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
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.
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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
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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
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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