aula 5.1 floculação

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SISTEMAS DE TRATAMENTO 
DE ÁGUA E ESGOTO
Floculação
Prof. Me. Pedro Gustavo Pereira Leite
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• Dimensionamento de adutoras;
• Dimensionamento de Calha Parshall como unidade de mistura rápida (Coagulação).
• Como funciona a etapa de floculação? Quais são os tipos? Como 
dimensionar?
FLOCULAÇÃO
• Depois da etapa de mistura rápida (coagulação), onde coagulantes são introduzidos 
na água, flocos são formados nos tanques de floculação;
• As impurezas ainda dispersas não têm peso suficiente para sedimentar em um tempo 
relativamente curto na etapa de decantação;
• Os flocos formados são mais pesados e possuem diâmetro maior (D ≥ 1 mm), 
diminuindo drasticamente o tempo de sedimentação.
Diâmetro da 
partícula (mm)
Exemplo
Tempo de 
sedimentação
10 Cascalho 0,3 segundos
1 Areia grossa 3 segundos
0,1 Areia fina 38 segundos
0,001 (1 μm) Bactéria 55 horas
0,000001 Vírus, Cor verdadeira 63 anos
FLOCULAÇÃO
• Diferente da etapa de coagulação (mistura rápida), a agitação no escoamento na 
etapa de floculação deve ser menor para que a formação de flocos seja possível;
COAGULAÇÃO FLOCULAÇÃO
Dispersão rápida e homogênea 
do coagulante para promover 
desestabilização das partículas 
(minimizar forças de repulsão 
entre as partículas de impurezas), 
dessa forma, possibilitando a 
aglomeração de impurezas na 
etapa seguinte.
Promove o aumento das chances 
de contato entre as partículas 
desestabilizadas, de modo que 
ocorra a agregação destas, com 
formação de flocos.
FLOCULAÇÃO
• Portanto, para a formação de flocos, a agitação da água deve ser suave e o tempo 
de detenção (tempo de mistura) deve ser elevado;
• Ou seja: gradiente de velocidade baixo e tempo de mistura elevado.
• Pelo tempo de mistura maior, a etapa de floculação também pode ser chamada de 
etapa de mistura lenta.
COAGULAÇÃO FLOCULAÇÃO
PARÂMETROS
“G” elevado
“t” baixo
“G” baixo
“t” elevado
NBR 12216
700 ≤ G ≤ 1100 s-1
t < 5 s
10 ≤ G ≤ 70 s-1
20 ≤ t ≤ 40 min
G = gradiente de velocidade ; t = tempo de mistura
FLOCULAÇÃO
• Segundo a NBR 12216, a agitação da água pode ser promovida por meios mecânicos 
ou hidráulicos
• Exemplos: 
MECÂNICOS: Com paletas paralelas ao eixo giratório ou paletas perpendiculares ao eixo 
giratório;
HIDRÁULICOS: Floculadores de chicanas com fluxo horizontal e fluxo vertical.
FLOCULAÇÃO
FLOCULADORES MECÂNICOS: Capazes de manter a água em constante agitação, com 
gradiente de velocidade e tempo de mistura controlados;
Devem ter o mínimo de 3 compartimentos em série para reduzir curto-circuitos. O 
gradiente é decrescente em cada tanque até chegar no tanque de decantação. 
FLOCULADORES HIDRÁULICOS: Capazes de controlar o gradiente e tempo de mistura por 
um caminho cheio de mudanças de direção (perdendo carga e velocidade). 
O mais utilizado é o floculador de chicanas com fluxo vertical, já que o floculador de 
chicanas com fluxo horizontal demanda um grande área superficial para ser utilizado.
FLOCULADORES MECÂNICOS
• Os floculadores mecânicos mais utilizados são os de movimento giratório com paletas 
paralelas ou perpendiculares ao eixo:
FLOCULADORES MECÂNICOS
• O eixo pode ser horizontal ou vertical:
FLOCULADORES MECÂNICOS
FLOCULADORES MECÂNICOS
FLOCULADORES MECÂNICOS
Restrições e recomendações da NBR 12216 quanto aos floculadores mecânicos:
• Tempo de detenção e gradiente de velocidade devem ser determinados por meios de 
ensaios com a água a ser tratada;
• Não sendo possível proceder ensaios, podem ser adotados 30 ≤ t ≤ 40 min para tempo 
de detenção;
• O gradiente hidráulico, sem ensaios, deve atender um máximo no primeiro 
compartimento de G = 70 s-1 e um mínimo de G = 10 s-1 no último compartimento;
• Devem ter no mínimo 3 tanques em série, com gradiente de velocidade decrescente.
FLOCULADORES MECÂNICOS
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
• Segundo a NBR 12216, a agitação por meio de floculadores hidráulicos deve ser obtida 
por meio de chicanas de fluxo horizontal ou vertical:
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Restrições e recomendações da NBR 12216 quanto aos floculadores hidráulicos:
• Tempo de detenção e gradiente de velocidade devem ser determinados por meios de 
ensaios com a água a ser tratada;
• Não sendo possível proceder ensaios, podem ser adotados 20 ≤ t ≤ 30 min para tempo 
de detenção;
• O gradiente hidráulico, sem ensaios, deve atender um máximo no primeiro 
compartimento de G = 70 s-1 e um mínimo de G = 10 s-1 no último compartimento;
• A velocidade do escoamento ao longo dos canais deve ficar entre 10 cm/s e 30 cm/s 
(0,1 m/s a 0,3 m/s);
• O espaçamento mínimo entre chicanas deve ser de 0,60 m (pode ser menor, desde 
que elas sejam dotadas de dispositivos para sua fácil remoção).
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
• Para atingir um gradiente de velocidade decrescente, normalmente mudamos os 
espaçamento entre chicanas:
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
• Normalmente são separadas em câmaras:
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES
HIDRÁULICOS
Normalmente os dados do problema são: 
• Vazão Q;
• Tempo de detenção/mistura t;
• Comprimento e Largura do Floculador (Espaço disponível no local para construção);
• Número de câmaras e sentido do escoamento;
• Estabelecer decrescimento de gradiente de velocidade para cada câmara 
considerada. (10 ≤ G ≤ 70 s-1).
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES
HIDRÁULICOS
1º PASSO: Calcular o volume total de água dentro do tanque de floculação:
Q =
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
𝑡 𝐼𝑠𝑜𝑙𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑜 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 = 𝑄. 𝑡
2º PASSO: Calcular a lâmina d’água:
𝐴 = 𝐿𝑎𝑟𝑔𝑢𝑟𝑎 𝑥 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
𝐻 =
𝑄
𝐴
• Q = vazão (m3/s)
• t = tempo de detenção total (s)
• Q = vazão (m3/s)
• A = Área superficial do tanque (m2)
• H = Lâmina d’água (m)
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES
HIDRÁULICOS
3º PASSO: Calcular o número de canais em cada câmara:
Floculadores de fluxo horizontal:
𝑛 = 0,045.
3 𝐻. 𝐿. 𝐺
𝑄
2
. 𝑡
Floculadores de fluxo vertical: 
𝑛 = 0,045.
3 𝑏. 𝐿. 𝐺
𝑄
2
. 𝑡
• Q = vazão (m3/s)
• t = tempo de detenção na câmara (minuto)
• H = lâmina d’água (m)
• L = comprimento da câmara(m)
• G = gradiente de velocidade da câmara (s-1)
• Q = vazão (m3/s)
• t = tempo de detenção na câmara (minuto)
• b = largura da câmara (m)
• L = comprimento do câmara (m)
• G = gradiente de velocidade da câmara (s-1)
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES
HIDRÁULICOS
4º PASSO: Calcular o espaçamento entre chicanas de cada câmara:
𝑒 =
𝐿
𝑛
5º PASSO: Calcular as velocidades nos trechos e nas curvas:
𝑉 =
𝑄
𝑏. 𝑒
𝑉180 =
2
3
. V
• L = comprimento da câmara(m)
• e = espaçamento entre chicanas (m)
• n = número de canais
• Q = vazão (m3/s)
• V = velocidade no canal (m/s)
• V180 = velocidade na curva (m/s)
• b = largura da câmara (m)
• e = espaçamento entre chicanas da câmara (m)
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES
HIDRÁULICOS
6º PASSO: Calcular a extensão total de fluxo em cada câmara:
𝐿𝑡 = 𝑡 . 𝑉
7º PASSO: Calcular a perda de carga em cada câmara:
∆ℎ =
𝑛 + 1 . 𝑉2 + 𝑛. 𝑉180
2
2. 𝑔
• t = tempo de detenção na câmara (s)
• V = velocidade de escoamento na câmara (m/s)
• n = número de canais na câmara;
• V = velocidade de escoamento na câmara (m/s)
• V180 = velocidade de escoamento na curva (m/s)
• g = aceleração da gravidade (m/s2)
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES
HIDRÁULICOS
8º PASSO: Calcular os gradientes de velocidade de cada câmara e realizar a verificação:
𝐺 =
𝛾
𝜇
.
∆ℎ
𝑡
OBSERVAÇÃO:• G : Gradiente de velocidade na câmara (s-1);
• Δh : Perda de carga na câmara (m);
• μ : coeficiente de viscosidade = 1,17 . 10-4 kgf.s/m2
• γ : Peso especifico da água = 1000 kgf/m3
• t : tempo de detenção na câmara(s)
EXERCÍCIO EM SALA
1) Dimensione uma unidade de floculação hidráulica 
com fluxo horizontal com os seguintes dados: 
• Q = 0,4 m3/s
• Tempo de detenção = 30 min
• Comprimento do floculador = 12 m
• Largura do floculador = 13 m
• Número de câmaras = 3
• Adotar decrescimento de gradiente de velocidade 
em cada câmara de 70 – 50 – 20 s-1
EXERCÍCIO PARA CASA
1) Dimensionar um floculador hidráulico com fluxo 
vertical com os seguintes dados:
• Q = 0,25 m3/s
• Tempo de detenção = 30 min
• Comprimento do floculador = 12 m
• Largura do floculador = 8 m
• Número de câmaras = 3
• Adotar decrescimento de gradiente de velocidade 
em cada câmara de 70 – 50 – 20 s-1
EXERCÍCIO PARA CASA
2) Qual a função da etapa de floculação em uma estação de tratamento de água?
3) Ao contrário da etapa de coagulação, o gradiente de velocidade deve ser menor na etapa de 
floculação, consequentemente o tempo de detenção é maior. Por que o gradiente deve ser menor nessa 
etapa? 
4) A norma estabelece velocidades mínimas e máximas para o escoamento dentro de tanques de 
floculação hidráulicos. Por que existem essas limitações de velocidade?