aula 5.2 decantação

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SISTEMAS DE TRATAMENTO 
DE ÁGUA E ESGOTO
Decantação
Prof. Me. Pedro Gustavo Pereira Leite
DECANTAÇÃO
• No floculador, a água é agitada em velocidade controlada para aumentar o tamanho 
dos flocos;
• Em seguida, a água passa para os tanques de DECANTAÇÃO;
• Os flocos, com densidade maior que a água, irão se depositar no fundo dos tanques 
de decantação, separando a água decantada (sobrenadante) das impurezas;
• HÁ FORMAÇÃO DE LODO.
DECANTAÇÃO
• Os decantadores mais utilizados são os decantadores de fluxo horizontal: 
DECANTAÇÃO
DECANTAÇÃO
DECANTAÇÃO
EXEMPLOS DE LAYOUTS
EXEMPLOS DE LAYOUTS
EXEMPLOS DE LAYOUTS
EXEMPLOS DE LAYOUTS
ETA ALTO DA BOA VISTA – SÃO PAULO
TEORIA DA SEDIMENTAÇÃO DISCRETA
B
H
L
1
Vh
Vs
• Considerando que as partículas permaneçam com dimensões e velocidades 
constantes ao longo da sedimentação, podemos descrever sua trajetória do 
ponto 1 para o ponto 2, como mostra figura, de forma linear.
2
TEORIA DA SEDIMENTAÇÃO DISCRETA
B
H
L
1
Vh
Vs
• A velocidade Vh é a velocidade de movimentação horizontal da partícula, 
seguindo o escoamento da água que chega no tanque de decantação;
• A velocidade Vs é a velocidade de sedimentação da partícula, devido a 
forças gravitacionais.
2
TEORIA DA SEDIMENTAÇÃO DISCRETA
B
H
L
1
Vh
Vs
• Do ponto 1 até o ponto 2, a partícula irá ter se depositado em um tempo 
igual a “t”;
• Então temos: Vh=
L
t e Vs=
H
t
2
TEORIA DA SEDIMENTAÇÃO DISCRETA
B
H
L
1
Vh
Vs
2
Vh=
L
t
Vs=
H
t
Vs=
H
L
. Vh
TEORIA DA SEDIMENTAÇÃO DISCRETA
B
H
L
1
Vh
Vs
2
Sabemos que :
𝑄 = 𝑉ℎ . 𝐴
𝐴 = 𝐵.𝐻
Vh=
Q
𝐵.𝐻
TEORIA DA SEDIMENTAÇÃO DISCRETA
B
H
L
1
Vh
Vs
2
Vs=
H
L
. Vh
Vh=
Q
𝐵.𝐻
Vs=
H
𝐿
.
𝑄
𝐵.𝐻
Vs=
𝑄
𝐵. 𝐿
=
𝑄
𝐴𝑠
DEFINIÇÃO DE TAXA DE APLICAÇÃO 
SUPERFICIAL
Vs =
𝑄
𝐴𝑠
= 𝑇𝐴𝑆
• A relação Q/As é denominada pela NBR 12216 de taxa de aplicação superficial ou taxa 
de escoamento superficial para decantadores de fluxo horizontal;
• A velocidade de sedimentação Vs deve ser determinada por ensaios e deve ser 
multiplicada por um fator K:
a) K = 0,5 Q ≤ 1000 m3/dia (0,01157 m3/s);
b) K = 0,7 1000 < Q ≤ 10000 m3/dia (0,01157 < Q ≤ 0,1157 m3/s);
c) K = 0,8 Q > 10000 m3/dia (Q > 0,1157 m3/s);
DEFINIÇÃO DE TAXA DE APLICAÇÃO 
SUPERFICIAL
Vs =
𝑄
𝐴𝑠
= 𝑇𝐴𝑆
• No caso de não ser possível proceder com ensaios, as velocidades de sedimentação Vs para 
o cálculo das taxas de aplicação devem ser:
a) Vs = 1,74 cm/min (25 m
3/m2/dia) Q ≤ 1000 m3/dia (0,01157 m3/s);
b) Vs = 2,43 cm/min (35 m
3/m2/dia) 1000 < Q ≤ 10000 m3/dia (0,01157 < Q ≤ 0,1157 m3/s);
c) Vs = 2,80 cm/min (40 m
3/m2/dia) Q > 10000 m3/dia (Q > 0,1157 m3/s);
LIMITAÇÕES PARA DIMENSIONAMENTO
• A NBR 12216 limita valores de velocidade de escoamento (Vh) para não haver arraste do 
material já sedimentado no fundo do tanque;
a) Vh,máx = 0,50 cm/s (0,005 m/s) Q ≤ 10000 m
3/dia (0,1157 m3/s);
b) Vh,máx = 0,75 cm/s (0,0075 m/s) Q > 10000 m
3/dia (Q > 0,1157 m3/s);
c) Vh,máx = 1,0 cm/s (0,01 m/s) Q > 10000 m
3/dia (Q > 0,1157 m3/s) 
e se houver um sistema de remoção contínua de lodo.
LIMITAÇÕES PARA DIMENSIONAMENTO
• A relação entre o comprimento e a largura do tanque deve respeitar certo limite para 
garantir boa distribuição da água e evitar velocidades elevadas que causam o arraste 
dos flocos:
2,25 ≤
𝐿
𝐵
< 10 𝑁𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒
𝐿
𝐵
= 3 𝑎 4
• A profundidade do decantador deve respeitar a relação: 
𝐿
𝐻
≤ 18 𝑁𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐻 = 3,5 𝑎 4,5
• O período de detenção no decantador normalmente é entre 2 a 3 horas.
• A quantidade mínima de decantadores são 2 unidades, para possibilitar limpezas e 
manutenções, sem interromper o tratamento.
DISPOSITIVOS DE ENTRADA
Para assegurar a uniformização do fluxo de água no decantador, instala-se cortina de 
distribuição constituindo vários orifícios.
DISPOSITIVOS DE ENTRADA
DISPOSITIVOS DE ENTRADA
DISPOSITIVOS DE SAÍDA (CALHAS)
São calhas posicionadas superficialmente no final do comprimento do tanque, para 
captar a água sobrenadante:
DISPOSITIVOS DE SAÍDA (CALHAS)
DIMENSIONAMENTO DE DECANTADOR 
CONVENCIONAL
Os dados são:
• Vazão;
• Número de decantadores;
• Tempo de detenção entre 2 a 3 horas;
• Se houver TAS de laboratório, lembrar de multiplicar por K (depende da vazão) para 
determinar Vs;
• Se não houver TAS, utilizar os valores estabelecidos pela NBR 12216:
Velocidade de sedimentação/TAS Vazão da ETA
1,74 cm/min (25 m3/m2/dia) Q ≤ 1000 m3/dia (0,01157 m3/s);
2,43 cm/min (35 m3/m2/dia) 1000 < Q ≤ 10000 m3/dia (0,01157 < Q ≤ 0,1157 m3/s);
2,80 cm/min (40 m3/m2/dia) Q > 10000 m3/dia (Q > 0,1157 m3/s);
DIMENSIONAMENTO DE DECANTADOR 
CONVENCIONAL
1º PASSO: DETERMINAR ÁREA TOTAL DOS DECANTADORES:
𝑄
𝐴𝑠
= 𝑇𝐴𝑆
• Vazão (m3/dia);
• As = área superficial (m
2);
• TAS = taxa de aplicação/escoamento superficial (m3/m2/dia);
OBS: lembrar de dividir pelo número de decantadores.
2º PASSO: DETERMINAR A LARGURA E COMPRIMENTO SABENDO QUE As = B.L :
2,25 ≤
𝐿
𝐵
< 10
𝐿
𝐵
= 3 𝑎 4
• L = comprimento do decantador (m);
• B = largura do decantador (m);
DIMENSIONAMENTO DE DECANTADOR 
CONVENCIONAL
3º PASSO: DETERMINAR A PROFUNDIDADE:
Q =
Volume
t • Vazão (m3/dia);
• As = área superficial (m
2);
• H = profundidade do tanque (m)
• L = comprimento do tanque (m)
Volume = As. H
L
H
≤ 18
DIMENSIONAMENTO DE DECANTADOR 
CONVENCIONAL
4º PASSO: CHECAR VELOCIDADE DE ESCOAMENTO:
𝑉ℎ =
Q
B.H
• Vo = Velocidade de escoamento (m/s);
• Q = Vazão (m3/s);
• B = largura do tanque (m);
• H = profundidade do tanque (m);
DIMENSIONAMENTO DO DISPOSITIVO DE 
ENTRADA (CORTINA DE DISTRIBUIÇÃO)
a=
Qdec
Vp
1º PASSO: DEFINAR ÁREA TOTAL DE ORIFÍCIOS:
• Vp = Velocidade de passagem pelo orifício (m/s). RICHTER (2009): Vp < 0,25 m/s
• Qdec = Vazão do decantador (m3/s);
• a = área total dos orifícios (m2)
2º PASSO: DEFINIR O NÚMERO DE ORIFÍCIOS:
S ≤ 0,5 𝑚 (NBR 12216)
Nf,B = B/S
Nf,H = H/S
H
B
• Nf,B = Número de orifícios em B 
• Nf,H = Número de orifícios em H
• S = Espaçamento entre orifícios (m)
DIMENSIONAMENTO DO DISPOSITIVO DE 
ENTRADA (CORTINA DE DISTRIBUIÇÃO)
𝐴𝑜𝑟𝑖=
𝑎
𝑁𝑓
3º PASSO: DEFINAR ÁREA DE CADA ORIFÍCIO e DIÂMETRO DE CADA ORIFÍCIO:
• Aori = Área de cada orifício (m
2)
• a = área total dos orifícios (m2)
• Nf = número total de orifícios = Nf,B x Nf,H
4º PASSO: DISTÂNCIA DA CORTINA A COMPORTA DE ENTRADA:
d=1,5.H.
a
A
(NBR 12216)
• d = distância da cortina a comporta de entrada (m) RICHTER (2009): d ≥ 1,5 m
• H = altura do decantador (m)
• a = área total dos orifícios (m2)
• A = área lateral do decantador (m2) = B . H
DIMENSIONAMENTO DO DISPOSITIVO DE 
ENTRADA (CORTINA DE DISTRIBUIÇÃO)
𝐺=
𝐷
𝑆
.
𝜋. 𝑉𝑝
3
8. 𝜐. 𝐶𝑑
2. 𝑋
5º PASSO: CHECAR O GRADIENTE DE VELOCIDADE (G ≤ 20 s-1):
• G = gradiente de velocidade (s-1)
• D = Diâmetro do orifício (m)
• S = espaçamento entre orifícios (m)
• Vp = Velocidade de passagem pelo orifício (m/s)
• ν = viscosidade cinemática da água a 25º = 9.10-7 (m2/s)
• Cd = Coeficiente de descarga = 0,61 
• X = distância percorrida pelos jatos de água dos orifícios (m)
DIMENSIONAMENTO DO DISPOSITIVO DE 
ENTRADA (CORTINA DE DISTRIBUIÇÃO)5º PASSO: CHECAR O GRADIENTE DE VELOCIDADE (G ≤ 20 s-1):
Re=
Vp.Dh
ν
Dh=4.Rh
ν = 9.10-7 (m2/s)
DIMENSIONAMENTO DO DISPOSITIVO DE SAÍDA 
(CALHAS DE COLETA)
1º PASSO: DETERMINAR O LIMITE DA VAZÃO LINEAR NAS CALHAS DE COLETA
ql ≤ 0,018.H.Vs
• ql = vazão linear nas calhas (L/s/m)
• H = altura do decantador (m)
• Vs = velocidade de sedimentação (taxa de aplicação superficial (m3/m2/dia)
2º PASSO: DETERMINAR COMPRIMENTO TOTAL DAS CALHAS
Lv =
Q
ql
• ql = vazão linear nas calhas (L/s/m)
• Lv = Comprimento total das calhas (m)
• Q = vazão do decantador (L/s)
DIMENSIONAMENTO DO DISPOSITIVO DE SAÍDA 
(CALHAS DE COLETA)
3º PASSO: DETERMINAR O LIMITE DE COMPRIMENTO DE CADA CALHA
𝐿𝑐𝑎𝑙ℎ𝑎 ≤ 0,2 . 𝐿
• Lcalha = comprimento de cada calha (m)
• L = comprimento do decantador (m)
4º PASSO: DETERMINAR A QUANTIDADE DE CALHAS NO DECANTADOR
Ncalhas=
Lv
2.Lcalha
• Ncalhas = número de calhas
• Lv = Comprimento total das calhas (m)
• Lcalha = comprimento de cada calha (m)
DIMENSIONAMENTO DO DISPOSITIVO DE SAÍDA 
(CALHAS DE COLETA)
5º PASSO: DETERMINAR O ESPAÇAMENTO ENTRE CALHAS
ecalha=
B
Ncalhas
• ecalha = espaçamento entre calhas(m)
• B = largura do decantador (m)
• Ncalhas = número de calhas
e
e
e
e
B
EXERCÍCIO EM SALA
1) Uma ETA com 2 decantadores deverá purificar 60 L/s de águas coloidais. Dimensionar 
2 decantadores convencionais para um tempo de detenção de 2,5 horas. Não foram 
realizados ensaios em laboratório para determinar a velocidade de sedimentação.
2) Dimensionar o dispositivo de entrada para os decantadores calculados do exercício 1. 
Considerar S = 0,5 m e Vp = 0,1 m/s em orifícios circulares. 
3) Determinar o número de calhas de coleta para os decantadores calculados do 
exercício 1.
EXERCÍCIO PARA CASA
1) Qual a função da etapa de decantação de uma ETA convencional? Explique 
como funciona um tanque de decantação convencional. 
2) Porque existe um limite de velocidade de escoamento estabelecido por norma em 
tanques de decantação? 
3) Porque o mínimo de decantadores em uma ETA são de 2 unidades?
4) Para que serve uma cortina de distribuição e calhas coletoras em tanques de 
decantação?
5) Uma ETA com capacidade de 1000 L/s possui 3 decantadores convencionais.
Dimensione esses 3 decantadores, considerando um tempo de detenção de 2
horas, velocidade de sedimentação Vs obtida em laboratório de 50 m3/m2/dia e
relação L/B = 3,5. Dimensione os dispositivos de entrada com orifícios circulares (S =
0,5 m ; Vp = 0,15 m/s) e determine a quantidade de dispositivos de saída (calhas
coletoras).