Aula 3 - Floculação

ESCOLA POLITCNICA DA USPDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRULICA E SANITRIAPHD 2411 SANEAMENTO I

FLOCULAOProf. Dr. Roque Passos PiveliProf. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho

FLOCULAOIntroduoMecanismos de transporteFloculao PericinticaFloculao OrtocinticaFloculao por Sedimentao Diferencial

FLOCULAOGradientes de VelocidadeCintica de Floculao de Suspenses ColoidaisAgregao e RupturaConcepo de Sistemas de Floculao Exerccio

TRATAMENTO CONVENCIONAL DE GUAS DE ABASTECIMENTO

FLOCULAO

DISTRIBUIO DE TAMANHO DE PARTCULAS EM GUAS NATURAIS 1 m10-3 mPartculas coloidaisPartculas emsuspensoPartculas dissolvidas Turbidez Cor aparente SST Cor real SDT Compostos dissolvidos0,45 m

COAGULANTES EMPREGADOS EM ENGENHARIA AMBIENTALSulfato de alumnio (slido ou lquido) Cloreto frrico (lquido) Sulfato frrico (lquido) Cloreto de polialumnio (slido ou lquido) Coagulantes orgnicos catinicos (slido ou lquido)

DOSAGENS DE COAGULANTE USUALMENTE EMPREGADOS NO TRATAMENTO DE GUAS DE ABASTECIMENTOSulfato de alumnio (5 mg/l a 100 mg/l)Cloreto frrico (5 mg/l a 70 mg/l)Sulfato frrico (8 mg/l a 80 mg/l)Coagulantes orgnicos catinicos (1 mg/l a 4 mg/l)

FLOCULAODefinio: um processo fsico no qual as partculas coloidais so colocadas em contato umas com as outras, de modo a permitir o aumento do seu tamanho fsico, alterando, desta forma, a sua distribuio granulomtrica

FLOCULAO

FLOCULAO:OBJETIVO Dimetro das partculasFrequncia relativagua bruta gua coaguladagua floculadaDimetro crticodp > dc Partculas sedimentveis

COALESCNCIA E FLOCULAOCoalescnciaFloculao

FLOCULAOMECANISMOS DE TRANSPORTEFloculao Pericintica (Movimento Browniano)

As partculas coloidais apresentam um movimento aleatrio devido ao seu contnuo bombardeamento pelas molculas de gua. A energia propulsora da floculao pericintica a energia trmica do fludo.

Floculao Ortocintica (Gradientes de Velocidade)

As partculas so colocadas em contato umas com as outras atravs do movimento do fludo (Presena de gradientes de velocidade).FLOCULAOMECANISMOS DE TRANSPORTE

FLOCULAOMECANISMOS DE TRANSPORTEFloculao por Sedimentao Diferencial

Partculas coloidais com velocidades distintas podem chocar-se umas com as outras em um elemento de volume.

CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE

CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADEG=Gradiente de velocidade (s-1)

PROCESSO DE FLOCULAOFloculadores hidrulicosFloculadores hidrulicos de fluxo horizontalFloculadores hidrulicos de fluxo verticalFloculador AlabamaFloculadores em meio poroso

PROCESSO DE FLOCULAOFLOCULADORES HIDRULICOS

ETA DUARTINA (SABESP)FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL

ETA SANTA ISABEL FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL

ETA RIBEIRO DA ESTIVAFLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL

ETA ALDEIA DA SERRAFLOCULADOR ALABAMA

PROCESSO DE FLOCULAOFLOCULADORES ALABAMA

PROCESSO DE FLOCULAODispositivos mecnicos

Agitadores de fluxo radialAgitadores de fluxo axialAgitadores de fluxo radial e axial

SISTEMAS DE AGITAOESCOAMENTO AXIAL E RADIAL

SISTEMAS DE AGITAO ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL

PROCESSO DE FLOCULAOETA ALTO DA BOA VISTASistemas de floculao

PROCESSO DE FLOCULAOETA ALTO DA BOA VISTA

PROCESSO DE FLOCULAOETA GUARA (SABESP)

PROCESSO DE FLOCULAOETA ALTO TITE (SABESP) Sistemas de floculao

PROCESSO DE FLOCULAOETA ALTO TITE (SABESP)

CLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADEAgitadores de fluxo radial

Agitadores de fluxo axial

Fa=fora de arraste (N)v=velocidade (m/s)Cd=coeficiente de arrasteAp=rea projetadan=rotao (rps)D=dimetro do rotor (m)P=Potncia (W)

CLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADEAgitadores de fluxo axial

Fa=fora de arraste (N)v=velocidade (m/s)Cd=coeficiente de arrasteAp=rea projetadan=rotao (rps)D=dimetro do rotor (m)P=Potncia (W)

Tipo de rotorValor de KTHlice propulsora martima (3 hlices)0,87Turbina (seis palhetas retas)5,75Turbina (seis palhetas curvas)4,80Turbina com quatro palhetas inclinadas a 4501,27Turbina com quatro palhetas inclinadas a 3201,0 a 1,2Turbina com seis palhetas inclinadas a 4501,63

SISTEMAS DE AGITAO ESCOAMENTO RADIAL

SISTEMAS DE AGITAO ESCOAMENTO AXIAL

UNIDADES DE FLOCULAODIMENSIONAMENTOGradientes de velocidade situados entre 80 s-1 e 20 s-1Gradientes de velocidade escalonados e decrescentes de montante para jusante03 a 05 cmaras de floculao em srieTempo de deteno hidrulico situado entre 20 e 40 minutos (Tratamento convencional)

DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE FLOCULAO Vazo: 1,0 m3/sDimensionamento de floculadores hidrulicos de fluxo verticalDimensionamento de sistemas de floculao mecanizados

DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRULICOS Condicionantes de Projeto Tempo de deteno hidrulico = 30 minutosSistema de floculao composto por trs cmaras em srie, com gradientes de velocidade escalonados (70 s-1, 50 s-1 e 20 s-1)

DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRULICOS Profundidade da lmina lquida=4,5 mNmero de decantadores=04Largura do decantador=12,0 m Ser admitido que uma das dimenses do floculador conhecido, sendo esta funo da largura do decantador

DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRULICOS

Clculo do volume do floculador DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRULICOS Clculo da rea superficial do floculador

Clculo da largura do floculador DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRULICOS Portanto, ser admitido um floculador com largura total de 8,4 m, tendo cada canal uma largura individual de 2,8 metros

DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRULICOS Floculador

Clculo do nmero de espaamentos entre chicanas em cada cmara de floculao DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRULICOS n=nmero de espaamentosa=largura do canal do floculador em metrosL=comprimento do floculador em metrosG=gradiente de velocidade em s-1Q=vazo em m3/sh=tempo de deteno hidrulico em minutos

Clculo do espaamento entre chicanas DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRULICOS Clculo das velocidades nos trechos retos e curvas 180o

Quadro resumo dos clculos iniciais DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRULICOS

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 HIDRULICOS Floculador

Clculo da extenso dos canais DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRULICOS Clculo do Raio Hidrulico

Clculo das perdas de carga distribudas DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRULICOS Clculo das perdas de carga localizadas

Clculo do gradiente de velocidade DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRULICOS

Quadro resumo dos clculos finais DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRULICOS

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 MECANIZADOS Condicionantes de Projeto Tempo de deteno hidrulico = 30 minutosSistema de floculao composto por trs cmaras em srie, com gradientes de velocidade escalonados (70 s-1, 50 s-1 e 20 s-1)

DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS Profundidade da lmina lquida=4,5 mNmero de decantadores=04Largura do decantador=12,0 m Ser admitido que uma das dimenses do floculador conhecido, sendo esta funo da largura do decantador

DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS

Clculo do volume do floculador DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS Clculo da rea superficial do floculador

Clculo da largura do floculador DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS Portanto, ser admitido um floculador com largura total de 8,4 m, tendo cada canal uma largura individual de 2,8 metros

Clculo do volume de cada cmara de floculao DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS O sistema de floculao ser composto por trs reatores em srie e trs em paralelo, o que ir proporcionar um total de 09 cmaras de floculao

DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS FloculadorDecantador convencional12,0 m8,4 m2,8 m

Clculo da potncia a ser introduzida no volume de lquido DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS Dimensionamento do sistema de agitao

Seleo do sistema de agitao DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS

Dimetro do rotor selecionado DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS Clculo da velocidade perifrica

Quadro resumo dos clculos finais DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS

Cmara

G (s-1)

Vol (m3)

Pot (W)

D (m)

n (rpm)

Vp (m/s)

1

70

50

286

1,2

26

1,60

2

50

50

146

1,2

20

1,28

3

20

50

24

1,2

12

0,70

DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS FloculadorDecantador convencional12,0 m8,4 m2,8 m

LAY-OUT DE ESTAES DE TRATAMENTO DE GUA

Muito Obrigado !!!

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