tratamento de água para consumo humano - projeto de uma eta

7/25/2019 Tratamento de gua para consumo humano - Projeto de uma ETA

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Universidade de Braslia

Faculdade de Tecnologia

Departamento de Engenharia Civil e Ambiental

Tratamento de gua para Consumo Humano

Professora Cristina Celia Silveira Brando

Estao de Tratamento de gua

Memorial Descritivo

Clarice Carvalho Silva 11/0010132

Braslia, 17 de Setembro de 2015


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1. Introduo

Em projetos de estao de gua para consumo humano, trs conceitos bsicos devem sersatisfeitos:

Mltiplas barreiras: necessidade de haver mais de uma etapa de tratamento para alcanaras condies de baixo risco. Juntas devem, progressivamente, remover os contaminantespara produzir agua de qualidade satisfatria e promover mxima proteo contra agentes deveiculao hdrica.

Tratamento integrado: as barreiras devem ser combinadas de forma a produzir o efeitoesperado.

Tratamento por objetivos: cada fase do tratamento possui uma meta especifica de remoorelacionada a algum tipo de risco.

Em estaes de tratamento de gua convencionais, tambm conhecidas de ciclo completo,

as barreiras a serem combinadas englobam: mistura rpida, floculao, sedimentao,filtrao rpida e desinfeco.

A mistura rpida tem como objetivo a aplicao de produtos qumicos que promovem acoagulao. Na floculao, a gua coagulada forma flocos maiores, e estes so removidosna sedimentao, gerando gua clarificada. A filtrao o que garante a qualidademicrobiolgica da gua, pois nessa etapa so retidas as partculas de impurezas, que noforam removidas na sedimentao, como oocistos de protozorios, entre outros. Adesinfeco, ltima etapa do tratamento serve para que os micro-organismos patognicosque passaram pelo filtro sejam destrudos, e assim a gua seja distribuda com qualidade e

sem riscos para a populao.

A seleo de tecnologia nas ETAs no pode separar-se das tcnicas de tratamento,aproveitamento e disposio de seus resduos. A condio ideal seria optar-se pela escolhade uma ETA que no gerasse resduo, mas como isso no e possvel, cumpre selecionaraquela que seja eficiente na reduo do risco presente na agua bruta conforme legislao eque produza a menor quantidade de resduos com facilidades de tratamento, aproveitamentoe disposio no ambiente.

2. Objetivos

Este projeto visa seleo de tecnologias adequadas para uma estao de tratamento degua, com vazo de 2630 L/s, atravs da anlise das configuraes de diferentes unidadesutilizadas no tratamento de gua.

3. Descrio dos tipos de unidade

3.1. Unidades de Mistura Rpida


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Na ETA, a mistura rpida a operao destinada a dispersar os produtos qumicos na guaa ser tratada (NBR 12216, 1992). O que deseja nessa etapa do tratamento a coagulaoqumica, processo que consiste na desestabilizao das partculas coloidais ouneutralizao das molculas de substancias hmicas. Depende fundamentalmente das

caractersticas da gua como pH, alcalinidade, cor verdadeira, turbidez, temperatura,potencial zeta, condutividade eltrica, tamanho e distribuio de tamanhos de partculas emestado coloidal e em suspenso. A coagulao qumica pode ser dividia em trsmecanismos:

Compresso da Dupla Camada Eltrica: As partculas coloidais se apresentam comcarga superficial negativa, e ocorre uma atrao por ons de cargas contrariaspresentes na gua, que so adsorvidos s partculas, gerando um balano e deixandoo meio circulante eletricamente neutro e mais distante da superfcie. A introduo deum colide na gua causar um aumento na densidade de cargas na camada difusae diminuir a "esfera'' de influncia entre as partculas.

Varredura: Utilizada nas tecnologias de ciclo completo e floto-filtrao. As dosagensde Coagulantes e o pH so relativamente altos, com excesso de precipitados dealumnio ou de ferro, causando o emaranhamento das impurezas entre eles. Os flocosobtidos com esse mecanismo so maiores e sedimentam ou flotam mais facilmente.

Adsoro e Neutralizao de cargas: Utilizadas nas ETAs de filtrao direta, pois noh necessidade de formao de flocos para posterior sedimentao ou flotao, masde partculas desestabilizadas que sero retidas no meio granular do filtro. Decorredo precipitado com carga positiva ou de espcies hidrolisadas positivas,caracterizando-se por dosagem de coagulante e pH menores que os do mecanismo

de varredura. Adsoro e formao de pontes: Caracterizado -se por envolver o uso de polmeros

de grandes cadeias moleculares que servem de ponte entre a superfcie em que estoaderidos e outras partculas.

Em ETEs de ciclo completo prioriza-se o mecanismo da varredura, logo, devem ser fixadosparmetros de projeto que induzam esse mecanismo. Esses parmetros so: dosagem decoagulante, gradiente mdio de velocidade - Gmre tempo de mistura - Tmr.Segundo a NBR 12216 (1992), as condies ideais em termo de gradiente de velocidademdia e tempo de mistura devem ser determinados preferencialmente em ensaios delaboratrio. Na impossibilidade da realizao desses ensaios, a disperso de coagulantesmetlicos hidrolisveis (sulfato de alumnio, cloreto frrico, sulfato frrico, sulfato ferrosoclorado, hidroxi-cloreto de alumnio, etc.) deve ser feita a gradientes de velocidadecompreendidos entre 700 s-1 e 1100 s-1, em um tempo de mistura no superior a 5 s;enquanto que a disperso de polieletrlitos, como coagulantes primrios ou auxiliares decoagulao, deve ser feita obedecendo s recomendaes do fabricante. Di Bernardo eSabogal Paz (2008) ressaltam o fato de que muitas vezes praticamente impossvel usarvalores preconizados na literatura, ou at mesmo nas normas. Nesses casos, o projetistadeve dar certa flexibilidade variao do gradiente de velocidade, com respeito rotao

dos equipamentos de agitao, quando estes forem utilizados.


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Figura 1 - Diagrama tpico de coagulao do sulfato de alumnio para gua com turbidez alta em relao cor verdadeira

Para que seja definida a dosagem tima de coagulante a ser aplicado nos dispositivos demistura rpida, geralmente so utilizados os diagramas de solubilidade do alumnio e doferro, desenvolvido por Amirtharajah e Mills (1982). Esses diagramas so resultado deestudos com diversos tipos de guas naturais e sintticas, com turbidez relativamente altase comparada cor verdadeira, logo, para guas com essas caractersticas recomenda-seo uso desses diagramas. A Figura 1 apresenta o diagrama de solubilidade em funo dadosagem de sulfato de alumnio x pH de mistura. Percebe-se desta figura que dosagensdiferentes de coagulante em funo do pH favorecem os diferentes mecanismos decoagulao. Como se espera que ocorra o mecanismo de varredura, a dosagem de

coagulante a ser utilizada no projeto da ETA de aproximadamente 30mg/L de sulfato dealumnio para um pH da mistura igual a 7,5.

A agitao em uma unidade de mistura rpida pode ser realizada por dispositivos:mecnicos, hidrulicos e especiais. No presente projeto sero abordados dois tipos: turbinascomo unidades mecnicas e calhar do tipo Parshal como unidades hidrulicas.

3.1.1. Mistura rpida mecanizadaTurbina

A unidade constituda basicamente de uma cmara circular, quadrada ou retangular emplanta em que instalado um misturador mecnico de eixo vertical com impulsores do tipo


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turbina. A Figura 2 mostra um esquema de agitador mecnico. O as turbinas podemapresentar fluxo axial ou radial no interior da cmara dependendo do tipo de hlice utilizada.

Figura 2

Exemplo de agitador mecanizado

A potncia til introduzida pelas turbinas dada por:

= em que:

: potncia introduzida na gua (Nm/s);: massa especfica da gua (kg/m);: rotao (rps);: dimetro do rotor ou turbina (m); e: coeficiente que depende do tipo de hlice e do nmero de Reynolds.O valor de Ktbpara valores de Reynolds superiores a 104 aproximadamente constante pararotores do tipo turbina de paletas planas e hlice propulsora, como pode ser visto na Figura3. Para rotores tipo turbina, Ktbtem usualmente sido adotado igual a 5.


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Figura 3 - Relao entre o nmero de potncia (ou Ktb) e o nmero de Reynolds

Uma vez calculada a potncia til, especifica-se o motor do equipamento utilizando umcoeficiente de segurana igual a 2, logo a potncia do motor dada pela equao:

= 2Para o agitador tipo turbina de paletas planas com escoamento radial, ilustrada na Figura 4,so recomendadas as seguintes relaes:

2,7 3,3 ; = ; = ; = 0,1; 2,7 3,9; 0,75 1,3

Figura 4 - Esquema de uma unidade de mistura rpida mecanizada com hlice do tipo

turbina de paletas planas


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A NBO 12216 (1992) estabelece ainda algumas condies que devem ser obedecidas pelasunidades mecanizadas: a potncia deve ser determinada em funo do gradiente develocidade; perodos de deteno inferiores a 2 s exigem que o escoamento incidadiretamente sobre as ps do agitador; a soluo do coagulante a ser aplicado deve ser

introduzida logo abaixo da turbina ou da hlice do agitador.No Brasil geralmente so adotados misturadores padronizados disponveis no mercado.Estes precisam ser adequados, especialmente em relao rotao, pois alguns projetospodem requerer gradientes de velocidades mais elevados que os previstos para cadamodelo. A tabela 1 apresenta alguns desses misturadores.

Tabela 1 - Misturadores mecanizados padronizados no Brasil

O uso de misturadores rpidos mecanizados tem as seguintes vantagens e desvantagens:

Vantagens

O gradiente de velocidade fornecido e o tempo de mistura so compatveis com o

mecanismo de coagulao por varredura. O gradiente de velocidade pode ser modificado conforme a variao da vazo

afluente estao; e

O sistema tem baixa perda de carga

Desvantagens

A mistura no instantnea, por isso pode ser considerada ineficiente;

O misturador precisa de energia eltrica;

A unidade apresente curtos-circuitos hidrulicos;

Se o tempo de mistura for longo, pode influenciar negativamente o desempenho doprocesso de coagulao;

O investimento elevado;

A unidade precisa de cuidados na operao e na manuteno, requerendo pessoalqualificado; e

A necessidade de motores pode gerar rudos excessivos na ETA.

3.1.2. Mistura rpida hidrulica - Vertedor Parshall

I 2 181 370 74 92,5 1,3

II 4 167 430 86 107,5 2,2

III 5 150 500 100 125 3,4

IV 10 134 600 120 150 6

V 15 120 700 140 175 10

VI 25 108 850 170 212,5 18

VII 50 96 1050 210 262,5 26

VIII 75 86 1250 250 312,5 62

Potencia

introduzida na

Potencia

do motor

Rotao

do rotor

Diametro

externo do

Altura da

paleta

Largura da

paleta (mm)Tipo


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O vertedor ou calha Parshall muito utilizado em ETAs para combinar as funes demedio de vazo e de mistura rpida em funo de sua geometria, do regime deescoamento a montante e da intensidade de turbulncia gerada no ressalto hidrulicoproduzido por ele. Nele, acontece a elevao brusca da superfcie livre da gua, sob

distncia curta, acompanhada de instabilidade, com ondulaes e entrada de ar do ambientecom consequente perda de energia na forma de grande turbulncia, suficiente parapromover a mistura rpida. A calha Parshall apresenta trs sees, ilustradas na Figura 5:convergente (entrada), garganta e divergente (sada). A medio de vazo feita em umnico ponto no trecho convergente, onde o escoamento subcrtico (y>yc) se a descargafor livre na sada. Em funo da largura da garganta, w, as demais dimenses sopadronizadas e so apresentadas na Tabela 2.

Tabela 2 - Dimenses do vertedor Parshall (cm) e vazo com escoamento livre (L/s)

Figura 5 Vertedor Parshall com descarga livre e indicao das dimenses padronizadas

Para que as condies de mistura do ressalto hidrulico sejam boas, Di Bernardo e Penna(1985) recomendam que as seguintes condies devem ser obedecidas:

W A B C D E F G K N X Y Vazo

2,5 36,3 35,6 9,3 16,8 22,9 7,6 20,3 1,9 2,9 - - 0,3 a 5,07,6 46,6 45,7 17,8 25,9 45,7 15,2 30,5 2,5 5,7 2,5 3,8 0,8 a 53,8

15,2 61,0 61,0 39,4 40,3 61,0 30,5 61,0 7,6 11,4 5,1 7,6 1,4 a 110,4

22,9 88,0 86,4 38,0 57,5 73,6 30,5 45,7 7,6 11,4 5,1 7,6 2,5 a 252,0

30,5 137,2 34,4 61,0 84,5 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 5,1 7,6 3,1 a 455,9

45,7 144,9 42,0 76,2 102,6 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 5,1 7,6 4,2 a 696,6

61,0 152,5 49,6 91,5 120,7 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 5,1 7,6 11,9 a 937,3

91,5 167,7 64,5 122,0 157,2 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 5,1 7,6 17,3 a 1.427,2

122,0 183,0 79,5 152,5 193,8 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 5,1 7,6 36,8 a 1.922,7

152,5 198,3 94,1 183,0 230,3 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 5,1 7,6 45,3 a 2.423,9

183,0 213,5 209,0 213,0 266,7 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 5,1 7,6 73,6 a 2.939,8

213,5 228,8 225,0 244,0 303,0 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 5,1 7,6 85,0 a 3.437,7

244,0 244,0 239,2 274,5 349,0 91,5 61,0 91,5 7,6 22,9 5,1 7,6 99,1 a 3.950,2

305,0 274,5 427,0 366,0 475,9 122,0 91,5 183,0 15,3 34,3 - - 200,0 a 5.660,0


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Menor altura possvel da lmina lquida na garganta, compatvel com as vazes demedio previstas (inferior a 0,3 m e, preferencialmente, menor que 0,2m);

Ressalto hidrulico iniciado no final da garganta;

Nmero de Froude de montante do ressalto entre 1,7 e 2,5 (ressalto fraco) ou maior

que 4,5 (ressalto estvel ou forte); Rebaixamento do fundo aps o trecho divergente, para prever a instalao de malhas

e comportas (tipo vertedor); e

Descarga livre na sada;

Para que o vertedor Parshall funcione com descarga livre, so recomendadas as seguintesrelaes:

/ 0,6 para 7,5 22,5 / 0,7para 30,5 244,0

/ 0,8para

305 1.525,0

recomendado ainda que jusante da unidade existam estruturas destinadas a dividir avazo igualmente entre as unidades de floculao posteriores. A Figura 6 exibe o arranjo jusante sugerido para melhorar a mistura, e para propiciar diviso equitativa de vazes aosmdulos subsequentes. A dimenso r1depende do nmero de mdulos subsequentes detratamento (floculadores). O rebaixo r2pode ser adotado para que o nvel dgua N* sejainferior a Na, e a velocidade de escoamento (V*) compreendida entre 0,4 e 0,8 m/s.

Figura 6 - Arranjo de jusante sugerido para uso de vertedor parshall como unidade de

mistura rpida


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A vazo em um vertedor Parshall com descarga livre na sada dada pelas seguinteequaes, em que a vazo Q dada em m/s e a largura da garganta w est em cm:

= 7,6 = 0,1765,

= 15,2

= 0,381,

= 22,9 = 0,535, 30,5 244 = 0,372 3,281 , , 305 1525 = 2,2926 +0,4737,

Em um vertedor Parshall as foras atuantes no volume de gua contido no trecho divergente,onde ocorre o ressalto hidrulico, so mostradas na Figura 7.

Figura 7 - Foras atuantes no ressalto hidrulico localizado no trecho divergente de umvertedor Parshall

O estudo do escoamento no elemento de volume da Figura 7 gera as seguintes equaes,que relacionam as principais caractersticas do ressalto hidrulico em um vertedor Parshall:

Trecho convergente - D:

=23 +

= Energia total disponvel - :

= +2+ ngulo fictcio:

cos = 0,67, Velocidade mdia de escoamento e altura de gua no incio do ressalto:

= 2 cos/3 23 /


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Altura da gua no incio do ressalto:= 2

Nmero de Froude de montante (fundo horizontal)

:

= Altura de gua no final do ressalto (admitindo-se que se tenha um canal de seo

retangular com fundo horizontal, conforme Figura 8)e :=21 + 8 1=

Figura 8 - Esquema do trecho divergente com as alturas de gua do ressalto hidraulico.

Velocidade mdia de escoamento na sada do trecho divergente:=

Perda de carga no ressalto:= +

Tempo mdio de deteno da gua no trecho divergente:= + /2 Gradiente de velocidade mdio :

=Assim como o misturador mecnico, o vertedor Parshal tem vantagens e desvantagens,listadas a seguir:


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Vantagens:

A mistura no requer energia eltrica;

A manuteno simplificada pela ausncia de partes mveis e pela facilidade deacessar a unidade;

O vertedor pode ser utilizado como medidor de vazo; A mistura ideal para ETAs com vazo afluente constante;

A unidade extensivamente utilizada nas ETAs de pases como ndia, Brasil eQunia;

A possibilidade de sedimentao de material no fundo do canal mnima.

Desvantagens:

O misturador, depois de implantado, no pode controlar o gradiente de velocidade eo tempo de mistura quando a vazo afluente da ETA muda;

A variao da vazo afluente ETA pode gerar submerso do ressalto, diminuindo eeficincia da mistura; O misturador pode apresentar eroso no local onde o ressalto gerado

A unidade ocupa maior espao em planta da ETA, comprado com misturadoresestticos;

A unidade para vazes menores que 40L/s pode ser muito pequena, dificultando suaconstruo in loco.

3.2. Unidades de Floculao

A floculao a unidade de sucede mistura rpida e consiste no agrupamento daspartculas desestabilizadas, de modo que formem aglomerados maiores denominadosflocos, que sero removidos nas unidades seguintes do tratamento. Os gradientes develocidades so responsveis pelos encontros entre as partculas, assim, a interao entreas partculas diminui com o aumento do seu tamanho e da intensidade de agitao.Para certa intensidade de agitao (potncia total induzida ao lquido e taxa de dissipaode energia), a distribuio de energia determinada pelo tamanho e geometria da cmarae do agitador. Algumas consideraes importantes so listadas a seguir:

A taxa de dissipao de energia em uma cmara mecanizada varia

consideravelmente em seu interior, elevada prximo ao agitador e muito pequena emlocais distantes, acarretando variao da taxa de encontro das partculas. No caso dafloculao, a estrutura dos flocos completamente alterada quando estes se movemde regies distantes para as proximidades do agitador;

Parte da energia introduzida dissipada sob a forma de calor na superfcie daspaletas do agitador e das paredes da cmara;

O valor do gradiente de velocidade local responsvel pelo encontro entre aspartculas na floculao somente quando estas tem aproximadamente o mesmotamanho e so maiores que 1 micrometro. O encontro entre partculas grandes epequenas muito difcil quando elas esto sob o mesmo gradiente, por isso importante a variao de gradiente entre as cmaras do floculador;


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As unidades de floculao possuem cmaras ou canais em srie para que o gradientede velocidade diminua do incio at o fim, medida que o tempo de floculaoaumenta;

O uso de cmaras em sries recomendado no s para o escalonamento do

gradiente de velocidade, mas tambm para reduzir os curtos-circuitos hidrulicos.A floculao pode ser realizada com o uso de misturadores mecanizados (turbinas, paletasgiratrias, etc.) ou hidrulicos (chicanas, meio granular, alabama e helicoidal). A escolha dotipo de floculador est condicionada a diversos fatores, tais como: qualidade da gua bruta,mecanismo de coagulao, tamanho das unidades, existncia de pessoal qualificado para aoperao e manuteno, regime de funcionamento (vazo constante ou varivel, contnuoou intermitente), etc. Neste projeto sero abordados os floculadores do tipo mecanizado compaletas giratrias paralelas ao eixo horizontal, chicanas horizontais e chicanas verticais.

3.2.1. Floculadores do tipo paletas giratrias paralelas ao eixo vertical

Para as unidades de floculao mecnicas recomenda-se a utilizao de quatro a cincocmaras em srie, permitindo a reduo de curtos-circuitos hidrulicos. No projeto, indispensvel dividir equitativamente a vazo de gua coagulada para cada conjunto defloculao/decantao, em lugar de promover a floculao e depois dividir a vazo para osdiferentes decantadores. H dois tipos bsicos de agitadores de paletas paralelas ao eixo:de eixo vertical e de eixo horizontal. O primeiro est limitado pela largura da cmara que,geralmente, inferior a 8 m, enquanto que o segundo tem sido usado para ETAs comelevada capacidade. A figura 9.a mostra o esquema de um agitador de eixo vertical.


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Figura 9 Esquema de agitador com paletas paralelas ao eixo vertical

A potncia dissipada por uma paleta na gua, a uma distncia Rpdo eixo, conforme a Figura

9.b, dada por:

= 5,8510[( 1 )]Em que:

: potncia til introduzida por paleta (Nm/s);: relao entre a velocidade da gua () e a velocidade da paleta (), que varia entre0,2 e 0,15 para agitadores com 4 paletas por brao;

: rotao (rpm);

: distncia do centro do eixo ao centro da paleta (m);: peso especfico da gua (N/m);

: rea da paleta (m); e: coeficiente de arrasto.Os equipamentos de agitao com paletas giratrias paralelas ao eixo possuem diversas

paletas por brao. A potncia total dissipada por um agitador desse tipo dada por:


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= 5,8510[( 1 )] Nos equipamentos de eixo vertical, o nmero de conjunto de braos, , igual a 1. Onmero de braos,

, usualmente igual a 2 ou 4, dependendo do tamanho da cmara. O

somatrio que aparece na equao pode ser substitudo, levando-se em conta o

comprimento da paleta e os raios das extremidades interna e externa de cada uma delas,

resultando:

= 1,4610[( 1 )] Em que:

: potncia total induzida na gua pelo equipamento de agitao (Nm/s);: comprimento da paleta (m);

: distncia do centro do eixo extremidade externa da pelate j (m);: distncia do centro do eixo extremidade interna da paleta j (m);

: largura da paleta (m);

: nmero de braos; e: nmero de conjuntos por brao.Com base no esquema da Figura 9.a, so feitas as seguintes recomendaes para critrios

de projeto:

Velocidade de qualquer paleta: Vpj0,7 m/s;

Velocidade de uma paleta situada a uma distncia igual a 2/3 do dimetro do rotor,

a partir do eixo central: 0,2 m/s Vp2/3 0,6 m/s;

Potncia do motor: igual cerca de 2 vezes a potncia til (Pmotor= 2Pupe);

Distncia entre as paletas: dp 0,1 m;

Profundidade til: Pf 5 m;

Comprimento da paleta: bp 4 m;

Relao entre o dimetro do rotor e o lado da cmara com agitador de eixo vertical:

0,8Lc Dr 0,9Lc;


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Distncia entre o nvel de gua ou do fundo da cmara e a extremidade superior ou

inferior das paletas no equipamento de eixo vertical: 0,15 m Sse Si 0,5 m; e

Largura das paletas: 0,1 m hp 0,3 m.

O coeficiente de arrasto Cddepende do nmero de Reynolds e da relao / .Para Re > 1000 e considerando que a largura da paleta uma dimensocaracterstica, o valor de Cd pode ser obtido atravs da Tabela 3.

Tabela 3 - Valores de Cd em funo da relao bp/hp

Relao bp/hp Cd1 1,12 1,154 1,19

10 1,2918 1,4020 1,46 2,01

Para fins de simplificao dos clculos, recomenda-se que o projeto do agitador siga os

seguintes procedimentos:

Fixar o nmero de braos (geralmente igual a 4);

Adotar a largura e o comprimento das paletas para que resulte bp/hpentre 15 e 20, de

modo que o coeficiente de arraste Cd seja da ordem de 1,35 a 1,46, conforme Tabela

3.

Adotar o nmero de braos (no mximo igual a 4);

Calcular a potncia correspondente a 1 brao e 4 paletas por brao, com Kapigual a

0,2 para a paleta mais distante e 0,15 para a paleta mais prxima do eixo (adotar

valores intermedirios para as duas paletas restantes); tal potncia designada por

P1b4 (potncia de 1 brao com 4 paletas por brao);

Calcular a potncia dissipada pelo agitador multiplicando P1b4pelos valores mximo

e mnimo da Tabela 4.

Tabela 4 - Relao entre as potncias determinadas experimentalmente para diferentes agitadores (Campos, 1992).

Tipo de agitador - referncia Agitador com 2 braos Agitador com 4 braos1 brao e 1 paleta por brao (P11) P21/P11 = 2,00 0,25 P41/P11 = 3,00 0,301 brao e 2 paletas por brao (P12) P22/P12 = 1,80 0,18 P42/P12 = 2,60 0,30

1 brao e 3 paletas por brao (P13) P23/P13 = 1,70 0,27 P43/P13 = 2,40 0,351 brao e 4 paletas por brao (P14) P24/P14 = 1,60 0,28 P44/P14 = 2,00 0,36


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A potncia do motor dever ser igual a, no mnimo, 2 vezes a potncia mxima

calculada segundo o mtodo recomendado.

As vantagens e desvantagens dos floculadores mecanizados so expostas a seguir:

Vantagens: Recomendadas para gradientes de velocidade inferior a 30 s-1 para peletas e de

grdientes de velocidade superior a 30 s-1 para turbinas;

O gradiente de velocidade pode ser ajustado, conforme as necessidades da ETA;

A perda de carga baixa ou inexistente;

O escalonamento do gradiente de velocidades possvel.Desvantagens:

Necessita de energia eltrica e pessoal capacitado para operao e manuteno;

Gastos com implantao, operao, e manuteno elevados, comparados aos

floculdores hidrulicos; Pode apresentar zonas mortas e curtos-circuitos hidrulicos;

Pode apresentar movimento circular da gua, sem gerar mistura, entretanto, ofenmeno pode ser evitado com o uso de anteparos nas paredes e no fundo dacmara.

So limitados a cmaras com dimenses em planta inferiores a 8 m. Assim o volumede uma cmara raramente supera 250 m

3.2.2. Floculadores do tipo chicanas

Horizontais e verticais

Dependendo do sentido do escoamento, a unidade de floculao em chicanas pode ser:

Horizontal: A gua escoa ao longo das paredes e gira 180 na horizontal ao finalde cada chicana, ilustrado na Figura 10;

Vertical: A gua sobre e desce 90 na vertical ao final de cada chicana, comomostra a Figura 11.

A perda de carga por atrito nas paredes maior nas chicanas horizontais do que nasverticais, por isso, a energia necessria para promover a floculao em canais com chicanas

com escoamento vertical decorre, principalmente, da perda de carga nas voltas, enquantoque nas horizontais, a perda de carga por atrito a principal responsvel pela energiadissipada para promover a floculao.


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Figura 10 - Esquema de unidade de floculao com chicana com escoamento horizontal em planta

Figura 11 - Esquema de unidade de floculao com chicana com escoamento vertical em corte longitudinal

O dimensionamento inadequado (ou a sobrecarga) de unidades de floculao com chicanaspode contribuir para a ruptura de flocos nas passagens inferiores e superiores ou at impedira sua formao. Por esse motivo, os seguintes parmetros devem ser observados emprojetos de floculao com chicanas:

Na ausncia de estudos de laboratrio, o tempo de floculao deve estarcompreendido entre 20 e 30 min;

O espaamento entre chicanas deve ser de, no mnimo, 0,6 m no sistema deescoamento vertical, podendo ser menor no de escoamento horizontal, j queneste, a produndidade raramente excede 1,5 m;

A velocidade mdia de escoamento entre as chicanas deve estar compreendidaentre 0,07 e 0,30 m/s e dada por:= para chicanas verticais e = para chicanas horizontaisEm que:

: velocidade mdia de escoamento entre as chicanas (m/s)


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: vazo de projeto por chicana (m/s);: Comprimento da cmara (m);: Profundidade da cmara (m); e: espaamento entre chicanas (m) = L/ nmero de voltas. A velocidade mdia de escoamento nas voltas deve ser na ordem de 2/3 daquela

velocidade entre as chicanas de cada trecho considerado;

Para atenuar efeitos de curtos-circuitos hidrulicos, deve ser previsto umrecobrimento mnimo entre as chicanas, principalmente no sistema deescoamento vertical.

Perda de carga nas voltas devida mudana na direo do escoamento, aoalargamento e contrao da seo de escoamento nas voltas, dada por:

=+ 1

2

Em que:: perda de carga nas voltas (m);: nmero de canais entre as chicanas igualmente espaadas;: velocidade mdia de escoamento entre chicanas (m/s);: velocidade mdia de escoamento nas voltas (m/s); e: acelerao da gravidade (m/s). A perda de carga devido ao atrito da gua com as paredes, dada por:

= =/ Em que :: perda de carga por atrito (m);: comprimento total percorrido pela gua (m);: gradiente hidrulico (m/m);: coeficiente de Manning (igual a 0,013 para concreto e 0,011 para madeira); e: raio hidrulico (m) = rea da seo de escoamento/permetro da seo deescoamento.

A perda de carga total dada pela soma entre e . Conhecendo-se a perda de carga total, pode-se estimar o gradiente de velocidade

mdio em um canal qualquer provido de chicanas igualmente espaadas, dadopor:

= Em que:

: gradiente de velocidade mdio no canal com chicanas igualmente espaadas

(s-1);


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: perda de carga total no canal (m);: peso especfico da gua (N/m);: viscosidade absoluta da gua (N s/m); e

: tempo mdio de floculao no canal considerado (s).

O gradiente de velocidade mdio nas tubulaes e aberturas (passagens daschicanas) pode ser estimado como:

= 2 4

Em que:: gradiente mdio de velocidade em tubos ou aberturas das chicanas (s-1);: coeficiente de Darcy-Weisback, que varia entre 0,015 e 0,030 em funo donmero de Reynolds e da Rugosidade relativa do material;

As unidades de floculao com chicanas possuem vantagens e desvantagens em relaos unidades mecanizadas, que so:Vantagens:

Baixo requerimento de pessoal qualificado;

Menores gastos com implantao, operao e manuteno.

As unidades no requerem energia eltrica para funcionar, porque no precisamde equipamentos mecnicos;

As unidades apresentam escoamento do tipo pisto quando bem projetadas,assim, a presena de curtos-circuitos hidrulicos e zonas mortas mnima ou nula.

Desvantagens:

Pouca flexibilidade em relao s variaes de vazo;

Impossibilidade de variar ou ajustar o gradiente de velocidade;

Perda de carga relativamente alta;

Maior rea em planta e pequena profundidade no caso de chicanas comescoamento horizontal;

Quando projetadas inadequadamente, podem gerar ruptura dos flocos nas voltasdas chicanas;

Gastos com construo elevados em unidades de grande porte, se comparados

aos misturadores mecnicos.

Dificuldade na limpeza, em floculadores de chicanas verticais, caso oespaamento entre as chicanas seja menor que 0,6m.

3.3. Unidades de Decantao - Decantadores

A sedimentao o fenmeno fsico em que, devido ao da gravidade, as partculassuspensas apresentam movimento decrescente em meio lquido de menor massaespecfica. A ocorrncia da sedimentao das partculas suspensas propicia clarificao do

meio lquido e a separao das fases lquida e slida.


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A sedimentao baseia-se no fato de que qualquer partcula no coloidal, suspensa em ummeio liquido em repouso de menor massa especfica, ser acelerada pela ao da gravidadeat que as foras de resistncia viscosa e deformao do lquido sejam iguais resultantedo peso especfico da partcula. Quando no h alterao da forma, peso ou tamanho das

partculas na sedimentao, estas so denominadas partculas discretas. Como nas ETAsa sedimentao da gua realizada com gua floculada, os encontros decorrentes dascondies de escoamento e do movimento decrescente, produzido pela sedimentao,geram nos flocos a alterao do seu tamanho, peso e forma, e por isso essas partculas sodenominadas partculas floculentas.

3.3.1. Decantador de escoamento horizontal tipo convencional

Os decantadores convencionais so grandes tanques retangulares com escoamentohorizontal, constitudos de quatro zonas distintas: zona de entrada, sedimentao, zona delodo e zona de sada. O esquema em planta e em corte, com delimitao da zonas de um

decantador ideal, encontra-se ilustrado na Figura 12.

Figura 12 - Esquemas de planta e corte longitudinal de um decantador ideal

A zona de entrada destinada a distribuir uniformemente o afluente na seo transversal dotanque; a zona de sedimentao onde ocorre e sedimentao das partculas, devido scaractersticas hidrulicas do escoamento; a zono de lodo destinada a armazenar


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temporariamente as partculas decantadas, que podem ser removidas de forma mecanizadaou manual, dependendo do projeto; na ltima zona, ocorre a coleta uniforme da guadecantada.

Algumas hipteses que devem ser adotadas para o projeto de decantadores ideiais so:

O decantador um tanque ideal, e a sedimentao ocorre sem interfernciasexternas ao fenmeno;

O escoamento contnuo e no turbulento;

As partculas so discretas e apresentam a mesma velocidade de sedimentao;

A sedimentao de uma partcula qualquer livre, e uma no interfere nasedimentao da outra;

A ressuspenso das partculas depositadas no fundo do tanque no acontece;

Partculas localizadas na superfcie da lmina lquida e incio da zona de sedimentao so

denominadas partculas crticas. Estas possuem um tempo terico de sedimentao,definido por:

=Em que:

: tempo terico que uma partcula discreta leva para sedimentar (s);: profundidade til do decantador (m);

: velocidade de sedimentao da partcula discreta que deve ser removida, considerada

a velocidade crtica de sedimentao.

Na sedimentao ideal de partculas discretas, o escoamento ocorre sem turbulncia, semcorrentes secundrias, e no h a ao de ventos. Assim, essas partculas seguem atrajetria mostrada na Figura 13, e possuem um tempo mdio de deteno definido por:

= Em que:

: rea superficial, em planta, da zona de sedimentao.

Se considerarmos que = , possvel se determinar a taxa de escoamento superficial, em funo da vazo:=

A taxa de escoamento superficial a velocidade crtica em que as partculas discretas devemser removidas. Isso significa que que essa taxa for mantida, a gua decanta com a mesmavelocidade em que a partcula crtica sedimenta. Ou seja, essa velocidade garante que todasas partculas sero removidas independentemente da posio em que estiveram ao entrar

na zona de sedimentao, porm para que isso ocorra, a suspenso deve ser uniforme. Se


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a suspenso no for uniforme, h partculas com diferentes velocidades de sedimentao,como mostra a Figura 13. Logo, se a partcula possuir uma velocidade de sedimentaomenor que a taxa de escoamento superficial, esta no ser removida e o sistema perdereficincia. A eficincia de remoo das partculas discretas funo da rea superficial do

tanque, independente da sua profundidade e do tempo de deteno. Por esse motivo importante que o decantador seja projetado com dimenses adequadas que favoream amanuteno da velocidade crtica de sedimentao.

Figura 13 - Trajetrias das partculas discretas na zona de sedimentao

O nmero mnimo desejvel de decantadores deve ser dois para que a aestao no tenhade ser paralisada para limpeza ou manuteno de uma unidade se a operao for contnua.As dimenses dos decantadores dependem das demais unidades da estao e do arranjofsico das mesmas, porm algumas relaes entre as dimenses devem ser observadas:

Comprimento/largura: 2 Ld/Bd 5 (geralmente em torno de 3);

Comprimento/profundidade: 2 Ld/Hu 25.

A NBR 12216 (1882) recomenda ainda:

Ve Vso, quando se tem dados de estudo de tratabilidade;

Ve 0,5 cm/s para estaes com capacidade menor ou igual a 10.000 m/d;

Ve 0,75 cm/s para estaes com capacidade menor ou igual a 10.000 m/d e queconta com operao qualificada;

Ve 1,0 cm/s para estaes com capacidade maior ou igual a 10.000 m/d, comoperao qualificada e remoo contnua ou semicontnua de lodo.

O canal de distribuio de gua aos decantadores deve ter velocidade de escoamentocompreendida entre 0,1 e 0,4 m/s e o gradiente de velocidade nesses dispositivos deve ser

menor ao da ltima cmara das unidades de floculao. Essas condies devem sergarantidas para evitar a rupturas dos flocos nas comportas ou deposio excessiva de flocos


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no canal de distribuio. Em decantadores convencionais, a distribuio de gua pode serrealizada por meio de comportas ou de tubulaes.

Vantagens

As unidades so ideais para vazes pequenas, considerando-se sua facilidade naconstruo;

O decantador suporta variaes de vazo, quando projetados adequadamente,sem degradao considervel da qualidade da gua decantada; e

O decantador pode ser adaptado para funcionar como unidade de alta taxa;entretanto deve ser analisada a facilidade de remoo do lodo na unidade.

Desvantagens

As unidades so amplamente conhecidas no tratamento de gua, embora estudos

desenvolvidos a partir da dcada de 1960, mostrassem que os decantadores dealta taxa eram mais eficientes com menor investimento;

A velocidade da gua deve ser baixa para impedir o arrastamento do lodo; assim,ocupa grandes reas quando comparado ao decantador de alta taxa; e

A unidade pode apresentar correntes secundrias prejudiciais sedimentao,oriundas de: converso trmica, gradientes de concentrao de partculassuspensas, ao do vento na superfcie e curtos-circuitos hidrulicos.

3.3.2. Decantador de escoamento laminar ascendente do tipo placas paralelas(Alta taxa)

Os decantadores de alta taxa apresentam vantagens e desvantagens em relao aosdecantadores convencionais, que so:

Vantagens

A pequena altura de sedimentao nos dutos favorece a remoo dos flocos;

O tempo de deteno da gua pequeno, contribuindo para que a rea em plantaseja menor; e

Pode ser utilizado na reforma de decantadores retangulares de escoamentohorizontal, visando o aumento da capacidade ou da eficincia, sempre que aentrada e a sada do decantador sejam adaptadas ao novo sistema.

Desvantagens:

As unidades podem apresentar crescimento de algas nas placas ou dutos,causando problemas de operao e de manuteno; e

O projeto e a construo das unidades requerem cuidados porque, entre outrosaspectos, a forma ou o espaamento dos dutos ou das placas pode causarturbulncia e afetar a remoo dos flocos.

A Figura 14 mostra um exemplo de decantador de alta taxa.


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Figura 14 - Exemplo de decantador de alta taxa

3.4. Filtros

A filtrao consiste na remoo de partculas suspensas e coloidais da gua que escoaatravs de um meio poroso. Em geral, a filtrao o processo final de remoo dasimpurezas realizado em um ETA, e portanto, o principal responsvel pela produo degua com qualidade condizente com o padro de portabilidade. Aps certo tempo defuncionamento necessria a lavagem do filtro, pela introduo de gua no sentidoascensional, com velocidade relativamente alta, para promover a fluidificao parcial domeio granular com liberao das impurezas (Figura 15).

Figura 15 - Fluidificao do meio granular


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3.5. Tanques de Contato

Tanques de contato servem para a disperso de produtos qumicos como cloro e flordurante a fase de desinfeco.

4. Parmetros de projeto para o dimensionamento das unidades

O projeto da ETA foi feita com base nos seguintes parmetros:

Vazo de projeto: 2630 L/s; Turbidez da gua: alta em relao cor aparente; pH da gua: 7,5; Temperatura da gua: 22C(mdia do ms mais frio); Viscosidade dinmica da gua: 1,005x10-3Ns/m; e Peso especfico da gua: 9.880,00 N/m.

O detalhamento das premissas de projeto e respectivos clculos utilizados para o

dimensionamento das unidades, encontra-se no Memorial de Clculo, em anexo no item 8.1.

Os croquis das unidades dimensionadas encontram-se em anexo no item 8.2

5. Concluso

Aps a anlise de clculos e configuraes das unidades da ETA, sugere-se que esta

possua a seguinte sequncia de unidades, mostradas em formato de fluxograma na Figura

14 e em planta em anexo no item 8.3: Calha Parshall Chicanas Verticais

Decantador horizontal convencional Filtro rpido descendente Tanque de

contato. Sugere-se ainda que sejam aplicados sulfato de alumnio logo acima do ressalto

na calha Parshall (Figura 18), cloro livre na entrada do tanque de contato, e fluoreto aps o

primeiro canal do tanque de contato (Figura 35, em anexo). As dosagens dos produtos

qumicos podem ser encontradas no memorial de clculo, em anexo.

Figura 16 - Fluxograma da estao de tratamento de esgoto projetada


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6. Referncias Bibliogrficas

1. DI BERNARDO, L.; e DANTAS, A.D. Mtodos e Tcnicas de Tratamento de gua. 2edio. Volume 1 e 2, RiMa Editora, So Carlos, 2005.

2. DI BERNARDO, L.; SABOGAL PAZ, L.P. Seleo de Tecnologias de Tratamento degua. Editora LDiBe, 1 Edio. So Paulo, 2009.

7. Anexos

7.1. Memorial de Clculo


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7.2. Croquis das Unidades

7.2.1. Unidades de Mistura RpidaTurbinas

Figura 17 Unidades de mistura rpida mecnica turbina planta e corte


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Calha Parshall

Figura 18 - Unidade de mistura rpida hidrulica - calha Parshall - planta

Figura 19 - Unidade de mistura rpida hidrulica - calha Parshall - corte

Figura 20 - Unidades de mistura rpida hidrulica - calha Parshall - detalhamento do ressalto hidrulico e indicao doponto de aplicao de sulfato de alumnio como coagulante qumico


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7.2.2. FloculadoresPaletas

Figura 21 - Unidade de floculao mecnica - paletas verticais - esquema

Figura 22 - Unidade de floculao mecnica - paletas verticais - detalhe das paletas


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Chicanas Verticais

Figura 23 - Unidade de floculao hidrulica - Chicana Vertical - planta

Figura 24 - Unidade de floculao hidrulica - Chicana Vertical - corte longitudinal

Figura 25 - Unidade de floculao hidrulica - Chicana vertical - corte transversal


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Chicanas Horizontais

Figura 26 - Unidade de floculao hidrulica - Chicana Horizontal - planta

Figura 27 - Unidade de floculao hidrulica - Chicana horizontal - corte


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7.2.3. DecantadoresZona de Sedimentao

Figura 28 - Decantador de escoamento horizontal tipo convencional zona de sedimentao - planta superior

Figura 29 - Decantador de escoamento horizontal tipo convencional zona de sedimentao - corte


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Figura 30 - - Decantador de escoamento horizontal tipo convencional - Calha de coleta - detalhe

Cortina de distribuio

Figura 31 - - Decantador de escoamento horizontal tipo convencional - Cortina de distribuio - planta

Figura 32 - Figura 14 - Decantador de escoamento horizontal tipo convencional - Cortina de distribuio - corte


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Zona de Lodo

Figura 33 - Decantador de escoamento horizontal tipo convencional - Zona de lodo planta inferior

Figura 34 - Decantador de escoamento horizontal tipo convencional - Zona de lodo corte

7.2.4. Filtros


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Figura 35 Dimenses do filtro

Figura 36 - Esquema de filtro


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7.2.5. Tanques de Contato

Figura 37 - Tanque de contato - planta

7.3. Croqui da ETA em escala

tratamento de água para consumo humano - projeto de uma eta

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