VISÃO DINÂMICA DO PROCESSO DE COAGULAÇÃO

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