Sedimentação

Sedimentação

É um fenômeno físico no qual em decorrência da ação da gravidade, as partículas suspensas apresentam movimento descendente em meio líquido de menor massa específica. (Di Bernardo e Dantas, 2005)

Sedimentação

Classificação dos Processos de Sedimentação:

► Sedimentação discreta (Tipo 1)Sedimentação discreta (Tipo 1)As partículas permanecem com dimensão e velocidades constantes ao longo do processo de sedimentação.► Ex: Desarenadores

► Sedimentação floculenta (Tipo 2)Sedimentação floculenta (Tipo 2)As partículas se aglomeram e aumenta sua dimensão e velocidade ao longo do processo de sedimentação.► Ex: Decantadores

Sedimentação

Classificação dos Processos de Sedimentação:

► Sedimentação em zona (Tipo 3)Sedimentação em zona (Tipo 3)As partículas sedimentam em massa

(i.e., adição de cal). As partículas ficam próximas e interagem (forças interparticulares)

► Ex: decantadores secundários de lodos ativados

► Sedimentação por compressão (Tipo Sedimentação por compressão (Tipo 4)4)As partículas se compactam como lodo.► Ex; espessamento lodos.

Sedimentação

Velocidade de Sedimentação

Arraste Empuxo

Peso

d

pp

Cdg

V..3

.)..(4

.18)..( 2

pp dgV

Lei de Newton Lei de Stokes

Dp > 1 mm

Sedimentação

Velocidade de Sedimentação:

A sedimentação acontece quando a força de gravidade excede as forças de inércia de viscosidade. A velocidade final de sedimentação de uma partícula é definida pela relação:

V = velocidade final V = 4g(s-e)D g = aceleração de

gravidade 3 Cd s = peso específico da

partícula e = peso específico da

água D = diâmetro da partícula Cd = coeficiente de arraste

Sedimentação

Decantador ideal – remoção de partículas discretas (Hazen, 1904).

► Sedimentação discretaSedimentação discreta: :

As partículas permanecem com As partículas permanecem com dimensões e velocidades constantes dimensões e velocidades constantes ao longo do processo de ao longo do processo de sedimentação, não ocorrendo interação sedimentação, não ocorrendo interação entre as mesmas.entre as mesmas.

Sedimentação

Decantador ideal – remoção de partículas discretas

A água escoa com velocidade horizontal constante em qualquer profundidade;

As partículas são consideradas discretas e estão sedimentando com a sua velocidade de sedimentação terminal independente da profundidade em que se encontram;

Sedimentação


O escoamento é contínuo e não turbulento;

Não há ressuspensão das partículas depositadas no fundo;

O decantador é um tanque ideal, isto é, a sedimentação ocorre sem quaisquer interferências externas ao fenômeno.

Sedimentação


BH

L

1

2

tVL h .

tVH S . LHVV h

S.

HBQVh .

sS A

QLBQV .

Vs = Taxa de aplicação superficial

Vh

Vs

Sedimentação


Segundo Hazen (1904) o decantador ideal pode ser dividido em quatro zonas distintas

sS A

QLBQV .

Taxa de aplicação superficial

Entrada Saída

Zona de decantação

Zona de decantação

Zona de saída

Zona de lodos

Planta

Seção

Zona de entrada

Sedimentação

Decantador Clássico (Convencional)

Fonte: Vianna, 2005

Sedimentação

Decantador não ideal (Camp, 1946)

Fonte: Vianna, 2005

Sedimentação

Decantador não ideal (Camp, 1946)

No decantador real a eficiência é reduzida por correntes que se formam em seu interior entre as quais citam-se:

(a) As correntes turbulentas, criadas pela inércia do líquido afluente;

(b) As correntes superficiais produzidas pelo vento;

Sedimentação

Decantador não ideal (Camp, 1946)(continuação)

No decantador real a eficiência é reduzida por correntes que se formam em seu interior entre as quais citam-se:

( c) As correntes verticais de convecção de origem térmica;

(d) As correntes devidas à densidade, que fazem com que a água fria (mais densa) escoe pelo fundo do decantador, e que a água quente (menos densa) escoe através da superfície. As correntes desse tipo produzem curto-circuitos no fluxo;

(e) Não ocorre ressuspensão do lodo.

Sedimentação

Decantador ConvencionalParâmetros de Projeto (NBR12216/92) (continuação)

Velocidade longitudinal máxima (vo)

a) Vo = (Re/8)1/2 vs para fluxo laminar com Re<2000;

a) Vo = 18 vs para fluxo turbulento, Re > 15000.

Re: número de ReynoldsVs: velocidade de sedimentação determinada

em ensaios de laboratório.

Sedimentação

Decantador ConvencionalParâmetros de Projeto (NBR12216/92) (continuação)

Segundo a NBR 12216/92, não sendo possível determinar a velocidade de sedimentação através de ensaios de laboratório, a velocidade longitudinal máxima não deve ser superior ao valor resultante das expressões:

a) em estações com capacidade até 10000

m3/dia: 0,50 cm/s;

b) estações com capacidade superior a

10000 m3/dia, 0,75 cm/s e havendo

remoção contínua do lodo por sistemas

mecânicos ou hidráulicos: 1,00 cm/s.;

Sedimentação

Decantador ConvencionalParâmetros de Projeto (valores adotados)

Período de detenção e taxa de escoamento superficial

Taxa de escoamento superficial (m3/m2dia)

Período de detenção(h)

15 a 20 3,5 a 4,5

20 a 30 3,0 a 4,0

30 a 40 2,5 a 3,5

Comprimento /largura: 2 < L/B < 5;Comprimento /altura: 2 < L/H < 25.

Altura do decantador: 3 a 5 metros.

Sedimentação

Decantador Convencional (continuação)

Os decantadores podem ser classificados em:

• Retangulares;• Circulares com fluxo radial ou ascendente Independentemente do tipo de fluxo,

Os decantadores podem ser identificados pela presença de quatro zonas:

• Entrada;• Sedimentação;• Saída;• Armazenamento de lodo.

Sedimentação

Decantador Clássico (Convencional)

Fonte: Vianna, 2005

Sedimentação


Sedimentação


Zona de Entrada

A zona de entrada tem o objetivo de distribuir o fluxo através da seção de entrada do decantador.

Os dispositivos de entrada devem ser bem projetados pois, quando a velocidade não é bem distribuída, ocorrem regiões distintas de velocidade, permitindo o arraste das partículas ou flocos.

A distribuição é normalmente realizada por:

Canal de acesso;

Cortina distribuidora.

Sedimentação

Canal de acesso aos decantadores

A água floculada deve ser distribuída nos decantadores de forma eqüitativa através das comportas.

Nos decantadores clássicos a velocidade ao longo do canal deve manter-se constante, superior a 0,15 m/s e sempre inferior a 0,45 m/s.

5.2 Zona de Entrada (continuação)

Sedimentação

Acesso aos decantadores

A NBR 12216/96 estabelece que:

A distribuição de água para um conjunto de decantadores deve ser feita de modo que dela resultem vazões aproximadamente iguais e o desvio máximo da vazão não deve ultrapassar a 20 %;

A entrada dever ser afogada através de abertura com dimensões tais que o gradiente de velocidade resultante seja inferior a 20 s-1;

A velocidade da água no canal deve ser no máximo igual à metade da velocidade nas aberturas de entrada nos decantadores;

Zona de Entrada (continuação)

Sedimentação

Acesso aos decantadores

A NBR 12216/96 estabelece que: (continuação)

Nos casos em que, para satisfazer as duas condições anteriores a velocidade no canal seja inferior a 0,15 m/s, devem ser previstas facilidades para limpeza do canal, tais como declividade, registros de descarga ou outros.

Zona de Entrada

Modelo matemático devido a Hudson e

colaboradores.

Sedimentação

Cortina de distribuição:

Zona de Entrada

Sedimentação

Cortina de distribuição:

A cortina distribuidora tem por objetivo uniformizar o fluxo de água no decantador na entrada da zona de sedimentação. Constitui-se de uma placa de alvenaria ou madeira de lei com orifícios para distribuição do fluxo.

Zona de Entrada (continuação)

Sedimentação

Cortina de distribuição: (continuação)

A NBR 12216/99 estabelece:

Que a entrada de água nos decantadores pode ser feito por uma cortina perfurada (cortinas distribuidoras) que atenda as seguintes condições:

A distância entre os orifícios deve ser inferior a 0,50 m;

Ter o maior número de orifícios uniformemente espaçados segundo a altura e largura útil do decantador;

Gradiente de velocidade nos orifícios: < 20 s-1;

Quando a parede de cortina tem espessura inferior a dimensão que caracteriza as aberturas de passagem da água, estas devem receber bocais de comprimento pelo menos igual a referida dimensão;

Zona de Entrada

Sedimentação


Deve estar situada a uma distância d da entrada calculada por:

D = 1,5 a H A

a: área total dos orifícios, m2;A: área da seção transversal do decantador, m2;H: altura útil do decantador, m.

Relação a/A igual ou inferior a 0,5.

Zona de Entrada

Sedimentação


.

Zona de Entrada

DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO TIÊTE (SABESP)

Sedimentação

Coleta de Água Decantada

Sedimentação

Coleta de Água Decantada (continuação)

A zona de saída é projetada para a remoção de água decantada, sem a presença de flocos. Basicamente o que define o carreamento de flocos é velocidade de escoamento no decantador; Na zona de decantação a velocidade é bem distribuída através da seção transversal, o que garante um velocidade bastante reduzida; Para a remoção de água do decantador é desejável direcioná-la diretamente para tubulações ou canais, cuja seção de entrada de água é bastante reduzida, provocando um incremento acentuado da velocidade, e deformações no perfil de velocidade, que podem promover o arraste de flocos.

Sedimentação


A coleta de água decantada deve ser feita por um sistema de tubos perfurados submersos ou de vertedores não-afogados organizados de modo a garantir a vazão uniforme ao longo deles.

A NBR 12216/00 estabelece que:

O nível máximo de água no interior da canaleta deve situar-se à distância mínima de 10 cm abaixo da borda vertente;

Não sendo possível proceder a ensaios de laboratório a vazão nos vertedores ou nos tubos perfurados de coleta deve ser igual ou inferior a 1,8 L/sm;

Sedimentação


Segundo Camp (1946), a vazão (m3/s) escoada por uma calha com seção retangular e fundo horizontal e descarga livre é dada por:

b: largura da calha, m;H altura da água na saída da calha, m.

Q = 1,38 b h1,5

Sedimentação


Sedimentação

Remoção de Lodo

Sedimentação

Remoção de Lodo (continuação)

A configuração e profundidade da zona de armazenamento de lodo dependem:

do método de remoção; da freqüência; da estimativa da quantidade de lodo gerada.

Para a remoção dos flocos formados nos sistemas de tratamento de água, Hudson recomenda profundidades de armazenamento de 0,30 m nas proximidades da saída do decantador e de 2,00 m ou mais nas regiões próximas á entrada.

Sedimentação


O fundo dos decantadores retangulares deve apresentar necessariamente um declive em direção à tubulação de drenagem.

Sugere-se uma inclinação longitudinal de 5% e lateral, em direção ao dreno longitudinal, uma inclinação de 10%.

A remoção do lodo pode ser feita:

manualmente; ou mecanicamente.

Quando a remoção é manual é necessários a paralisação e o esgotamento do decantador.

Sedimentação


Segundo a NBR 12216/92, decantador com remoção manual de lodo deve apresentar as seguintes características:

Ser provido de descarga de fundo, dimensionada para esvaziamento no tempo máximo de 6h;

A descarga do decantador deve situar-se preferencialmente na zona de maior acumulação de lodo;

O fundo deve ter declividade mínima de 5% no sentido do ponto de descarga;

Pode ser acumulado o lodo de 60 dias de funcionamento.

Sedimentação


Segundo a NBR 12216/92, decantador com remoção manual de lodo deve apresentar as seguintes características:

A carga hidráulica de descarga deve ser igual ou superior a 1,50 m acrescida da soma das perdas de carga;

A canalização para descarga do lodo com até 10 m de comprimento deve ter diâmetro mínimo de 150 mm e para comprimento maior o diâmetro mínimo deve ser de 200 mm;

A remoção hidráulica do lodo exige ângulo de inclinação superior a 50o.

Sedimentação


ETA GUARAÚ - SABESP

Sedimentação


DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO TIÊTE (SABESP)

Sedimentação

Decantadores Laminares (ou tubulares)

Fonte: Vianna, 2002

Sedimentação


Os decantadores laminares ou tubulares foram concebidos considerando que a ação de um decantador depende de sua área superficial e não de sua profundidade.

Assim uma subdivisão horizontal produziria uma superfície dupla para receber os sólidos sedimentáveis, duplicando a capacidade de trabalho.

Nesse raciocínio uma série de bandejas horizontais em um grande número de células de pouca profundidade o incremento da eficiência deveria ser muito grande. Contudo essa forma simplista de raciocínio esbarra nas dificuldades de limpeza dos tanques, além das dificuldades de distribuição de fluxo.

Sedimentação


Fonte: Vianna, 2002

Sedimentação

Somente na década de 1960 a aplicação prática do conceito dos sedimentadores rasos foi retomada por Culp and Hansen;

As pesquisas desenvolvidas resultaram no sedimentadores lamelares ou tubulares;

Nestes dispositivos são instaladas placas ou tubos paralelos uniformemente espaçados e com inclinação variando de 5° a 60°.


Sedimentação


vs.cos

d

L

(5 a 60o)

v0

vs

vs.sen

Modelo simplificado da sedimentação laminar ou tubularModelo matemático desenvolvido por YAO (1970)

Sedimentação


Parâmetros de Projeto:

As: área superficialSc: fator de formaL: l/d

senLsenASQV

s

cs

cos....

•Sc=1 (Placas planas paralelas, retangulares)•Sc=4/3 (Tubos circulares)•Sc=11/8 (Tubos quadrados)

Sedimentação

Decantadores Laminares (ou tubulares)(continuação)

ETA RIO GRANDE - SABESP

Sedimentação

Decantadores Laminares (ou tubulares)(continuação)

ETA CAPIVARI - SANASA

ETA RIO GRANDE - SABESP

Sedimentação

Decantadores Laminares (ou tubulares) (continuação)

ETA CAPIVARI - SANASA

Sedimentação

Decantadores Laminares (ou tubulares) (continuação)

ETA da CORSAN, Esteio, RS(http://tconline.feevale.br/tc/files/4202_12.pdf)

Sedimentação

Estudar:

Livro: Hidráulica aplicada as Estações de Tratamento de Água.

Capítulo 9 (9.1; 9.2; 9.3; 9.5.2; 9.5.4.1; 9 9.5.4.3; 9.5.4.4; 9.5.5.1; 9.5.5.2)Exercício resolvido – 9.5.4.5

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