Aula 4 sedimentacao

UNIVERSIDE TECNOLÓGICA
FEDERAL DO PARANÁ
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
SANEAMENTO
SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL
Prof. Dr. Roque Passos Piveli
Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho
Adaptado por: Eudes José Arantes

►Introdução
►Lei de Newton
►Lei de Stokes
►Sedimentação Discreta (Tipo I)
►Modelação Matemática do Processo
de Sedimentação Discreta

►Sedimentação Floculenta (Tipo II)
►Decantadores convencionais de fluxo
horizontal
►Decantadores laminares
►Exercício – Dimensionamento de
decantadores convencionais e
laminares

TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS
DE ABASTECIMENTO
Manancial Coagulação Floculação Sedimentação
FiltraçãoDesinfecçãoFluoretaçãoCorreção de pH
Água Final
Polímero Agente oxidante
Alcalinizante

PROCESSO DE LODOS ATIVADOS
CONVENCIONAL
Grade Caixa de areia
Decantador
Primário
Tanque de
Aeração
Decantador
Secundário
Adensamento
Digestão
Secagem Lodo “Seco”
Rio

SEDIMENTAÇÃO
Definição: Processo de separação
sólido-líquido que tem como força
propulsora a ação da gravidade.

SEDIMENTAÇÃO
Classificação dos Processos de
Sedimentação
►Sedimentação discreta (Tipo 1)
►Sedimentação floculenta (Tipo 2)
►Sedimentação em zona (Tipo 3)
►Sedimentação por compressão (Tipo 4)

Peso
EmpuxoForça de arraste
EFP a 
  0yF
gVgmP olpp ... 
gVE ol ..
2
... 2
VAC
F pd
a


Velocidade de Sedimentação

Peso
Empuxo
EFP a 
olpol
pd
VgVg
VAC
....
2
... 2



ololp
pd
VgVg
VAC
....
2
... 2



Força de arraste

Peso
ololp
pd
VgVg
VAC
....
2
... 2



6
. 3
p
ol
d
V


d
pp
C
dg
V
..3
.)..(4

 


Peso
Log Re
Log Cd
Região A
Região B
Região C
Região D
0,2 500 2.105
0,44
0,1

d
pp
C
dg
V
..3
.)..(4

 



..
.2424
pe
d
dVR
C 


.18
)..( 2
pp dg
V


Lei de Newton
Lei de Stokes
Log Re
Log Cd
Região A
Região B
Região C
Região D
0,2 500 2.105
0,44
0,1

SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)
►Sedimentação discreta: As partículas
permanecem com dimensões e
velocidades constantes ao longo do
processo de sedimentação, não
ocorrendo interação entre as mesmas

SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)

Sedimentação Discreta (Tipo I)
B
H
L
1
2
Vh
Vs
tVL h .
tVH S . L
HV
V h
S
.

HB
Q
Vh
.


B
H
L
1
2
Vh
Vs
L
HV
V h
S
.

HB
Q
Vh
.

LHB
HQ
VS
..
.

s
S
A
Q
LB
Q
V 
.

B
H
L
1
2
Vh
Vs
s
S
A
Q
LB
Q
V 
. sA
Q
q  Taxa de escoamento
superficial
qVs 
Partículas com Vs superiores a q serão removidas
durante o processo de sedimentação gravitacional

Análise do Equacionamento Matemático
q
A
Q
V
s
S  qVs 
Vs=Velocidade de sedimentação (m/s)
q=taxa de escoamento superficial(m3/m2/dia)
►q é função somente da geometria do
decantador, portanto, é um parâmetro de
projeto.

Análise do Equacionamento Matemático
q
A
Q
V
s
S  qVs 
Vs=Velocidade de sedimentação (m/s)
q=taxa de escoamento superficial(m3/m2/dia)
►Vs é uma propriedade da partícula, podendo
esta ser manipulada mediante a operação
dos processos de coagulação-floculação

Floculação e Sedimentação
Diâmetro das partículas
Frequênciarelativa
Água bruta
Água coagulada
Diâmetro crítico
Se Vs > q, todas as
partículas com diâmetro
superior a dc serão
removidas
dc apresenta Vs

Floculação e Sedimentação
Diâmetro das partículas
Frequênciarelativa
Água bruta
Água coagulada
Água floculada
Diâmetro crítico
dp > dc
Partículas
sedimentáveis

Propriedade da sedimentação discreta: A dimensão física
da partícula permanece inalterada durante o seu
processo de sedimentação gravitacional, o que significa
dizer que a sua velocidade de sedimentação é constante.
B
H
L
1
2
Vh
Vs

SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA
(TIPO II)
►Sedimentação floculenta: a
velocidade de sedimentação das
partículas não é mais constante, uma
vez que as mesmas agregam-se ao
longo do processo de sedimentação.

SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA
(TIPO II)
►Com o aumento do diâmetro das
partículas há, conseqüentemente, o
aumento de sua velocidade de
sedimentação ao longo da altura.

Sedimentação Floculenta (Tipo II)
Propriedade da sedimentação floculenta: A dimensão física da
partícula é alterada durante o seu processo de sedimentação
gravitacional (floculação por sedimentação diferencial), o que
significa dizer que a sua velocidade de sedimentação é variável.
B
H
L
1
2
Vh
Vs

DECANTADORES CONVENCIONAIS
EM ETA’S E ETE’S

ETA ALTO DA BOA VISTA

ETA GUARAÚ (SABESP)

ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

PARÂMETROS DE PROJETO
►Taxa de escoamento superficial: 20
m3/m2/dia a 60 m3/m2/dia.
►(Função das características de
sedimentabilidade do floco, definidas
pelas etapas de coagulação-
floculação)
►Altura do decantador: 3,0 metros a 5,0
metros.

►Relação Comprimento/Largura  4
►Taxa de escoamento linear (vertedor)
 1,8 l/m/s
►Re  20.000 (Verificação)
►Fr  10-5

.. h
e
RV
R 
h
r
Rg
V
F
.
2


LAY-OUT DE ETAs
ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E
DECANTADORES
Canal de água coagulada
CASA DE
QUÍMICA

Canaldeáguacoagulada
CASA DE
QUÍMICA
LAY-OUT DE ETAs
DECANTADORES

Canal de água coagulada
CASA DE
QUÍMICA
LAY-OUT DE ETAs
DECANTADORES

DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR
tVL h
.
tVH S
.
L
HV
V h
S
.

2
' L
L 
02 canais
B
H
L
1
2
Vh
Vs
H/2
L’

tVL h
.
tVH S
.
L
HV
V h
S
.

4
' L
L 
02 canais
B
H
L
1
2
Vh
Vs
H/4
L’
n canais
n
L
L '

Vs
V0
w

l
Trajetória crítica
h
l
h
sen  s
sv
V
V
sen 
s
sh
V
V
cos
Vsh
Vsv

senVV ssv
.
cos.ssh
VV 

Vs
V0
w

l
h
Vsh
Vsv

senVV ssv
.
cos.ssh
VV 
  tVVl sv
.0

tVw sh
.
  shsv
V
w
VV
l

0

Vs
V0
w

l
h
Vsh
Vsv

   cos..0 ss
V
w
senVV
l


  senwl
Vw
Vs
.cos.
. 0


w
l
L 
  senL
V
Vs


cos.
0

Vs
V0
w

l
h
Vsh
Vsv

  senL
V
Vs


cos.
0
senA
Q
A
Q
V
p
.0
0

Ap
  senLsenA
SQ
V
p
c
s


cos...
.
Equação de dimensionamento

CONVENCIONAL X LAMINAR
  senLsenA
SQ
V
p
c
s


cos...
.
A
Q
Vq s
 Decantador convencional
Decantador laminar
  senLsen
Sq
q cL
c


cos..
.
 
cc
L
S
senLsen
q
q  

cos..
•Sc=1 (Placas planas)
•Sc=4/3 (Tubos circulares)
•Sc=11/8 (Tubos quadrados)

Sedimentação laminar - Ângulo das placas
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 20 30 40 50 60 70 80
Ângulo das placas com a horizontal
qL/qC
ÂNGULO DAS PLACAS
 
cc
L
S
senLsen
q
q  

cos..

Sedimentação laminar - Efeito da grandeza L (l/w)
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
0 10 20 30 40 50 60
l/w
qC/qL
GRANDEZA L (l/w)
 
cc
L
S
senLsen
q
q  

cos..

DECANTADORES LAMINARES
ETA RIO GRANDE (SABESP)

ETA CAPIVARI (SANASA)

►Velocidade de sedimentação: 20
m3/m2/dia a 60 m3/m2/dia.
►(Função das características do floco,
definidas pelas etapas de coagulação
e floculação)
►Ângulo das placas com a horizontal:
60o

►Comprimento da placa: 0,6 metros a
1,2 metros
►Velocidade de escoamento entre as
placas: 15 cm/min a 20 cm/min
►Espessura entre as placas: 4 cm a 8
cm

►Altura do decantador: 4,0 metros a
6,0 metros.
►Relação Comprimento/Largura  2
►Taxa de escoamento linear (vertedor)
 1,8 l/m/s

DIMENSIONAMENTO DE
UNIDADES DE SEDIMENTAÇÃO
►Vazão: 1,0 m3/s
►Velocidade de sedimentação dos
flocos: 40 m/dia
►Número de unidades de sedimentação:
04
►Profundidade da lâmina líquida=4,5 m

DIMENSIONAMENTO DE

►Cálculo da área
DIMENSIONAMENTO DE
S
S
A
Q
qV 
2
23
3
540
//40
/600.21
m
diamm
diam
q
Q
AS 

►Verificação do tempo de
detenção hidráulico
DIMENSIONAMENTO DE
horas
horassm
mm
Q
Vdec
h 7,2
/600.3./25,0
5,4.540
3
3


►Definição da geometria do
decantador
Admitindo uma relação entre L/B igual a 4,
tem-se que:
DIMENSIONAMENTO DE
22
540.4. mBLBAS 
mB 6,11
mL
mB
0,47
0,12


2
5640,47.0,12. mmmLBAS 

►Verificação da taxa de
escoamento superficial
DIMENSIONAMENTO DE
diamm
m
diam
A
Q
q
S
//3,38
564
/600.21 23
2
3

►Cálculo da velocidade horizontal
scm
mm
sm
A
Q
V
h
h /463,0
0,12.5,4
/25,0 3


►Cálculo do Raio Hidráulico
DIMENSIONAMENTO DE
►Cálculo do Número de Reynolds
   
m
hB
hB
Rh 57,2
5,4.20,12
0,12.5,4
.2
.





905.11
.


hh
e
RV
R  OK000.20

►Dimensionamento das calhas de
coleta de água decantada
DIMENSIONAMENTO DE
qHql ..018,0
ql=vazão linear nas calhas de coleta de água
decantada (l/s/m)
H=altura útil do decantador (m)
q=taxa de escoamento superficial no
decantador (m3/m2/dia)

►Dimensionamento das calhas de
coleta de água decantada
DIMENSIONAMENTO DE
qHql ..018,0 3,38.5,4.018,0lq
mslql //10,3
Valor de projeto adotado: 2,5 l/s/m

►Cálculo do comprimento total de
vertedor
DIMENSIONAMENTO DE
Valor de projeto adotado: 2,5 l/s/m
v
l
L
Q
q  m
msl
sl
Lv 100
//5,2
/250


►Cálculo do comprimento total de
vertedor
DIMENSIONAMENTO DE
Admitindo que o comprimento da calha de
coleta de água de lavagem não exceda a 20%
do comprimento do decantador, tem-se que:
mmLcalha 4,92,0.0,47 

►Cálculo do número de calhas
DIMENSIONAMENTO DE
3,5
4,9.2
100
.2

m
m
L
L
N
calha
v
calhas
Portanto, vamos adotar um total de 06 calhas,
com 9,0 metros de comprimento
mmcalhasLv 1082.0,9.06 
msl
m
sl
L
Q
q
v
l //31,2
108
/250


►Cálculo do espaçamento entre as
calhas
DIMENSIONAMENTO DE
m
calhas
m
Esp 0,2
06
0,12


DIMENSIONAMENTO DE
12,0 m
47,0 m
2,0 m
1,0 m
9,0 m

Aula 4 sedimentacao

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (18)

Semelhante a Aula 4 sedimentacao

Semelhante a Aula 4 sedimentacao (20)

Aula 4 sedimentacao