1 tratamento de agua mistura rapida n

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

DECIV – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

Tratamento de Água:

DISCIPLINA: SANEAMENTO

PROF. CARLOS EDUARDO F MELLO

e-mail: cefmello@gmail.com

Tratamento de Água:Mistura Rápida

Unidades de mistura rápida

Conceito

Operação destinada a dispersar produtosquímicos na água a ser tratada, em particularno processo de coagulação (NBR 12216).no processo de coagulação (NBR 12216).

Fatores que influenciam na coagulação

a) Tipo de coagulante utilizadob) Concentração do coagulantec) Gradiente de velocidaded) Tempo de mistura

Disposições da NRB 12216

As condições ideais em termos de gradiente develocidade, tempo de mistura e concentração dasolução de coagulante devem ser determinadaspreferencialmente através de ensaios delaboratório. Caso não seja possível, observar aseguinte orientação:laboratório. Caso não seja possível, observar aseguinte orientação:

Coagulantes metálicos hidrolisáveis:

a) Gradiente de velocidade 700 s-1 e 1100 s-1b) Tempo de mistura inferior a 5s

Polieletrólitos:

Obedecer as recomendações do fabricante

Disposições da NRB 12216

Constituem dispositivos de mistura:

a) Qualquer trecho ou seção de canal ou decanalização que produza perda de cargacompatível com as condições desejadas, emcompatível com as condições desejadas, emtermos de gradiente de velocidade e tempode mistura;

b)Difusores que produzam jatos da solução decoagulante, aplicados no interior da água aser tratada;

c) Agitadores mecanizados;

d) Entrada de bombas centrífugas

Tipos de misturadores

�Misturadores hidráulicos

• Medidor Parshall (Calha Parshall)• Vertedores• Vertedores

� Difusores ou malhas difusoras

�Misturadores mecanizados

• Turbinas• Hélices

Medidor Parshall

Figura 1: Esquema de uma Calha Parshall Convencional

Medidor Parshall

V

N

K

Ponto de dispersão

do coagulante

D D'

W C

FB G

2/3B

Figura 2: Medidor Parshall (planta e corte) utilizado como unidade demistura rápida

Fonte: Libânio, 2008.

Medidor Parshall

Figura 3: Medidor Parshall, ETAItabirito.

Foto: Elaine Oliveira.

Medidor Parshall

Figura 4: Medidor Parshall, ETAItabirito.

Foto: Elaine Oliveira.

Dispositivos para a criação de ressaltos

Figura 5: Dispositivos para a criação de ressaltos.Fonte: Vianna, 1997.

Medidor Parshall

Quadro 1: Dimensões padronizadas de medidores Parshall

D

Fonte: Azevedo Netto, 1939.

7.6

Medidor Parshall

Exercício 1:

Verificar as condições de mistura rápida emuma calha parshall de 2’ (0,61m) para vazão de800 l/s.

Valores de k e n para q equação H0 = kQn

Fonte: Azevedo Netto

Queda d’água em vertedouros

Floculante colocado em calha perfuradapara distribuição uniforme ao longo de todaa queda d’água.

Figura 6: Vertedor retangular utilizado para mistura rápida.Fonte: Marcelo Libânio.

Queda d’água em vertedouros

Exercício 2:

Numa estação de tratamento de água, a mistura rápidaé efetuada na queda d’água de um vertedortriangular (Figura 7).

A vazão tratada pela ETA é de 12 litros por segundo.Após verter, a água atinge uma pequena câmara, dedimensões, em planta: 0,30 m x 0,30 m. A lâmina d’águano interior dessa câmara é igual a 0,10 m. O desnívelentre o fundo da câmara e o vértice do vertedortriangular é igual a 0,30m.

a) Qual é o tempo de detenção da mistura?

b) Qual é o gradiente de velocidade obtido a 20 ºC?

c) Os valores anteriores atendem a NBR 12216?

Queda d’água de vertedouros

Figura 7: Esquema do vertedor triangular do exercício 2 .Fonte: Vianna , 1997.

Malhas difusoras

São dispositivos que produzem jatos da solução decoagulante, aplicados no interior da água a sertratada.

Figura 8: Esquema do de uma malha difusora.Fonte: Marcelo Libânio.

Malhas difusoras

A dissipação de energia correspondente ocorrerá no volume de águasituado a até duas vezes e meia o espaçamento entre os orifícios (V =2,5 AE) (Azevedo Netto et al.)

Figura 9: Distância para a Dissipação da Energia dos jatos Origináriosda Malha difusora.Fonte: Vianna , 1997.

Malhas difusoras

Dispositivos da NBR 12216:

a) A aplicação de solução de coagulante deve seruniformemente distribuída, através de jatosnão-dirigidos no mesmo sentido do fluxonão-dirigidos no mesmo sentido do fluxo

b) Velocidade mínima da água do reator: 2 m/sc) Área máxima da seção transversal do reatorcorrespondente a cada orifício: 200 cm2

d) Diâmetro mínimo dos orifícios da malhadifusora: 3 mm

e) O sistema difusor deve permitir limpezasperiódicas nas tubulações que distribuem asolução de coagulante

Malhas difusoras

Exercício 3:

Na entrada de uma ETA, que trata 500 litros porsegundo, foi instalado um reator para mistura rápidado tipo malha difusora, de diâmetro D = 500 mm(Figura 10).(Figura 10).

Nessa malha existem 32 orifícios de diâmetro d = 3 mmcada um. A malha é composta de 6 tubos de diâmetroigual a meia polegada, paralelos entre si, espaçadosuns dos outros de 8 cm. A vazão de dosagem desulfato de alumínio é igual a 750 mililitros porsegundo.

a) A instalação atende a NBR 12216?

b) Qual o gradiente de velocidade a 20 ºC no reator?

Malhas difusoras

Figura 10: Esquema da malha difusora do exercício 3.Fonte: Vianna , 1997.

Agitadores Mecanizados

Tipos de agitadores

Figura 11: Agitadores tipo turbina e de hélices utilizados para misturarápida.

Fonte: Libânio, 2008.

Agitadores Mecanizados

� Câmaras de mistura

• Seção circular D = H• Seção quadrada• Seção quadrada

� Vantagem em relação aos relação aosmisturadores hidráulicos

• Variação do gradiente de velocidade –varia a potência dissipada

Agitadores Mecanizados

Figura 12: Padrão do fluxo para agitadores tipo turbina e hélice.

Fonte: Godfrey e Amirtharajah, (1991) apud Libânio, 2008.

Agitadores Mecanizados

Determinação do gradiente de velocidade

Np – número de potência - adimensional

Em que:P::potência dissipada na massalíquida (W);

D: diâmetro da turbina (m);n: nº de rotações por segundoΡ: massa específica da água

O valor do Np relaciona-se com o tipo de agitadore com o regime de escoamento.

Na qual:Re: número de Reynoldsµ: Viscosidade dinâmica daágua (Pa.s)n: nº de rotações segundo.

Ρ: massa específica da água(kg/m3)

Na qual:Vol: volume da câmara de

mistura rápida (m3)N3: nº rotações por minuto.

Figura 13: Relação entre o número de potência e o número deReynolds para dois tipos de agitadores utilizados emunidades de mistura rápida.

Fonte: Libânio, 2008.

µ

N3

Agitadores Mecanizados

Recomenda-se as seguintes relações entre dimensões da turbinae da câmara de mistura rápida (Parlatore, 1987)

e

B/2

B B/2

B

D L

hB

H

Figura 14: Parâmetros geométricos de turbina utilizada para mistura rápida.

Fonte: Libânio, 2008.

b

Agitadores Mecanizados

Dispositivos da NBR 12216:

a) A potência deve ser estabelecida em funçãodo gradiente de velocidade

b) Períodos de detenção inferiores a 2 sexigem que o fluxo incida diretamente sobreas pás do agitador

c) O produto químico a ser disperso deve serintroduzido logo abaixo da turbina ou hélicedo agitador

Agitadores Mecanizados

Exercício 4:Uma estação de tratamento convencional potabilizavazão média de 1,0 m3/s empregando unidade demistura rápida tipo turbina de seis pás, com rotaçãode 130 rpm, com as seguintes características:

• Área em planta da câmara de seção quadrada (L) = 1,2• Área em planta da câmara de seção quadrada (L) = 1,2m2

• Profundidade da lâmina d’água (H) = 1,5 m• Diâmetro da turbina (D) = 0,45 m• Comprimento da pá (B) = 0,12 m• Largura da pá (b) = 0,09 m• Distância da extremidade inferior da pá ao fundo dacâmara (h) = 0,40 m

• Estatores (e) = 0,05m

Verifique se ela atende a norma NBR 12216.

BibliografiaBibliografia

VIANNA, Marcos Rocha. Hidráulica aplicada àsestações de tratamento de água. 3. ed. BeloHorizonte: Ed. Imprimatur, 1997.

LIBÂNIO, Marcelo. Fundamentos de qualidadeLIBÂNIO, Marcelo. Fundamentos de qualidadee tratamento de água. 2. ed. Campinas: Ed.Átomo, 2008.