Tratamento de água, diversos autores - sem revisão final

1. TRATAMENTO DE ÁGUA DE
ABASTECIMENTO
Aula 4 – Mistura Rápida

2. Introdução
Da mistura rápida efetuada adequadamente
depende, muitas vezes, o sucesso de todo o
restante do tratamento da água.
No processo de mistura rápida é adicionado o
produto
químico
responsável
pela
desestabilização e posterior aglutinação das
matérias que desejamos remover da água bruta.
Este produto denominamos coagulante ou floculante,
pois, promoverá a coagulação, a qual precede a
floculação.

3. Introdução
➔ Então podemos afirmar que, na mistura rápida
ocorrerá a coagulação, e, a floculação, ocorrerá na
fase de mistura lenta.
A razão pela qual esta fase do tratamento é
chamada de mistura rápida, é porque são
praticamente instantâneas as reações químicas
mais importantes que ocorrem entre o floculante e
as partículas que desejamos remover.

4. NBR 12216 – Mistura Rápida
Operação destinada a dispersar produtos químicos
na água a ser tratada, em particular no processo
de coagulação, para o qual são destinadas as
disposições seguintes.
As condições ideais em termos de gradiente de
velocidade, tempo de mistura e concentração da
solução de coagulante devem ser determinadas
preferencialmente através de ensaios de
laboratório.

5. NBR 12216 – Mistura Rápida
Constituem dispositivos de mistura:
a) qualquer 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;
b) difusores que produzam jatos da solução de
coagulante, aplicados no interior da água a ser
tratada;
c) agitadores mecanizados;
d) entrada de bombas centrífugas.

6. NBR 12216 – Mistura Rápida
Podem ser utilizados como dispositivo hidráulico de
mistura:
a) qualquer singularidade onde ocorra turbulência
intensa;
b) canal ou canalização com anteparos ou chicanas;
c) ressalto hidráulico;
d) qualquer outro trecho ou seção de canal ou
canalização que atenda às condições da norma.

7. NBR 12216 – Mistura Rápida
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.
http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/Tratam03_coag.htm

8. Tipos de salto hidráulicos

9. MISTURADORES HIDRÁULICOS
Os misturadores hidráulicos podem ser de diversos
tipos, sendo os mais utilizados, o medidor Parshall,
a queda d'água originária de vertedouros e a
malha difusora.

10. Medidor Parshall
Sem dúvida, este é o dispositivo mais utilizado como
misturador rápido. O Medidor Parshall alia a
função de medidor de vazão à de misturador
rápido, quando convenientemente utilizado.

11. Medidor Parshall
A largura da garganta w do medidor é a grandeza que o define.

12. Medidor Parshall
As
dimensões
dos
medidores
Parshall
padronizados, estabelecidas em função de sua
dimensão característica, ou seja, de sua garganta
(tabela).
É possível conhecer a vazão que atravessa o medidor
Parshall através da realização da leitura da altura
da lâmina d'água numa seção a montante de sua
garganta.

13. Medidores Parshall – Vazões (l/s)

15. Medidor Parshall
Para que o medidor Parshall efetue, com eficiência, a
mistura rápida, é necessário:
➢ aplicar o floculante na garganta do medidor. Por ser
de seção estreita e a lâmina d'água bastante pequena,
é possível fazer com que o floculante aplicado nesse
local se disperse em praticamente todo o volume de
água em tratamento ;
Assegurar a formação de um ressalto hidráulico
imediatamente a jusante da garganta, pois, no interior
do ressalto hidráulico, ocorre grande dissipação de
energia num tempo muito curto. Nestas condições, serão
asseguradas as condições ideais de mistura rápida.

16. Medidor Parshall
Os medidores Parshall podem ser construídos no
campo ou fabricados nos seguintes materiais:
a-) Fibra de vidro
b-) Aço carbono revestido
c-) Aço inox
d-) Concreto

17. Medidor Parshall
Para a seleção do tamanho do medidor Parshall,
devem ser conhecidos os seguintes dados:
a-) largura do canal na montante e na jusante;
b-) vazões máxima e mínima;
c-) profundidade da água no canal;
d-) perda de carga admissível;
e-) previsão para vazões futuras.

18. Medidor Parshall
alaqua.com.br
http://www.levelcontrol.com.br/produtos_detalhe.php?produto=89

19. Queda d'água
Em estações de tratamento que utilizam vertedouros para
medir a vazão efluente, será possível aproveitar a
queda d'água resultante para efetuar a mistura
rápida.
Para tanto, deve-se distribuir, do modo mais uniforme
possível, o floculante ao longo de toda queda
d'água. Utilizando-se uma calha perfurada, cujos
orifícios deverão estar sempre desobstruídos. E, se
possível, que a lâmina d'água vertente caia sobre um
anteparo. Nestas condições, haverá energia suficiente
para excelentes condições de mistura rápida.

20. Aplicação de floculante num
vertedouro retangular

21. Malhas difusoras
São dispositivos destinados exclusivamente à mistura
rápida. Do ponto de vista de resultados obtidos em
laboratório, as malhas difusoras talvez sejam os
misturadores rápidos mais eficientes.
Do ponto de vista prático, entretanto, as malhas difusoras
deixam a desejar, por serem relativamente caras e de
difícil manutenção; apesar de já haver variações na
concepção original se mostrando eficientes e exigindo
menos atenção, por parte dos operadores, no que diz
respeito à manutenção.

23. MISTURADORES MECANIZADOS
Muito especificados pelos projetistas há até alguns anos
atrás, os misturadores mecanizados vêm caindo em
desuso.
Isto porque os misturadores hidráulicos produzem
resultados tão bons, ou mesmo superiores, e
apresentam uma grande vantagem: não possuem
equipamentos que devido ao uso, manutenção
inadequada, ou ambos, possam ficar fora de serviço,
ainda que temporariamente. Não obstante, algumas
estações de tratamento de água tratamento de água
ainda os utilizam com sucesso.

24. Turbinas e Hélices
São equipamentos especialmente construídos para
efetuarem a mistura de produtos químicos. Por serem
bastante utilizados na indústria, diversos fabricantes
especializaram-se em construir equipamentos desse
tipo.
Para que as turbinas ou hélices funcionem bem, é
recomendável que estejam instaladas em tanques
que propiciem tempos de detenção pequenos
(lembre-se que a desestabilização ocorre em fração de
segundos). Além disto, é recomendável que o produto
químico a ser disperso seja introduzido logo abaixo
da turbina ou hélice.

25. Turbinas e Hélices

26. Rotores de Bombas
Os rotores de bombas também podem ser
utilizados como misturadores rápidos. Entretanto,
é preciso certificar-se de que os materiais do rotor
e da carcaça da bomba têm condições de resistir
à ação do produto químico.
Isto porque o produto químico poderá agredir esses
materiais, tanto quimicamente quanto fisicamente,
ou mesmo através da ação combinada desses dois
fatores.

27. Rotores de Bombas

28. Critério de seleção das unidades de
mistura rápida
As unidades mecanizadas são mais versáteis que
as hidráulicas, pois possibilitam a variação do
gradiente de velocidade médio se isso se fizer
necessário em função de alteração da qualidade
da água bruta, o que não é possível nas unidades
hidráulicas.
Por outro lado, as unidades hidráulicas apresentam
menor custo de implantação e de manutenção.

29. Critério de seleção das unidades de
mistura rápida
Ao decidir pelo tipo de unidade de mistura rápida
deve-se levar em conta também as dificuldades
locais no que se refere à manutenção de
equipamentos mecanizados, não é raro no país
encontrar-se equipamentos parados por longos
períodos, comprometendo a eficiência do
tratamento da água, devido a falta de manutenção
preventiva ou corretiva das instalações.

30. Localização da Unidade de Mistura
Rápida
Como regra geral, a unidade ou câmara de mistura
rápida deve ficar o mais próximo possível dos
tanques de floculação.
A distância de um ponto ao outro deve ser no
máximo de 60 segundos; esse tempo poderá ser
aumentado se ao longo dos condutos entre a
mistura rápida e a floculação, existir um sistema
de agitação.

31. Localização da Unidade de Mistura
Rápida
B - apresenta um bom arranjo das unidades de mistura e floculação
A
A - apresenta o grave inconveniente de um longo canal entre a câmara de
mistura e os tanques de floculação
B

32. Exemplo 1 – Cálculo de um canal retangular de
declividade variável para mistura rápida
Verificar as condições de mistura rápida do canal
esquematizado, para Eo = 0,60 (Carga hidráulica
disponível) e uma vazão de 120 l/s. A largura do
canal é B = 0,80. Temperatura da água 15° e
ângulo do ressalto Ѳ 100°54’ e g = 9,81m/s2

33. Passo 1 – Vazão Específica
Dados:
Vazão = 120l/s = 0,120 m3/s
Largura do Canal (B) = 0,80 m
Fórmula = q = Q
B

q = 0,15 m3 /s/m

34. Passo 2 – Velocidade na secção 1
Fórmula
V1 =2 2g.E0 . Cos Ѳ
3
3

V1 = 3,28m/s

35. Passo 3 – Altura de água na secção (1)
Fórmula
h1 = q_
V1

h1 = 0.05m

36. Passo 4 – Número de Froude na secção (1)
Fórmula
F1 = V1
√gh1

F1 = 4,68

37. Passo 5 – Altura do ressalto secção (2)
Fórmula
h2 = h1 ( √1+8F2 – 1)
2

h = 0,30 m

38. Passo 6 – Velocidade na secção (2)
Fórmula
V2 = _q_
h2

V = 0,5 m/s

39. Passo 7 – Perda de carga
Fórmula de Belanger ( energia hidráulica
dissipada, devido ao gradiente de velocidade)
hP = (h2 – h1)3
4 h1 h2

hp = 0,25

40. Passo 8 – Extensão do ressalto
Fórmula de Smetana ( para números de Froude
compreendidos entre 4,5 e 16)
L = 6 (h2 – h1)

L =1,5m

41. Passo 9 – Tempo de mistura
Fórmula
T = __2L__
V1 + V2

T = 0,8 s

42. Passo 10 – Gradiente de velocidade
Dados
Coeficiente de viscosidade ( T = 15°C ) = μ
0,0001167 = 1,167 x 10 - 4
Peso específico ϒ = 1000 kg/m3


Fórmula
G=
ϒ X hP
μ X T
G = 1034s-1

43. Referências


Brasil. Fundação Nacional de Saúde. Manual de
saneamento. 3. ed. rev. - Brasília: Fundação
Nacional de Saúde, 2006.
Saneamento De Goiás S/A Superintendência De
Recursos Humanos Gerência De Desenvolvimento De
Pessoal Operação De Estação De Tratamento De
Água Lmanuais Atuaismanual – Mt-32/Operação
De Estação De Trat. De Água Revisão/ 00
Ano/Jun2006

44. Referências




Richter, Carlos A. e Netto, Azeveto M J. Tratamento
de Água: Tecnologia Atualizada. São Paulo, 1991
Di Bernardo, Luiz. Métodos e Técnicas de
Tratamento de Água. Volume I, Rio de Janeiro,
1993
Filho, D.F. Tecnologia de Tratamento de Água. Rio
de Janeiro, 1976
Viana, marcos Rocha. Hidráulica Aplicada as
Estações de Tratamento de Água. Belo Horizonte,
1992.

45. Objetivo da aula
Ao final dessa aula, você deverá conhecer:
 A importância da etapa da mistura rápida;
 A NBR 12216 – Etapa da Mistura Rápida;
 Os diferentes Misturadores Hidráulicos;
 Os diferentes Misturadores Mecânicos;
 Critérios de seleção de misturadores;
 Localização;
 Exemplos de dimensionamento de misturadores
rápidos.

46. Sugestão – Vídeo (medidor Parshall)



http://www.youtube.com/watch?v=Ghq9pxRcToM
http://www.youtube.com/watch?v=y6hiOLgTo6g&f
eature=related
http://www.youtube.com/watch?v=wBZwQXFEuck