5 Floculação
TRATAMENTO DE ÁGUA
Após a coagulação, segue-se o processo de
floculação que consiste na aglomeração das
partículas já desestabilizadas, pelas
condições induzidas por seu movimento
relativo.
5 Floculação
É um processo físico no qual as
partículas coloidais são colocadas
em contato umas com as outras, de
modo a permitir o aumento do seu
tamanho físico.
5 Floculação
Floculação e um processo dinâmico que depende:
Das taxas de agregação e desagregação das
partículas, variável no tempo.
As colisões entre as partículas, provocando floculação, são resultado:
do movimento Browniano; das tensões de cisalhamento da corrente; e da sedimentação diferencial das partículas.
5 Floculação
Floculação Ortocinética
(Gradientes de Velocidade)
As partículas são colocadas em contato umas com as outras através do movimento do fluído, pela hidrodinamica do escoamento, ou seja, devido a ação de tensões de cisalhamento no seio da massa fluida (Presença de gradientes de velocidade).
5 Floculação
É necessária a agitação relativamente lenta, com o objetivo de
proporcionar encontros entre as partículas menores para formar
agregados maiores ou flocos.
Com o aumento do tamanho dos flocos, as forças de cisalhamento
podem causar sua ruptura.
A agregação e a ruptura ocorrem simultaneamente, conduzindo a
uma única condição de tamanho dos flocos.
5 Floculação
A eficiência da unidade de floculação depende:
Desempenho da unidade de mistura rápida;
Unidade de floculação;
Tipo e geometria do equipamento de floculação;
Tipo e geometria da unidade hidráulica de floculação;
Qualidade da água bruta.
5 Floculação
Gradiente de Velocidade
Camp e Stein, citados freqüentemente nas conceituações
sobre dissipação de energia e gradiente de velocidade, definem um
gradiente de velocidade médio, para um fluido newtoniano, como:
em que:
G: gradiente de velocidade (s-1);P: potência dissipada (N.m/s);: viscosidade absoluta da água (N.s/m2); V: volume (m3)
GP
V
5 FloculaçãoPARÂMETROS BÁSICOS DE DIMENSIONAMENTO
No dimensionamento da operações unitárias de mistura rápida e floculação são utilizados praticamente os mesmos parâmetros.
o Q: vazão de instalação (m3/s);o V: volume da câmara (m3);o T: tempo de detenção teórico (min, s);o G: gradiente de velocidade (s-1);o µ: viscosidade absoluta da água (kgfs/m2);o P: potência aplicada á água (kgfm/s).
Esses parâmetros relacionam-se através das seguintes expressões:
T = V/Q
G = ( P/ µV )1/2
5 Floculação
Tipos de Unidades FloculaçãoA floculação pode ser executada através de:
►Floculadores hidráulicos:
Floculadores hidráulicos de fluxo horizontalFloculadores hidráulicos de fluxo horizontalFloculadores hidráulicos de fluxo verticalFloculadores hidráulicos de fluxo verticalFloculador AlabamaFloculador AlabamaFloculadores em meio porosoFloculadores em meio poroso
►Floculadores mecânicos:
Agitadores de fluxo radialAgitadores de fluxo radialAgitadores de fluxo axialAgitadores de fluxo axialAgitadores de fluxo radial e axialAgitadores de fluxo radial e axial
5 Floculação
Floculadores Mecânicos
Os floculadores mecânicos mais empregados são os de movimento giratório com paletas paralelas ou perpendiculares ao eixo.
O eixo pode ser vertical ou horizontal, sendo mais comum o primeiro, por facilitar o acoplamento do conjunto motor-redutor.
Tipos de Unidades Floculação
5 Floculação
Floculadores Mecânicos
Tipos de Unidades Floculação
Floculador mecânico de eixo vertical tipo com paletas.
5 Floculação
Floculadores Mecânicos
Tipos de Unidades Floculação
Floculador mecânico de eixo vertical tipo com paletas(fonte:L\MANUAIS ATUAIS\MANUAL – MT-32/OPERAÇÃO DE ESTAÇÃO DE TRAT. DE ÁGUA)
5 FloculaçãoFloculadores Mecânicos
Floculador mecânico de eixo horizontal tipo com paletas
(fonte:L\MANUAIS ATUAIS\MANUAL – MT-32/OPERAÇÃO DE ESTAÇÃO DE TRAT. DE ÁGUA)
5 Floculação
Floculadores Mecânicos
Tipos de Unidades Floculação
Floculador mecânico de eixo vertical tipo com paletas.
5 Floculação
Floculadores Mecânicos
Tipos de Unidades Floculação
5 Floculação
Sanasa
Floculadores Mecânicos
Tipos de Unidades Floculação
5 Floculação
Floculadores Mecânicos
Tipos de Unidades Floculação
5 FloculaçãoFloculadores Mecânicos
Passagem inferior do floculador – ETA – Vale Esperança (Vitória-ES)
5 Floculação
Floculadores Mecânicos
Tipos de Unidades Floculação
5 Floculação
Floculadores Mecânicos
Turbina Hélice
Tipos de Unidades Floculação
5 Floculação
Floculadores Mecânicos
Tipos de Unidades Floculação
ol
ot
VP
G.
53 ... DnKPTot
n=rotação (rps)
D=diâmetro do rotor (m)
P=Potência (W)
Ρ = massa específica da água 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 450 1,63
5 Floculação
Floculadores Mecânicos
Tipos de Unidades Floculação
Parâmetros Recomendações
Tempo de detenção 30 a 40 min.
Número de compartimentos em série
Igual ou superior a 3
Gradiente de velocidade 75 a 10 s-1 (comumente 65 a 25 s-1 do 1º ao último compartimento)
Área das paletas Menor que 20% da área do plano de rotação das paletas
Velocidade na extremidades das paletas
Menor que 1,20 m/s na 1ª câmara e menor que 0,60 m/s na última câmara
Recomendações práticas para o projeto de floculadores mecânicos.
5 FloculaçãoFloculadores Hidráulicos
Floculador hidráulico de fluxo horizontal(fonte:L\MANUAIS ATUAIS\MANUAL – MT-32/OPERAÇÃO DE ESTAÇÃO DE TRAT. DE ÁGUA)
5 Floculação
Floculadores Hidráulicos
Floculador hidráulico de fluxo vertical(fonte:L\MANUAIS ATUAIS\MANUAL – MT-32/OPERAÇÃO DE ESTAÇÃO DE TRAT. DE ÁGUA)
5 Floculação
Floculadores Hidráulicos
Floculador tipo alabama(fonte:L\MANUAIS ATUAIS\MANUAL – MT-32/OPERAÇÃO DE ESTAÇÃO DE TRAT. DE ÁGUA)
5 FloculaçãoTipos de Unidades Floculação
Floculadores Hidráulicos
5 FloculaçãoTipos de Unidades Floculação
Floculadores Hidráulicos
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Hidráulicos
: viscosidade cinemática, em m2/s;g: aceleração da gravidade, m/s2;h: soma da perda de carga na entrada e ao longo do compartimento, m;t: período de detenção no compartimento, s.G: gradiente de velocidade, s-1.
G = (gh/t)1/2
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
h
n v n v
g
1
212
22
em quen: número de canais formados pelas chicanas;v1: velocidade da água nesses canais;v2: velocidade da água nas passagens entre câmaras;
Perda de carga devido a mudança de direção
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Perda de carga por atrito, nos floculadores de chicanas, pode ser calculada pela fórmula de Manning:
h = (v1n)2. LRh4/3
n: coeficiente de Manning (0,013 para concreto e 0,011 para madeira);
Rh: raio hidráulico, m;L: percurso total percorrido pela água, m.
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Hidráulicos
Gradientes de velocidade situados entre 70 s-1 e 10 s-1;
Gradientes de velocidade escalonados e decrescentes de montante para jusante;
03 a 05 câmaras de floculação em série;
Nos floculadores de chicanas horizontais a altura raramente excede a 1,5 m;
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Hidráulicos
Nos projetos dos floculadores de chicanas são observadas as seguintes recomendações:
• A velocidade da água ao longo das chicanas deverá estar compreendida entre 0,10 e 0,30 m/s;
• O tempo de floculação deve estar compreendido entre 20 e 30 minutos para floculador hidráulico;
•O espaçamento mínimo entre chicanas fixas, deverá ser de 0,60m;
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Floculadores Hidráulicos
Nos projetos dos floculadores de chicanas são observadas as seguintes recomendações (continuação):
O espaçamento entre a extremidade da chicana e a parede
do canal deve ser igual a 1,5 vezes o espaçamento entre
chicanas. Equivale dizer que a velocidade na extremidade da
chicana é igual a 2/3 da velocidade entre chicanas.
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Normas da NBR 12216 para projetos de floculadores:
1- G e t a serem aplicados devem ser determinados por meio de ensaiosrealizados com a água a ser tratada;
2- Não sendo possível proceder aos ensaios destinados a determinar o período de detenção adequado, podem ser adotados valores entre 20 e 30 minutos para floculadores hidráulicos, e entre 30 e 40 minutos, para osmecanizados;
3- Não sendo realizados ensaios, deve ser previsto G máximo, no primeiro compartimento de 70 s-1 e mínimo, no último, de 10 s-1;
4- Deve ser previsto dispositivo que possa alterar o gradiente de velocidade aplicado, ajustando-o às características da água e permitindo variação de pelo menos 20 % a mais e amenos do fixado para o compartimento;
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação
Normas da NBR 12216 para projetos de floculadores (continuação)
5- Os tanques de floculação devem ser providos de descarga com diâmetromínimo de 150 mm e fundo com declividade mínima de 1%, na direçãodesta;
6- Os tanques de floculação devem apresentar a maior parte da suasuperfície livre exposta, de modo a facilitar o exame do processo;
7- O espaçamento mínimo entre chicanas deve ser de 0,60 m, podendo sermenor, desde que elas sejam dotadas de dispositivos para sua fácilremoção.
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação não convencionais
Floculador de bandejas(fonte:L\MANUAIS ATUAIS\MANUAL – MT-32/OPERAÇÃO DE ESTAÇÃO DE TRAT. DE ÁGUA)
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação não convencionais
Floculador de bandejas(fonte: Viana, 2007)
5 Floculação
Tipos de Unidades Floculação não convencionais
Floculador em meio granular(fonte: Viana, 2007)
5 Floculação
Floculadores Mecânicos
Vantagens
Formação de flocos mais densos quando se usa maior energia de agitação;
Possibilidade de mudança da velocidade de agitação de acordo com a necessidade de tratamento;
Agitação constante e homogênea.
Desvantagens
Custo elevado;
Operação e manutenção.
5 Floculação
Estudar:
Livro: Hidráulica aplicada as estações de tratamento de águaCapítulo 8 (8.1; 8.2; 8.3; 8.4; 8.5;8.6; 8.7 E 8.9)
Exercício
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