1 tratamento de agua mistura rapida n
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
DECIV – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
Tratamento de Água:
DISCIPLINA: SANEAMENTO
PROF. CARLOS EDUARDO F MELLO
e-mail: [email protected]
Tratamento de Água:Mistura Rápida
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Unidades de mistura rápida
Conceito
Operação destinada a dispersar produtosquímicos na água a ser tratada, em particularno processo de coagulação (NBR 12216).no processo de coagulação (NBR 12216).
Fatores que influenciam na coagulação
a) Tipo de coagulante utilizadob) Concentração do coagulantec) Gradiente de velocidaded) Tempo de mistura
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Disposições da NRB 12216
As condições ideais em termos de gradiente develocidade, tempo de mistura e concentração dasolução de coagulante devem ser determinadaspreferencialmente através de ensaios delaboratório. Caso não seja possível, observar aseguinte orientação:laboratório. Caso não seja possível, observar aseguinte orientação:
Coagulantes metálicos hidrolisáveis:
a) Gradiente de velocidade 700 s-1 e 1100 s-1b) Tempo de mistura inferior a 5s
Polieletrólitos:
Obedecer as recomendações do fabricante
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Disposições da NRB 12216
Constituem dispositivos de mistura:
a) Qualquer trecho ou seção de canal ou decanalização que produza perda de cargacompatível com as condições desejadas, emcompatível com as condições desejadas, emtermos de gradiente de velocidade e tempode mistura;
b)Difusores que produzam jatos da solução decoagulante, aplicados no interior da água aser tratada;
c) Agitadores mecanizados;
d) Entrada de bombas centrífugas
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Tipos de misturadores
�Misturadores hidráulicos
• Medidor Parshall (Calha Parshall)• Vertedores• Vertedores
� Difusores ou malhas difusoras
�Misturadores mecanizados
• Turbinas• Hélices
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Medidor Parshall
Figura 1: Esquema de uma Calha Parshall Convencional
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Medidor Parshall
V
N
K
Ponto de dispersão
do coagulante
D D'
W C
FB G
2/3B
Figura 2: Medidor Parshall (planta e corte) utilizado como unidade demistura rápida
Fonte: Libânio, 2008.
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Medidor Parshall
Figura 3: Medidor Parshall, ETAItabirito.
Foto: Elaine Oliveira.
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Medidor Parshall
Figura 4: Medidor Parshall, ETAItabirito.
Foto: Elaine Oliveira.
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Dispositivos para a criação de ressaltos
Figura 5: Dispositivos para a criação de ressaltos.Fonte: Vianna, 1997.
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Medidor Parshall
Quadro 1: Dimensões padronizadas de medidores Parshall
D
Fonte: Azevedo Netto, 1939.
7.6
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Medidor Parshall
Exercício 1:
Verificar as condições de mistura rápida emuma calha parshall de 2’ (0,61m) para vazão de800 l/s.
Valores de k e n para q equação H0 = kQn
Fonte: Azevedo Netto
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Queda d’água em vertedouros
Floculante colocado em calha perfuradapara distribuição uniforme ao longo de todaa queda d’água.
Figura 6: Vertedor retangular utilizado para mistura rápida.Fonte: Marcelo Libânio.
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Queda d’água em vertedouros
Exercício 2:
Numa estação de tratamento de água, a mistura rápidaé efetuada na queda d’água de um vertedortriangular (Figura 7).
A vazão tratada pela ETA é de 12 litros por segundo.Após verter, a água atinge uma pequena câmara, dedimensões, em planta: 0,30 m x 0,30 m. A lâmina d’águano interior dessa câmara é igual a 0,10 m. O desnívelentre o fundo da câmara e o vértice do vertedortriangular é igual a 0,30m.
a) Qual é o tempo de detenção da mistura?
b) Qual é o gradiente de velocidade obtido a 20 ºC?
c) Os valores anteriores atendem a NBR 12216?
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Queda d’água de vertedouros
Figura 7: Esquema do vertedor triangular do exercício 2 .Fonte: Vianna , 1997.
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Malhas difusoras
São dispositivos que produzem jatos da solução decoagulante, aplicados no interior da água a sertratada.
Figura 8: Esquema do de uma malha difusora.Fonte: Marcelo Libânio.
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Malhas difusoras
A dissipação de energia correspondente ocorrerá no volume de águasituado a até duas vezes e meia o espaçamento entre os orifícios (V =2,5 AE) (Azevedo Netto et al.)
Figura 9: Distância para a Dissipação da Energia dos jatos Origináriosda Malha difusora.Fonte: Vianna , 1997.
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Malhas difusoras
Dispositivos da NBR 12216:
a) A aplicação de solução de coagulante deve seruniformemente distribuída, através de jatosnão-dirigidos no mesmo sentido do fluxonão-dirigidos no mesmo sentido do fluxo
b) Velocidade mínima da água do reator: 2 m/sc) Área máxima da seção transversal do reatorcorrespondente a cada orifício: 200 cm2
d) Diâmetro mínimo dos orifícios da malhadifusora: 3 mm
e) O sistema difusor deve permitir limpezasperiódicas nas tubulações que distribuem asolução de coagulante
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Malhas difusoras
Exercício 3:
Na entrada de uma ETA, que trata 500 litros porsegundo, foi instalado um reator para mistura rápidado tipo malha difusora, de diâmetro D = 500 mm(Figura 10).(Figura 10).
Nessa malha existem 32 orifícios de diâmetro d = 3 mmcada um. A malha é composta de 6 tubos de diâmetroigual a meia polegada, paralelos entre si, espaçadosuns dos outros de 8 cm. A vazão de dosagem desulfato de alumínio é igual a 750 mililitros porsegundo.
a) A instalação atende a NBR 12216?
b) Qual o gradiente de velocidade a 20 ºC no reator?
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Malhas difusoras
Figura 10: Esquema da malha difusora do exercício 3.Fonte: Vianna , 1997.
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Agitadores Mecanizados
Tipos de agitadores
Figura 11: Agitadores tipo turbina e de hélices utilizados para misturarápida.
Fonte: Libânio, 2008.
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Agitadores Mecanizados
� Câmaras de mistura
• Seção circular D = H• Seção quadrada• Seção quadrada
� Vantagem em relação aos relação aosmisturadores hidráulicos
• Variação do gradiente de velocidade –varia a potência dissipada
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Agitadores Mecanizados
Figura 12: Padrão do fluxo para agitadores tipo turbina e hélice.
Fonte: Godfrey e Amirtharajah, (1991) apud Libânio, 2008.
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Agitadores Mecanizados
Determinação do gradiente de velocidade
Np – número de potência - adimensional
Em que:P::potência dissipada na massalíquida (W);
D: diâmetro da turbina (m);n: nº de rotações por segundoΡ: massa específica da água
O valor do Np relaciona-se com o tipo de agitadore com o regime de escoamento.
Na qual:Re: número de Reynoldsµ: Viscosidade dinâmica daágua (Pa.s)n: nº de rotações segundo.
Ρ: massa específica da água(kg/m3)
Na qual:Vol: volume da câmara de
mistura rápida (m3)N3: nº rotações por minuto.
Figura 13: Relação entre o número de potência e o número deReynolds para dois tipos de agitadores utilizados emunidades de mistura rápida.
Fonte: Libânio, 2008.
µ
N3
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Agitadores Mecanizados
Recomenda-se as seguintes relações entre dimensões da turbinae da câmara de mistura rápida (Parlatore, 1987)
e
B/2
B B/2
B
D L
hB
H
Figura 14: Parâmetros geométricos de turbina utilizada para mistura rápida.
Fonte: Libânio, 2008.
b
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Agitadores Mecanizados
Dispositivos da NBR 12216:
a) A potência deve ser estabelecida em funçãodo gradiente de velocidade
b) Períodos de detenção inferiores a 2 sexigem que o fluxo incida diretamente sobreas pás do agitador
c) O produto químico a ser disperso deve serintroduzido logo abaixo da turbina ou hélicedo agitador
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Agitadores Mecanizados
Exercício 4:Uma estação de tratamento convencional potabilizavazão média de 1,0 m3/s empregando unidade demistura rápida tipo turbina de seis pás, com rotaçãode 130 rpm, com as seguintes características:
• Área em planta da câmara de seção quadrada (L) = 1,2• Área em planta da câmara de seção quadrada (L) = 1,2m2
• Profundidade da lâmina d’água (H) = 1,5 m• Diâmetro da turbina (D) = 0,45 m• Comprimento da pá (B) = 0,12 m• Largura da pá (b) = 0,09 m• Distância da extremidade inferior da pá ao fundo dacâmara (h) = 0,40 m
• Estatores (e) = 0,05m
Verifique se ela atende a norma NBR 12216.
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BibliografiaBibliografia
VIANNA, Marcos Rocha. Hidráulica aplicada àsestações de tratamento de água. 3. ed. BeloHorizonte: Ed. Imprimatur, 1997.
LIBÂNIO, Marcelo. Fundamentos de qualidadeLIBÂNIO, Marcelo. Fundamentos de qualidadee tratamento de água. 2. ed. Campinas: Ed.Átomo, 2008.