Exercícios dimensionamento de floculadores

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Tratamento de água, diversos autores - sem revisão final

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Exercícios dimensionamento de floculadores

  1. 1. Exercícios UNIDADES DE FLOCULAÇÃO DIMENSIONAMENTO Informações:  Vazão: 1,0 m3/s  Dimensionamento de floculadores hidráulicos de fluxo vertical  Tempo de detenção hidráulico = 30 minutos (total)  Sistema de floculação composto por três câmaras em série, com gradientes de velocidade escalonados (70 s-1, 50 s-1 e 20 s-1)  Profundidade da lâmina líquida h=4,5 m  Número de decantadores = 04  Largura do decantador= Bd =12,0 m  Será admitido que uma das dimensões do floculador é conhecido, sendo esta função da largura do decantador Passo 1 - Cálculo do volume do floculador Fórmula: Vf = Q . t (m3) Observações: Tempo passar para segundos; vazão dividido por 4 (número de decantadores) Modelo de Floculador hidráulico de fluxo vertical Passo 2 - Cálculo da área superficial do floculador Fórmula: AS  Vf h (m2) Passo 3 - Cálculo da largura do floculador Fórmula: Bf  AS  Bd (m) Passo 4 - Cálculo do número de espaçamentos entre chicanas em cada câmara de floculação Fórmula: 2  a.L.G  n  0,045.3   Q  . h          n=número de espaçamentos a=largura do canal do floculador em metros (cada canal) (Bf) L=comprimento do floculador em metros (mesmo que Bd) G=gradiente de velocidade em s-1 Q=vazão em m3/s h=tempo de detenção hidráulico em minutos (cada canal)
  2. 2. Observação: Calcular para os três canais, para o tempo de detenção de 10 minutos cada câmara e para cada gradiente de velocidade. Passo 5 - Cálculo do espaçamento entre chicanas Fórmula: L n e (m) Observação: Calcular para cada canal Passo 6 – Cálculo das velocidades nos trechos retos e curvas 180o Fórmulas: V1  2 V2  .V1 ( m/s) 3 Q (m/s) B f .e Observação: Calcular para cada canal (Bf – largura de cada canal) Passo 7 - Cálculo da extensão dos canais Fórmula: Lt   h .V1 (m) Observação: Passar para segundos (tempo de detenção em cada canal), e calcular a extensão dos 3 canais. Passo 8 - Cálculo do gradiente de velocidade Fórmula: G  .H . h (s-1) Observação: µ = 0.0001167 kg.s/m2 (coeficiente de viscosidade); ϒ = 1000 kg/m3 (peso específico). ΔH 1= 0,380 (perda de carga total canal 1); ΔH2 = 0,191 (perda de carga total canal 2); e ΔH3 = 0,027 (perda de carga total canal 3). Confirmação se os gradientes de velocidades batem com os dados do problema.  Quadro resumo dos cálculos finais Canal G (s-1) n e (m) V1 (m/s) V2 (m/s) ΔHT (m) L (m) G (s-1) 1 70 43 0,28 0,32 0,22 0,380 192 73 2 50 35 0,34 0,26 0,18 0,191 156 52 3 20 19 0,63 0,14 0.09 0,027 84 19
  3. 3. 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)  Profundidade da lâmina líquida=4,5 m  Número de decantadores=04  Largura do decantador=12,0 m (Bd )  Será admitido que uma das dimensões do floculador é conhecido, sendo esta função da largura do decantador Passo 1 - Cálculo do volume do floculador Fórmula: Vf = Q . t (m3) Observações: Tempo passar para segundos; vazão dividido por 4 (número de decantadores) Passo 2 - Cálculo da área superficial do floculador Fórmula: AS  Vf h (m2) O sistema de floculação será composto por três reatores em série e três em paralelo, o que irá proporcionar um total de 09 câmaras de floculação Passo 3 - Cálculo do volume de cada câmara de floculação Fórmula: V Vf nc (m3) Observação: nc = número de câmaras Passo 4 - Cálculo da potência a ser introduzida no volume de líquido Fórmula: Pot  G 2 ..V (w) Observação: Cálculo da potencia introduzida para cada gradiente de velocidade. Coeficiente de viscosidade (µ = 0.001167) Passo 5 - Dimensionamento do sistema de agitação Pot  KT . .n3 .D5 (rps)
  4. 4. Observação: O sistema de agitação será composto por turbinas de fluxo misto (radial e axial), com palhetas inclinadas a 45º. Para o sistema de agitação escolhido, o valor do KT pode ser admitido como sendo da ordem de 1,5. Diâmetro do rotor é 1,2 (m). Passar para rpm (na resposta final) Passo 6 - Cálculo da velocidade periférica V p   .D.n (m/s) Observação: utilizar o numero de rotações em segundos. Passo 8 – Relações geométricas Pf = Profundidade útil (4,5 m) Lf = Lado da câmara (3,8 m) Df = Diâmetro do rotor (1,2 m) hf= Distância do rotor ao fundo da câmara (1,2 m) Equipamento de agitação do tipo fluxo axial Relações geométricas comumente usadas: 2,0 ≤ Lf ≤ 6,6 2,7 ≤ Pf ≤ 3,9 0,9 ≤ hf ≤ 1,1 Df Df Df  Quadro resumo dos cálculos finais Canal G (s-1) Vol (m3) Pot (W) D (m) n (rpm) Vp (m/s) Relações G 1 70 50 286 1,2 26 1,6 Lf/Df 3,17 2 50 50 146 1,2 20 1,28 Pf/Df 3,75 3 20 50 24 1,2 12 0,70 Hf/Df 1

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