UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA,

CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITÁRIA

TRATAMENTO DE ÁGUA E ABASTECIMENTO

PROJETO DE UNIDADES DE MISTURA RÁPIDA – CALHA PARSHALL E

FLOCULAÇÃO – FLOCULADOR HIDRÁULICO COM CHICANAS VERTICAIS PARA

ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA – ETA.

ALUNA: THAYSE CÔRREA

MATRÍCULA: 382857

1

Palhoça

2012

2

ÍNDICE

1 INTRODUÇÃO..................................................2

2 MEMORIAL DESCRITIVO.........................................3

3 MEMORIAL DE CÁLCULO.........................................6

4 MEMORIAL DE CALCULO DO MISTURADOR HIDRÁULICO CALHA PARSHALL. 7

5 MEMORIAL DE CÁLCULO PARA FLOCULADOR HIDRÁULICO..............12

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS........................................21

7 ANEXOS......................................................22

8 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................23

1

1 INTRODUÇÃO

A floculação tem grande importância no resultado final de

um tratamento de água, pois seu objetivo é promover o

crescimento de partículas em tamanhos e densidade para que

assim os flocos formados possam ser removidos em etapas

finais. Se a floculação não ocorre corretamente ela

comprometerá a qualidade final da água.

Dessa forma Objetivo deste trabalho é dimensionar um

Projeto de unidades de mistura rápida – Calha Parshall e

floculação e um Floculador Hidráulico com Chicanas Verticais

para estação de tratamento de água – ETA. Adotando-se uma

jornada de funcionamento de 24 horas e uma vazão média de 525

L/s.

2

2 MEMORIAL DESCRITIVO

A mistura rápida ou instantânea é o processo pelo qual um

coagulante é dispersado rápido e uniformemente na água. Este

processo ocorre habitualmente, numa pequena câmara localizada

imediatamente antes ou na extremidade superior do tanque de

coagulação.

A floculação é um processo físico onde a água recebe uma

substância química chamada de sulfato de alumínio. Este

produto faz com que as impurezas contidas na água se aglutinem

de maneira a constituir flocos, aumentando seu tamanho e

alterando a distribuição granulométrica para assim serem

facilmente removidos.

Há dois tipos de misturadores que desempenham esse papel

de coagular esse flocos, os hidráulicos e os mecanizados. Os

hidrálicos são: Calha Parshall, Ressalto Hidráulico ou

Vertedouro e Difusores ou Malhas difusoras. Os mecânicos são

Turbina e Hélices, e Rotores de bombas. Neste projeto

utilizaremos misturador hidráulico do tipo Calha Parshall.

3

A calha Parshall serve como medidor de vazão que nele

pode-se fazer mistura rápida pois ele possui uma garganta

fazendo com que a velocidade da água aumente, assim aumenta

também o fluxo de energia do fluido, sendo excelente para a

aplicação do coagulante. Após a aplicação do coagulante as

partículas sofrem desestabilização formando flocos.

Figura 1. Calha Parshall

Há dois tipos de floculadores os hidráulicos e os

mecânicos. Os hidráulicos possuem barreiras que aceleram o

processo de coagulação e podem ser do tipo chicanas

(horizontais e verticais), Alabamas e Bandeijas perfuradas. Já

os mecânicos proporcionam energia ao fluído através de

processos mecânicos, e pode ser: Paletas (Eixo vertical,

4

horizontal e única). Neste projeto iremos apresentar

Floculadores hidráulicos do tipo Chicanas verticais.

Nas chicanas verticais a água percorre o floculador em

movimentos sucessivamente ascendentese descendentes. Para

evitar que os flocos se depositem no interior das câmaras de

floculação à medida. que vão sendo formados, os floculadores

de chicanas verticais são projetados para que a velocidade

média da água nesses locais não seja inferior a 10 cm/s. Na

figura 2 é apresentada a vista em planta de um floculador

hidráulico de fluxo horizontal com chicanas, e na figura 3 uma

seção transversal do floculador é apresentada em perspectiva.

Figura 2. Esquema de floculador hidráulico de fluxo horizontal com chicanas

(em planta)

5

Figura 3. Floculador hidráulico de fluxo horizontal com chicanas (em

perspectiva)

3 MEMORIAL DE CÁLCULO

A vazão estabelecida para este projeto, partiu do seguinte

cálculo:

Qprojeto: 382-7+140= 515 L/s ou 0,515m³/s

A partir do valor da vazão obtivemos na seguinte tabela o

valor de 1 1/2' para o misturador hidráulico calha parshall.

6

Com o auxílio desta tabela podemos adotar como N e o K no

dimensionamento da altura do projeto e na velocidade da água

no ressalto. o D e o W para o cálculo da largura na seção. E o

C na velocidade da água na seção de saída do parshall.

Dimensões da tabela estão em centímetro.

Para realizar os cálculos também foi utilizado a tabela

seguinte:

7

4 MEMORIAL DE CALCULO DO MISTURADOR HIDRÁULICO CALHA PARSHALL

Para estes cálculos foi estipulado

A altura da água na seção de medição pode ser calculada pela

equação:

Ho=k.Qn

Ho=0,608x0,5150,639

Ho=0,3978m

A largura do Parshall na seção de medição

D'=23. (D−W )+W

8

D'=23. (1.572−0,915 )+0,915

D'=1,353m

velocidade na seção de medição:

V=Q

D'.Ho

V=0,515

1,353.0,3978

V=0,956ms

A vazão específica em um canal de seção de escoamento

retangular:

q=Qb

q=0,5150,915

q=0,56m3

s m

9

A energia hidráulica disponível é calculada na seção de

medição:

Eo= Vo22.g+Ho+N

Eo= 0,95622×9,81+0,3978+0,229

Eo=0,67m

Ângulo θ fictício:

cos∅=−g.q

(23.g.Eo)

1,5

cos∅= −9.81×0,56

(23×9,81×0,67)

1,5

cos∅=−0,597

∅=128°22'31''

Velocidade da água antes do ressalto:

V1=2cos (∅3

)×√2.g.Eo3

V1=2cos(128°22'31''

3 )×√2×9,81×0,673

10

V1=3,1ms

Altura da água antes do ressalto:

h1=qV1

h1=0,563,1

h1=0,18m

Número de Froude:

Fr1=V1

√g.h1

Fr1= 3,1√9,81×0,18

Fr1=2,33

Altura do ressalto:

h2=h12×√1+8׿¿

h2=0,182

×√1+8׿¿

h2=0,51m

11

Velocidade da água no ressalto:

V2= qh2

V2=0,560,51

V2=1,096ms

Altura da água na seção de saída:

h3=h2−(N−K )

h3=0,51−(0,229−0,608 )

h3=0,36m

Velocidade da água na seção de saída do Parshall:

V3=Q

C×h3

V3= 0,5151,22×0,36

V3=1,17m

s

12

Perda de carga no ressalto:

hf=¿¿

hf=¿¿

hf=0,098m

Tempo de mistura:

T=G'

V2+V32

T= 0,9151,096+1,17

2

T=0,8s

Gradiente de Velocidade:

G=√y×hfNT

G=√995,67×0,0980,000815×0,8

G=1089,533

13

5 MEMORIAL DE CÁLCULO PARA FLOCULADOR HIDRÁULICO

Cálculo do volume:

Q=Vt

V=Q×t

V=0,515×(24x60)

V=741,6m3

Cálculo da área:

A=B×L

V=A×H

A=VH

A=741,65

A=148,32m2

14

A=L×B

B=AL

B=148,3215

B=9,888m

Cálculo das câmaras:

a=BNc

a=9,8883

a=3,296m

Nº de chicanas:

N1=0,045√(a.l.gQ )2

×t

N1=0,045×√(3,296×15×580,515 )2

×8

N1=28,27≅29

15

N2=0,045√(a.l.gQ )2

×t

N2=0,045×√(3,296×15×330,515 )2

×8

N2=19,41≅20

N3=0,045√(a.l.gQ )2

×t

N3=0,045×√(3,296×15×220,515 )2

×8

N3=14,81≅15

Espaçamento entre chicanas:

e1=L

Nºcanais

e= 1529,00

e=0,517m

e2=L

Nºcanais

e2= 1520,00

e2=0,75m

16

e3=L

Nºcanais

e3=1515

e3=1,0m

Cálculo de velocidade nos canais:

V1=QA1

V1=Q

e.a

V1=0,515

0,53×3,296

V1=0,29m

s

V2=QA2

V2=Q

e.a

V2=0,515

0,77×3,296

V2=0,20ms

V3=QA3

17

V3=Q

e.a

V3=0,515

1,0×3,296

V3=0,16m

s

Cálculo da velocidade 2:

V2−1=23×V1

V2−1=23×0,29

V2−1=0,193m

s

V2−2=23×V2

V2−2=23×0,20

V2−2=0,13m

s

V2−3=23×V3

V2−3=23×0,16

18

V2−3=0,10m

s

Comprimento de percurso entre chicanas:

V1=L1T1

L1=V1×t1

L1=0,29×8×60

L1=139,2m

V2=L2T2

L2=V2×t2

L2=0,20×8×60

L2=96m

V3=L3T3

L3=V3×t3

L3=0,16×8×60

L3=76,8m

Dimensões das passagens:

Q=V2.A19

A=QV2

A2−1=0,5150,193

A2−1=2,67m2

A= QV2

A2−2=0,5150,13

A2−2=3,96m²

A= QV2

A2−3=0,5150,10

A2−3=5,15m2

A2−1=B×a

B=Aa

B1= 2,673,296

B1=0,81m

B=Aa

20

B2=3,963,296

B2=1,20m

B=Aa

B3=5,153,296

B3=1,56m

Perda carga devido ao atrito:

Rh1= a×e12× (a+e1)

Rh1=3,296×0,53

2×(3,296+0,53)

Rh1=0,228m

ha1=¿¿

ha1=¿¿

ha1=0,01m

Rh2=a×e1

2× (a+e1)

Rh2=3,296×0,77

2×(3,296+0,77)

Rh2=0,312m

21

ha2=¿¿

ha2=¿¿

ha2=0,003m

Rh3= a×e12× (a+e1)

Rh3=3,296×1,0

2×(3,296+1,0)

Rh3=0,384m

ha3=¿¿

ha3=¿¿

ha3=0,001m

Perda de Carga devido a mudança de direção:

h=(n+1 )×V2+n× (0,19)2

2×g

h1=(28,27+1)× (0,29)2+28,27× (0,193 )2

2×9,81

h1=0,179m

h2=(19,41+1)× (0,20)2+19,41× (0,13)2

2×9,81

h2=0,058m

22

h3=(14,81+1)× (0,16)2+14,81× (0,10)2

2×9,81

h3=0,028m

Perda de Carga Total:

ht=ha+h

ht1=0,01+0,179

ht1=0,189m

ht2=0,003+0,058

ht2=0,88m

ht3=0,001+0,028

ht3=0,029m

Verificação do Gradiente de Velocidade:

G=√g×hv×t

G1=√ 9,81×0,1791,007×10−6×8×60

G1=60,27s−1

G2=√ 9,81×0,0581,007×10−6×8×60

23

G2=34,31s−1

G3=√ 9,81×0,0281,007×10−6×8×60

G3=23,84s−1

6 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Como visto nos cálculos os resultados dos parâmetros

necessários para a eficiência do funcionamento regular das unidades

24

de tratamento (calha parshaal e floculador hidráulico) conferem ao

projeto as condições necessárias para serem implantados na prática

numa ETA – Estação de tratamento de Água segundo a norma da ABNT -

NBR-12.216/1992.

25

7 ANEXOS

26

8 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AZEVEDO NETO, J.M. E RICHTER, C. A. (1991): TRATAMENTO DE ÁGUA - TECNOLOGIA

ATUALIZADA, ED. EDGARD BLÜCHER LTDA., SÃO PAULO.

DI BERNARDO, L.; DI BERNARDO, A.; PÁDUA, V. L.. REDUÇÃO DO TEMPO DE

FLOCULAÇÃO EM FUNÇÃO DO ESCALONAMENTO DO GRADIENTE DE VELOCIDADE. IN: XXVII

CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, PORTO ALEGRE. ANAIS...

RIO DE JANEIRO: ABES,2000.

VIANNA, M.R., HIDRÁULICA APLICADA ÀS ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA, 3ª.

ED., BELO HORIZONTE: IMPRIMATUR, 1997.

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