Aula 4 - Sedimentação

(1)

FATEC/SP PSAA

SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL

Adaptado das aulas dos professores Dr. Roque Passos Piveli e Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho

(2)

►Introdução

►Lei de Newton

►Lei de Stokes

►Sedimentação Discreta (Tipo I)

►Modelação Matemática do Processo

(3)

►Sedimentação Floculenta (Tipo II)

►Decantadores convencionais de fluxo

horizontal

►Decantadores laminares

►Exercício – Dimensionamento de

decantadores convencionais e laminares

(4)

Tratamento Convencional de Águas de Abastecimento

Manancial _Coagulação _Floculação _{Sedimentação}

Filtração Desinfecção

Fluoretação Correção de pH

Água final

Polímero Agente oxidante

(5)

(6)

(7)

(8)

PROCESSO DE LODOS ATIVADOS CONVENCIONAL

Grade Caixa de areia Decantador _Primário Tanque de _Aeração Decantador _Secundário

Adensamento

Digestão

Secagem Lodo “Seco”

(9)

(10)

(11)

(12)

SEDIMENTAÇÃO

Definição: Processo de separação sólido-líquido que tem como força propulsora a ação da gravidade.

(13)

SEDIMENTAÇÃO

Classificação dos Processos de Sedimentação

►Sedimentação discreta (Tipo 1)

►Sedimentação floculenta (Tipo 2)

►Sedimentação em zona (Tipo 3)

(14)

Peso Empuxo Força de arraste E F P  _a   _F_y  ₀ g V g m P  _p.   _p . _ol . g V E  . _ol . 2 . . . A V 2 C F_a  d  p

Velocidade de Sedimentação

(15)

Peso Empuxo E F P  _a  ol p ol p d V g V g V A C . . . . 2 . . . 2      ol ol p p d V g V g V A C . . . . 2 . . . 2     

Velocidade de Sedimentação

Força de arraste

(16)

Velocidade de Sedimentação

Peso Empuxo Força de arraste ol ol p p d V g V g V A C . . . . 2 . . . 2      6 . 3_p ol d V   d p p C d g V . . 3 . ). .( 4     

(17)

Velocidade de Sedimentação

Peso Empuxo Força de arraste Log R_e Log C_d Região A Região B Região C Região D 0,2 500 2.105 0,44 0,1

(18)

Velocidade de Sedimentação

d p p C d g V . . 3 . ). .( 4      _ . . . 24 24 p e d d V R C      . 18 ). .( _p d 2_p g V   Lei de Newton Lei de Stokes Log Re Log Cd Região A Região B Região C Região D 0,2 500 2.105 0,44 0,1

(19)

SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)

►Sedimentação discreta: As partículas

permanecem com dimensões e

velocidades constantes ao longo do processo de sedimentação, não

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

Sedimentação Discreta (Tipo I)

B H L 1 2 V_h V_s t V L  _h. t V H  _S . L H V V_S  h. H B Q V_h . 

(26)

Sedimentação Discreta (Tipo I)

B H L 1 2 V_h V_s L H V V_S  h. H B Q V_h .  B H L H Q V_S . . .  s S A Q L B Q V   .

(27)

Sedimentação Discreta (Tipo I)

B H L 1 2 V_h V_s s S A Q L B Q V   . As Q

q  Taxa de escoamento _superficial q V_s 

Partículas com V_s superiores a q serão removidas durante o processo de sedimentação gravitacional

(28)

Sedimentação Discreta (Tipo I)

Análise do Equacionamento Matemático

q A Q V s S   Vs  q V_s=Velocidade de sedimentação (m/s)

q=taxa de escoamento superficial(m3/m2/dia)

►q é função somente da geometria do

decantador, portanto, é um parâmetro de projeto.

(29)

Sedimentação Discreta (Tipo I)

Análise do Equacionamento Matemático

q A Q V s S   Vs  q V_s=Velocidade de sedimentação (m/s)

q=taxa de escoamento superficial(m3/m2/dia)

►V_s é uma propriedade da partícula, podendo

esta ser manipulada mediante a operação dos processos de coagulação-floculação

(30)

Floculação e Sedimentação

Diâmetro das partículas

Fr equência r el ativa Água bruta Água coagulada Diâmetro crítico Se V_s > q, todas as

partículas com diâmetro superior a d_c serão

removidas

(31)

Floculação e Sedimentação

Diâmetro das partículas

Fr

equência r

el

ativa

Água bruta

Água coagulada Água floculada

Diâmetro crítico

d_p > d_c

Partículas

(32)

Sedimentação Discreta (Tipo I)

Propriedade da sedimentação discreta: A dimensão física da partícula permanece inalterada durante o seu

processo de sedimentação gravitacional, o que significa dizer que a sua velocidade de sedimentação é constante.

B H L 1 2 V_h V_s

(33)

SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA (TIPO II)

►Sedimentação floculenta: a

velocidade de sedimentação das

partículas não é mais constante, uma vez que as mesmas agregam-se ao

(34)

SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA (TIPO II)

►Com o aumento do diâmetro das

partículas há, consequentemente, o aumento de sua velocidade de

(35)

Sedimentação Floculenta (Tipo II)

Propriedade da sedimentação floculenta: A dimensão física da

partícula é alterada durante o seu processo de sedimentação

gravitacional (floculação por sedimentação diferencial), o que significa dizer que a sua velocidade de sedimentação é variável.

B H L 1 2 V_h V_s

(36)

DECANTADORES CONVENCIONAIS EM ETA’S E ETE’S

(37)

DECANTADORES CONVENCIONAIS EM ETA’S E ETE’S

(38)

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO DA BOA VISTA

(39)

(40)

(41)

(42)

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA GUARAÚ (SABESP)

(43)

(44)

(45)

(46)

(47)

DECANTADORES CONVENCIONAIS ETA ALTO TIÊTE (SABESP)

(48)

(49)

(50)

(51)

DECANTADORES CONVENCIONAIS

PARÂMETROS DE PROJETO

►Taxa de escoamento superficial: 20

m3_/m2_{/dia a 60 m}3_/m2_/dia.

►(Função das características de

sedimentabilidade do floco, definidas pelas etapas de

coagulação-floculação)

►Altura do decantador: 3,0 metros a 5,0

(52)

DECANTADORES CONVENCIONAIS

PARÂMETROS DE PROJETO

►Relação Comprimento/Largura  4

►Taxa de escoamento linear (vertedor)

 1,8 l/m/s ►Re  20.000 (Verificação) ►Fr  10-5   . . _h e R V R  h r R g V F . 2 

(53)

DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR t V L  _h. t V H  _S . L H V V h S .  2 ' L L  02 canais B H L 1 2 V_h V_s H/2 L’

(54)

DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR t V L  _h. t V H  _S . L H V V h S .  4 ' L L  02 canais B H L 1 2 V_h V_s H/4 L’ n canais n L L' 

(55)

DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR V_s V₀ w  l Trajetória crítica h l h sen  s sv V V sen  s sh V V   cos V_sh V_sv   sen V V_sv  _s.  cos . s sh V V 

(56)

DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR V_s V₀ w  l Trajetória crítica h V_sh V_sv   sen V V_sv  _s.  cos . s sh V V  V V  t l  ₀  _sv . t V w  _sh.  sv  Vsh w V V l   0

(57)

DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR V_s V₀ w  l Trajetória crítica h V_sh V_sv   ₀ _s.   V_s.cos w sen V V l _  l  w sen  V w V_s . cos . . ₀   w l L  L  sen  V V_s   cos . 0

(58)

DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR V_s V₀ w  l Trajetória crítica h V_sh V_sv  L  sen  V V_s   cos . 0  sen A Q A Q V p. 0 0   A_p      L sen sen A S Q V p c s   cos . . . . Equação de dimensionamento

(59)

(60)

CONVENCIONAL X LAMINAR

     L sen sen A S Q V p c s   cos . . . . A Q V q  _s  Decantador convencional Decantador laminar      L sen sen S q q L c c   cos . . .   c c L S sen L sen q q      . .cos •S_c=1 (Placas planas) •S_c=4/3 (Tubos circulares) •S_c=11/8 (Tubos quadrados)

(61)

Sedimentação laminar - Ângulo das placas 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 30 40 50 60 70 80 Ângulo das placas com a horizontal

q

L

/q

C

CONVENCIONAL X LAMINAR

ÂNGULO DAS PLACAS

  c c L S sen L sen q q      . .cos

(62)

Sedimentação laminar - Efeito da grandeza L (l/w) 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0 10 20 30 40 50 60 l/w q C /q L

CONVENCIONAL X LAMINAR

GRANDEZA L (l/w)

  c c L S sen L sen q q      . .cos

(63)

DECANTADORES LAMINARES

ETA RIO GRANDE (SABESP)

(64)

DECANTADORES LAMINARES

ETA RIO GRANDE (SABESP)

(65)

DECANTADORES LAMINARES

ETA RIO GRANDE (SABESP)

(66)

DECANTADORES LAMINARES

ETA CAPIVARI (SANASA)

(67)

DECANTADORES LAMINARES

ETA CAPIVARI (SANASA)

(68)

DECANTADORES LAMINARES

ETA CAPIVARI (SANASA)

(69)

DECANTADORES LAMINARES

ETA CAPIVARI (SANASA)

(70)

DECANTADORES LAMINARES

ETA CAPIVARI (SANASA)

(71)

DECANTADORES LAMINARES

PARÂMETROS DE PROJETO

►Velocidade de sedimentação: 20

m3_/m2_{/dia a 60 m}3_/m2_/dia.

►(Função das características do floco,

definidas pelas etapas de coagulação e floculação)

►Ângulo das placas com a horizontal:

(72)

DECANTADORES LAMINARES

PARÂMETROS DE PROJETO

►Comprimento da placa: 0,6 metros a

1,2 metros

►Velocidade de escoamento entre as

placas: 15 cm/min a 20 cm/min

►Espessura entre as placas: 4 cm a 8

(73)

DECANTADORES LAMINARES

PARÂMETROS DE PROJETO

►Altura do decantador: 4,0 metros a

6,0 metros.

►Relação Comprimento/Largura  2

►Taxa de escoamento linear (vertedor)

(74)

DIMENSIONAMENTO DE

UNIDADES DE SEDIMENTAÇÃO

►Vazão: 1,0 m3/s

►Velocidade de sedimentação dos

flocos: 40 m/dia

►Número de unidades de sedimentação:

04

(75)

DIMENSIONAMENTO DE

(76)

DIMENSIONAMENTO DE

(77)

►Cálculo da área DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS S S A Q q V   2 2 3 3 540 / / 40 / 600 . 21 m dia m m dia m q Q A_S   

(78)

►Verificação do tempo de detenção hidráulico DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS horas hora s s m m m Q V_dec h 2,7 / 600 . 3 . / 25 , 0 5 , 4 . 540 3 3    

(79)

►Definição da geometria do

decantador

Admitindo uma relação entre L/B igual a 4, tem-se que: DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS 2 2 540 . 4 .L B m B A_S    m B  11,6 m L m B 0 , 47 0 , 12   2 564 0 , 47 . 0 , 12 .L m m m B A_S   

(80)

►Verificação da taxa de escoamento superficial DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS dia m m m dia m A Q q S / / 3 , 38 564 / 600 . 21 ₃ ₂ 2 3   

►Cálculo da velocidade horizontal

s cm m m s m A Q V h h 0,463 / 0 , 12 . 5 , 4 / 25 , 0 3   

(81)

►Cálculo do Raio Hidráulico

DIMENSIONAMENTO DE

DECANTADORES CONVENCIONAIS

►Cálculo do Número de Reynolds

B h   m h B R_h 2,57 5 , 4 . 2 0 , 12 0 , 12 . 5 , 4 . 2 .      905 . 11 .    h h e R V R  20.000 OK 

(82)

►Dimensionamento das calhas de

coleta de água decantada DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS q H q_l  0,018. .

q_l=vazão linear nas calhas de coleta de água decantada (l/s/m)

H=altura útil do decantador (m)

q=taxa de escoamento superficial no decantador (m3_/m2_/dia)

(83)

►Dimensionamento das calhas de

coleta de água decantada DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS q H q_l  0,018. . q_l  0,018.4,5.38,3 m s l q_l  3,10 / /

(84)

►Cálculo do comprimento total de

vertedor

DIMENSIONAMENTO DE

Valor de projeto adotado: 2,5 l/s/m

v l L Q q  m m s l s l L_v 100 / / 5 , 2 / 250  

(85)

►Cálculo do comprimento total de

vertedor

DIMENSIONAMENTO DE

Admitindo que o comprimento da calha de

coleta de água de lavagem não exceda a 20% do comprimento do decantador, tem-se que:

m m

(86)

►Cálculo do número de calhas DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS 3 , 5 4 , 9 . 2 100 . 2    m m L L N calha v calhas

Portanto, vamos adotar um total de 06 calhas, com 9,0 metros de comprimento

m m calhas L_v  06 .9,0 .2  108 m s l m s l L Q q v l 2,31 / / 108 / 250   

(87)

►Cálculo do espaçamento entre as calhas DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS m calhas m Esp 2,0 06 0 , 12  

(88)

DIMENSIONAMENTO DE DECANTADORES CONVENCIONAIS 12,0 m 47,0 m 2,0 m 1,0 m 9,0 m

(89)

Aula 4 - Sedimentação

SEDIMENTAÇÃO

SEDIMENTAÇÃO

Velocidade de Sedimentação

Velocidade de Sedimentação

Velocidade de Sedimentação

Velocidade de Sedimentação

Velocidade de Sedimentação

Sedimentação Discreta (Tipo I)

Sedimentação Discreta (Tipo I)

Sedimentação Discreta (Tipo I)

Floculação e Sedimentação

Floculação e Sedimentação

Sedimentação Discreta (Tipo I)

Sedimentação Floculenta (Tipo II)

DECANTADORES CONVENCIONAIS

PARÂMETROS DE PROJETO

DECANTADORES CONVENCIONAIS

PARÂMETROS DE PROJETO

CONVENCIONAL X LAMINAR

CONVENCIONAL X LAMINAR

ÂNGULO DAS PLACAS

CONVENCIONAL X LAMINAR

GRANDEZA L (l/w)

DECANTADORES LAMINARES

ETA RIO GRANDE (SABESP)

DECANTADORES LAMINARES

ETA RIO GRANDE (SABESP)

DECANTADORES LAMINARES

ETA RIO GRANDE (SABESP)

DECANTADORES LAMINARES

ETA CAPIVARI (SANASA)

DECANTADORES LAMINARES

ETA CAPIVARI (SANASA)

DECANTADORES LAMINARES

ETA CAPIVARI (SANASA)

DECANTADORES LAMINARES

ETA CAPIVARI (SANASA)

DECANTADORES LAMINARES

ETA CAPIVARI (SANASA)

DECANTADORES LAMINARES

PARÂMETROS DE PROJETO

DECANTADORES LAMINARES

PARÂMETROS DE PROJETO

DECANTADORES LAMINARES

PARÂMETROS DE PROJETO

DIMENSIONAMENTO DE

UNIDADES DE SEDIMENTAÇÃO

Muito