TRABAJO SANEAMENTO URBANO

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CENTRO UNIVERSITÁRIO – UNIFACEAR
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
FELIPE CHAVES ALVARO BARBOSA
SANEAMENTO URBANO
Dimensionamento - ETA
CURITIBA
2019
FELIPE CHAVES ALVARO BARBOSA
DIMENSIONAMENTO - ETA
Trabalho em equipe apresentado como requisito parcial à obtenção de nota bimestral na disciplina de Sanemaneto Urbano, Curso de Engenharia Civil do Centro Universitário UNIFACEAR.
Prof. Marcelo Zawadzki Bueno
SUMÁRIO
ii
DIMENSIONAMENTO - ETA
1.1 Coagulação 
Operação unitária responsável pela desestabilização das partículas coloidais em um sistema aquoso, preparando-as para a sua remoção nas etapas subsequentes do processo de tratamento. 
Aspectos químicos 
Tipo de coagulante
Dosagem de coagulante
pH de coagulação
Qualidade da água bruta 
Aspectos Hidrodinâmicos
Dispersão do coagulante na fase líquida
Características físicas da estação de tratamento de água
1.2 Tabelas utilizadas no dimensionamento da ETA.
Figura 1 DIMENSÕES PADRONIZADAS DE UMA CALHA PARSHALL (A, B, C, D, E, F, G, K E N, EM FUNÇÃO DE W.).
Tabela 1
 Tabela 2
Figura 2 COEFICIENTES E VAZÃO DE ÁGUA EM FUNÇÃO DA LARGURA DA GARGANTA (W).
CALHA PARSHALL 
 
	
Figura 3 DESENHO ESQUEMÁTICO DE UMA CALHA PARSHALL E SUAS DIMENSÕES.
2.1 Parâmetros que devem ser atendidos:
Na calha, o gradiente de velocidade recomendado deve estar entre 600s¹ e 2000s¹, a velocidade da água deve ser maior que 2 m/s e o tempo de dispersão do reagente deve ser aproximadamente 1s.
A largura da calha, por sua vez, deve ser escolhida em função da vazão de água que passa por ela.
Primeiro, determina-se o intervalo que se encontra a vazão da água captada, então se escolhe o valor da largura da garganta da calha (W) imediatamento abaixo desse intervalo.
3.1 Dimensionamentos da Calha Parshall 
1ª Altura da água na seção de medição
Onde k e n são coeficientes, tabela 2 e Q é vazão (m³/s).
Dados: 1m³/s.
De acordo com a tabela 2: Q=1000L/s 
k=0,505
n=0,634
2ª Largura da calha na seção de medição
Onde D e W são dimensões (m), tabela 1.
Dados: 
W=4’ = 1,22m (tabela 2)
D=1,938m (tabela 1)
33
3ª Velocidade na seção de medição
4ª Vazão específica na garganta da calha:
5ª Carga hidráulica disponível:
N é dimensão (m), tabela 1
6ª Ângulo:
7ª Velocidade antes do ressalto:
8ª Altura da água antes do ressalto:
9ª Número de Froude:
10ª Altura do ressalto:
11ª Velocidade do ressalto:
12ª Altura na seção de saída:
N e K são dimensões (m), tabela 1.
Dados:
De acordo com a tabela 1: K=0,076m
13ª Velocidade na seção de saída:
Dados: 
De acordo com a tabela 1: C=1,525m
14ª Perda de carga no ressalto:
15ª Tempo de mistura:
Dados: 
De acordo com a tabela 1: G’=0,915m
16ª Gradiente de velocidade:
Dados: 
γ=1000kgf/m³ 
µ=1,17×10-4kgf.s/m² 
Para a vazão dada de 1m³/s, foi dimensionada uma calha Parshall de 4’(1220mm), que confere à água velocidade de 4,403m/s, tempo de mistura de 0,859s e gradiente de velocidade 1863,473s-1, dentro dos limites recomendados.
DIMENSIONAMENTO DO FLOCULADOR
	Nesta etapa precisamos dimensionar o floculador para que ele consiga funcionar de modo a não permitir que os flocos em formação se sedimentem antes do tempo ou que se desagreguem.
	Para isso, é necessário que o gradiente de velocidade seja respeitada, que geralmente deve ficar entre 20 e 80s-1.
Figura 4 VALOR DE KT EM FUNÇÃO DO TIPO DE ROTOR.
Dados iniciais:
Tempo de detenção = 25min;
Gradientes dos 3 câmeras (canais) em série escalonados: 80,50 e 20s¹
Profundidade = 4,5m
Número de unidades = 4
Largura do decantador, próxima etapa = 14m.
1ª Volume de cada floculador:
Dados: 
Q=1/4=0,25m³/s 
Ɵh=25min=1500s
2ª Área superficial do floculador:
3ª Largura do floculador:
Dados: L = 14m
4ª Número de espaçamentos entre chicanas em cada câmara:
Dados:
Existem 3 canais por floculador com 80 s-1, 50 s-1 e 20 s-1, respectivamente
5ª Espaçamento entre chicanas:
6ª Velocidade nos trechos retos:
7ª Velocidade nos trechos curvos:
8ª Extensão dos canais:
Dados: 
Ɵc=8,333min=500s
9ª Raio hidráulico:
10ª Perda de carga unitária:
Dados: 
Q=1/4=0,25m³/s
C=0,013
11ª Perda de carga distribuída:
12ª Perda de carga localizada:
Dados: 
g=9,81 m/s²
 
13ª Gradiente de velocidade:
Dados:
γ=1000kgf/m³
µ=1,07×10-4kgf.s/m²
Após cada etapa dos cálculos, foi possível dimensionar 4 unidades floculadoras, com 3 canais cada uma, com gradientes de velocidade escalonados de 88, 53 e 20 s-1.
Cada um desses canais, conforme cálculo deverão possuir 40, 29 e 16 espaçamentos de 0,350, 0,483 e 0,875m de distância, respectivamente, para que atendam aos gradientes de velocidade especificados na questão.
DIMENSIONAMENTO DO DECANTADOR
Na etapa de sedimentação, é determinado quantas unidades serão necessárias e quais serão suas dimensões.
Para isso, devemos calcular a taxa de escoamento superficial das partículas presentes na água:
Para águas turvas está entre 30 e 60m³/m²/dia;
Para águas claras está entre 15 e 45m³/m²/dia.
Deve-se levar em conta que a velocidade de escoamento da água no decantador deve ser inferior a 1,25 cm/s e que o tempo de detenção deve estar entre 2,5 e 4h para que possa ocorrer a sedimentação da partícula. 
Outro fator de projeto que deve ser respeitado para o dimensionamento é a relação entre o comprimento e a largura do decantador, que deve estar entre 2,25 e 4 e a profundidade entre 3 e 5m.
Dados iniciais:
Velocidade de sedimentação: 35m/dia; Número de unidades: 04; Profundidade: 4m.
1ª Área mínima do decantador:
Dados: 
Q= ¼ = 0,25m³/s = 21600m³/dia
Vs=35m/dia
2ª Taxa de escoamento superficial:
3ª Tempo de detenção hidráulico:
Dados: 
Vdec = 617,1434 = 2468,572m³ 
Q= ¼ =0,25m³/s
4ª Largura do decantador:
Dados: L=4B
5ª Taxa de escoamento superficial:
5ª Velocidade horizontal das partículas:
Foram dimensionadas 4 unidades de decantação de 12,5x50m. 
Projeto atende: taxa de escoamento superficial < velocidade de sedimentação.
DIMENSIONAMENTO DOS FILTROS
Para o dimensionamento desta etapa, é necessário determinar qual será o meio filtrante (granulometria dos matérias e quantidade de camadas) e se a taxa de filtração será constante ou não.
A taxa de filtração se dá a partir da espessura e material do meio filtrante:
Camada simples de areia (diâmetro de 0,5mm): 120m³/m²/dia
Dupla camada areia-antracito: 240 m³/m²/dia
Camada simples de areia (diâmetro de 1,2 a 2 mm): 360 a 480m³/m²/dia
O número de filtros será sempre em função da quantidade de decantadores, de modo que cada decantador receba a mesma quantidade de filtros e que essa quantidade seja igual ou superior ao número de filtros necessários para uma dada vazão.
As dimensões do filtro são dadas pela fórmula:
, onde L é a largura do filtro acrescida de 1 metro, que será usado para o escoamento da água de lavagem do filtro;
, onde X e Y sãolargura e comprimento, respectivamente e A é a área individual de um filtro.
Dados iniciais:
Dupla camada de areia-antracito;
Taxa de filtração: 240m³/m²/dia;
4 decantadores na etapa anterior com largura de 12m cada;
1ª Número mínimo de filtros:
Dados: 
Q= 1 m³/s = 22,827mgd
O número mínimo de filtros é 6, mas como temos 4 decantadores, opta-se por colocar 2 filtros para cada, o que dá um total de 8 filtros. 
2ª Área de filtração:
Dados: Q=1m²/s=86400m³/dia e q=240m³/m³/dia
3ª Taxa de filtração:
4ª Área do filtro:
5ª Largura do filtro:
Dados: L=6m, pois temos 2 filtros para cada decantador de 12m
5ª Comprimento do filtro:
Como resultado do dimensionamento, tem-se 8 filtros com dimensões de 5x9m.
MEMORIAL DE CÁLCULO
CONCLUSÃO
	O tratamento de água é um assunto muito importante, pois é a partir dele que podemos consumir a água de maneira segura. Grande parte dos mananciais se encontram impróprios para o consumo direto devido a poluição desenfreada em todo o mundo. Por esse motivo e vários outros, as estações de tratamento de água (ETA) são cada dia mais necessária. O dimensionamento de uma ETA inclui as etapas de coagulação, floculação, decantação e filtração. Esse dimensionamento, se feito de maneira incorreta, pode aumentar o funcionamento da estação de tratamento, podendo provocar um fornecimento de água a uma vazão de distribuição insatisfatória para a população abastecida, gerando muitos transtornos.