mistura rápida operação destinada a dispersar produtos químicos na água a ser tratada, em...

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

Mistura Rápida

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.

Mistura Rápida

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

Mistura Rápida

Gradiente de Velocidade

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.

Mistura Rápida

Gradiente de Velocidade

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.

Mistura Rápida

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

Mistura Rápida

Gradiente de Velocidade

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).

Mistura Rápida

Gradiente de Velocidade

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.

Mistura Rápida

Gradiente de Velocidade

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

Gradiente de Velocidade

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

Gradiente de Velocidade

contatoAF

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

viscosidade.

F

A

dF

dA

Mistura Rápida

Gradiente de Velocidade

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

Mistura Rápida

Gradiente de Velocidade

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

Mistura Rápida

Gradiente de Velocidade

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

Mistura Rápida

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

Mistura Rápida

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.

Mistura Rápida

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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Unidades de mistura rápida

Segundo a NBR 12216/92 constituem dispositivos de mistura:

o Agitadores mecanizados;

o Entrada de bombas centrífugas.

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Unidades de mistura rápida

Segundo a NBR 12216/92 constituem dispositivos de mistura:

Mistura Rápida

Unidades de mistura rápida

Segundo a NBR 12216/92 constituem dispositivos de mistura:

Mistura Rápida

Unidades de mistura rápida

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;

Mistura Rápida

Unidades de mistura rápida

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.

Mistura Rápida

Unidades de mistura rápida – Calha Parshal

Calhas Parshall;

Mistura Rápida

Unidades de mistura rápida – Vertedor retangualar

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Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

Mistura Rápida

Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

Mistura Rápida

ETA GUARAÚ (SABESP)

DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

Mistura Rápida

ETA ALTO DA BOA VISTA (SABESP)

DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

Mistura Rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

Mistura Rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

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

Mistura Rápida

Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

Mistura Rápida

Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

Mistura Rápida

Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

Mistura Rápida

Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

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.

Mistura Rápida

Tipos de unidades de mistura rápida

DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

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.

Mistura Rápida

Tipos de unidades de mistura rápida

DISPOSITIVOS MECANICOS

• Agitadores mecânicos;• Turbinas;• Hélice propulsora.

Mistura Rápida

Unidades de mistura rápida

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.

Mistura Rápida

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.