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VISÃO DINÂMICA DO PROCESSO DE COAGULAÇÃO Solvente Coagulante Colóide.

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Apresentação em tema: "VISÃO DINÂMICA DO PROCESSO DE COAGULAÇÃO Solvente Coagulante Colóide."— Transcrição da apresentação:

1 VISÃO DINÂMICA DO PROCESSO DE COAGULAÇÃO Solvente Coagulante Colóide

2 Dispositivos hidráulicos Calhas ParshallCalhas Parshall Vertedores retangularesVertedores retangulares Malhas difusorasMalhas difusoras InjetoresInjetores PROCESSO DE COAGULAÇÃO

3 PROCESSO DE COAGULAÇÃO VERTEDORES RETANGULARES

4 PROCESSO DE COAGULAÇÃO CALHAS PARSHALL ETA CARAGUATATUBA

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7 PROCESSO DE COAGULAÇÃO CALHAS PARSHALL ETA CAMPOS DO JORDÃO

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10 Dispositivos mecânicos Agitadores mecânicosAgitadores mecânicos TurbinasTurbinas Hélice propulsoraHélice propulsora PROCESSO DE COAGULAÇÃO- 06/09

11 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL

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13 PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA ALTO DA BOA VISTA

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17 PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA GUARAÚ (SABESP)

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21 PROCESSO DE COAGULAÇÃO ETA RIO GRANDE (SABESP)

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24 CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE dx dy dz

25 CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE dx dy dz

26 G=Gradiente de velocidade (s -1 ) CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE dx dy dz

27 Agitadores de fluxo radial Agitadores de fluxo axial F a =força de arraste (N) v=velocidade (m/s) C d =coeficiente de arraste A p =área projetada n=rotação (rps) D=diâmetro do rotor (m) P=Potência (W) CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE

28 Agitadores de fluxo axial F a =força de arraste (N) v=velocidade (m/s) C d =coeficiente de arraste A p =área projetada n=rotação (rps) D=diâmetro do rotor (m) P=Potência (W) Tipo de rotorValor de K T Hélice propulsora marítima (3 hélices)0,87 Turbina (seis palhetas retas)5,75 Turbina (seis palhetas curvas)4,80 Turbina com quatro palhetas inclinadas a ,27 Turbina com quatro palhetas inclinadas a ,0 a 1,2 Turbina com seis palhetas inclinadas a ,63 CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE

29 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO RADIAL

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31 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL

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34 Gradiente de velocidade s -1 Mecanismo de coagulação por adsorção-neutralização Gradiente de velocidade 300 s -1 Mecanismo de coagulação por varredura Tempo de detenção hidráulico 30 s UNIDADES DE MISTURA RÁPIDA DIMENSIONAMENTO

35 Vazão: 1,0 m 3 /s Verificação do gradiente de velocidade DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL

36 Seleção da Calha Parshall DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL

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38 EQUAÇÃO DE DESCARGA Largura da Calha Parshall Kn PolegadasMetros 30,0753,7040,646 60,1501,8420,636 90,2291,4860,633 10,3051,2760,657 1,50,4600,9660,650

39 EQUAÇÃO DE DESCARGA Largura da Calha Parshall Kn PolegadasMetros 20,6100,7950,645 30,9150,6080,639 41,2200,5050,634 51,5250,4360,630 61,8300,3890,627 82,4000,3240,623

40 Equação de descarga: DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL

41 Cálculo da largura na secção de medida

42 DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo da velocidade na secção de medida

43 DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo da energia total disponível

44 DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo do ângulo fictício

45 DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo da velocidade da água no início do ressalto

46 DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo da altura de água no início do ressalto

47 DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo do número de Froude

48 DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo da profundidade no final do trecho divergente

49 DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo da velocidade no final do trecho divergente

50 DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo da perda de carga no ressalto hidráulico

51 DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo do tempo de residência médio no trecho divergente

52 DIMENSIONAMENTO DE CALHAS PARSHALL Cálculo do gradiente de velocidade

53 FLOCULAÇÃO Introdução Mecanismos de transporte Floculação Pericinética Floculação Ortocinética Floculação por Sedimentação Diferencial

54 FLOCULAÇÃO Gradientes de Velocidade Cinética de Floculação de Suspensões Coloidais Agregação e Ruptura Concepção de Sistemas de Floculação Exercício

55 TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO ManancialCoagulaçãoFloculaçãoSedimentação Filtração Desinfecção FluoretaçãoCorreção de pH Água Final Agente oxidante CAP CoagulanteAlcalinizante Agente oxidante Polímero Agente oxidante Flúor Alcalinizante

56 FLOCULAÇÃO

57 DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS EM ÁGUAS NATURAIS 1 m m Partículascoloidais Partículas em suspensão Partículasdissolvidas Turbidez Turbidez Cor aparente Cor aparente SST SST Cor real Cor real SDT SDT Compostos dissolvidos Compostos dissolvidos 0,45 m

58 COAGULANTES EMPREGADOS EM ENGENHARIA AMBIENTAL Sulfato de alumínio (sólido ou líquido) Cloreto férrico (líquido) Sulfato férrico (líquido) Cloreto de polialumínio (sólido ou líquido) Coagulantes orgânicos catiônicos (sólido ou líquido)

59 DOSAGENS DE COAGULANTE USUALMENTE EMPREGADOS NO TRATAMENTO DE ÁGUAS DE ABASTECIMENTO Sulfato de alumínio (5 mg/l a 100 mg/l) Cloreto férrico (5 mg/l a 70 mg/l) Sulfato férrico (8 mg/l a 80 mg/l) Coagulantes orgânicos catiônicos (1 mg/l a 4 mg/l)

60 FLOCULAÇÃO Definição: É um processo físico no qual as partículas coloidais são colocadas em contato umas com as outras, de modo a permitir o aumento do seu tamanho físico, alterando, desta forma, a sua distribuição granulométrica

61 FLOCULAÇÃO PartículasChoquesAgregação Processo Físico (Transporte) Estabilidade do Colóide (Coagulação)

62 FLOCULAÇÃO:OBJETIVO Diâmetro das partículas Frequência relativa Água bruta Água coagulada Água floculada Diâmetro crítico d p > d c Partículas sedimentáveis

63 COALESCÊNCIA E FLOCULAÇÃO Coalescência Floculação

64 FLOCULAÇÃO MECANISMOS DE TRANSPORTE Floculação Pericinética (Movimento Browniano)Floculação Pericinética (Movimento Browniano) As partículas coloidais apresentam um movimento aleatório devido ao seu contínuo bombardeamento pelas moléculas de água. A energia propulsora da floculação pericinética é a energia térmica do fluído.

65 Floculação Ortocinética (Gradientes de Velocidade)Floculação Ortocinética (Gradientes de Velocidade) As partículas são colocadas em contato umas com as outras através do movimento do fluído (Presença de gradientes de velocidade). FLOCULAÇÃO MECANISMOS DE TRANSPORTE

66 Floculação por Sedimentação DiferencialFloculação por Sedimentação Diferencial Partículas coloidais com velocidades distintas podem chocar-se umas com as outras em um elemento de volume.

67 G=Gradiente de velocidade (s -1 ) CONCEITO: GRADIENTE DE VELOCIDADE dx dy dz

68 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO Floculadores hidráulicos Floculadores hidráulicos de fluxo horizontalFloculadores hidráulicos de fluxo horizontal Floculadores hidráulicos de fluxo verticalFloculadores hidráulicos de fluxo vertical Floculador AlabamaFloculador Alabama Floculadores em meio porosoFloculadores em meio poroso

69 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO FLOCULADORES HIDRÁULICOS

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72 ETA DUARTINA (SABESP) FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL

73 ETA SANTA ISABEL FLOCULADOR DE FLUXO HORIZONTAL

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75 ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL

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78 ETA ALDEIA DA SERRA FLOCULADOR ALABAMA

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81 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO FLOCULADORES ALABAMA

82 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO Dispositivos mecânicos Dispositivos mecânicos Agitadores de fluxo radialAgitadores de fluxo radial Agitadores de fluxo axialAgitadores de fluxo axial Agitadores de fluxo radial e axialAgitadores de fluxo radial e axial

83 SISTEMAS DE AGITAÇÃO ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL

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85 PROCESSO DE FLOCULAÇÃO ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

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87 Agitadores de fluxo radial Agitadores de fluxo axial F a =força de arraste (N) v=velocidade (m/s) C d =coeficiente de arraste A p =área projetada n=rotação (rps) D=diâmetro do rotor (m) P=Potência (W) CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE

88 Agitadores de fluxo axial F a =força de arraste (N) v=velocidade (m/s) C d =coeficiente de arraste A p =área projetada n=rotação (rps) D=diâmetro do rotor (m) P=Potência (W) Tipo de rotorValor de K T Hélice propulsora marítima (3 hélices)0,87 Turbina (seis palhetas retas)5,75 Turbina (seis palhetas curvas)4,80 Turbina com quatro palhetas inclinadas a ,27 Turbina com quatro palhetas inclinadas a ,0 a 1,2 Turbina com seis palhetas inclinadas a ,63 CÁLCULO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE

89 UNIDADES DE FLOCULAÇÃO DIMENSIONAMENTO Gradientes de velocidade situados entre 80 s -1 e 20 s -1 Gradientes de velocidade escalonados e decrescentes de montante para jusante 03 a 05 câmaras de floculação em série Tempo de detenção hidráulico situado entre 20 e 40 minutos (Tratamento convencional)

90 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE FLOCULAÇÃO Vazão: 1,0 m 3 /s Dimensionamento de floculadores hidráulicos de fluxo vertical Dimensionamento de sistemas de floculação mecanizados

91 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS Condicionantes de Projeto Tempo de detenção hidráulico = 30 minutos Sistema de floculação composto por três câmaras em série, com gradientes de velocidade escalonados (70 s -1, 50 s -1 e 20 s -1 )

92 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS Profundidade da lâmina líquida=4,5 m Número de decantadores=04 Largura do decantador=12,0 m Será admitido que uma das dimensões do floculador é conhecido, sendo esta função da largura do decantador

93 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS

94 Cálculo do volume do floculador Cálculo da área superficial do floculador Cálculo da área superficial do floculador DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS

95 Cálculo da largura do floculador Portanto, será admitido um floculador com largura total de 8,4 m, tendo cada canal uma largura individual de 2,8 metros Portanto, será admitido um floculador com largura total de 8,4 m, tendo cada canal uma largura individual de 2,8 metros DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS

96 Floculador Decantador convencional 12,0 m 8,4 m 2,8 m DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS

97 Cálculo do número de espaçamentos entre chicanas em cada câmara de floculação n=número de espaçamentos n=número de espaçamentos a=largura do canal do floculador em metros a=largura do canal do floculador em metros L=comprimento do floculador em metros L=comprimento do floculador em metros G=gradiente de velocidade em s -1 G=gradiente de velocidade em s -1 Q=vazão em m 3 /s Q=vazão em m 3 /s h =tempo de detenção hidráulico em minutos h =tempo de detenção hidráulico em minutos DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS

98 Cálculo do espaçamento entre chicanas Cálculo das velocidades nos trechos retos e curvas 180 o Cálculo das velocidades nos trechos retos e curvas 180 o DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS

99 Quadro resumo dos cálculos iniciais DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS

100 Cálculo da extensão dos canais Cálculo do Raio Hidráulico Cálculo do Raio Hidráulico DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS

101 Cálculo das perdas de carga localizadas Cálculo das perdas de carga localizadas Cálculo das perdas de carga distribuídas DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS

102 Cálculo do gradiente de velocidade DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS

103 Quadro resumo dos cálculos finais DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES HIDRÁULICOS

104 DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS Condicionantes de Projeto Tempo de detenção hidráulico = 30 minutos Sistema de floculação composto por três câmaras em série, com gradientes de velocidade escalonados (70 s -1, 50 s -1 e 20 s -1 )

105 Profundidade da lâmina líquida=4,5 m Número de decantadores=04 Largura do decantador=12,0 m Será admitido que uma das dimensões do floculador é conhecido, sendo esta função da largura do decantador DIMENSIONAMENTO DE FLOCULADORES MECANIZADOS


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