aula 4 - sedimentação

ESCOLA POLITÉCNICA DA USPESCOLA POLITÉCNICA DA USPDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA

HIDRÁULICA E SANITÁRIAHIDRÁULICA E SANITÁRIAPHD 2411 – SANEAMENTO IPHD 2411 – SANEAMENTO I

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONALSEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

Prof. Dr. Roque Passos PiveliProf. Dr. Roque Passos PiveliProf. Dr. Sidney Seckler Ferreira FilhoProf. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho

SEDIMENTAÇÃO SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONALGRAVITACIONAL

►IntroduçãoIntrodução►Lei de NewtonLei de Newton►Lei de StokesLei de Stokes►Sedimentação Discreta (Tipo I)Sedimentação Discreta (Tipo I)►Modelação Matemática do Modelação Matemática do

Processo de Sedimentação Processo de Sedimentação DiscretaDiscreta


►Sedimentação Floculenta (Tipo II)Sedimentação Floculenta (Tipo II)►Decantadores convencionais de Decantadores convencionais de

fluxo horizontalfluxo horizontal►Decantadores laminaresDecantadores laminares►Exercício – Dimensionamento de Exercício – Dimensionamento de

decantadores convencionais e decantadores convencionais e laminareslaminares

TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTODE ABASTECIMENTO

Manancial

Coagulação Floculação Sedimentação

FiltraçãoDesinfecçãoFluoretaçãoCorreção de pH

Água Final

Age

nte

oxid

ante

CA

P

Coa

gula

nte

Alc

alin

izan

te

Age

nte

oxid

ante

Pol

ímer

o

Polímero Agente oxidante

Age

nte

oxid

ante

Flú

or

Alcalinizante

Decantadores !!!


PROCESSO DE LODOS ATIVADOS PROCESSO DE LODOS ATIVADOS CONVENCIONALCONVENCIONAL

Grade Caixa de areiaDecantador

PrimárioTanque deAeração

Decantador Secundário

Adensamento

Digestão

Secagem Lodo “Seco”

Rio

SEDIMENTAÇÃOSEDIMENTAÇÃO

Definição: Processo de Definição: Processo de separação sólido-líquido que separação sólido-líquido que tem como força propulsora a tem como força propulsora a ação da gravidade.ação da gravidade.


Classificação dos Processos de Classificação dos Processos de SedimentaçãoSedimentação

►Sedimentação discreta (Tipo 1)Sedimentação discreta (Tipo 1)►Sedimentação floculenta (Tipo 2)Sedimentação floculenta (Tipo 2)►Sedimentação em zona (Tipo 3)Sedimentação em zona (Tipo 3)►Sedimentação por compressão Sedimentação por compressão

(Tipo 4)(Tipo 4)

Peso

EmpuxoForça de arraste

EFP a

0yFgVgmP olpp ...

gVE ol ..

2

... 2VACF pda

Velocidade de Velocidade de SedimentaçãoSedimentação

Peso

Empuxo

EFP a

olpolpd VgVgVAC

....2

... 2

ololppd VgVgVAC

....2

... 2


Força de arraste


Peso


ololppd VgVgVAC

....2

... 2

6

. 3p

ol

dV

d

pp

C

dgV

..3

.)..(4


Peso


Log Re

Log Cd

Região A

Região B

Região CRegião D

0,2 500 2.105

0,44

0,1


d

pp

C

dgV

..3

.)..(4

..

.2424

ped dVRC

.18

)..( 2pp dg

V

Lei de Newton

Lei de Stokes

Log Re

Log Cd

Região A

Região B

Região CRegião D

0,2 500 2.105

0,44

0,1

SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)I)

►Sedimentação discreta: As Sedimentação discreta: As partículas permanecem com partículas permanecem com dimensões e velocidades dimensões e velocidades constantes ao longo do processo constantes ao longo do processo de sedimentação, não ocorrendo de sedimentação, não ocorrendo interação entre as mesmasinteração entre as mesmas

SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)I)

Sedimentação Discreta (Tipo Sedimentação Discreta (Tipo I)I)

B

H

L

1

2

Vh

Vs

tVL h .

tVH S . LHV

V hS

.

HBQ

Vh .


B

H

L

1

2

Vh

Vs

LHV

V hS

.

HBQ

Vh .

LHBHQ

VS ...

s

S AQ

LBQ

V .


B

H

L

1

2

Vh

Vs

sS A

QLBQ

V . sA

Qq Taxa de

escoamento superficial

qVs

Partículas com Vs superiores a q serão removidas durante o processo de sedimentação gravitacional

Sedimentação Discreta (Tipo I)Sedimentação Discreta (Tipo I)Análise do Equacionamento Análise do Equacionamento

MatemáticoMatemático

qAQ

Vs

S qVs

Vs=Velocidade de sedimentação (m/s)q=taxa de escoamento superficial(m3/m2/dia)

►q é função somente da geometria do q é função somente da geometria do decantador, portanto, é um decantador, portanto, é um parâmetro de projeto.parâmetro de projeto.

Sedimentação Discreta (Tipo I)Sedimentação Discreta (Tipo I)Análise do Equacionamento Análise do Equacionamento

MatemáticoMatemático

qAQ

Vs

S qVs

Vs=Velocidade de sedimentação (m/s)q=taxa de escoamento superficial(m3/m2/dia)

►VVss é uma propriedade da partícula, é uma propriedade da partícula, podendo esta ser manipulada podendo esta ser manipulada mediante a operação dos processos mediante a operação dos processos de coagulação-floculaçãode coagulação-floculação

Floculação e Floculação e Sedimentação Sedimentação

Diâmetro das partículas

Fre

qu

ênci

a re

lati

vaÁgua bruta

Água coagulada

Diâmetro crítico

Se Vs > q, todas as partículas com diâmetro superior a dc serão removidas

dc apresenta Vs

Floculação e Floculação e Sedimentação Sedimentação

Diâmetro das partículas

Fre

qu

ênci

a re

lati

vaÁgua bruta

Água coaguladaÁgua floculada

Diâmetro crítico

dp > dc Partículas sedimentáveis

Sedimentação Discreta Sedimentação Discreta (Tipo I)(Tipo I)

Propriedade da sedimentação discreta: A dimensão física da partícula permanece inalterada durante o seu processo de sedimentação gravitacional, o que significa dizer que a sua velocidade de sedimentação é constante.

B

H

L

1

2

Vh

Vs

SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA (TIPO II)(TIPO II)

►Sedimentação floculenta: a Sedimentação floculenta: a velocidade de sedimentação das velocidade de sedimentação das partículas não é mais constante, partículas não é mais constante, uma vez que as mesmas uma vez que as mesmas agregam-se ao longo do processo agregam-se ao longo do processo de sedimentação. de sedimentação.

SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA (TIPO II)(TIPO II)

►Com o aumento do diâmetro das Com o aumento do diâmetro das partículas há, partículas há, conseqüentemente, o aumento conseqüentemente, o aumento de sua velocidade de de sua velocidade de sedimentação ao longo da altura.sedimentação ao longo da altura.

Sedimentação Floculenta Sedimentação Floculenta (Tipo II)(Tipo II)

Propriedade da sedimentação floculenta: A dimensão física da partícula é alterada durante o seu processo de sedimentação gravitacional (floculação por sedimentação diferencial), o que significa dizer que a sua velocidade de sedimentação é variável.

B

H

L

1

2

Vh

Vs

DECANTADORES DECANTADORES CONVENCIONAIS EM ETA’S E CONVENCIONAIS EM ETA’S E

ETE’SETE’S

Decantadores !!!

DECANTADORES DECANTADORES CONVENCIONAISCONVENCIONAIS

ETA ALTO DA BOA VISTAETA ALTO DA BOA VISTA


ETA ALTO DA BOA VISTAETA ALTO DA BOA VISTA

Decantadores !!!


ETA GUARAÚ (SABESP)ETA GUARAÚ (SABESP)


ETA GUARAÚ (SABESP)ETA GUARAÚ (SABESP)

Decantadores !!!


ETA ALTO TIÊTE (SABESP)ETA ALTO TIÊTE (SABESP)


ETA ALTO TIÊTE (SABESP)ETA ALTO TIÊTE (SABESP)


PARÂMETROS DE PROJETOPARÂMETROS DE PROJETO►Taxa de escoamento superficial: Taxa de escoamento superficial:

20 m20 m33/m/m22/dia a 60 m/dia a 60 m33/m/m22/dia./dia.►(Função das características de (Função das características de

sedimentabilidade do floco, sedimentabilidade do floco, definidas pelas etapas de definidas pelas etapas de coagulação-floculação)coagulação-floculação)

►Altura do decantador: 3,0 metros Altura do decantador: 3,0 metros a 5,0 metros.a 5,0 metros.


PARÂMETROS DE PROJETOPARÂMETROS DE PROJETO►Relação Comprimento/Largura Relação Comprimento/Largura 4 4►Taxa de escoamento linear Taxa de escoamento linear

(vertedor) (vertedor) 1,8 l/m/s 1,8 l/m/s ►Re Re 20.000 (Verificação) 20.000 (Verificação)►Fr Fr 10 10-5-5

..

h

e

RVR

h

r RgV

F.

2

LAY-OUT DE ETAs LAY-OUT DE ETAs ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E

DECANTADORESDECANTADORES

Canal de água coagulada

CASA DE QUÍMICA

Canal d

e á

gua co

ag

ula

da

CASA DE QUÍMICA




CASA DE QUÍMICA



DECANTADORES DE FLUXO DECANTADORES DE FLUXO LAMINARLAMINAR

tVLh.

tVHS.

LHV

V h

S

.

2' LL

02 canais

B

H

L

1

2

Vh

Vs

H/2

L’


tVLh.tVH

S.

LHV

V h

S

.

4' LL

02 canais

B

H

L

1

2

Vh

Vs

H/4

L’

n canais

nL

L '


Vs

V0

w

l

Trajetória crítica

h

lh

sen s

sv

VV

sen

s

sh

VV

cos

Vsh

Vsv

senVVssv.

cos.sshVV


Vs

V0

w

l


h

Vsh

Vsv

senVVssv.

cos.sshVV

tVVlsv

.0

tVwsh

.

shsvVw

VVl

0


Vs

V0

w

l


h

Vsh

Vsv

cos..0 ss

Vw

senVVl

senwlVw

Vs .cos.

.0

wl

L

senLV

Vs

cos.0


Vs

V0

w

l


h

Vsh

Vsv

senLV

Vs

cos.0

senAQ

AQ

Vp.

0

0

Ap

senLsenASQ

Vp

c

s

cos....

Equação de dimensionamento

CONVENCIONAL X CONVENCIONAL X LAMINARLAMINAR

senLsenASQ

Vp

c

s

cos....

AQ

Vqs Decantador convencional

Decantador laminar

senLsenSq

q cL

c

cos...

cc

L

SsenLsen

qq

cos..

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

Sedimentação laminar - Ângulo das placas

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 20 30 40 50 60 70 80

Ângulo das placas com a horizontal

qL

/qC

CONVENCIONAL X LAMINARCONVENCIONAL X LAMINARÂNGULO DAS PLACASÂNGULO DAS PLACAS

cc

L

SsenLsen

qq

cos..

Sedimentação laminar - Efeito da grandeza L (l/w)

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

0 10 20 30 40 50 60

l/w

qC

/qL

CONVENCIONAL X LAMINARCONVENCIONAL X LAMINARGRANDEZA L (l/w)GRANDEZA L (l/w)

cc

L

SsenLsen

qq

cos..

DECANTADORES LAMINARESDECANTADORES LAMINARESETA RIO GRANDE (SABESP)ETA RIO GRANDE (SABESP)

DECANTADORES LAMINARESDECANTADORES LAMINARESETA CAPIVARI (SANASA)ETA CAPIVARI (SANASA)

DECANTADORES DECANTADORES LAMINARESLAMINARES

PARÂMETROS DE PROJETOPARÂMETROS DE PROJETO

►Velocidade de sedimentação: 20 Velocidade de sedimentação: 20 mm33/m/m22/dia a 60 m/dia a 60 m33/m/m22/dia./dia.

►(Função das características do (Função das características do floco, definidas pelas etapas de floco, definidas pelas etapas de coagulação e floculação)coagulação e floculação)

►Ângulo das placas com a Ângulo das placas com a horizontal: 60horizontal: 60oo



►Comprimento da placa: 0,6 Comprimento da placa: 0,6 metros a 1,2 metrosmetros a 1,2 metros

►Velocidade de escoamento entre Velocidade de escoamento entre as placas: 15 cm/min a 20 cm/minas placas: 15 cm/min a 20 cm/min

►Espessura entre as placas: 4 cm a Espessura entre as placas: 4 cm a 8 cm8 cm



►Altura do decantador: 4,0 metros Altura do decantador: 4,0 metros a 6,0 metros.a 6,0 metros.

►Relação Comprimento/Largura Relação Comprimento/Largura 22

►Taxa de escoamento linear Taxa de escoamento linear (vertedor) (vertedor) 1,8 l/m/s 1,8 l/m/s

DIMENSIONAMENTO DE DIMENSIONAMENTO DE UNIDADES DE UNIDADES DE


►Vazão: 1,0 mVazão: 1,0 m33/s/s►Velocidade de sedimentação dos Velocidade de sedimentação dos

flocos: 40 m/diaflocos: 40 m/dia►Número de unidades de Número de unidades de

sedimentação: 04sedimentação: 04►Profundidade da lâmina líquida=4,5 Profundidade da lâmina líquida=4,5

mm

DIMENSIONAMENTO DE DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES DECANTADORES CONVENCIONAIS CONVENCIONAIS

►Cálculo da área Cálculo da área


SS A

QqV

223

3540

//40

/600.21m

diamm

diamqQ

AS

►Verificação do tempo de detenção Verificação do tempo de detenção hidráulicohidráulico


horashorassm

mmQVdec

h 7,2/600.3./25,0

5,4.5403

3

►Definição da geometria do decantadorDefinição da geometria do decantador

Admitindo uma relação entre L/B igual a 4, tem-se Admitindo uma relação entre L/B igual a 4, tem-se que:que:


22 540.4. mBLBAS

mB 6,11mL

mB

0,47

0,12

25640,47.0,12. mmmLBAS

►Verificação da taxa de escoamento Verificação da taxa de escoamento superficialsuperficial


diammm

diamAQ

qS

//3,38564

/600.21 232

3

►Cálculo da velocidade Cálculo da velocidade horizontalhorizontal

scmmmsm

AQ

Vh

h /463,00,12.5,4/25,0 3

►Cálculo do Raio HidráulicoCálculo do Raio Hidráulico


►Cálculo do Número de Cálculo do Número de ReynoldsReynolds

mhB

hBRh 57,2

5,4.20,120,12.5,4

.2.

905.11.

hh

eRV

R OK000.20

►Dimensionamento das calhas de coleta de água Dimensionamento das calhas de coleta de água decantadadecantada


qHql ..018,0

ql=vazão linear nas calhas de coleta de água decantada (l/s/m)H=altura útil do decantador (m)q=taxa de escoamento superficial no decantador (m3/m2/dia)

DIMENSIONAMENTO DE DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES DECANTADORES CONVENCIONAISCONVENCIONAIS

►Dimensionamento das calhas de coleta de água Dimensionamento das calhas de coleta de água decantadadecantada


qHql ..018,0 3,38.5,4.018,0lq

mslql //10,3

Valor de projeto adotado: 2,5 l/s/mValor de projeto adotado: 2,5 l/s/m

►Cálculo do comprimento total de vertedorCálculo do comprimento total de vertedor


Valor de projeto adotado: 2,5 l/s/mValor de projeto adotado: 2,5 l/s/m

vl L

Qq m

mslsl

Lv 100//5,2/250

►Cálculo do comprimento total de vertedorCálculo do comprimento total de vertedor


Admitindo que o comprimento da calha de Admitindo que o comprimento da calha de coleta de água de lavagem não exceda a coleta de água de lavagem não exceda a 20% do comprimento do decantador, tem-20% do comprimento do decantador, tem-se quese que:

mmLcalha 4,92,0.0,47

►Cálculo do número de calhasCálculo do número de calhas


3,54,9.2

100.2

mm

LL

Ncalha

vcalhas

Portanto, vamos adotar um total de 06 Portanto, vamos adotar um total de 06 calhas, com 9,0 metros de comprimentocalhas, com 9,0 metros de comprimento

mmcalhasLv 1082.0,9.06

mslmsl

LQ

qv

l //31,2108

/250

►Cálculo do espaçamento entre as calhasCálculo do espaçamento entre as calhas


mcalhasm

Esp 0,206

0,12


12,0 m

47,0 m

2,0 m1,0 m

9,0 m




CASA DE QUÍMICA

Canal d

e á

gua co

ag

ula

da

CASA DE QUÍMICA




CASA DE QUÍMICA



Muito Muito Obrigado !Obrigado !

!!!!

aula 4 - sedimentação

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