4.3.1 Vertedouro e Vazão
O vertedouro instalado é da largura do canal e tem 29,5 cm. Foi fixado num trecho reto com o comprimento muito maior que três vezes a largura antes da primeira singularidade, ou seja o registro de gaveta a montante, e numa extensão linear muito maior que uma largura após, ou seja a próxima singularidade é a curva do canal, como pode ser visto na Figura 4.3, e está a mais que 10 m a jusante. O vertedouro construído é de chapa de aço
inoxidável de espessura de 30 mm. O medidor é considerado um vertedouro sem contração, porque todo fluxo passa por cima da crista do mesmo.
Para se calibrar a vazão medida pelo dispositivo, foram feitas, durante cinco dias consecutivos, 10 medidas por dia para cada altura acima da crista, variando de 5 a 30 mm com o incremento de 5 mm. A altura da crista foi medida utilizando paquímetro, com a parte posterior do instrumento, usada para medir espessura.
A medida era executada da seguinte maneira: 1) regulava-se a abertura no registro de gaveta para proporcionar as seis alturas de líquido, acima da crista do vertedouro, utilizadas para calibrar - 5, 10, 15, 20, 25 e 30 mm; e 2) transcorria 2 horas com a vazão regulada, e na segunda hora efetuava-se a medida do tempo necessário para encher um recipiente de capacidade de 80 litros, através de corta fluxo. Os resultados médios por dia do tempo para preencher o tambor usado e a respectiva vazão média estão demonstradas na Tabela 4.2.
Os resultados estampados na coluna da Vazão medida (l/s) foram alimentados ao instrumento de medição de vazão instantâneo e acumulado, leitura efetuada através da medição da altura da lâmina d'água por meio de ultra-som, a sonda e o instrumento medidor é da marca M.S. Instrumentos Programmable - Level Controller.
Tabela 4.2 - Resultados da calibração do vertedouro sem contração utilizado no experimento na UPS
Altura no
vertedouro Tempo médio para volume medido de 80 litros (segundos) medida Vazão (mm) Dia 1 Dia 2 Dia 3 Dia 4 Dia 5 Média (l/s)
30 30.14 36.10 35.69 37.70 33.50 34.63 2.31 25 39.20 42.32 47.38 44.20 43.89 43.40 1.84 20 89.45 65.83 75.89 80.61 93.41 81.04 0.99 15 93.15 93.15 95.61 100.10 98.95 96.19 0.83 10 214.17 199.17 205.62 210.50 216.10 209.11 0.38 5 271.39 209.80 310.79 300.82 295.80 277.72 0.29
Com esses resultados foi também levantado a fórmula para esse vertedouro, por meio da expressão matemática proposta por Azevedo Netto et al. (1998), que propõe a equação 4.1 para dispositivos sem contração:
Q = a* L* Hb (Equação 4.1)
Onde Q representa a vazão em l/s, a uma constante de multiplicação adimensional, L é a largura do vertedouro em cm, H a altura em cm da lâmina acima da crista do vertedouro e
b um expoente adimensional. Por meio da ferramenta de análise de regressão não-linear do programa estatístico SPSS, foi possível determinar a expressão matemática para o vertedouro e é demonstrada pela Equação 4.2. O coeficiente de determinação calculado pelo programa para essa regressão foi de 0,9724.
Q = 0.01337 * L * H1.61002 (r2=0,9724, n=6) (Equação 4.2)
Após a definição do controle da vazão, a decisão quanto ao tempo de detenção hidráulico em dias (H) para o presente projeto foi avaliada para duas profundidades de 1,0 e
1,5 m, considerando-se sete critérios diferentes, de operação ou de projeto de sistemas, sendo que cinco deles com a característica fundamental de reúso aquícola, e somente um considerando os tanques com a função de melhorar a qualidade das águas residuárias. Esses princípios foram obtidos das referências bibliográficas citadas, e estão resumidos e demonstrados na Tabela 4.3.
Os resultados apresentados possuem pouca congruência, como já era esperado, pelo fato das diferentes inspirações por cada um dos critérios. O tempo de residência estimado mais extremo foi o calculado pelo critério de Mara (1993). Todos os tempos de retenções hidráulicos calculados, da Tabela 4.3, levaram, ainda, em adicional a perda por evaporação superficial do tanque, utilizando para isso o valor médio de Evaporação para o Distrito Federal de 7 mm/d (INMET, 1999).
Por conseguinte, esses valores nitidamente não orientam a decisão de qual é o melhor tempo de detenção hidráulico para os tanques desse projeto. Starling (1999) e Moscoso (1999) propuseram que o tempo de detenção hidráulico do tanque piscícola fosse o mesmo da Lagoa de Polimento Final, justificando que, com o experimento, avaliar-se-ia o sistema aquicultura como uma quarta lagoa de maturação, diferindo dessa última pelo fato de conter peixes. Portanto com esse intuito e por garantir a vazão regularizada contínua optou nesse experimento operar com vazão afluente para garantir um tempo de detenção hidráulico de aproximadamente 13 dias, como pode ser observado na Tabela 4.1, já que esse é o tempo médio atual das lagoas de polimento final da ETE Samambaia.
Tabela 4.3 - Avaliação do Tempo de detenção hidráulico ( H ) por diferentes critérios.
Referência Parâmetro Taxa de
Aplicação H (1,0 m) em dias H (1,5 m) em dias Kubitzaa (2000) Vazão de Água 11 l/s/hectare 10 15
Maraa (1993) Nitrogênio Total 4 kg/hectare.d 73c 110c
Mara e Cairncrossb (1989) DBO
5 30 kg/hectare.d 6d 10d
Moscosoa (1999) DBO
5 50 kg/hectare.d 4d 6d
Strauss e Blumenthalb (1990) DBO
5 14 kg/hectare.d 14d 21d
Moscoso (1999); Starling
(1999) Polimento Final (LPF) H igual à LPF 8-10 8-10 Henderson (1981) Lagoas de
Estabilização de EstabilizaçãoH igual a Lagoa
12 12 a Valor recomendado para projeto
b Valor recomendado de operação de sistema de reúso aquícola c Valores medianos : NTK = 18 mg/l, NH
4-N = 7mg/l e NOx-N = 20 mg/l (Série de 1998 - Lagoa de
Polimento Final Módulo II)
d Valor mediano : DBO
4.3.2- Volume dos Tanques
Como explicado anteriormente, os tanques foram feitos manualmente. Com isso existe uma irregularidade de construção entre os dois. A principal é que o Tanque 1 foi construído com os taludes um pouco mais inclinados que o Tanque 2.
Para calcular os volumes dos tanques, se ambos fossem figuras geométricas regulares poder-se-ia utilizar a fórmula proposta por Perry e Chilton (1980) para tronco de pirâmide ou obelisco conforme a Equação 4.3:
V = (h/6)*{ l1*b1 + [ (b1 + b2)*(l1 + l2)/4] + l2*b2} (Equação 4.3)
onde: V é o volume em m3; h é altura em m; l
1 eb1 são comprimento e largura da base ou
área menor; l2 eb2 são comprimento e largura da base ou área maior; e essa equação é
utilizada quando os ângulos dos taludes são diferentes.
Outra maneira de calcular o volume dos tanques, é projetar a base menor como uma paralelepídedo retangular. Quando feito isto, a figura geométrica passa a ter mais dois paralelepídedos menores laterais, ocorrendo a divisão do prisma em 3 paralelepípedos retangulares. Essa técnica foi adotada e as medidas dos tanques foram feitas com o tanque vazio e depois com profundidade de 1,5 m de lâmina d'água e são apresentados na Tabela 4.4.
Tabela 4.4 - Planilha para cálculo do volume do Tanque 1 (altura da lâmina d'água 1,50 m) Talude
Total Talude s/ Molhar Molhado Talude CalculadoCateto e Largura lado Comprimento cima Comprimento e Largura lado baixo 3,35 1,67 1,68 0,76 3,35 1,61 1,74 0,88 13,00 10,50 4,10 2,00 2,10 1,47 4,30 1,91 2,39 1,86 10,80 9,50 3,70 1,86 1,84 1,07 3,90 1,79 2,11 1,48 13,00 8,00 3,60 1,56 2,04 1,38 3,40 1,74 1,66 0,71 12,40 9,50
Volume dos Paralelepídedos menores Volume do Paralelepídedo
Principal Volume Total
40,23 131,25 171
Em função dessa diferença construtiva de inclinação dos taludes, o Tanque 2 para ter volume semelhante ao 1, foi necessário operar com altura de lâmina d'água de 1,45 m, ou seja 5 cm menor que o 1, conforme pode ser verificado na Tabela 4.5. Vale enaltecer e reconhecer, novamente, a flexibilidade do Monge construído, que permite diminuir a altura da lâmina d'água somente pela substituição do tubo superior mostrado nas Figuras 4.9 e 4.10.
Tabela 4.5 - Planilha para cálculo do volume do Tanque 2 (altura da lâmina d'água 1,45 m) Talude
Total Talude s/ Molhar Molhado Talude CalculadoCateto e Largura lado Comprimento cima Comprimento e Largura lado baixo 3,50 0,92 2,58 2,10 11,50 9,60 3,70 1,15 2,55 2,06 3,60 1,25 2,35 1,81 3,50 1,20 2,30 1,74 13,00 11,50 3,40 0,79 2,61 2,14 3,40 0,70 2,70 2,24 3,70 0,74 2,96 2,55 13,50 10,30 3,30 0,71 2,59 2,11 3,20 0,50 2,70 2,24 13,00 9,00
Volume dos Paralelepídedos menores Volume do Paralelepídedo
Principal Volume Total
69,20 102,53 172