Aula 4 - Sedimentação.ppt

7/14/2019 Aula 4 - Sedimentação.ppt

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ESCOLA POLITÉCNICA DA USP

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAHIDRÁULICA E SANITÁRIA

PHD 2411 – SANEAMENTO I

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

Prof. Dr. Roque Passos Piveli

Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho




►Introdução

►Lei de Newton►Lei de Stokes►Sedimentação Discreta (Tipo I)►Modelação Matemática do Processo

de Sedimentação Discreta




►Sedimentação Floculenta (Tipo II)

►Decantadores convencionais de fluxohorizontal►Decantadores laminares

►Exercício – Dimensionamento dedecantadores convencionais elaminares



TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUASDE ABASTECIMENTO

Manancial Coagulação Floculação Sedimentação

FiltraçãoDesinfecçãoFluoretaçãoCorreção de pH

Água Final

Polímero Agente oxidante

Alcalinizante



Decantadores !!!




Decantadores !!!













PROCESSO DE LODOS ATIVADOSCONVENCIONAL

Grade Caixa de areiaDecantador

Primário

Tanque de

Aeração

Decantador

Secundário

Adensamento

Digestão

Secagem Lodo “Seco”

Rio












SEDIMENTAÇÃO

Definição: Processo de separaçãosólido-líquido que tem como forçapropulsora a ação da gravidade.



SEDIMENTAÇÃO

Classificação dos Processos deSedimentação

►Sedimentação discreta (Tipo 1)►Sedimentação floculenta (Tipo 2)►Sedimentação em zona (Tipo 3)►Sedimentação por compressão (Tipo 4)



Peso

EmpuxoForça de arraste

E F P a

0y

F

g V g m P ol p p ...

g V E ol ..

2

...2

V AC F

p d

a

Velocidade de Sedimentação



Peso

Empuxo

E F P a

ol p ol

p d V g V g

V AC ....

2

...2

ol ol p

p d V g V g

V AC ....

2

...2


Força de arraste




Peso


ol ol p

p d V g V g

V AC ....

2

...2

6

.3

p

ol

d V

d

p p

C

d g V

..3

.)..(4




Peso


Log R e

Log Cd

Região A

Região B

Região CRegião D

0,2 500 2.105

0,44

0,1




d

p p

C

d g V

..3

.)..(4

..

.2424

p e

d

d V R

C

.18

)..(2

p p d g

V

Lei de Newton

Lei de Stokes

Log R e

Log Cd

Região A

Região B

Região CRegião D

0,2 500 2.105

0,44

0,1



SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)

►Sedimentação discreta: As partículaspermanecem com dimensões evelocidades constantes ao longo doprocesso de sedimentação, não

ocorrendo interação entre as mesmas


















Sedimentação Discreta (Tipo I)

BH

L

1

2

Vh

Vs

t V Lh .

t V H S . L

H V V h

S

.H B

Q V

h .




BH

L

1

2

Vh

Vs

L

H V V h

S .

H B

Q V

h

.

LH B

H Q V

S ..

.

s

S A

Q

LB

Q V

.




BH

L

1

2

Vh

Vs

s

S A

Q

LB

Q V

. s A

Q q Taxa de escoamentosuperficial

q V s

Partículas com Vs superiores a q serão removidas

durante o processo de sedimentação gravitacional



Sedimentação Discreta (Tipo I) Análise do Equacionamento Matemático

q A

Q V

s

S q V

s

Vs=Velocidade de sedimentação (m/s)q=taxa de escoamento superficial(m3/m2/dia)

►q é função somente da geometria do

decantador, portanto, é um parâmetro deprojeto.



Sedimentação Discreta (Tipo I) Análise do Equacionamento Matemático

q A

Q V

s

S q V

s

Vs=Velocidade de sedimentação (m/s)

q=taxa de escoamento superficial(m3/m2/dia)

► Vs é uma propriedade da partícula, podendo

esta ser manipulada mediante a operaçãodos processos de coagulação-floculação



Floculação e Sedimentação

Diâmetro das partículas

F r e q u ê n c i a r

e l a t i v a

Água brutaÁgua coagulada

Diâmetro crítico

Se Vs > q, todas aspartículas com diâmetro

superior a dc serãoremovidas

dc apresenta Vs



Floculação e Sedimentação

Diâmetro das partículas

F r

e q u ê n c i a

r e l

a t i v a

Água brutaÁgua coagulada Água floculada

Diâmetro crítico

dp > dc Partículas

sedimentáveis




Propriedade da sedimentação discreta: A dimensão físicada partícula permanece inalterada durante o seuprocesso de sedimentação gravitacional, o que significadizer que a sua velocidade de sedimentação é constante.

BH

L

1

2

Vh

Vs

Ã



SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA(TIPO II)

►Sedimentação floculenta: a

velocidade de sedimentação daspartículas não é mais constante, umavez que as mesmas agregam-se ao

longo do processo de sedimentação.

Ã



SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA(TIPO II)

►Com o aumento do diâmetro das

partículas há, conseqüentemente, oaumento de sua velocidade desedimentação ao longo da altura.



Sedimentação Floculenta (Tipo II)

Propriedade da sedimentação floculenta: A dimensão física da

partícula é alterada durante o seu processo de sedimentação

gravitacional (floculação por sedimentação diferencial), o que

significa dizer que a sua velocidade de sedimentação é variável.

BH

L

1

2

Vh

Vs



DECANTADORES CONVENCIONAISEM ETA’S E ETE’S



DECANTADORES CONVENCIONAISEM ETA’S E ETE’S

C O S CO C O S



Decantadores !!!

DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO DA BOA VISTA

DECANTADORES CONVENCIONAIS























Decantadores !!!

DECANTADORES CONVENCIONAISETA GUARAÚ (SABESP)




















Decantadores !!!

DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO TIÊTE (SABESP)



























DECANTADORES CONVENCIONAISPARÂMETROS DE PROJETO

►Taxa de escoamento superficial: 20m3/m2/dia a 60 m3/m2/dia.

►(Função das características desedimentabilidade do floco, definidaspelas etapas de coagulação-

floculação)► Altura do decantador: 3,0 metros a 5,0

metros.

C O S CO C O S



DECANTADORES CONVENCIONAISPARÂMETROS DE PROJETO

►Relação Comprimento/Largura 4►Taxa de escoamento linear (vertedor) 1,8 l/m/s

►Re 20.000 (Verificação)►

Fr

10-5

..h

e

R V R

h

r

R g

V F

.

2

LAY OUT DE ETAs



LAY-OUT DE ETAs ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E

DECANTADORES

Canal de água coagulada

CASA DEQUÍMICA

LAY OUT DE ETAs



C a n a l d e

á g u a

c o a g ul a d a

CASA DEQUÍMICA


DECANTADORES

LAY OUT DE ETAs




CASA DEQUÍMICA


DECANTADORES



DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR

t V Lh .

t V H S .

L

H V V h

S

.

2

' LL

02 canais

B

H

L

1

2

Vh

Vs H/2

L’




t V Lh .t V H S .

L

H V V h

S

.

4

' LL

02 canais

B

H

L

1

2

Vh

Vs H/4

L’

n canais

n

LL '





Vs

V0

w

l

Trajetória crítica

h

l

h sen s

sv

V V sen

s

sh

V

V cos

Vsh

Vsv

sen V V s sv .

cos.s sh

V V





Vs

V0

w

l


h

Vsh

Vsv

sen V V s sv .

cos.s sh

V V

t V V l sv .0

t V w sh .

sh sv

V

w

V V

l

0





Vs

V0

w

l


h

Vsh

Vsv

cos..0 s s

V

w

sen V V

l

sen w l

V w V

s

.cos.

.0

w l L

sen L

V V

s

cos.

0





Vs

V0

w

l


h

Vsh

Vsv

sen L

V V

s

cos.

0

sen A

Q

A

Q V

p .

0

0

A p

sen Lsen A

S Q V

p

c

s

cos...

.

Equação de dimensionamento





CONVENCIONAL X LAMINAR




sen Lsen A

S Q V

p

c

s

cos...

.

A

Q V q s Decantador convencional

Decantador laminar

sen Lsen

S q q c L

c

cos..

.

c c

L

S

sen Lsen

q

q

cos..

•Sc=1 (Placas planas)•Sc=4/3 (Tubos circulares)

•Sc=11/8 (Tubos quadrados)




Sedimentação laminar - Ângulo das placas

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 20 30 40 50 60 70 80

Ângulo das placas com a horizontal

q L / q C

CONVENCIONAL X LAMINAR ÂNGULO DAS PLACAS

c c

L

S

sen Lsen

q

q

cos..




Sedimentação laminar - Efeito da grandeza L (l/w)

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

0 10 20 30 40 50 60

l/w

q C / q L

CONVENCIONAL X LAMINAR GRANDEZA L (l/w)

c c

L

S sen Lsen

q q cos..

DECANTADORES LAMINARES



DECANTADORES LAMINARESETA RIO GRANDE (SABESP)












DECANTADORES LAMINARESETA CAPIVARI (SANASA)




















DECANTADORES LAMINARESPARÂMETROS DE PROJETO

► Velocidade de sedimentação: 20

m3

/m2

/dia a 60 m3

/m2

/dia.►(Função das características do floco,

definidas pelas etapas de coagulaçãoe floculação)

► Ângulo das placas com a horizontal:60o





►Comprimento da placa: 0,6 metros a

1,2 metros► Velocidade de escoamento entre as

placas: 15 cm/min a 20 cm/min

►Espessura entre as placas: 4 cm a 8cm





► Altura do decantador: 4,0 metros a

6,0 metros.►Relação Comprimento/Largura 2►Taxa de escoamento linear (vertedor) 1,8 l/m/s

DIMENSIONAMENTO DE



DIMENSIONAMENTO DEUNIDADES DE SEDIMENTAÇÃO

► Vazão: 1,0 m3/s

► Velocidade de sedimentação dosflocos: 40 m/dia►Número de unidades de sedimentação:

04►Profundidade da lâmina líquida=4,5 m

DIMENSIONAMENTO DE



DIMENSIONAMENTO DEDECANTADORES CONVENCIONAIS

DIMENSIONAMENTO DE




DIMENSIONAMENTO DE



►Cálculo da área


S S

A

Q q V

2

23

3

540//40

/600.21m

dia m m

dia m

q

Q AS

DIMENSIONAMENTO DE



► Verificação do tempo dedetenção hidráulico


horas

hora s s m

m m

Q

V dec h 7,2

/600.3./25,0

5,4.540

3

3

DIMENSIONAMENTO DE



►Definição da geometria dodecantador

Admitindo uma relação entre L/B igual a 4,tem-se que:


22540.4. m B LB AS

m B 6,11

m Lm B

0,470,12

25640,47.0,12. m m m LB AS

DIMENSIONAMENTO DE



► Verificação da taxa deescoamento superficial


dia m m m

dia m

A

Q q

S

//3,38564

/600.21 23

2

3

►Cálculo da velocidade horizontalcm

m m

s m

A

Q V

h h /463,0

0,12.5,4

/25,03

DIMENSIONAMENTO DE



►Cálculo do Raio Hidráulico


►Cálculo do Número de Reynolds

m

h B

h B R h 57,25,4.20,12

0,12.5,4.2

.

905.11.

h h e

R V R OK 000.20

DIMENSIONAMENTO DE



►Dimensionamento das calhas decoleta de água decantada


q H q l ..018,0

ql=vazão linear nas calhas de coleta de água

decantada (l/s/m)H=altura útil do decantador (m)q=taxa de escoamento superficial nodecantador (m3 /m2 /dia)

DIMENSIONAMENTO DE




DIMENSIONAMENTO DE




DIMENSIONAMENTO DE



►Dimensionamento das calhas decoleta de água decantada


q H q l ..018,0 3,38.5,4.018,0l q

m s l q l

//10,3

Valor de projeto adotado: 2,5 l/s/m

DIMENSIONAMENTO DE



►Cálculo do comprimento total devertedor


Valor de projeto adotado: 2,5 l/s/m

v l

LQ q m

m s l s l Lv 100//5,2/250

DIMENSIONAMENTO DE



►Cálculo do comprimento total devertedor


Admitindo que o comprimento da calha decoleta de água de lavagem não exceda a 20%do comprimento do decantador, tem-se que:

m m Lcalha 4,92,0.0,47

DIMENSIONAMENTO DE



►Cálculo do número de calhas


3,54,9.2

100

.2 m

m

L

L

N calha

v calhas

Portanto, vamos adotar um total de 06 calhas,com 9,0 metros de comprimento

m m calhas Lv 1082.0,9.06

m s l m

s l

L

Q q

v

l //31,2108

/250

DIMENSIONAMENTO DE



►Cálculo do espaçamento entre as

calhas


m calhas

m Esp 0,2

06

0,12

DIMENSIONAMENTO DE




12,0 m

47,0 m

2,0 m1,0 m

9,0 m

LAY-OUT DE ETAsÃ



ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E

DECANTADORES


CASA DEQUÍMICA

LAY-OUT DE ETAsÃ



C a n a l d

e á g u a

c o a g ul a d a

CASA DEQUÍMICA


DECANTADORES

LAY-OUT DE ETAsÃ




CASA DEQUÍMICA


DECANTADORES



MuitoObrigado !!!

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