Transcript Floculação - EcivilUFES

5 Floculação
TRATAMENTO DE ÁGUA
Após a coagulação, segue-se o processo de
floculação que consiste na aglomeração das
partículas
já
desestabilizadas,
pelas
condições induzidas por seu movimento
relativo.
5 Floculação
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.
5 Floculação
Floculação e um processo dinâmico que depende:

Das taxas de agregação e desagregação das
partículas, variável no tempo.
As colisões entre as partículas, provocando floculação,
são resultado:
 do movimento Browniano;
 das tensões de cisalhamento da corrente;
 e da sedimentação diferencial das partículas.
5 Floculação
Floculação Ortocinética
(Gradientes de Velocidade)
As partículas são colocadas em contato umas com as
outras através do movimento do fluído, pela
hidrodinamica do escoamento, ou seja, devido a ação
de tensões de cisalhamento no seio da massa fluida
(Presença de gradientes de velocidade).
5 Floculação
É necessária a agitação relativamente lenta, com o objetivo de
proporcionar encontros entre as partículas menores para formar
agregados maiores ou flocos.
Com o aumento do tamanho dos flocos, as forças de cisalhamento
podem causar sua ruptura.
A agregação e a ruptura ocorrem simultaneamente, conduzindo a
uma única condição de tamanho dos flocos.
5 Floculação
A eficiência da unidade de floculação depende:

Desempenho da unidade de mistura rápida;

Unidade de floculação;

Tipo e geometria do equipamento de floculação;

Tipo e geometria da unidade hidráulica de floculação;

Qualidade da água bruta.
5 Floculação
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:
G 
P
  V
em que:
G: gradiente de velocidade (s-1);
P: potência dissipada (N.m/s);
: viscosidade absoluta da água (N.s/m2);
V: volume (m3)
5 Floculação
PARÂMETROS BÁSICOS DE DIMENSIONAMENTO
No dimensionamento da operações unitárias de mistura rápida e
floculação são utilizados praticamente os mesmos parâmetros.
o Q: vazão de instalação (m3/s);
o V: volume da câmara (m3);
o T: tempo de detenção teórico (min, s);
o G: gradiente de velocidade (s-1);
o µ: viscosidade absoluta da água (kgfs/m2);
o P: potência aplicada á água (kgfm/s).
Esses parâmetros relacionam-se através das seguintes expressões:
T = V/Q
G = ( P/ µV )1/2
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
A floculação pode ser executada através de:
►Floculadores hidráulicos:
Floculadores hidráulicos de fluxo horizontal
Floculadores hidráulicos de fluxo vertical
Floculador Alabama
Floculadores em meio poroso
►Floculadores mecânicos:
Agitadores de fluxo radial
Agitadores de fluxo axial
Agitadores de fluxo radial e axial
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Mecânicos
Os floculadores mecânicos mais empregados são os
de movimento giratório com paletas paralelas ou
perpendiculares ao eixo.
O eixo pode ser vertical ou horizontal, sendo mais
comum o primeiro, por facilitar o acoplamento do
conjunto motor-redutor.
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Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Mecânicos


Floculador mecânico de eixo vertical tipo com paletas.
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Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Mecânicos
Floculador mecânico de eixo vertical tipo com paletas
(fonte:L\MANUAIS ATUAIS\MANUAL – MT-32/OPERAÇÃO DE ESTAÇÃO DE TRAT. DE ÁGUA)
5 Floculação
Floculadores Mecânicos
Floculador mecânico de eixo horizontal tipo com paletas
(fonte:L\MANUAIS ATUAIS\MANUAL – MT-32/OPERAÇÃO DE ESTAÇÃO DE TRAT. DE ÁGUA)
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Mecânicos
Floculador mecânico de eixo vertical tipo com paletas.
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Mecânicos
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Mecânicos
Sanasa
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Mecânicos
5 Floculação
Floculadores Mecânicos
Passagem inferior do floculador – ETA – Vale Esperança (Vitória-ES)
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Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Mecânicos
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Mecânicos
Turbina
Hélice
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Mecânicos
G 
Pot
n=rotação (rps)
 .V
D=diâmetro do rotor (m)
ol
Pot  K T .  .n . D
3
5
Tipo de rotor
P=Potência (W)
Ρ = massa específica da água
Valor de KT
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 450
1,27
Turbina com quatro palhetas inclinadas a 320
1,0 a 1,2
Turbina com seis palhetas inclinadas a 450
1,63
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Mecânicos
Recomendações práticas para o projeto de floculadores mecânicos.
Parâmetros
Tempo de detenção
Recomendações
30 a 40 min.
Número de compartimentos em
série
Gradiente de velocidade
Igual ou superior a 3
Área das paletas
Velocidade na
das paletas
extremidades
75 a 10 s-1 (comumente 65 a 25 s-1 do 1º
ao último compartimento)
Menor que 20% da área do plano de
rotação das paletas
Menor que 1,20 m/s na 1ª câmara e
menor que 0,60 m/s na última câmara
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Floculadores Hidráulicos
Floculador hidráulico de fluxo horizontal
(fonte:L\MANUAIS ATUAIS\MANUAL – MT-32/OPERAÇÃO DE ESTAÇÃO DE TRAT. DE ÁGUA)
5 Floculação
Floculadores Hidráulicos
Floculador hidráulico de fluxo vertical
(fonte:L\MANUAIS ATUAIS\MANUAL – MT-32/OPERAÇÃO DE ESTAÇÃO DE TRAT. DE ÁGUA)
5 Floculação
Floculadores Hidráulicos
Floculador tipo alabama
(fonte:L\MANUAIS ATUAIS\MANUAL – MT-32/OPERAÇÃO DE ESTAÇÃO DE TRAT. DE ÁGUA)
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Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Hidráulicos
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Hidráulicos
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Hidráulicos
G = (gh/t)1/2
: viscosidade cinemática, em m2/s;
g: aceleração da gravidade, m/s2;
h: soma da perda de carga na entrada e ao longo do compartimento, m;
t: período de detenção no compartimento, s.
G: gradiente de velocidade, s-1.
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Perda de carga devido a mudança de direção
h 
 n  1  v 12  n  v 22
2g
em que
n: número de canais formados pelas chicanas;
v1: velocidade da água nesses canais;
v2: velocidade da água nas passagens entre câmaras;
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Perda de carga por atrito, nos floculadores de chicanas,
pode ser calculada pela fórmula de Manning:
h=
(v1n)2. L
Rh4/3
n: coeficiente de Manning (0,013 para concreto e
Rh: raio hidráulico, m;
L: percurso total percorrido pela água, m.
0,011 para madeira);
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Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Hidráulicos
70 s-1 e 10 s-1;

Gradientes de velocidade situados entre

Gradientes de velocidade escalonados e decrescentes de
montante para jusante;

03 a 05 câmaras de floculação em série;

Nos floculadores de chicanas horizontais a altura raramente
excede a 1,5 m;
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Hidráulicos
Nos projetos dos floculadores de chicanas são
observadas as seguintes recomendações:
• A velocidade da água ao longo das chicanas
deverá estar compreendida entre 0,10 e 0,30 m/s;
• O tempo de floculação deve estar compreendido
entre 20 e 30 minutos para floculador hidráulico;
•O espaçamento mínimo entre chicanas fixas,
deverá ser de 0,60m;
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Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Hidráulicos
Nos projetos dos floculadores de chicanas são
observadas as seguintes recomendações
(continuação):
 O espaçamento entre a extremidade da chicana e a parede
do canal deve ser igual a 1,5 vezes o espaçamento entre
chicanas. Equivale dizer que a velocidade na extremidade da
chicana é igual a 2/3 da velocidade entre chicanas.
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Normas
da
NBR
12216
para
projetos
de
floculadores:
1- G e t a serem aplicados devem ser determinados por meio de ensaios
realizados com a água a ser tratada;
2- Não sendo possível proceder aos ensaios destinados a determinar o
período de detenção adequado, podem ser adotados valores entre 20 e 30
minutos para floculadores hidráulicos, e entre 30 e 40 minutos, para os
mecanizados;
3- Não sendo realizados ensaios, deve ser previsto G máximo, no primeiro
compartimento de 70 s-1 e mínimo, no último, de 10 s-1;
4- Deve ser previsto dispositivo que possa alterar o gradiente de velocidade
aplicado, ajustando-o às características da água e permitindo variação de pelo
menos 20 % a mais e amenos do fixado para o compartimento;
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Normas da NBR 12216 para projetos de floculadores (continuação)
5- Os tanques de floculação devem ser providos de descarga com diâmetro
mínimo de 150 mm e fundo com declividade mínima de 1%, na direção
desta;
6- Os tanques de floculação devem apresentar a maior parte da sua
superfície livre exposta, de modo a facilitar o exame do processo;
7- O espaçamento mínimo entre chicanas deve ser de 0,60 m, podendo ser
menor, desde que elas sejam dotadas de dispositivos para sua fácil
remoção.
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação não
convencionais
Floculador de bandejas
(fonte:L\MANUAIS ATUAIS\MANUAL – MT-32/OPERAÇÃO DE ESTAÇÃO DE TRAT. DE ÁGUA)
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação não convencionais
Floculador de bandejas
(fonte: Viana, 2007)
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação não convencionais
Floculador em meio granular
(fonte: Viana, 2007)
5 Floculação
Floculadores Mecânicos
Vantagens
 Formação de flocos mais densos quando se usa
de agitação;
maior energia
 Possibilidade de mudança da velocidade de agitação de acordo
com a necessidade de tratamento;
 Agitação constante e homogênea.
Desvantagens
 Custo elevado;
 Operação e manutenção.
5 Floculação
Estudar:
Livro:
Hidráulica aplicada as estações de tratamento de água
Capítulo 8 (8.1; 8.2; 8.3; 8.4; 8.5;8.6; 8.7 E 8.9)
Exercício