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VISÃO DINÂMICA DO PROCESSO DE COAGULAÇÃO
Solvente Coagulante
Colóide
Dispositivos hidráulicos
• Calhas ParshallCalhas Parshall
• Vertedores Vertedores retangularesretangulares
• Malhas difusorasMalhas difusoras
• InjetoresInjetores
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
PROCESSO DE COAGULAÇÃOVERTEDORES RETANGULARES
PROCESSO DE COAGULAÇÃOCALHAS PARSHALL ETA CARAGUATATUBA
PROCESSO DE COAGULAÇÃOCALHAS PARSHALL ETA CARAGUATATUBA
PROCESSO DE COAGULAÇÃOCALHAS PARSHALL ETA CARAGUATATUBA
PROCESSO DE COAGULAÇÃOCALHAS PARSHALL ETA CAMPOS DO JORDÃO
PROCESSO DE COAGULAÇÃOCALHAS PARSHALL ETA CAMPOS DO JORDÃO
PROCESSO DE COAGULAÇÃOCALHAS PARSHALL ETA CAMPOS DO JORDÃO
Dispositivos mecânicos
•Agitadores Agitadores mecânicosmecânicos•TurbinasTurbinas•Hélice propulsoraHélice propulsora
PROCESSO DE COAGULAÇÃO-06/09
SISTEMAS DE AGITAÇÃOESCOAMENTO AXIAL E RADIAL
SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL
PROCESSO DE COAGULAÇÃOETA ALTO DA BOA VISTA
PROCESSO DE COAGULAÇÃOETA ALTO DA BOA VISTA
PROCESSO DE COAGULAÇÃOETA ALTO DA BOA VISTA
PROCESSO DE COAGULAÇÃOETA ALTO DA BOA VISTA
PROCESSO DE COAGULAÇÃOETA GUARAÚ (SABESP)
PROCESSO DE COAGULAÇÃOETA GUARAÚ (SABESP)
PROCESSO DE COAGULAÇÃOETA GUARAÚ (SABESP)
PROCESSO DE COAGULAÇÃOETA GUARAÚ (SABESP)
PROCESSO DE COAGULAÇÃOETA RIO GRANDE (SABESP)
PROCESSO DE COAGULAÇÃOETA RIO GRANDE (SABESP)
PROCESSO DE COAGULAÇÃOETA RIO GRANDE (SABESP)
CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE
vdFdPot
.
vdAdydydv
vdAdPot
.....
dydydv
dAdPot
...
dzdydxdydv
dPot
....
dzdydxdydv
dydv
dPot
.....
dydydv
v .
dx
dy
dzv
dzdydxdydv
dydv
dPot
.....
dzdydxdydv
dPot
....2
dydv
G
dzdydxGdPot
.... 2
ol
ot
VP
G.
CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE
dydydv
v .
dx
dy
dzv
dydv
Gol
ot
VP
G.
G=Gradiente de velocidade (s-1)
holol
otH
VHQ
VP
G
.
....
.
LHV
VHAV
VHQ
Golol
.
...
......
CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE
dydydv
v .
dx
dydz
v
Agitadores de fluxo radialvFP
aot.
2
... 2vACF pd
a
2
... 3vACP pd
ot
Agitadores de fluxo axial53 ... DnKP
Tot
Fa=força de arraste (N)v=velocidade (m/s)Cd=coeficiente de arrasteAp=área projetadan=rotação (rps)D=diâmetro do rotor (m)P=Potência (W)
CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE
Agitadores de fluxo axial53 ... DnKP
Tot
Fa=força de arraste (N)v=velocidade (m/s)Cd=coeficiente de arrasteAp=área projetadan=rotação (rps)D=diâmetro do rotor (m)P=Potência (W)
ol
ot
VP
G.
Tipo de rotor Valor de KT
Hélice propulsora marítima (3 hélices)
0,87
Turbina (seis palhetas retas) 5,75
Turbina (seis palhetas curvas) 4,80
Turbina com quatro palhetas inclinadas a 450
1,27
Turbina com quatro palhetas inclinadas a 320
1,0 a 1,2
Turbina com seis palhetas inclinadas a 450
1,63
CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE
5,55 aKT
SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO RADIAL
53 ... DnKP Tot
0,25,1 aKT
SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO RADIAL
53 ... DnKP Tot
8,05,0 aKT
SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL
53 ... DnKP Tot
3,12,1 aKT
SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL
53 ... DnKP Tot
4,03,0 aKT
SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL
53 ... DnKP Tot
Gradiente de velocidade 1.000 s-1
Mecanismo de coagulação por adsorção-neutralização
Gradiente de velocidade 300 s-1
Mecanismo de coagulação por varredura
Tempo de detenção hidráulico 30 s
UNIDADES DE MISTURA RÁPIDADIMENSIONAMENTO
Vazão: 1,0 m3/sVerificação do gradiente de velocidade
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL
Seleção da Calha Parshall
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL
EQUAÇÃO DE DESCARGA
Largura da Calha Largura da Calha ParshallParshall
KK nn
PolegadPolegadasas
MetrosMetros
3”3” 0,0750,075 3,7043,704 0,6460,646
6”6” 0,1500,150 1,8421,842 0,6360,636
9”9” 0,2290,229 1,4861,486 0,6330,633
1’1’ 0,3050,305 1,2761,276 0,6570,657
1,5’1,5’ 0,4600,460 0,9660,966 0,6500,650
nQKH .
EQUAÇÃO DE DESCARGA
Largura da Calha Largura da Calha ParshallParshall
KK nn
PolegadPolegadasas
MetrosMetros
2’2’ 0,6100,610 0,7950,795 0,6450,645
3’3’ 0,9150,915 0,6080,608 0,6390,639
4’4’ 1,2201,220 0,5050,505 0,6340,634
5’5’ 1,5251,525 0,4360,436 0,6300,630
6’6’ 1,8301,830 0,3890,389 0,6270,627
8’8’ 2,4002,400 0,3240,324 0,6230,623
nQKH .
Equação de descarga:
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL
639,0.608,0 QHa mHa 608,0
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL
Cálculo da largura na secção de medida
cmWWDD 3,1355,915,912,157.32
.32
'
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL
Cálculo da velocidade na secção de
medida
smHDQ
AQ
Va
a /22,1'.
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALLCálculo da energia total disponível
mNg
VHE a
aa 913,0229,081,9.2
22,1608,0
.2
22
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL
Cálculo do ângulo fictício
723,0
)..67,0.(
.)cos(
23
aEgW
Qg o8,136
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL
Cálculo da velocidade da água no
início do ressalto
smEg
V a /42,33..2
.3
cos.221
1
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL
Cálculo da altura de água no início
do ressalto
gV
yEEE aa .2
21
11 mg
VEy a 317,0
.2
21
1
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL
Cálculo do número de Froude
94,1. 1
11
ygV
Fr mFy
y r 726,01.81.2
21
13
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL
Cálculo da profundidade no final do
trecho divergente
mKNyy 572,032
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL
Cálculo da velocidade no final do
trecho divergente
smCy
QAQ
V /43,1.2
2
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL
Cálculo da perda de carga no ressalto
hidráulico
33 yNHHHyNH aa
mH 111,0
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL
Cálculo do tempo de residência médio no trecho divergente
sVV
G
V
G parshall
m
parshallh 38,0
221
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo do gradiente de velocidade
1527.1.
.
sH
Gh
FLOCULAÇÃO
IntroduçãoMecanismos de transporteFloculação PericinéticaFloculação OrtocinéticaFloculação por Sedimentação
Diferencial
FLOCULAÇÃO
Gradientes de VelocidadeCinética de Floculação de
Suspensões ColoidaisAgregação e RupturaConcepção de Sistemas de
Floculação Exercício
TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO
Manancial Coagulação Floculação Sedimentação
FiltraçãoDesinfecçãoFluoretaçãoCorreção de pH
Água Final
Age
nte
oxid
ante
CA
P
Coa
gula
nte
Alc
alin
izan
te
Age
nte
oxid
ante
Pol
ímer
o
Polímero Agente oxidante
Agente oxidante
Flú
or
Alcalinizante
FLOCULAÇÃO
DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS EM ÁGUAS NATURAIS
1 1 mm
1010-3-3 mm
Partículas Partículas coloidaiscoloidais
Partículas emPartículas emsuspensãosuspensão
Partículas Partículas dissolvidasdissolvidas
TurbidezTurbidez Cor aparenteCor aparente SSTSST
Cor realCor real SDTSDT Compostos Compostos dissolvidosdissolvidos 0,45 0,45
mm
COAGULANTES EMPREGADOS EM ENGENHARIA AMBIENTAL
Sulfato de alumínio (sólido ou líquido) Cloreto férrico (líquido) Sulfato férrico (líquido) Cloreto de polialumínio (sólido ou líquido) Coagulantes orgânicos catiônicos (sólido ou
líquido)
DOSAGENS DE COAGULANTE USUALMENTE EMPREGADOS NO
TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO
Sulfato de alumínio (5 mg/l a 100 mg/l) Cloreto férrico (5 mg/l a 70 mg/l) Sulfato férrico (8 mg/l a 80 mg/l) Coagulantes orgânicos catiônicos (1 mg/l a 4
mg/l)
FLOCULAÇÃO
Definição: É um processo físico no qual as partículas coloidais são colocadas em contato umas com as outras, de modo a permitir o aumento do seu tamanho físico, alterando, desta forma, a sua distribuição granulométrica
FLOCULAÇÃO
Partículas Choques Agregação
Processo Físico(Transporte)
Estabilidade do Colóide(Coagulação)
FLOCULAÇÃO:OBJETIVO
Diâmetro das partículas
Fre
qu
ênci
a re
lati
vaÁgua bruta
Água coaguladaÁgua floculada
Diâmetro crítico
dp > dc Partículas sedimentáveis
COALESCÊNCIA E FLOCULAÇÃO
Coalescência
Floculação
FLOCULAÇÃOMECANISMOS DE TRANSPORTE
•Floculação Pericinética (Movimento Floculação Pericinética (Movimento Browniano)Browniano)
As partículas coloidais apresentam um As partículas coloidais apresentam um movimento aleatório devido ao seu contínuo movimento aleatório devido ao seu contínuo bombardeamento pelas moléculas de água. A bombardeamento pelas moléculas de água. A energia propulsora da floculação pericinética é energia propulsora da floculação pericinética é a energia térmica do fluído.a energia térmica do fluído.
•Floculação Ortocinética (Gradientes de Floculação Ortocinética (Gradientes de Velocidade)Velocidade)
As partículas são colocadas em contato umas As partículas são colocadas em contato umas com as outras através do movimento do fluído com as outras através do movimento do fluído (Presença de gradientes de velocidade).(Presença de gradientes de velocidade).
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃOMECANISMOS DE TRANSPORTEMECANISMOS DE TRANSPORTE
FLOCULAÇÃOMECANISMOS DE TRANSPORTE
•Floculação por Sedimentação DiferencialFloculação por Sedimentação Diferencial
Partículas coloidais com velocidades distintas Partículas coloidais com velocidades distintas podem chocar-se umas com as outras em um podem chocar-se umas com as outras em um elemento de volume.elemento de volume.
dydv
Gol
ot
VP
G.
G=Gradiente de velocidade (s-1)
holol
otH
VHQ
VP
G
.
....
.
LHV
VHAV
VHQ
Golol
.
...
......
CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE
dydydv
v .
dx
dydz
v
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
Floculadores hidráulicos
•Floculadores hidráulicos de fluxo horizontalFloculadores hidráulicos de fluxo horizontal•Floculadores hidráulicos de fluxo verticalFloculadores hidráulicos de fluxo vertical•Floculador AlabamaFloculador Alabama•Floculadores em meio porosoFloculadores em meio poroso
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOFLOCULADORES HIDRÁULICOS
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOFLOCULADORES HIDRÁULICOS
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOFLOCULADORES HIDRÁULICOS
ETA DUARTINA (SABESP)FLOCULADOR DE FLUXO
HORIZONTAL
ETA SANTA ISABEL FLOCULADOR DE FLUXO
HORIZONTAL
ETA SANTA ISABEL FLOCULADOR DE FLUXO
HORIZONTAL
ETA RIBEIRÃO DA ESTIVAFLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL
ETA RIBEIRÃO DA ESTIVAFLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL
ETA RIBEIRÃO DA ESTIVAFLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL
ETA ALDEIA DA SERRAFLOCULADOR ALABAMA
ETA ALDEIA DA SERRAFLOCULADOR ALABAMA
ETA ALDEIA DA SERRAFLOCULADOR ALABAMA
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOFLOCULADORES ALABAMA
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
• Dispositivos mecânicosDispositivos mecânicos
•Agitadores de fluxo radialAgitadores de fluxo radial•Agitadores de fluxo axialAgitadores de fluxo axial•Agitadores de fluxo radial e axialAgitadores de fluxo radial e axial
SISTEMAS DE AGITAÇÃOESCOAMENTO AXIAL E RADIAL
SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO TIÊTE (SABESP)
PROCESSO DE FLOCULAÇÃOETA ALTO TIÊTE (SABESP)
Agitadores de fluxo radialvFP
aot.
2
... 2vACF pd
a
2
... 3vACP pd
ot
Agitadores de fluxo axial
53 ... DnKPTot
Fa=força de arraste (N)v=velocidade (m/s)Cd=coeficiente de arrasteAp=área projetadan=rotação (rps)D=diâmetro do rotor (m)P=Potência (W)
CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE
Agitadores de fluxo axial53 ... DnKP
Tot
Fa=força de arraste (N)v=velocidade (m/s)Cd=coeficiente de arrasteAp=área projetadan=rotação (rps)D=diâmetro do rotor (m)P=Potência (W)
ol
ot
VP
G.
Tipo de rotor Valor de KT
Hélice propulsora marítima (3 hélices)
0,87
Turbina (seis palhetas retas) 5,75
Turbina (seis palhetas curvas) 4,80
Turbina com quatro palhetas inclinadas a 450
1,27
Turbina com quatro palhetas inclinadas a 320
1,0 a 1,2
Turbina com seis palhetas inclinadas a 450
1,63
CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE
UNIDADES DE FLOCULAÇÃODIMENSIONAMENTO
Gradientes de velocidade situados entre 80 s-1 e 20 s-1
Gradientes de velocidade escalonados e decrescentes de montante para jusante
03 a 05 câmaras de floculação em série Tempo de detenção hidráulico situado entre 20
e 40 minutos (Tratamento convencional)
DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE FLOCULAÇÃO
Vazão: 1,0 m3/sDimensionamento de floculadores
hidráulicos de fluxo verticalDimensionamento de sistemas de
floculação mecanizados
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Condicionantes de Projeto Tempo de detenção hidráulico = 30 minutos Sistema de floculação composto por três
câmaras em série, com gradientes de velocidade escalonados (70 s-1, 50 s-1 e 20 s-1)
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Profundidade da lâmina líquida=4,5 m Número de decantadores=04 Largura do decantador=12,0 m Será admitido que uma das dimensões do
floculador é conhecido, sendo esta função da largura do decantador
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Cálculo do volume do floculador
33 450min/60.min30./25,0. mssmQV hf
Cálculo da área superficial do Cálculo da área superficial do floculador floculador
2100 m
h
VA fS
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Cálculo da largura do floculador
mBA
Bd
Sf 33,8
12100
Portanto, será admitido um floculador Portanto, será admitido um floculador com largura total de 8,4 m, tendo cada com largura total de 8,4 m, tendo cada canal uma largura individual de 2,8 canal uma largura individual de 2,8 metrosmetros
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
FloculadorDecantador convencional 12,0 m
8,4 m
2,8 m
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Cálculo do número de espaçamentos entre chicanas em cada câmara de floculação
32
...
.045,0 hQGLa
n
n=número de espaçamentosn=número de espaçamentos a=largura do canal do floculador em a=largura do canal do floculador em
metrosmetros L=comprimento do floculador em metrosL=comprimento do floculador em metros G=gradiente de velocidade em sG=gradiente de velocidade em s-1-1
Q=vazão em mQ=vazão em m33/s/s hh=tempo de detenção hidráulico em =tempo de detenção hidráulico em
minutosminutos
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Cálculo do espaçamento entre chicanas
nL
e
Cálculo das velocidades nos trechos Cálculo das velocidades nos trechos retos e curvas 180retos e curvas 180oo
eB
QV
f .1 12 .32VV
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Quadro resumo dos cálculos iniciais
Canal G (s-1) n e (m) V1 (m/s) V2 (m/s)
1 70 43 0,28 0,32 0,22
2 50 35 0,35 0,26 0,17
3 20 19 0,63 0,14 0,094
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Cálculo da extensão dos canais
1.VL ht
Cálculo do Raio HidráulicoCálculo do Raio Hidráulico
eBeB
RH
.2.
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Cálculo das perdas de carga localizadasCálculo das perdas de carga localizadas
2
32.
.
HRA
nQj LjHd .
Cálculo das perdas de carga distribuídas
g
VnVnH l .2
.1. 22
21
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Cálculo do gradiente de velocidade
h
HG
..
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
Quadro resumo dos cálculos finais Canal G (s-1) L (m) Rh Hd (cm) Hl (cm) HT (cm) G
1 70 192 0,127 5,17 32,8 38,0 73
2 50 156 0,156 2,04 17,1 19,1 52
3 20 84 0,257 0,017 2,7 2,7 19
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS
Condicionantes de Projeto Tempo de detenção hidráulico = 30 minutos Sistema de floculação composto por três
câmaras em série, com gradientes de velocidade escalonados (70 s-1, 50 s-1 e 20 s-1)
Profundidade da lâmina líquida=4,5 m Número de decantadores=04 Largura do decantador=12,0 m Será admitido que uma das dimensões do
floculador é conhecido, sendo esta função da largura do decantador
DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS