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Mistura Rápida Operação destinada a dispersar produtos químicos na água a ser tratada, em particular no processo de coagulação (NBR12216/1992).

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1 Mistura Rápida Operação destinada a dispersar produtos químicos na água a ser tratada, em particular no processo de coagulação (NBR12216/1992).

2 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

3 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.

4 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 laboratórioNorma – NBR 12216/92

5 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.

6 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.

7 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

8 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, (Richter e Azevedo Netto, 1991).

9 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.

10 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

11 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;

12 4.2 Mistura Rápida Gradiente de Velocidade Onde é a tensão de cisalhamento determinada pela lei de Newton da viscosidade.

13 Mistura Rápida Gradiente de Velocidade Lei de Newton da viscosidade : 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

14 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)

15 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)

16 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/m 2 ) V: volume (m 3 )

17 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.

18 Mistura Rápida Unidades de mistura rápida Segundo a NBR 12216/92 constuem dispositivos de mistura: oQualquer 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; oDifusores que produzam jatos da solução de coagulante, aplicados no interior da água a ser tratada;

19 Mistura Rápida Unidades de mistura rápida Segundo a NBR 12216/92 constituem dispositivos de mistura: oAgitadores mecanizados; oEntrada de bombas centrífugas.

20 Mistura Rápida Unidades de mistura rápida Segundo a NBR 12216/92 constituem dispositivos de mistura:

21 Mistura Rápida Unidades de mistura rápida Segundo a NBR 12216/92 constituem dispositivos de mistura:

22 Mistura Rápida Unidades de mistura rápida Segundo a NBR 12216/92 constituem dispositivos de mistura: (continuação) oQualquer singularidade onde ocorra turbulência intensa; o Canal ou canalização comanteparos ou chicanas; o Ressalto hidráulico;

23 Mistura Rápida Unidades de mistura rápida Ressalto hidráulico Número de FroudeTipo de salto 1 a 1,7Ondulado 1,7 a 2,5Fraco 2,5 a 4,5Oscilante 4,5 a 9,0Estável > 9,0Forte

24 Mistura Rápida Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS oVertedores retangulares; o Calhas Parshall; o Malhas difusoras; o Injetores.

25 Mistura Rápida Unidades de mistura rápida – Calha Parshal Calhas Parshall;

26 Mistura Rápida Unidades de mistura rápida – Vertedor retangualar

27 Mistura Rápida Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

28 Mistura Rápida Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

29 Mistura Rápida ETA GUARAÚ (SABESP) DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

30 Mistura Rápida ETA ALTO DA BOA VISTA (SABESP) DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

31 Mistura Rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

32 Mistura Rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

33 Mistura Rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS Recomendações da NBR 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 cm 2 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.

34 Mistura Rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS – CALHA PARSHALL

35 Mistura Rápida Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

36 Mistura Rápida Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

37 Mistura Rápida Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS

38 Mistura Rápida Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS Diretrizes para a seleção do medidor Parshall adequado à mistura 1- A lâmina dágua na garganta deve ser a menor possível, isto significa utilizar o maior Parshall possível; 2- Prever recursos para induzir a formação de ressalto hidráulico.

39 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.

40 Mistura Rápida Tipos de unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS MECANICOS Agitadores mecânicos; Turbinas; Hélice propulsora.

41 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 (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.

42 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.


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