sedimentação É um fenômeno físico no qual em decorrência da ação da gravidade, as...

Sedimentação

É um fenômeno físico no

qual em decorrência da ação

da gravidade, as partículas

suspensas apresentam

movimento descendente em

meio líquido de menor

massa específica. (Di Bernardo e Dantas, 2005)

Sedimentação

Classificação dos Processos de

Sedimentação:

► Sedimentação discreta (Tipo 1)Sedimentação discreta (Tipo 1)

As partículas permanecem com dimensão e velocidades constantes ao longo do processo de sedimentação.► Ex: Desarenadores

► Sedimentação floculenta (Tipo 2)Sedimentação floculenta (Tipo 2)

As partículas se aglomeram e aumenta sua dimensão e velocidade ao longo do processo de sedimentação.► Ex: Decantadores

Sedimentação

Classificação dos Processos de

Sedimentação:► Sedimentação em zona (Tipo 3)Sedimentação em zona (Tipo 3)

As partículas sedimentam em massa (i.e., adição de cal). As partículas ficam próximas e interagem (forças interparticulares)

► Ex: decantadores secundários de lodos ativados

► Sedimentação por compressão (Tipo Sedimentação por compressão (Tipo 4)4)

As partículas se compactam como lodo.► Ex; espessamento lodos.

Sedimentação

Velocidade de Sedimentação

Arraste Empuxo

Peso

d

pp

C

dgV

..3

.)..(4

.18

)..( 2pp dg

V

Lei de Newton Lei de Stokes

Dp > 1 mm

Sedimentação

Velocidade de Sedimentação:

A sedimentação acontece quando a força de gravidade excede as forças de inércia de viscosidade. A velocidade final de sedimentação de uma partícula é definida pela relação:

V = velocidade final

V = 4g(s-e)D g = aceleração de gravidade

3 Cd s = peso específico da partícula

e = peso específico da água

D = diâmetro da partícula Cd = coeficiente de arraste

Sedimentação

Decantador ideal – remoção de partículas discretas (Hazen, 1904).

► Sedimentação discretaSedimentação discreta: :

As partículas permanecem com As partículas permanecem com

dimensões e velocidades constantes dimensões e velocidades constantes

ao longo do processo de ao longo do processo de

sedimentação, não ocorrendo interação sedimentação, não ocorrendo interação

entre as mesmas.entre as mesmas.

Sedimentação

Decantador ideal – remoção de partículas discretas

A água escoa com velocidade horizontal constante em qualquer profundidade;

As partículas são consideradas discretas e estão sedimentando com a sua velocidade de sedimentação terminal independente da profundidade em que se encontram;

Sedimentação

Decantador ideal – remoção de partículas discretas

O escoamento é contínuo e não turbulento;

Não há ressuspensão das partículas depositadas no fundo;

O decantador é um tanque ideal, isto é, a sedimentação ocorre sem quaisquer interferências externas ao fenômeno.

Sedimentação

Decantador ideal – remoção de partículas discretas

BH

L

1

2

tVL h .

tVH S . LHV

V hS

.

HBQ

Vh .

sS A

QLBQ

V .

Vs = Taxa de aplicação superficial

Vh

Vs

Sedimentação

Decantador ideal – remoção de partículas discretas

Segundo Hazen (1904) o decantador ideal pode ser dividido em quatro zonas distintas

sS A

QLBQ

V .

Taxa de aplicação superficial

EntradaSaída

Zona de decantação

Zona de decantação

Zona de saída

Zona de lodos

Planta

Seção

Zona de entrada

Sedimentação

Decantador Clássico (Convencional)

Fonte: Vianna, 2005

Sedimentação

Decantador não ideal (Camp, 1946)

Fonte: Vianna, 2005

Sedimentação

Decantador não ideal (Camp, 1946)

No decantador real a eficiência é reduzida por correntes que se formam em seu interior entre as quais citam-se:

(a) As correntes turbulentas, criadas pela inércia do líquido afluente;

(b) As correntes superficiais produzidas pelo vento;

Sedimentação

Decantador não ideal (Camp, 1946)(continuação)

No decantador real a eficiência é reduzida por correntes que se formam em seu interior entre as quais citam-se:

( c) As correntes verticais de convecção de origem térmica;

(d) As correntes devidas à densidade, que fazem com que a água fria (mais densa) escoe pelo fundo do decantador, e que a água quente (menos densa) escoe através da superfície. As correntes desse tipo produzem curto-circuitos no fluxo;

(e) Não ocorre ressuspensão do lodo.

Sedimentação

Decantador ConvencionalParâmetros de Projeto (NBR12216/92) (continuação)

Velocidade longitudinal máxima (vo)

a) Vo = (Re/8)1/2 vs para fluxo laminar com Re<2000;

a) Vo = 18 vs para fluxo turbulento, Re > 15000.

Re: número de Reynolds

Vs: velocidade de sedimentação determinada em ensaios de laboratório.

Sedimentação

Decantador ConvencionalParâmetros de Projeto (NBR12216/92) (continuação)

Segundo a NBR 12216/92, não sendo possível determinar a velocidade de sedimentação através de ensaios de laboratório, a velocidade longitudinal máxima não deve ser superior ao valor resultante das expressões:

a) em estações com capacidade até 10000

m3/dia: 0,50 cm/s;

b) estações com capacidade superior a

10000 m3/dia, 0,75 cm/s e havendo

remoção contínua do lodo por sistemas

mecânicos ou hidráulicos: 1,00 cm/s.;

Sedimentação

Decantador ConvencionalParâmetros de Projeto (valores adotados)

Período de detenção e taxa de escoamento superficial

Taxa de escoamento superficial (m3/m2dia)

Período de detenção

(h)

15 a 20 3,5 a 4,5

20 a 30 3,0 a 4,0

30 a 40 2,5 a 3,5

Comprimento /largura: 2 < L/B < 5;Comprimento /altura: 2 < L/H < 25.

Altura do decantador: 3 a 5 metros.

Sedimentação

Decantador Convencional (continuação)

Os decantadores podem ser classificados em:

• Retangulares;• Circulares com fluxo radial ou ascendente Independentemente do tipo de fluxo,

Os decantadores podem ser identificados pela presença de quatro zonas:

• Entrada;• Sedimentação;• Saída;• Armazenamento de lodo.

Sedimentação

Decantador Clássico (Convencional)

Fonte: Vianna, 2005

Sedimentação

Decantador Convencional (continuação)

Sedimentação

Decantador Convencional (continuação)

Zona de Entrada

A zona de entrada tem o objetivo de distribuir o fluxo através da seção de entrada do decantador.

Os dispositivos de entrada devem ser bem projetados pois, quando a velocidade não é bem distribuída, ocorrem regiões distintas de velocidade, permitindo o arraste das partículas ou flocos.

A distribuição é normalmente realizada por:

Canal de acesso;

Cortina distribuidora.

Sedimentação

Canal de acesso aos decantadores

A água floculada deve ser distribuída nos decantadores de forma eqüitativa através das comportas.

Nos decantadores clássicos a velocidade ao longo do canal deve manter-se constante, superior a 0,15 m/s e sempre inferior a 0,45 m/s.

5.2 Zona de Entrada (continuação)

Sedimentação

Acesso aos decantadores

A NBR 12216/96 estabelece que:

A distribuição de água para um conjunto de decantadores deve ser feita de modo que dela resultem vazões aproximadamente iguais e o desvio máximo da vazão não deve ultrapassar a 20 %;

A entrada dever ser afogada através de abertura com dimensões tais que o gradiente de velocidade resultante seja inferior a 20 s-1;

A velocidade da água no canal deve ser no máximo igual à metade da velocidade nas aberturas de entrada nos decantadores;

Zona de Entrada (continuação)

Sedimentação

Acesso aos decantadores

A NBR 12216/96 estabelece que: (continuação)

Nos casos em que, para satisfazer as duas condições anteriores a velocidade no canal seja inferior a 0,15 m/s, devem ser previstas facilidades para limpeza do canal, tais como declividade, registros de descarga ou outros.

Zona de Entrada

Modelo matemático devido a Hudson e

colaboradores.

Sedimentação

Cortina de distribuição:

Zona de Entrada

Sedimentação

Cortina de distribuição:

A cortina distribuidora tem por objetivo uniformizar o fluxo de água no decantador na entrada da zona de sedimentação. Constitui-se de uma placa de alvenaria ou madeira de lei com orifícios para distribuição do fluxo.

Cortina de distribuição:

A cortina distribuidora tem por objetivo uniformizar o fluxo de água no decantador na entrada da zona de sedimentação. Constitui-se de uma placa de alvenaria ou madeira de lei com orifícios para distribuição do fluxo.

Zona de Entrada (continuação)

Sedimentação

Cortina de distribuição: (continuação)

A NBR 12216/99 estabelece:

Que a entrada de água nos decantadores pode ser feito por uma cortina perfurada (cortinas distribuidoras) que atenda as seguintes condições:

A distância entre os orifícios deve ser inferior a 0,50 m;

Ter o maior número de orifícios uniformemente espaçados segundo a altura e largura útil do decantador;

Gradiente de velocidade nos orifícios: < 20 s-1;

Quando a parede de cortina tem espessura inferior a dimensão que caracteriza as aberturas de passagem da água, estas devem receber bocais de comprimento pelo menos igual a referida dimensão;

Zona de Entrada

Sedimentação

Cortina de distribuição: (continuação)

Deve estar situada a uma distância d da entrada calculada por:

D = 1,5 a H A

a: área total dos orifícios, m2;A: área da seção transversal do decantador, m2;H: altura útil do decantador, m.

Relação a/A igual ou inferior a 0,5.

Zona de Entrada

Sedimentação

Cortina de distribuição: (continuação)

.

Zona de Entrada

DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO TIÊTE (SABESP)

Sedimentação

Cortina de distribuição: (continuação)

.

Zona de Entrada

DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO TIÊTE (SABESP)

Sedimentação

Coleta de Água Decantada

Sedimentação

Coleta de Água Decantada (continuação)

A zona de saída é projetada para a remoção de água decantada, sem a presença de flocos. Basicamente o que define o carreamento de flocos é velocidade de escoamento no decantador;

Na zona de decantação a velocidade é bem distribuída através da seção transversal, o que garante um velocidade bastante reduzida;

Para a remoção de água do decantador é desejável direcioná-la diretamente para tubulações ou canais, cuja seção de entrada de água é bastante reduzida, provocando um incremento acentuado da velocidade, e deformações no perfil de velocidade, que podem promover o arraste de flocos.

Sedimentação

Coleta de Água Decantada (continuação)

A coleta de água decantada deve ser feita por um sistema de tubos perfurados submersos ou de vertedores não-afogados organizados de modo a garantir a vazão uniforme ao longo deles.

A NBR 12216/00 estabelece que:

O nível máximo de água no interior da canaleta deve situar-se à distância mínima de 10 cm abaixo da borda vertente;

Não sendo possível proceder a ensaios de laboratório a vazão nos vertedores ou nos tubos perfurados de coleta deve ser igual ou inferior a 1,8 L/sm;

Coleta de Água Decantada (continuação)

A coleta de água decantada deve ser feita por um sistema de tubos perfurados submersos ou de vertedores não-afogados organizados de modo a garantir a vazão uniforme ao longo deles.

A NBR 12216/00 estabelece que:

O nível máximo de água no interior da canaleta deve situar-se à distância mínima de 10 cm abaixo da borda vertente;

Não sendo possível proceder a ensaios de laboratório a vazão nos vertedores ou nos tubos perfurados de coleta deve ser igual ou inferior a 1,8 L/sm;

Sedimentação

Coleta de Água Decantada (continuação)

Segundo Camp (1946), a vazão (m3/s) escoada por uma calha com seção retangular e fundo horizontal e descarga livre é dada por:

b: largura da calha, m;H altura da água na saída da calha, m.

Q = 1,38 b h1,5

Sedimentação

Coleta de Água Decantada (continuação)

Sedimentação

Coleta de Água Decantada (continuação)

Sedimentação

Coleta de Água Decantada (continuação)

Sedimentação

Coleta de Água Decantada (continuação)

Sedimentação

Remoção de Lodo

Sedimentação

Remoção de Lodo (continuação)

A configuração e profundidade da zona de armazenamento de lodo dependem:

do método de remoção; da freqüência; da estimativa da quantidade de lodo gerada.

Para a remoção dos flocos formados nos sistemas de tratamento de água, Hudson recomenda profundidades de armazenamento de 0,30 m nas proximidades da saída do decantador e de 2,00 m ou mais nas regiões próximas á entrada.

Sedimentação

Remoção de Lodo (continuação)

O fundo dos decantadores retangulares deve apresentar necessariamente um declive em direção à tubulação de drenagem.

Sugere-se uma inclinação longitudinal de 5% e lateral, em direção ao dreno longitudinal, uma inclinação de 10%.

A remoção do lodo pode ser feita:

manualmente; ou mecanicamente.

Quando a remoção é manual é necessários a paralisação e o esgotamento do decantador.

Sedimentação

Remoção de Lodo (continuação)

Segundo a NBR 12216/92, decantador com remoção manual de lodo deve apresentar as seguintes características:

Ser provido de descarga de fundo, dimensionada para esvaziamento no tempo máximo de 6h;

A descarga do decantador deve situar-se preferencialmente na zona de maior acumulação de lodo;

O fundo deve ter declividade mínima de 5% no sentido do ponto de descarga;

Pode ser acumulado o lodo de 60 dias de funcionamento.

Sedimentação

Remoção de Lodo (continuação)

Segundo a NBR 12216/92, decantador com remoção manual de lodo deve apresentar as seguintes características:

A carga hidráulica de descarga deve ser igual ou superior a 1,50 m acrescida da soma das perdas de carga;

A canalização para descarga do lodo com até 10 m de comprimento deve ter diâmetro mínimo de 150 mm e para comprimento maior o diâmetro mínimo deve ser de 200 mm;

A remoção hidráulica do lodo exige ângulo de inclinação superior a 50o.

Sedimentação

Remoção de Lodo (continuação)

ETA GUARAÚ - SABESP

Sedimentação

Remoção de Lodo (continuação)

DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO TIÊTE (SABESP)

Sedimentação

Decantadores Laminares (ou tubulares)

Fonte: Vianna, 2002

Sedimentação

Decantadores Laminares (ou tubulares)

Os decantadores laminares ou tubulares foram concebidos considerando que a ação de um decantador depende de sua área superficial e não de sua profundidade.

Assim uma subdivisão horizontal produziria uma superfície dupla para receber os sólidos sedimentáveis, duplicando a capacidade de trabalho.

Nesse raciocínio uma série de bandejas horizontais em um grande número de células de pouca profundidade o incremento da eficiência deveria ser muito grande. Contudo essa forma simplista de raciocínio esbarra nas dificuldades de limpeza dos tanques, além das dificuldades de distribuição de fluxo.

Sedimentação

Decantadores Laminares (ou tubulares)

Fonte: Vianna, 2002

Sedimentação

Decantadores Laminares (ou tubulares)

Fonte: Vianna, 2002

Sedimentação

Somente na década de 1960 a aplicação prática do conceito dos sedimentadores rasos foi retomada por Culp and Hansen;

As pesquisas desenvolvidas resultaram no sedimentadores lamelares ou tubulares;

Nestes dispositivos são instaladas placas ou tubos paralelos uniformemente espaçados e com inclinação variando de 5° a 60°.

Decantadores Laminares (ou tubulares)

Sedimentação

Decantadores Laminares (ou tubulares)

vs.cos

d

L

(5 a 60o)

v0

vs

vs.sen

Modelo simplificado da sedimentação laminar ou tubularModelo matemático desenvolvido por YAO (1970)

Sedimentação

Decantadores Laminares (ou tubulares)

Parâmetros de Projeto:

As: área superficialSc: fator de formaL: l/d

senLsenA

SQV

s

cs

cos...

.

•Sc=1 (Placas planas paralelas, retangulares)•Sc=4/3 (Tubos circulares)•Sc=11/8 (Tubos quadrados)

Sedimentação

Decantadores Laminares (ou tubulares)(continuação)

ETA RIO GRANDE - SABESP

Sedimentação

Decantadores Laminares (ou tubulares)(continuação)

ETA RIO GRANDE - SABESP

Sedimentação

Decantadores Laminares (ou tubulares)(continuação)

ETA CAPIVARI - SANASA

ETA RIO GRANDE - SABESP

Sedimentação

Decantadores Laminares (ou tubulares)(continuação)

ETA CAPIVARI - SANASA

ETA RIO GRANDE - SABESP

Sedimentação

Decantadores Laminares (ou tubulares) (continuação)

ETA CAPIVARI - SANASA

Sedimentação

Decantadores Laminares (ou tubulares) (continuação)

ETA da CORSAN, Esteio, RS(http://tconline.feevale.br/tc/files/4202_12.pdf)

Sedimentação

Estudar:

Livro: Hidráulica aplicada as Estações de Tratamento de Água.

Capítulo 9 (9.1; 9.2; 9.3; 9.5.2; 9.5.4.1; 9 9.5.4.3; 9.5.4.4; 9.5.5.1; 9.5.5.2)Exercício resolvido – 9.5.4.5