Aula3 floculacao

Universidade TecnológicaUniversidade Tecnológica
Federal do ParanáFederal do Paraná
Engenharia CivilEngenharia Civil
CV37– SANEAMENTOCV37– SANEAMENTO
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
Prof. Dr. Roque Passos PiveliProf. Dr. Roque Passos Piveli
Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira FilhoProf. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho
Adaptado por: Eudes José ArantesAdaptado por: Eudes José Arantes

 IntroduçãoIntrodução
 Mecanismos de transporteMecanismos de transporte
 Floculação PericinéticaFloculação Pericinética
 Floculação OrtocinéticaFloculação Ortocinética
 Floculação por SedimentaçãoFloculação por Sedimentação
DiferencialDiferencial

 Gradientes de VelocidadeGradientes de Velocidade
 Cinética de Floculação deCinética de Floculação de
Suspensões ColoidaisSuspensões Coloidais
 Agregação e RupturaAgregação e Ruptura
 Concepção de Sistemas deConcepção de Sistemas de
FloculaçãoFloculação
 ExercícioExercício

TRATAMENTO CONVENCIONAL DETRATAMENTO CONVENCIONAL DE
ÁGUASÁGUAS
DE ABASTECIMENTODE ABASTECIMENTO
Manancial Coagulação Floculação Sedimentação
FiltraçãoDesinfecçãoFluoretaçãoCorreção de pH
Água Final
Agenteoxidante
CAP
Coagulante
Alcalinizante
Agenteoxidante
Polímero
Polímero Agente oxidante
Agenteoxidante
Flúor
Alcalinizante

Sistemas de floculação !!!

Sistema de floculação

DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHODISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO
DE PARTÍCULAS EM ÁGUASDE PARTÍCULAS EM ÁGUAS
NATURAISNATURAIS
11 µµmm1010-3-3
µµmm PartículasPartículas
coloidaiscoloidais
Partículas emPartículas em
suspensãosuspensão
PartículasPartículas
dissolvidasdissolvidas
 TurbidezTurbidez
 Cor aparenteCor aparente
 SSTSST
 Cor realCor real
 SDTSDT
 CompostosCompostos
dissolvidosdissolvidos 0,450,45 µµmm

COAGULANTES EMPREGADOSCOAGULANTES EMPREGADOS
EM ENGENHARIA AMBIENTALEM ENGENHARIA AMBIENTAL
 Sulfato de alumínio (sólido ouSulfato de alumínio (sólido ou
líquido)líquido)
 Cloreto férrico (líquido)Cloreto férrico (líquido)
 Sulfato férrico (líquido)Sulfato férrico (líquido)
 Cloreto de polialumínio (sólido ouCloreto de polialumínio (sólido ou
líquido)líquido)
 Coagulantes orgânicos catiônicosCoagulantes orgânicos catiônicos
(sólido ou líquido)(sólido ou líquido)

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

 Definição: É um processo físicoDefinição: É um processo físico
no qual as partículas coloidaisno qual as partículas coloidais
são colocadas em contato umassão colocadas em contato umas
com as outras, de modo acom as outras, de modo a
permitir o aumento do seupermitir o aumento do seu
tamanho físico, alterando, destatamanho físico, alterando, desta
forma, a sua distribuiçãoforma, a sua distribuição
granulométricagranulométrica

Partículas Choques Agregação
Processo Físico
(Transporte)
Estabilidade do Colóide
(Coagulação)

FLOCULAÇÃO:OBJETIVOFLOCULAÇÃO:OBJETIVO
Diâmetro das partículas
FrequênciarelativaÁgua bruta
Água coagulada
Água floculada
Diâmetro crítico
dp > dc
Partículas
sedimentáveis

COALESCÊNCIA ECOALESCÊNCIA E
Coalescência
Floculação

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

•Floculação Ortocinética (Gradientes deFloculação Ortocinética (Gradientes de
Velocidade)Velocidade)
As partículas são colocadas em contato umasAs partículas são colocadas em contato umas
com as outras através do movimento do fluídocom as outras através do movimento do fluído
(Presença de gradientes de velocidade).(Presença de gradientes de velocidade).

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

CONCEITO: GRADIENTE DECONCEITO: GRADIENTE DE
VELOCIDADEVELOCIDADE
vdFdPot
.=
vdAdy
dy
dv
vdAdPot
..... ττ −





+=
dy
dy
dv
dAdPot
... 





= τ
dzdydx
dy
dv
dPot
.... 





= τ
dzdydx
dy
dv
dy
dv
dPot
..... 











= µ
dy
dy
dv
v .





+
dx
dy
dz
v

dzdydx
dy
dv
dy
dv
dPot
..... 











= µ
dzdydx
dy
dv
dPot
....
2






= µ






=
dy
dv
G
dzdydxGdPot
.... 2
µ=
ol
ot
V
P
G
.µ
=
dy
dy
dv
v .





+
dx
dy
dz
v







=
dy
dv
G
ol
ot
V
P
G
.µ
=
G=Gradiente de velocidade (s-1
)
holol
ot
H
V
HQ
V
P
G
θµ
γ
µ
γ
µ .
.
.
..
.
∆
=
∆
==
L
HV
V
HAV
V
HQ
G
olol
.
..
.
...
.
..
µ
γ
µ
γ
µ
γ ∆
=
∆
=
∆
=
dy
dy
dv
v .





+
dx
dy
dz
v

PROCESSO DEPROCESSO DE
Floculadores hidráulicosFloculadores 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

FLOCULADORESFLOCULADORES
HIDRÁULICOSHIDRÁULICOS

ETA DUARTINA (SABESP)ETA DUARTINA (SABESP)
FLOCULADOR DE FLUXOFLOCULADOR DE FLUXO
HORIZONTALHORIZONTAL

ETA SANTA ISABELETA SANTA ISABEL
HORIZONTALHORIZONTAL

ETA RIBEIRÃO DA ESTIVAETA RIBEIRÃO DA ESTIVA
VERTICALVERTICAL

ETA ALDEIA DA SERRAETA ALDEIA DA SERRA
FLOCULADOR ALABAMAFLOCULADOR ALABAMA

PROCESSO DE FLOCULAÇÃOPROCESSO DE FLOCULAÇÃO
FLOCULADORES ALABAMAFLOCULADORES ALABAMA

Dispositivos mecânicosDispositivos 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

SISTEMAS DE AGITAÇÃOSISTEMAS DE AGITAÇÃO
ESCOAMENTO AXIAL EESCOAMENTO AXIAL E
RADIALRADIAL

ETA ALTO DA BOA VISTAETA ALTO DA BOA VISTA
Sistemas de floculação

ETA ALTO DA BOA VISTAETA ALTO DA BOA VISTA

Sistemas de floculação !!!
ETA GUARAÚ (SABESP)ETA GUARAÚ (SABESP)

ETA GUARAÚ (SABESP)ETA GUARAÚ (SABESP)

ETA ALTO TIÊTE (SABESP)ETA ALTO TIÊTE (SABESP)
Sistemas de floculação

ETA ALTO TIÊTE (SABESP)ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

Agitadores de fluxo radial
vFP aot
.=
2
... 2
vAC
F pd
a
ρ
=
2
... 3
vAC
P pd
ot
ρ
=
Agitadores de fluxo axial
53
... DnKP Tot
ρ=
Fa=força de arraste (N)
v=velocidade (m/s)
Cd=coeficiente de arraste
Ap=área projetada
n=rotação (rps)
D=diâmetro do rotor (m)
P=Potência (W)
CÁLCULO DO GRADIENTECÁLCULO DO GRADIENTE
DE VELOCIDADEDE VELOCIDADE

Agitadores de fluxo axial
53
... DnKP Tot
ρ=
Fa=força de arraste (N)
v=velocidade (m/s)
Cd=coeficiente de arraste
Ap=área projetada
n=rotação (rps)
D=diâmetro do rotor (m)
P=Potência (W)
ol
ot
V
P
G
.µ
=
Tipo de rotor 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
0
1,63
CÁLCULO DO GRADIENTECÁLCULO DO GRADIENTE
DE VELOCIDADEDE VELOCIDADE

ESCOAMENTO RADIALESCOAMENTO RADIAL
5,55 aKT ≅

ESCOAMENTO RADIALESCOAMENTO RADIAL
0,25,1 aKT ≅

ESCOAMENTO AXIALESCOAMENTO AXIAL
8,05,0 aKT ≅

3,12,1 aKT ≅

4,03,0 aKT ≅

UNIDADES DEUNIDADES DE
DIMENSIONAMENTODIMENSIONAMENTO
 Gradientes de velocidade situados entreGradientes de velocidade situados entre
80 s80 s-1-1
e 20 se 20 s-1-1
 Gradientes de velocidade escalonados eGradientes de velocidade escalonados e
decrescentes de montante para jusantedecrescentes de montante para jusante
 03 a 05 câmaras de floculação em série03 a 05 câmaras de floculação em série
 Tempo de detenção hidráulico situadoTempo de detenção hidráulico situado
entre 20 e 40 minutos (Tratamentoentre 20 e 40 minutos (Tratamento
convencional)convencional)

 Vazão: 1,0 mVazão: 1,0 m33
/s/s
 Dimensionamento deDimensionamento de
floculadores hidráulicos defloculadores hidráulicos de
fluxo verticalfluxo vertical
 Dimensionamento de sistemasDimensionamento de sistemas
de floculação mecanizadosde floculação mecanizados
DIMENSIONAMENTO DEDIMENSIONAMENTO DE
SISTEMAS DE FLOCULAÇÃOSISTEMAS DE FLOCULAÇÃO

 Condicionantes de ProjetoCondicionantes de Projeto
 Tempo de detenção hidráulico = 30Tempo de detenção hidráulico = 30
minutosminutos
 Sistema de floculação composto por trêsSistema de floculação composto por três
câmaras em série, com gradientes decâmaras em série, com gradientes de
velocidade escalonados (70 svelocidade escalonados (70 s-1-1
, 50 s, 50 s-1-1
e 20e 20
ss-1-1
))

 Profundidade da lâmina líquida=4,5 mProfundidade da lâmina líquida=4,5 m
 Número de decantadores=04Número de decantadores=04
 Largura do decantador=12,0 mLargura do decantador=12,0 m
 Será admitido que uma das dimensõesSerá admitido que uma das dimensões
do floculador é conhecido, sendo estado floculador é conhecido, sendo esta
função da largura do decantadorfunção da largura do decantador

 Cálculo do volume do floculadorCálculo do volume do floculador
33
450min/60.min30./25,0. mssmQV hf === θ
 Cálculo da área superficial doCálculo da área superficial do
floculadorfloculador
2
100 m
h
V
A
f
S ==

 Cálculo da largura do floculadorCálculo da largura do floculador
m
B
A
B
d
S
f 33,8
12
100
===
 Portanto, será admitido umPortanto, será admitido um
floculador com largura total de 8,4floculador com largura total de 8,4
m, tendo cada canal uma larguram, tendo cada canal uma largura
individual de 2,8 metrosindividual de 2,8 metros

FLOCULADORES HIDRÁULICOSFLOCULADORES HIDRÁULICOS
Floculador
Decantador convencional 12,0 m
8,4 m
2,8 m

 Cálculo do número de espaçamentosCálculo do número de espaçamentos
entre chicanas em cada câmara deentre chicanas em cada câmara de
floculaçãofloculação
3
2
.
..
.045,0 h
Q
GLa
n θ





=
 n=número de espaçamentosn=número de espaçamentos
 a=largura do canal do floculador ema=largura do canal do floculador em
metrosmetros
 L=comprimento do floculador emL=comprimento do floculador em
metrosmetros
 G=gradiente de velocidade em sG=gradiente de velocidade em s-1-1
 Q=vazão em mQ=vazão em m33
/s/s
 θθhh =tempo de detenção hidráulico em=tempo de detenção hidráulico em
minutosminutos

 Cálculo do espaçamento entreCálculo do espaçamento entre
chicanaschicanas
n
L
e =
 Cálculo das velocidades nosCálculo das velocidades nos
trechos retos e curvas 180trechos retos e curvas 180oo
eB
Q
V
f .1 = 12 .
3
2
VV =

 Quadro resumo dos cálculosQuadro resumo dos cálculos
iniciaisiniciais
Canal G (s-1) n e (m) V1 (m/s) V2 (m/s)
1 70 43 0,28 0,32 0,22
2 50 35 0,35 0,26 0,17
3 20 19 0,63 0,14 0,094

 Cálculo da extensão dos canaisCálculo da extensão dos canais
1.VL ht θ=
 Cálculo do Raio HidráulicoCálculo do Raio Hidráulico
( )eB
eB
RH
+
=
.2
.

 Cálculo das perdas de cargaCálculo das perdas de carga
localizadaslocalizadas
2
32
.
.








=
HRA
nQ
j LjHd .=∆
 Cálculo das perdas deCálculo das perdas de
carga distribuídascarga distribuídas
( )
g
VnVn
Hl
.2
.1. 2
2
2
1 −+
=∆

 Cálculo do gradiente deCálculo do gradiente de
velocidadevelocidade
h
H
G
θµ
γ
.
.∆
=

 Quadro resumo dos cálculos finaisQuadro resumo dos cálculos finais
Canal G (s-1
) L (m) Rh ∆Hd (cm) ∆Hl (cm) ∆HT (cm) G
1 70 192 0,127 5,17 32,8 38,0 73
2 50 156 0,156 2,04 17,1 19,1 52
3 20 84 0,257 0,017 2,7 2,7 19

 Condicionantes de ProjetoCondicionantes de Projeto
 Tempo de detenção hidráulico = 30Tempo de detenção hidráulico = 30
minutosminutos
 Sistema de floculação composto por trêsSistema de floculação composto por três
câmaras em série, com gradientes decâmaras em série, com gradientes de
velocidade escalonados (70 svelocidade escalonados (70 s-1-1
, 50 s, 50 s-1-1
e 20e 20
ss-1-1
))
MECANIZADOSMECANIZADOS

 Profundidade da lâmina líquida=4,5 mProfundidade da lâmina líquida=4,5 m
 Número de decantadores=04Número de decantadores=04
 Largura do decantador=12,0 mLargura do decantador=12,0 m
 Será admitido que uma das dimensõesSerá admitido que uma das dimensões
do floculador é conhecido, sendo estado floculador é conhecido, sendo esta
função da largura do decantadorfunção da largura do decantador

 Cálculo do volume do floculadorCálculo do volume do floculador
33
450min/60.min30./25,0. mssmQV hf === θ
 Cálculo da área superficial doCálculo da área superficial do
floculadorfloculador
2
100 m
h
V
A
f
S ==

 Cálculo da largura do floculadorCálculo da largura do floculador
m
B
A
B
d
S
f 33,8
12
100
===
 Portanto, será admitido umPortanto, será admitido um
floculador com largura total de 8,4floculador com largura total de 8,4
m, tendo cada canal uma larguram, tendo cada canal uma largura
individual de 2,8 metrosindividual de 2,8 metros

 Cálculo do volume de cada câmaraCálculo do volume de cada câmara
de floculaçãode floculação
 O sistema de floculação seráO sistema de floculação será
composto por três reatores em série ecomposto por três reatores em série e
três em paralelo, o que irátrês em paralelo, o que irá
proporcionar um total de 09 câmarasproporcionar um total de 09 câmaras
de floculaçãode floculação
3
50
09
450
m
n
V
V
c
f
===

FLOCULADORES MECANIZADOSFLOCULADORES MECANIZADOS
Floculador
Decantador convencional 12,0 m
8,4 m
2,8 m

 Cálculo da potência a serCálculo da potência a ser
introduzida no volume de líquidointroduzida no volume de líquido
 Dimensionamento do sistemaDimensionamento do sistema
de agitaçãode agitação
VGPot ..2
µ=
53
... DnKP Tot ρ=

 Seleção do sistema de agitaçãoSeleção do sistema de agitação
3,12,1 aKT ≅

 Diâmetro do rotor selecionadoDiâmetro do rotor selecionado
 Cálculo da velocidade periféricaCálculo da velocidade periférica
mDrotor 2,1=
nDVp ..π=

 Quadro resumo dos cálculosQuadro resumo dos cálculos
finaisfinais
Câmara G (s-1
) Vol (m3
) Pot (W) D (m) n (rpm) Vp (m/s)
1 70 50 286 1,2 26 1,60
2 50 50 146 1,2 20 1,28
3 20 50 24 1,2 12 0,70

LAY-OUT DE ESTAÇÕES DELAY-OUT DE ESTAÇÕES DE
TRATAMENTO DE ÁGUATRATAMENTO DE ÁGUA
Canal de água coagulada
CASA DE
QUÍMICA

LAY-OUT DE ESTAÇÕES DELAY-OUT DE ESTAÇÕES DE
TRATAMENTO DE ÁGUATRATAMENTO DE ÁGUA
Canaldeáguacoagulada
CASA DE
QUÍMICA

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