Slide sobre Sedimentação Gravitacional.ppt

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

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

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

TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS
TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUAS
DE ABASTECIMENTO
DE ABASTECIMENTO
Manancial Coagulação Floculação Sedimentação
Filtração
Desinfecção
Fluoretação
Correção de pH
Água Final
Agen
te
oxida
nte
CAP
Coagu
lante
Alcali
nizan
te
Agen
te
oxid
ante
Polím
ero
Polímero Agente oxidante
Agen
te
oxid
ante
Flúor
Alcalinizante

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

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

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

Peso
Empuxo
Força de arraste
E
F
P a 

 0
y
F
g
V
g
m
P ol
p
p .
.
. 


g
V
E ol .
.


2
.
.
. 2
V
A
C
F p
d
a


Velocidade de Sedimentação

Peso
Empuxo
E
F
P a 

ol
p
ol
p
d
V
g
V
g
V
A
C
.
.
.
.
2
.
.
. 2





ol
ol
p
p
d
V
g
V
g
V
A
C
.
.
.
.
2
.
.
. 2





Força de arraste

Peso
Empuxo
Força de arraste
ol
ol
p
p
d
V
g
V
g
V
A
C
.
.
.
.
2
.
.
. 2





6
. 3
p
ol
d
V


d
p
p
C
d
g
V
.
.
3
.
).
.(
4


 


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

d
p
p
C
d
g
V
.
.
3
.
).
.(
4


 



.
.
.
24
24
p
e
d
d
V
R
C 




.
18
).
.( 2
p
p d
g
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
Sedimentação discreta: As partículas
permanecem com dimensões e
permanecem com dimensões e
velocidades constantes ao longo do
velocidades constantes ao longo do
processo de sedimentação, não
processo de sedimentação, não
ocorrendo interação entre as mesmas
ocorrendo interação entre as mesmas

B
H
L
1
2
Vh
Vs
t
V
L h .

t
V
H S .
 L
H
V
V h
S
.

H
B
Q
Vh
.


B
H
L
1
2
Vh
Vs
L
H
V
V h
S
.

H
B
Q
Vh
.

L
H
B
H
Q
VS
.
.
.

s
S
A
Q
L
B
Q
V 

.

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

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

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

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

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

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

Sedimentação Floculenta (Tipo
Sedimentação Floculenta (Tipo
II)
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
EM ETA’S E ETE’S

ETA ALTO DA BOA VISTA
ETA ALTO DA BOA VISTA

ETA GUARAÚ (SABESP)
ETA GUARAÚ (SABESP)

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

DECANTADORES
DECANTADORES
CONVENCIONAIS
CONVENCIONAIS
PARÂMETROS DE PROJETO
►Taxa de escoamento superficial: 20
Taxa de escoamento superficial: 20
m
m3
3
/m
/m2
2
/dia a 60 m
/dia a 60 m3
3
/m
/m2
2
/dia.
/dia.
►(Função das características de
(Função das características de
sedimentabilidade do floco, definidas
sedimentabilidade do floco, definidas
pelas etapas de coagulação-floculação)
pelas etapas de coagulação-floculação)
►Altura do decantador: 3,0 metros a 5,0
Altura do decantador: 3,0 metros a 5,0
metros.
metros.

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

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

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

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

DECANTADORES DE FLUXO
LAMINAR
LAMINAR
t
V
L h
.

t
V
H S
.

L
H
V
V h
S
.

2
' L
L 
02 canais
B
H
L
1
2
Vh
Vs
H/2
L’

LAMINAR
LAMINAR
t
V
L h
.

t
V
H S
.

L
H
V
V h
S
.

4
' L
L 
02 canais
B
H
L
1
2
Vh
Vs
H/4
L’
n canais
n
L
L 
'

LAMINAR
LAMINAR
Vs
V0
w

l
Trajetória crítica
h
l
h
sen 
 s
sv
V
V
sen 

s
sh
V
V


cos
Vsh
Vsv


sen
V
V s
sv
.


cos
.
s
sh
V
V 

LAMINAR
LAMINAR
Vs
V0
w

l
h
Vsh
Vsv


sen
V
V s
sv
.


cos
.
s
sh
V
V 
 t
V
V
l sv
.
0


t
V
w sh
.

  sh
sv
V
w
V
V
l


0

LAMINAR
LAMINAR
Vs
V0
w

l
h
Vsh
Vsv

  
 cos
.
.
0 s
s
V
w
sen
V
V
l


 

 sen
w
l
V
w
Vs
.
cos
.
. 0


w
l
L 
 

 sen
L
V
Vs


cos
.
0

LAMINAR
LAMINAR
Vs
V0
w

l
h
Vsh
Vsv

 

 sen
L
V
Vs


cos
.
0

sen
A
Q
A
Q
V
p
.
0
0


Ap
 


 sen
L
sen
A
S
Q
V
p
c
s


cos
.
.
.
.
Equação de dimensionamento

LAMINAR
LAMINAR

CONVENCIONAL X LAMINAR
 


 sen
L
sen
A
S
Q
V
p
c
s


cos
.
.
.
.
A
Q
V
q s

 Decantador convencional
Decantador laminar
 


 sen
L
sen
S
q
q c
L
c


cos
.
.
.
 
c
c
L
S
sen
L
sen
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
ÂNGULO DAS PLACAS
 
c
c
L
S
sen
L
sen
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)
GRANDEZA L (l/w)
 
c
c
L
S
sen
L
sen
q
q 

 

cos
.
.

DECANTADORES LAMINARES
ETA RIO GRANDE (SABESP)
ETA RIO GRANDE (SABESP)

ETA CAPIVARI (SANASA)
ETA CAPIVARI (SANASA)

►Velocidade de sedimentação: 20
Velocidade de sedimentação: 20
m
m3
3
/m
/m2
2
/dia a 60 m
/dia a 60 m3
3
/m
/m2
2
/dia.
/dia.
►(Função das características do floco,
(Função das características do floco,
definidas pelas etapas de coagulação
definidas pelas etapas de coagulação
e floculação)
e floculação)
►Ângulo das placas com a horizontal:
Ângulo das placas com a horizontal:
60
60o
o

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

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

DIMENSIONAMENTO DE
DIMENSIONAMENTO DE
UNIDADES DE
UNIDADES DE
SEDIMENTAÇÃO
SEDIMENTAÇÃO
►Vazão: 1,0 m
Vazão: 1,0 m3
3
/s
/s
►Velocidade de sedimentação dos
Velocidade de sedimentação dos
flocos: 40 m/dia
flocos: 40 m/dia
►Número de unidades de sedimentação:
Número de unidades de sedimentação:
04
04
►Profundidade da lâmina líquida=4,5 m
Profundidade da lâmina líquida=4,5 m

DIMENSIONAMENTO DE
DIMENSIONAMENTO DE

►Cálculo da área
Cálculo da área
DIMENSIONAMENTO DE
DIMENSIONAMENTO DE
S
S
A
Q
q
V 

2
2
3
3
540
/
/
40
/
600
.
21
m
dia
m
m
dia
m
q
Q
AS 



►Verificação do tempo de detenção hidráulico
Verificação do tempo de detenção hidráulico
DIMENSIONAMENTO DE
DIMENSIONAMENTO DE
horas
hora
s
s
m
m
m
Q
Vdec
h 7
,
2
/
600
.
3
.
/
25
,
0
5
,
4
.
540
3
3





►Definição da geometria do decantador
Definição da geometria do decantador
Admitindo uma relação entre L/B igual a 4, tem-se que:
Admitindo uma relação entre L/B igual a 4, tem-se que:
DIMENSIONAMENTO DE
DIMENSIONAMENTO DE
2
2
540
.
4
. m
B
L
B
AS 


m
B 6
,
11

m
L
m
B
0
,
47
0
,
12


2
564
0
,
47
.
0
,
12
. m
m
m
L
B
AS 



►Verificação da taxa de escoamento
Verificação da taxa de escoamento
superficial
superficial
DIMENSIONAMENTO DE
DIMENSIONAMENTO DE
dia
m
m
m
dia
m
A
Q
q
S
/
/
3
,
38
564
/
600
.
21 2
3
2
3



►Cálculo da velocidade horizontal
Cálculo da velocidade horizontal
s
cm
m
m
s
m
A
Q
V
h
h /
463
,
0
0
,
12
.
5
,
4
/
25
,
0 3




►Cálculo do Raio Hidráulico
Cálculo do Raio Hidráulico
DIMENSIONAMENTO DE
DIMENSIONAMENTO DE
►Cálculo do Número de Reynolds
Cálculo do Número de Reynolds
   
m
h
B
h
B
Rh 57
,
2
5
,
4
.
2
0
,
12
0
,
12
.
5
,
4
.
2
.





905
.
11
.



h
h
e
R
V
R  
OK
000
.
20


►Dimensionamento das calhas de coleta de água decantada
Dimensionamento das calhas de coleta de água decantada
DIMENSIONAMENTO DE
DIMENSIONAMENTO DE
q
H
ql .
.
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 das calhas de coleta de água decantada
DIMENSIONAMENTO DE
DIMENSIONAMENTO DE
q
H
ql .
.
018
,
0
 3
,
38
.
5
,
4
.
018
,
0

l
q
m
s
l
ql /
/
10
,
3

Valor de projeto adotado: 2,5 l/s/m

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

►Cálculo do comprimento total de vertedor
Cálculo do comprimento total de vertedor
DIMENSIONAMENTO DE
DIMENSIONAMENTO DE
Admitindo que o comprimento da calha de
Admitindo que o comprimento da calha de
coleta de água de lavagem não exceda a 20% do
coleta de água de lavagem não exceda a 20% do
comprimento do decantador, tem-se que
comprimento do decantador, tem-se que:
m
m
Lcalha 4
,
9
2
,
0
.
0
,
47 


►Cálculo do número de calhas
Cálculo do número de calhas
DIMENSIONAMENTO DE
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,
Portanto, vamos adotar um total de 06 calhas,
com 9,0 metros de comprimento
com 9,0 metros de comprimento
m
m
calhas
Lv 108
2
.
0
,
9
.
06 

m
s
l
m
s
l
L
Q
q
v
l /
/
31
,
2
108
/
250




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

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

Muito
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Obrigado !!!
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