gradiente de velocidade: 
 
𝑃 = µ. 𝑉. 𝐺2 
 
 
3.11 Número de Camp 
 
O número de Camp é um valor adimensional, dado pelo produto do gradiente de 
velocidade e o tempo de detenção, conforme a seguir: 
 
NC = G . tn 
 
Recomenda-se que este número de camp (NC) entre câmaras consecutivas não 
ultrapasse dez por cento, evitando grandes forças sobre os flocos que poderiam causar a 
quebra dos mesmos, assim o ideal seria variação de zero por cento entre câmaras 
consecutivas e que, o gradiente de velocidade pelo tempo de detenção nas câmaras, 
deveriam ser constantes em toda unidade para garantir a boa formação dos flocos 
(SOUZA, B, G, 2011). 
3.12 Exemplo de dimensionamento 
 
Calcule a velocidade de rotação de um agitador tipo paletas que permita aplicar à 
água gradientes de velocidade iguais a 75 s-¹, 60s-¹ e 45s-¹, em uma câmara quadrada 
de lado igual a 4,5 m e profundidade de água de 4,6 m . São usados 3 paletas com 
b’=0,15 m e l’=3,80 m distanciadas do eixo de 1,20 m, 1,60 m e 2,00 m. Para atender 
uma vazão de 1 m3/s Dados: µ= :1,03x10-³ N.s/m², k=0,25, ρ= 1000 kg/m3 (FEITEP). 
 
Primeiro devemos calcular a área da câmara: 
 
𝐴 = 4,5.4,5 = 20,25 𝑚2 
 
Agora calculamos o volume útil da câmara, referente a lamina de água: 
 
𝑉𝑢 = 20,25. 4,6 = 93,15 𝑚3 
 
 Após, calculamos o coeficiente de arrasto referentes as dimensões das paletas: 
 
𝐶𝑑 = 1,10 + 0,02. (
0,15
0,38
+
0,38
0,15
) = 1,61 
 
Conhecendo-se o coeficiente de arrasto calcularemos a potência referente a cada 
gradiente de velocidade de acordo com a formula: 
 
𝑃 = µ. 𝑉. 𝐺2 
 
𝑃(75𝑠−1) = 7,19 𝑊 
𝑃(60𝑠−1) = 5,76 𝑊 
𝑃(45𝑠−1) = 4,32 𝑊 
 
 Calculas as potências, por fim calcula-se a velocidade de rotação das paletas 
respectivo a cada gradiente, sabendo que estas estão a uma distância r do eixo, utilizou-
se a seguinte equação: 
 
𝑣 = 0,342. √
𝑃
p. g. Cd . (1 − k)3. 𝑏′. 𝑙′. (𝑟13 + 𝑟23 + ⋯ + 𝑟𝑛3)
3
 
 
 
𝑣(75𝑠−1) = 0,052 𝑟𝑝𝑠 
𝑣(60𝑠−1) = 0,048 𝑟𝑝𝑠 
𝑣(45𝑠−1) = 0,044 𝑟𝑝𝑠 
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS 
 
FEITEP – FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA. Saneamento I – 
Floculadores (Notas de aula). Paraná, 2016. Disponível em: 
https://7semestrecivil.files.wordpress.com/2016/08/aula-14-floculac3a7c3a3o-novo.pdf. 
Acesso em: 14 de abril de 2018. 
 
MIRANDA, L, A, S. Sistemas e processos de tratamento de águas de abastecimento. 
Porto Alegre, 2007. Disponível em: 
https://www.passeidireto.com/arquivo/18751766/380401-apostila_-
_abastecimento_de_agua_-_recesa. Acesso em: 14 de abril de 2018. 
 
NORMA REGULAMENTADORA BRASILEIRA (NBR) 12216 - 1992 - Projeto de 
estação de tratamento de água para abastecimento público. 
 
SOUZA, B, G. Sistema computacional de pré-dimensionamento das unidades de 
tratamento de água: Floculador, Decantador e Filtro. Porto Alegre, 2011. Disponível em: 
https://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/34528/000789752.pdf?sequence=1. 
Acesso em: 12 de abril de 2018. 
 
SANEAGO (SANEAMENTO DE GOIAS). Manual de operação de estação de 
tratamento de água. Goiás, 2006. Disponível em: 
https://www.passeidireto.com/arquivo/19568525/manual-operacao-de-estacao-de-
tratamento-de-agua. Acesso em 14 de abril de 2018.