DIMENSIONAMENTO DE TRATAMENTO PRELIMINAR COMPLETO

Dimensione as unidades caixa de areia (desarenador), gradeamento e calha Parshall de uma estação de tratamento de água (ETA).

Dados de projeto: População a ser atendida: P = habConsumo per capita de água: q = L/hab.dCoeficiente do dia de maior consumo: K1 = 1,2Coeficiente da hora de maior consumo: K2 = 1,5Vazão específica = 0;Consumo de água na ETA (CETA) = 3%;Sólidos suspensos fixos: SSF = 15 mg/LDensidade da areia = 2,65 kg/L

I. CÁLCULO DA VAZÃO AFLUENTE A ETA (Q)

O estudo de vazões se faz muito importante para que seja possível fazer-se um dimensionamento racional

em termos técnicos e econômicos. A vazão influi diretamente no dimensionamento das unidades da fase

líquida do tratamento preliminar e primário, além de influir nas instalações de transporte como elevatórias,

canalizações, medidores, dispositivos de entrada e saída.

Vazão da captação, estação elevatória e adutora até a ETA (L/s)

= L/s m3/h ......................m3/d

Vazão da ETA até o reservatório (L/s)

= L/s m3/h......................m3/d

Vazão do reservatório até a rede (L/s)

= L/s m3/h......................m3/d

II. CALHA PARSHALL

O projeto da calha Parshall se baseia na determinação das dimensões principais da calha, conforme Figura 1,

da determinação da altura da lâmina d’água e do rebaixo.

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Figura 1. Detalhe da calha Parshall (Mendonça, 2000)

Com Qa, determinam-se as dimensões padronizadas do medidor Parshall, utilizando tabelas apresentadas em vários livros (Pessoa e Jordão, 1995 página 120; Mendonça, 2000 páginas 185 e 186).

W = cm

A = cm

B = cm

C = cm

D = cm

E = cm

F = cm

G = cm

K = cm

N = cm

Determinação da altura do líquido no vertedor

A profundidade da lâmina de água deve ser estimada para a vazão através da expressão:

Nessa expressão, H: altura do líquido no vertedor (m); Q: vazão (m3/s); K e n: constantes tabeladas em

função de W. Esta tabela também é apresentada em vários livros (Mendonça, 2000 página 185)

W = K = n =

Assim:

H =

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III. DESARENADOR

O esquema de desarenador é apresentado na Figura 2.

Figura 2. Esquema de desarenador

Determinação da altura da lâmina líquida

A altura da lâmina líquida na caixa de areia (h) é calculada em função da altura do líquido na calha Parshall (H) e do rebaixo na calha (z), como:

h = H – z

Dessa forma,

h =

adotar z = 10 cm.

Cálculo do comprimento (L) e largura (b) da caixa de areia

Nos canais de remoção de areia, a velocidade recomendável é da ordem de 0,30 m/s. Velocidades inferiores a 0,15 m/s causam deposição relativamente grande de matéria orgânica e velocidades acima de 0,40 m/s permitem a passagem de partículas de areia que não convêm as demais unidades de tratamento. Por isso deve-se procurar manter a velocidade de escoamento em torno de 0,30 m/s com tolerância de 20%.

Para dimensionamento é importante lembrar que, para partículas de diâmetros iguais ou maiores que 0,2 mm, a velocidade de sedimentação adquire valores em torno de 0,02 m/s.

Assim sendo, relaciona-se a velocidade de sedimentação (v2) com a velocidade de escoamento (v1) como:

v1 = L/t1 e v2 = h/t2

Como t1 é igual a t2, pois o tempo gasto para a partícula percorrer as distâncias h e L é o mesmo, adotando-se

v1 igual a 0,3 m/s e sabendo-se que v2 é igual a 0,02 m/s para partículas de 0,2 mm, chega-se a:

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L = 15.h

Para segurança, devido à turbulência, adota-se um fator de segurança de até 50%.

A largura da caixa de areia é calculada como:

L = 22,5. hmáx

Dessa forma:

L = L = (valor adotado)

Adotando-se velocidade de escoamento (v = m/s), o valor da largura da calha (b) é calculado por:

b = b = (valor adotado)

Número de canais adotados para a caixa de areia = ______

O dimensionamento do desarenador estará completo após algumas verificações finais.

Verificação das velocidades reais aplicadas

Para finalizar o projeto, as velocidades reais devem ser calculadas para a vazão. Se as velocidades não

estiverem dentro da faixa recomendada, altera-se a largura da calha b e verifica-se novamente.

Q (m3/s) h (m) A = b.h (m2) v = Q/A v (m/s)

máx

Área longitudinal do desarenador

A = b.L = m2

Taxa de escoamento superficial

A taxa de escoamento (TAS) deve estar entre 600 e 1.600 m3/m2.d

=

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Massa de areia retida nos canais da caixa de areia

Mareia (kg/d) = SSF x Q

Mareia =

Volume total de areia retida

qareia =

Periodicidade de limpeza

De acordo com a periodicidade de limpeza da caixa de areia, calcula-se a altura da câmara de depósito da

areia e altura total da caixa.

tlimpeza = d (adotado geralmente 15 dias)

Altura necessária para depósito de areia inferior

hareia =

Altura do desarenador

Hútil = h + hareia + folga (0,20 m)

Hútil =

Volume do desarenador

V = Hútil x b x L

V =

IV. GRADE

Segundo a ABNT P-NB-569 e P-NB-570, o dimensionamento da grade deve ser feito em função da vazão.

Grade adotada

O espaçamento entre as barras é escolhido em função do tipo de material que se quer deter e dos equipamentos a proteger. Escolhe-se entre as grades grossa, média ou fina.Primeiramente se escolhe a seção transversal da barra (Tabela 5.2) e o espaçamento entre barras (a). São comuns três espaçamentos-padrão: 1,94 cm (3/4”), 2,54 cm (1”) e 3,18 cm (1 1/4").Escolhidos o espaçamento entre barras (a) e a espessura da barra (t), calcula-se a eficiência esperada (E) para a operação de gradeamento como:

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O valor de E também está tabelado em função do espaçamento (a) e da espessura da barra (t) em Jordão e

Pessoa (1995), página 90.

Dessa forma, pode-se escolher a grade a ser empregada.

Tipo de grade adotado:

Inclinação com a horizontal:

Espaçamento entre as barras (a):

Espessura da barra (t):

Eficiência da grade (E):

Dimensionamento do canal afluente à grade

O primeiro passo para o dimensionamento do canal é o cálculo da área útil necessária para o escoamento

(Au) em função da vazão máxima (Q) e da velocidade de passagem entre as barras (vp), como:

A velocidade de passagem entre as barras (vp) não deve ser muito elevada para não arrastar material já retido

e nem muito baixa para evitar acúmulo de material de sedimentação. Recomenda-se velocidade mínima de

0,6 m/s e máxima de 1,2 m/s para a vazão máxima de projeto.

Vp = m/s

Au = m2

A área total, incluídas as barras, se obtém pela expressão:

= m2

A largura do canal afluente à grade terá que ser aumentada para atender a velocidade de passagem entre

barras, resultando daí uma velocidade de aproximação (vo) menor que a velocidade fixada para projeto (vp)

como:

A velocidade de aproximação deve estar dentro da faixa recomendada (0,6 a 1,2 m/s). Do contrário, escolhe-

se outra grade.

vo = m/s

A velocidade de aproximação está dentro da faixa recomendada?

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Para finalizar o dimensionamento faltam calcular o comprimento (Lc) e largura do canal (bc).

A largura do canal (bc) pode ser calculada utilizando a área total do canal e a altura da lâmina líquida no

desarenador (h):

=

O comprimento do canal (LC) é calculado em função da vazão máxima e da área total (S). Nesse caso,

considera-se movimento uniforme para um tempo de 3 segundos, como:

=

O número de barras necessário (n) agora pode ser calculado em função da largura do canal (b C), da espessura

da barra (t) e do espaçamento entre barras (a):

=

Para o cálculo da perda de carga na grade deve ser considerado que as grades mecanizadas são projetadas e

reguladas para evitar acúmulo excessivo de material grosseiro. Para as grades de limpeza manual deverá ser

verificada a influência da perda de carga para uma obstrução correspondente a 50% de lâmina de água, de

modo que o escoamento na tubulação afluente não seja afetado.

Para a perda de carga (hf) pode-se utilizar a expressão de Metcalf & Eddy:

Nessa expressão, vp: velocidade através das barras, para Q (m/s); vo: velocidade de aproximação à montante

da grade (m/s); g: aceleração da gravidade = 9,81 m/s2.

Grade limpa: vp = hf =

Grade 50% suja: vp’ = 2.vp = hf =

A parede do canal (y) é calculada com a altura da lâmina máxima de água, com a perda de carga quando a

grade estiver 50% suja mais altura livre de 20 cm (segurança).

=

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Dessa forma está projetada a unidade preliminar de tratamento de águas de abastecimento.

Tabelas necessárias para dimensionamento (copiadas de Mendonça, 2000)

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