VISÃO DINÂMICA DO PROCESSO DE
COAGULAÇÃO
Solvente
Coagulante
Colóide
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
 Dispositivos
hidráulicos
• Calhas Parshall
• Vertedores
retangulares
• Malhas difusoras
• Injetores
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
VERTEDORES RETANGULARES
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
CALHAS PARSHALL
ETA CARAGUATATUBA
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
CALHAS PARSHALL
ETA CARAGUATATUBA
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
CALHAS PARSHALL
ETA CARAGUATATUBA
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
CALHAS PARSHALL
ETA CAMPOS DO JORDÃO
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
CALHAS PARSHALL
ETA CAMPOS DO JORDÃO
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
CALHAS PARSHALL
ETA CAMPOS DO JORDÃO
PROCESSO DE COAGULAÇÃO06/09
 Dispositivos
mecânicos
•Agitadores
mecânicos
•Turbinas
•Hélice propulsora
SISTEMAS DE AGITAÇÃO
ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL
SISTEMAS DE AGITAÇÃO
ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
ETA ALTO DA BOA VISTA
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
ETA ALTO DA BOA VISTA
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
ETA ALTO DA BOA VISTA
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
ETA ALTO DA BOA VISTA
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
ETA GUARAÚ (SABESP)
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
ETA GUARAÚ (SABESP)
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
ETA GUARAÚ (SABESP)
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
ETA GUARAÚ (SABESP)
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
ETA RIO GRANDE (SABESP)
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
ETA RIO GRANDE (SABESP)
PROCESSO DE COAGULAÇÃO
ETA RIO GRANDE (SABESP)
CONCEITO: GRADIENTE DE
VELOCIDADE
dPot  dF .v
 dv 
v   .dy
 dy 
v
dz
dx
dy
dv 

dPot   .dA. v  .dy    .dA.v
dy 

 dv 
dPot   .dA. .dy
 dy 
 dv 
dPot   . .dx .dy .dz
 dy 
 dv   dv 
dPot   . . .dx .dy .dz
 dy   dy 
CONCEITO: GRADIENTE DE
VELOCIDADE
 dv   dv 
dPot   . . .dx .dy .dz
 dy   dy 
 dv 
v   .dy
 dy 
v
dz
dx
dy
 dv 
G 
 dy 
 dv 
dPot   .  .dx .dy.dz
 dy 
2
dPot   .G 2 .dx .dy.dz
G
Pot
 .Vol
CONCEITO: GRADIENTE DE
VELOCIDADE
G=Gradiente de velocidade (s-1)
 dv 
v   .dy
 dy 
v
dz
dx
dy
 dv 
G 
 dy 
G
Pot
 .Vol
Pot
 .Q .H
 .H
G


 .Vol
 .Vol
 . h
 .Q .H
 .V . A.H
 .V .H
G


 .Vol
 .Vol
 .L
CÁLCULO DO GRADIENTE DE
VELOCIDADE
Agitadores de fluxo axial
Agitadores de fluxo radial
Pot  Fa .v
C d .  . Ap .v 2
Fa 
2
3
C d .  . Ap .v
Pot 
2
Pot  K T . .n . D
3
5
Fa=força de arraste (N)
v=velocidade (m/s)
Cd=coeficiente de arraste
Ap=área projetada
n=rotação (rps)
D=diâmetro do rotor (m)
P=Potência (W)
CÁLCULO DO GRADIENTE DE
VELOCIDADE
G
Pot
 .Vol
Fa=força de arraste (N)
v=velocidade (m/s)
Cd=coeficiente de arraste
Ap=área projetada
n=rotação (rps)
D=diâmetro do rotor (m)
P=Potência (W)
Agitadores de fluxo axial
Pot  K T . .n3 . D 5
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
SISTEMAS DE AGITAÇÃO
ESCOAMENTO RADIAL
Pot  KT . .n . D
3
K T  5 a 5,5
5
SISTEMAS DE AGITAÇÃO
ESCOAMENTO RADIAL
Pot  KT . .n3 . D 5
K T  1,5 a 2,0
SISTEMAS DE AGITAÇÃO
ESCOAMENTO AXIAL
Pot  KT . .n3 . D 5
K T  0,5 a 0,8
SISTEMAS DE AGITAÇÃO
ESCOAMENTO AXIAL
Pot  KT . .n . D
3
5
K T  1,2 a 1,3
SISTEMAS DE AGITAÇÃO
ESCOAMENTO AXIAL
Pot  KT . .n . D
3
K T  0,3 a 0,4
5
UNIDADES DE MISTURA RÁPIDA
DIMENSIONAMENTO
de velocidade  1.000 s-1
Mecanismo de coagulação por
adsorção-neutralização
 Gradiente de velocidade  300 s-1
Mecanismo de coagulação por
varredura
 Tempo de detenção hidráulico  30 s
 Gradiente
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS
PARSHALL
1,0 m3/s
 Verificação do gradiente de
velocidade
 Vazão:
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS
PARSHALL
 Seleção
Parshall
da Calha
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS
PARSHALL
EQUAÇÃO DE DESCARGA
H  K .Q
Largura da Calha
Parshall
Polegadas
Metros
3”
0,075
6”
0,150
9”
0,229
1’
0,305
1,5’
0,460
n
K
n
3,704
1,842
1,486
1,276
0,966
0,646
0,636
0,633
0,657
0,650
EQUAÇÃO DE DESCARGA
H  K .Q
Largura da Calha
Parshall
Polegadas
Metros
2’
0,610
3’
0,915
4’
1,220
5’
1,525
6’
1,830
8’
2,400
n
K
n
0,795
0,608
0,505
0,436
0,389
0,324
0,645
0,639
0,634
0,630
0,627
0,623
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS
PARSHALL
 Equação
de descarga:
H a  0,608 m
H a  0,608.Q 0,639
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS
PARSHALL

Cálculo da largura na secção de medida
2
2
D'  . D  W   W  .157,2  91,5  91,5  135,3 cm
3
3
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS
PARSHALL
 Cálculo
da velocidade na secção de
medida
Q
Q
Va  
 1,22 m / s
A D'. H a
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS
PARSHALL
 Cálculo
da energia total disponível
2
2
Va
1,22
Ea  H a 
 N  0,608 
 0,229  0,913 m
2. g
2.9,81
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS
PARSHALL
 Cálculo
cos( )  
g .Q
do ângulo fictício 
 0,723
3
W .( 0,67. g . Ea ) 2
  136,8o
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS
PARSHALL
 Cálculo
da velocidade da água no
início do ressalto
12

2
.
g
.
E
 
a
V1  2. cos .
 3 
3

 3,42 m / s
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS
PARSHALL
 Cálculo
da altura de água no início
do ressalto
V12
Ea  E1  Ea  y1 
2. g
2
V1
y1  Ea 
 0,317 m
2. g
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS
PARSHALL
 Cálculo
Fr 1 
do número de Froude
V1
 1,94
g . y1


y1
y3  . 1  8.Fr21  1  0,726 m
2
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS
PARSHALL
 Cálculo
da profundidade no final do
trecho divergente
y2   y3  N  K   0,572 m
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS
PARSHALL
 Cálculo
da velocidade no final do
trecho divergente
Q
Q
V2  
 1,43 m / s
A y2 .C
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS
PARSHALL
 Cálculo
da perda de carga no ressalto
hidráulico
H a  N  y3   H   H   H a  N   y3
H  0,111 m
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS
PARSHALL

Cálculo do tempo de residência médio no trecho
divergente
h 
G parshall
Vm
G parshall

 0,38 s
V1  V2 
2
DIMENSIONAMENTO DE CALHAS
PARSHALL

Cálculo do gradiente de velocidade
 .H
1
G
 1.527 s
 . h
FLOCULAÇÃO
 Introdução
 Mecanismos
de transporte
 Floculação Pericinética
 Floculação Ortocinética
 Floculação por Sedimentação
Diferencial
FLOCULAÇÃO
 Gradientes
de Velocidade
 Cinética de Floculação de
Suspensões Coloidais
 Agregação e Ruptura
 Concepção de Sistemas de
Floculação
 Exercício
TRATAMENTO CONVENCIONAL DE
ÁGUAS DE ABASTECIMENTO
Manancial
Coagulação
Floculação
Sedimentação
Polímero
Correção de pH
Fluoretação
Desinfecção
Alcalinizante
Água Final
Agente oxidante
Agente oxidante
Filtração
FLOCULAÇÃO
DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE
PARTÍCULAS EM ÁGUAS NATURAIS
Partículas
dissolvidas
10-3 m
 Cor real
 SDT
 Compostos
dissolvidos
Partículas
coloidais
0,45 m
1 m
Partículas em
suspensão
 Turbidez
 Cor aparente
 SST
COAGULANTES EMPREGADOS
EM ENGENHARIA AMBIENTAL





Sulfato de alumínio (sólido ou líquido)
Cloreto férrico (líquido)
Sulfato férrico (líquido)
Cloreto de polialumínio (sólido ou líquido)
Coagulantes orgânicos catiônicos (sólido ou
líquido)
DOSAGENS DE COAGULANTE
USUALMENTE EMPREGADOS NO
TRATAMENTO DE ÁGUAS DE
ABASTECIMENTO




Sulfato de alumínio (5 mg/l a 100 mg/l)
Cloreto férrico (5 mg/l a 70 mg/l)
Sulfato férrico (8 mg/l a 80 mg/l)
Coagulantes orgânicos catiônicos (1 mg/l a 4
mg/l)
FLOCULAÇÃO
 Definição:
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,
alterando, desta forma, a sua
distribuição granulométrica
FLOCULAÇÃO
Partículas
Choques
Agregação
Processo Físico Estabilidade do Colóide
(Transporte)
(Coagulação)
FLOCULAÇÃO:OBJETIVO
Água bruta
Água coagulada
Frequência relativa
Água floculada
dp > dc
Partículas
sedimentáveis
Diâmetro crítico
Diâmetro das partículas
COALESCÊNCIA E FLOCULAÇÃO
Coalescência
Floculação
FLOCULAÇÃO
MECANISMOS DE TRANSPORTE
•Floculação Pericinética (Movimento
Browniano)
As partículas coloidais apresentam um
movimento aleatório devido ao seu contínuo
bombardeamento pelas moléculas de água. A
energia propulsora da floculação pericinética é
a energia térmica do fluído.
FLOCULAÇÃO
MECANISMOS DE TRANSPORTE
•Floculação Ortocinética (Gradientes de
Velocidade)
As partículas são colocadas em contato umas
com as outras através do movimento do fluído
(Presença de gradientes de velocidade).
FLOCULAÇÃO
MECANISMOS DE TRANSPORTE
•Floculação por Sedimentação Diferencial
Partículas coloidais com velocidades distintas
podem chocar-se umas com as outras em um
elemento de volume.
CONCEITO: GRADIENTE DE
VELOCIDADE
G=Gradiente de velocidade (s-1)
 dv 
v   .dy
 dy 
dz
v
dx
dy
 dv 
G 
 dy 
G
Pot
 .Vol
Pot
 .Q .H
 .H
G


 .Vol
 .Vol
 . h
 .Q .H
 .V . A.H
 .V .H
G


 .Vol
 .Vol
 .L
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO

Floculadores hidráulicos
•Floculadores hidráulicos de fluxo horizontal
•Floculadores hidráulicos de fluxo vertical
•Floculador Alabama
•Floculadores em meio poroso
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
ETA DUARTINA (SABESP)
FLOCULADOR DE FLUXO
HORIZONTAL
ETA SANTA ISABEL
FLOCULADOR DE FLUXO
HORIZONTAL
ETA SANTA ISABEL
FLOCULADOR DE FLUXO
HORIZONTAL
ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA
FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL
ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA
FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL
ETA RIBEIRÃO DA ESTIVA
FLOCULADOR DE FLUXO VERTICAL
ETA ALDEIA DA SERRA
FLOCULADOR ALABAMA
ETA ALDEIA DA SERRA
FLOCULADOR ALABAMA
ETA ALDEIA DA SERRA
FLOCULADOR ALABAMA
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
FLOCULADORES ALABAMA
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
•
Dispositivos mecânicos
•Agitadores de fluxo radial
•Agitadores de fluxo axial
•Agitadores de fluxo radial e axial
SISTEMAS DE AGITAÇÃO
ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL
SISTEMAS DE AGITAÇÃO
ESCOAMENTO AXIAL E RADIAL
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
ETA ALTO TIÊTE (SABESP)
PROCESSO DE FLOCULAÇÃO
ETA ALTO TIÊTE (SABESP)
CÁLCULO DO GRADIENTE DE
VELOCIDADE
Agitadores de fluxo axial
Agitadores de fluxo radial
Pot  Fa .v
C d .  . Ap .v 2
Fa 
2
3
C d .  . Ap .v
Pot 
2
Pot  K T . .n3 . D 5
Fa=força de arraste (N)
v=velocidade (m/s)
Cd=coeficiente de arraste
Ap=área projetada
n=rotação (rps)
D=diâmetro do rotor (m)
P=Potência (W)
CÁLCULO DO GRADIENTE DE
VELOCIDADE
G
Pot
 .Vol
Fa=força de arraste (N)
v=velocidade (m/s)
Cd=coeficiente de arraste
Ap=área projetada
n=rotação (rps)
D=diâmetro do rotor (m)
P=Potência (W)
Agitadores de fluxo axial
Pot  K T . .n3 . D 5
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
UNIDADES DE FLOCULAÇÃO
DIMENSIONAMENTO




Gradientes de velocidade situados entre 80 s-1
e 20 s-1
Gradientes de velocidade escalonados e
decrescentes de montante para jusante
03 a 05 câmaras de floculação em série
Tempo de detenção hidráulico situado entre 20
e 40 minutos (Tratamento convencional)
DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS
DE FLOCULAÇÃO
1,0 m3/s
 Dimensionamento de floculadores
hidráulicos de fluxo vertical
 Dimensionamento de sistemas de
floculação mecanizados
 Vazão:
DIMENSIONAMENTO DE
FLOCULADORES HIDRÁULICOS



Condicionantes de Projeto
Tempo de detenção hidráulico = 30 minutos
Sistema de floculação composto por três
câmaras em série, com gradientes de
velocidade escalonados (70 s-1, 50 s-1 e 20 s-1)
DIMENSIONAMENTO DE
FLOCULADORES HIDRÁULICOS




Profundidade da lâmina líquida=4,5 m
Número de decantadores=04
Largura do decantador=12,0 m
Será admitido que uma das dimensões do
floculador é conhecido, sendo esta função da
largura do decantador
DIMENSIONAMENTO DE
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
DIMENSIONAMENTO DE
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
 Cálculo
do volume do floculador
V f  Q . h  0,25 m 3 / s .30 min .60 s / min  450 m 3
 Cálculo
da área superficial do
floculador
AS 
Vf
h
 100 m 2
DIMENSIONAMENTO DE
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
 Cálculo
da largura do floculador
AS 100
Bf 

 8,33 m
Bd
12

Portanto, será admitido um floculador
com largura total de 8,4 m, tendo cada
canal uma largura individual de 2,8
metros
DIMENSIONAMENTO DE
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
8,4 m
Decantador convencional
Floculador
2,8 m
12,0 m
DIMENSIONAMENTO DE
FLOCULADORES HIDRÁULICOS

Cálculo do número de espaçamentos entre
chicanas em cada câmara de floculação


2
 a . L.G 
3
n  0,045. 
 . h
 Q 




n=número de espaçamentos
a=largura do canal do floculador em
metros
L=comprimento do floculador em metros
G=gradiente de velocidade em s-1
Q=vazão em m3/s
h=tempo de detenção hidráulico em
minutos
DIMENSIONAMENTO DE
FLOCULADORES HIDRÁULICOS

Cálculo do espaçamento entre chicanas
L
e
n

Cálculo das velocidades nos trechos
retos e curvas 180o
Q
V1 
B f .e
2
V2  .V1
3
DIMENSIONAMENTO DE
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
 Quadro
resumo dos cálculos
iniciais
Canal
G (s-1)
n
e (m)
V1 (m/s)
V2 (m/s)
1
70
43
0,28
0,32
0,22
2
50
35
0,35
0,26
0,17
3
20
19
0,63
0,14
0,094
DIMENSIONAMENTO DE
FLOCULADORES HIDRÁULICOS

Cálculo da extensão dos canais
Lt   h .V1
 Cálculo
do Raio Hidráulico
B .e
RH 
2. B  e 
DIMENSIONAMENTO DE
FLOCULADORES HIDRÁULICOS

Cálculo das perdas de carga distribuídas
 Q .n 

j
 A. R 2 3 

H 

2
H d  j . L
Cálculo das perdas de carga localizadas
n.V12  n  1.V22
H l 
2. g
DIMENSIONAMENTO DE
FLOCULADORES HIDRÁULICOS

Cálculo do gradiente de
velocidade
 .H
G
 . h
DIMENSIONAMENTO DE
FLOCULADORES HIDRÁULICOS
 Quadro
resumo dos cálculos finais
Canal
G (s-1)
L (m)
Rh
Hd (cm)
Hl (cm)
HT (cm)
G
1
70
192
0,127
5,17
32,8
38,0
73
2
50
156
0,156
2,04
17,1
19,1
52
3
20
84
0,257
0,017
2,7
2,7
19
DIMENSIONAMENTO DE
FLOCULADORES MECANIZADOS



Condicionantes de Projeto
Tempo de detenção hidráulico = 30 minutos
Sistema de floculação composto por três
câmaras em série, com gradientes de
velocidade escalonados (70 s-1, 50 s-1 e 20 s-1)
DIMENSIONAMENTO DE
FLOCULADORES MECANIZADOS




Profundidade da lâmina líquida=4,5 m
Número de decantadores=04
Largura do decantador=12,0 m
Será admitido que uma das dimensões do
floculador é conhecido, sendo esta função da
largura do decantador