Mistura Rápida Operação destinada a dispersar produtos químicos na água a ser tratada, em particular no processo de coagulação (NBR12216/1992)

Mistura Rápida

“Operação destinada a dispersar produtos

químicos na água a ser tratada, em particular no

processo de coagulação” (NBR12216/1992).

Mistura Rápida

A coagulação depende da presença de um produto químico, o coagulante;

A mistura rápida promove a dispersão do coagulante na água

a dispersão deve ser rápida (tempo curto) e a mais homogênea possível, uma vez que pequenas quantidades de coagulante são adicionadas em um volume muito grande de água.

turbulência

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A mistura rápida deve ser efetuada em local de

transmissão de grande energia à massa líquida, e no

menor tempo possível, principalmente se o

mecanismo de coagulação é a adsorção.

As condições ideais em termos de gradiente de

velocidade, tempo de mistura e concentração da

solução devem ser determinadas em laboratório.

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Gradiente de Velocidade

O agente físico para a realização, tanto da mistura rápida, como da floculação é a agitação mais ou menos intensa da água, através da operação de mistura.

Gradiente de velocidade; Tempo de mistura.

Ensaios de laboratório Norma – NBR 12216/92

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Segundo a NBR 12216/92:

A dispersão de coagulantes metálicos hidrolisáveis deve

ser feita a gradientes de velocidade compreendidos

entre 700 e 1100 s-1, em um tempo de mistura não

superior a 5s.

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Segundo a NBR 12216/92:

a. Produtos químicos que não hidrolisam podem ser

misturados considerando gradiente de velocidade entre

100 e 250 s-1

b. A dispersão de polieletrólitos deve ser feita obedecendo

a recomendações do fabricante.

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Parâmetros de projeto

Di Bernardo e Dantas (2005 ) recomenda os seguintes valores para

os parâmetros usuais para projeto de unidades de mistura rápida.

Tabela - Parâmetros de projeto para mistura rápida

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O conceito de gradiente de velocidade, aplicado particularmente as operações unitárias de mistura rápida e floculação, teve origem nas primeira teorias sobre a conjunção de partículas devidas a Smolluchowski, 1917. (Richter e Azevedo Netto, 1991).

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O gradiente de velocidade dv/dy (representado por G), através da equação de Newton da viscosidade, permite a determinação da tensão de cisalhamento entre camadas de fluidos.

O gradiente de velocidade corresponde à diferença de velocidade entre partículas em escoamento, e essa diferença é portanto o atrito, dissipa energia e potência.

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Lei da Viscosidade de Newton

após um intervalo de tempo elementar (dt) a velocidade da placa superior era constante;

a resultante na mesma é zero;

o fluido em contato com a placa superior origina uma força de mesma direção, mesma intensidade, porém sentido contrário: a força responsável pelo movimento denominada força de resistência viscosa - F

4.2 Mistura Rápida


Lei da Viscosidade de Newton

As velocidades das restantes camadas

de fluido distribuem-se regularmente ao

longo da direcção normal às superfícies

(se o regime for laminar), constituindo-se

assim um gradiente de velocidade ao

longo dessa direcção que se representa

por dv/dy;

4.2 Mistura Rápida


contatoAF

Onde é a tensão de cisalhamento determinada pela lei de Newton da

viscosidade.

F

A

dF

dA

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Lei de Newton da viscosidade:

dy

dv

“A tensão de cisalhamento é diretamente proporcional ao gradiente de velocidade.”

dv/dy: representa o estudo da variação da velocidade no meio fluido em relação a direção mais rápida desta variação

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Lei de Newton da viscosidade:

A constante de proporcionalidade da lei de Newton da viscosidade é a viscosidade

dinâmica, ou simplesmente

viscosidade -

(1)dy

dv

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Considerando um elemento de fluido ∆x, ∆y, ∆z sujeito a agitação hidráulica ou mecânica, criando-se gradientes de velocidade que definem sua agitação. É possível correlacionar os gradientes produzidos com a potencia consumida por unidade de volume.

A Potencia consumida (P) na agitação pode ser descrita como:

P = tensão de cisalhamento ( ) x área (dx.dz) x velocidade (dv) (2)

Substituindo (1) em (2)

(1)V

G

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Gradiente de Velocidade Camp e Stein, citados freqüentemente nas

conceituações sobre dissipação de energia e gradiente de velocidade, definem um gradiente de velocidade médio, para um fluido newtoniano, como:

em que G: gradiente de velocidade (s-1); P: potência dissipada (N.m/s); : viscosidade absoluta da água (N.s/m2) V: volume (m3)

GP

V

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Tipos de unidades de mistura rápida

Mistura rápida hidráulica

Os primeiros dispositivos a serem empregados para a mistura rápida foram hidráulicos, isto é utilizavam a energia hidráulica para a dispersão do coagulante.

O ressalto hidráulico é um fenômeno que ocorre quando a corrente líquida passa do regime rápido (torrencial) para o tranqüilo (fluvial). Empregando o conceito básico de energia específica, é possível concluir sobre as condições necessárias para que ocorra o ressalto hidráulico.

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Unidades de mistura rápida

Segundo a NBR 12216/92 constuem dispositivos de mistura:

o Qualquer trecho ou seção de canal ou de canalização que produza perda de carga compatível com as condições desejadas, em termos de gradiente de velocidade e tempo de mistura;

o Difusores que produzam jatos da solução de coagulante, aplicados no interior da água a ser tratada;

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Segundo a NBR 12216/92 constituem dispositivos de mistura:

o Agitadores mecanizados;

o Entrada de bombas centrífugas.

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Segundo a NBR 12216/92 constituem dispositivos de mistura: (continuação)

o Qualquer singularidade ondeocorra turbulência intensa;

o Canal ou canalização comanteparos ou chicanas;

o Ressalto hidráulico;

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Ressalto hidráulico

Fv

g h11

1

Número de Froude Tipo de salto

1 a 1,7 Ondulado

1,7 a 2,5 Fraco

2,5 a 4,5 Oscilante

4,5 a 9,0 Estável

> 9,0 Forte

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Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

oVertedores retangulares;o Calhas Parshall;o Malhas difusoras;o Injetores.

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Unidades de mistura rápida – Calha Parshal

Calhas Parshall;

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Unidades de mistura rápida – Vertedor retangualar

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ETA GUARAÚ (SABESP)

DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

Mistura Rápida

ETA ALTO DA BOA VISTA (SABESP)


Mistura Rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS



Recomendações da NBR 12216 para Difusores:

a)a aplicação da solução de coagulante deve ser uniforme, distribuídas através dos jatos no sentido contrário do fluxo;b) a área da seção transversal de cada jato não deve ser maior que

200 cm2 por orifício e sua dimensão máxima não deve ultrapassar 20 cm;c) a velocidade da água onde os jatos são distribuídos deves ser igual

ou superior a 2m/s;d) os orifícios de saída dos jatos devem ter diâmetro igual ou superior

a 3 mm;e) o sistema difusor deve permitir limpezas periódicas nas tubulações

que distribuem a solução coagulante.

Mistura Rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS – CALHA PARSHALL

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Diretrizes para a seleção do medidor Parshall adequado à mistura

1- A lâmina d’água na garganta deve ser a menor possível, isto significa utilizar o maior Parshall possível;

2- Prever recursos para induzir a formação de ressalto hidráulico.

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Gradiente hidráulico em câmaras de mistura ou de floculadores providos de chicanas;

G = (1000 h/μt)1/2

G: gradiente de velocidade, s-1;h: perda de carga, m;μ: coeficiente de viscosidade da água, kgfxs/m2;t: tempo de mistura, s.

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DISPOSITIVOS MECANICOS

• Agitadores mecânicos;• Turbinas;• Hélice propulsora.

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DISPOSITIVOS MECANICOS

Gradiente em câmaras de mistura mecânica;

Para misturadores mecânicos operados por turbinas em tanques de forma quadrada em planta:

G = 4,86 x 10-2 (n3 D5/ μ V)1/2

n: rotação da turbina, rpm;D: diâmetro da turbina, m2;μ: viscosidade absoluta do líquido, kgf.s/m2;V: volume útil do tanque, m3.

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Aplicação da solução de coagulante

De acordo com a NBR-12216/92:

A aplicação da solução de coagulante deve ser sempre feita

imediatamente antes do ponto de maior dissipação de energia e

através de jatos separados de no máximo 10 cm;

Ressalto hidráulico com número de Froude compreendido entre

2,5 e 4,5 (ressalto oscilante), deve ser previsto dispositivo que

anule as oscilações de velocidade a jusante do ressalto.

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Mistura Rápida Operação destinada a dispersar produtos químicos na água a ser tratada, em particular no processo de coagulação (NBR12216/1992)