Mistura Rápida
“Operação destinada a dispersar produtos
químicos na água a ser tratada, em particular no
processo de coagulação” (NBR12216/1992).
Mistura Rápida

A coagulação depende da presença de um produto
químico, o coagulante;

A mistura rápida promove a dispersão do coagulante
na água

a dispersão deve ser rápida (tempo curto) e a mais
homogênea possível, uma vez que pequenas quantidades
de coagulante são adicionadas em um volume muito
grande de água.
turbulência
Mistura Rápida
A mistura rápida deve ser efetuada em local de
transmissão de grande energia à massa líquida, e no
menor
tempo
possível,
principalmente
se
o
mecanismo de coagulação é a adsorção.
As condições ideais em termos de gradiente de
velocidade, tempo de mistura e concentração da
solução devem ser determinadas em laboratório.
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
O agente físico para a realização, tanto da mistura
rápida, como da floculação é a agitação mais ou
menos intensa da água, através da operação de
mistura.

Gradiente de velocidade;
 Tempo de mistura.
Ensaios de laboratório
Norma – NBR 12216/92
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
Segundo a NBR 12216/92:

A dispersão de coagulantes metálicos hidrolisáveis deve
ser feita a gradientes de velocidade compreendidos
entre 700 e 1100 s-1, em um tempo de mistura não
superior a 5s.
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
Segundo a NBR 12216/92:
a.
Produtos químicos que não hidrolisam podem ser
misturados considerando gradiente de velocidade
entre 100 e 250 s-1
b.
A
dispersão
de
polieletrólitos
deve
ser
obedecendo a recomendações do fabricante.
feita
Mistura Rápida
Parâmetros de projeto
Di Bernardo e Dantas (2005 ) recomenda os seguintes valores para os
parâmetros usuais para projeto de unidades de mistura rápida.
Tabela - Parâmetros de projeto para mistura rápida
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade

O conceito de gradiente de velocidade, aplicado
particularmente as operações unitárias de mistura
rápida e floculação, teve origem nas primeira teorias
sobre a conjunção de partículas devidas a
Smolluchowski, 1917. (Richter e Azevedo Netto, 1991).
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade


O gradiente de velocidade dv/dy (representado
por G), através da equação de Newton da
viscosidade, permite a determinação da tensão de
cisalhamento entre camadas de fluidos.
O gradiente de velocidade corresponde à diferença
de velocidade entre partículas em escoamento, e
essa diferença é portanto o atrito, dissipa energia e
potência.
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
Lei da Viscosidade de Newton
 após um intervalo de tempo
elementar (dt) a velocidade da placa
superior era constante;
a resultante na mesma é zero;
 o fluido em contato com a placa
superior origina uma força de mesma
direção, mesma intensidade, porém
sentido contrário: a força responsável
pelo movimento denominada força
de resistência viscosa - F
4.2 Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
Lei da Viscosidade de Newton
 As velocidades das restantes camadas
de fluido distribuem-se regularmente ao
longo da direcção normal às superfícies
(se o regime for laminar), constituindo-se
assim um gradiente de velocidade ao
longo dessa direcção que se representa
por dv/dy;
4.2 Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
F    Acontato
F dF


A dA
Onde  é a tensão de cisalhamento
determinada pela lei de Newton da
viscosidade.
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
Lei de Newton da viscosidade:
“A tensão de cisalhamento é diretamente proporcional
ao gradiente de velocidade.”
dv
 
dy
dv/dy: representa o estudo da variação da velocidade no
meio fluido em relação a direção mais rápida desta variação
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
Lei de Newton da viscosidade:
A constante de proporcionalidade da lei de
Newton da viscosidade é a viscosidade
dinâmica, ou simplesmente
viscosidade - 
dv
  
dy
(1)
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
Considerando um elemento de fluido ∆x, ∆y, ∆z sujeito a agitação
hidráulica ou mecânica, criando-se gradientes de velocidade que
definem sua agitação. É possível correlacionar os gradientes
produzidos com a potencia consumida por unidade de volume.
A Potencia consumida (P) na agitação pode ser descrita como:

P = tensão de cisalhamento ( ) x área (dx.dz) x velocidade (dv) (2)
Substituindo (1) em (2)
G

V
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
 Camp e Stein, citados freqüentemente nas
conceituações sobre dissipação de energia e
gradiente de velocidade, definem um gradiente de
velocidade médio, para um fluido newtoniano,
como:
G
P
 V
em que




G: gradiente de velocidade (s-1);
P: potência dissipada (N.m/s);
: viscosidade absoluta da água (N.s/m2)
V: volume (m3)
Mistura Rápida
Tipos de unidades de mistura rápida
Mistura rápida hidráulica
Os primeiros dispositivos a serem empregados para a
mistura rápida foram hidráulicos, isto é utilizavam a
energia hidráulica para a dispersão do coagulante.
O ressalto hidráulico é um fenômeno que ocorre quando a
corrente líquida passa do regime rápido (torrencial) para
o tranqüilo (fluvial). Empregando o conceito básico de
energia específica, é possível concluir sobre as
condições necessárias para que ocorra o ressalto
hidráulico.
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida
Segundo a NBR 12216/92 constuem dispositivos
de mistura:
o Qualquer trecho ou seção de canal ou de
canalização que produza perda de carga
compatível com as condições desejadas, em
termos de gradiente de velocidade e tempo
de mistura;
o Difusores que produzam jatos da solução de
coagulante, aplicados no interior da água a
ser tratada;
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida
Segundo a NBR 12216/92 constituem dispositivos
de mistura:
o Agitadores mecanizados;
o Entrada de bombas centrífugas.
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida
Segundo a NBR 12216/92 constituem dispositivos de mistura:
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida
Segundo a NBR 12216/92 constituem dispositivos de mistura:
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida
Segundo a NBR 12216/92 constituem dispositivos
de mistura: (continuação)
o Qualquer singularidade onde
ocorra turbulência intensa;
o Canal ou canalização com anteparos ou
chicanas;
o Ressalto hidráulico;
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida
Ressalto hidráulico
F1 
v1
g  h1
Número de Froude
Tipo de salto
1 a 1,7
Ondulado
1,7 a 2,5
Fraco
2,5 a 4,5
Oscilante
4,5 a 9,0
Estável
> 9,0
Forte
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida

DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
oVertedores retangulares;
o Calhas Parshall;
o Malhas difusoras;
o Injetores.
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida – Calha Parshal
Calhas Parshall;
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida – Vertedor retangualar
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida

DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida

DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Mistura Rápida

DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
ETA GUARAÚ (SABESP)
Mistura Rápida

DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
ETA ALTO DA BOA VISTA (SABESP)
Mistura Rápida

DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Mistura Rápida

DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Mistura Rápida

DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Recomendações da NBR 12216 para Difusores:
a) a aplicação da solução de coagulante deve ser uniforme,
distribuídas através dos jatos no sentido contrário do fluxo;
b) a área da seção transversal de cada jato não deve ser maior que
200 cm2 por orifício e sua dimensão máxima não deve
ultrapassar 20 cm;
c) a velocidade da água onde os jatos são distribuídos deves ser igual
ou superior a 2m/s;
d) os orifícios de saída dos jatos devem ter diâmetro igual ou superior
a 3 mm;
e) o sistema difusor deve permitir limpezas periódicas nas tubulações
que distribuem a solução coagulante.
Mistura Rápida

DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS – CALHA PARSHALL
Mistura Rápida

Unidades de mistura rápida
DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Mistura Rápida

Unidades de mistura rápida
DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida

DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Mistura Rápida

Unidades de mistura rápida
DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Diretrizes para a seleção do medidor Parshall
adequado à mistura
1- A lâmina d’água na garganta deve ser a menor possível,
isto significa utilizar o maior Parshall possível;
2- Prever recursos para induzir a formação de ressalto
hidráulico.
Mistura Rápida
Tipos de unidades de mistura rápida

DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Gradiente hidráulico em câmaras de mistura ou de
floculadores providos de chicanas;
G = (1000 h/μt)1/2
G: gradiente de velocidade, s-1;
h: perda de carga, m;
μ: coeficiente de viscosidade da água, kgfxs/m2;
t: tempo de mistura, s.
Mistura Rápida
Tipos de unidades de mistura rápida

DISPOSITIVOS MECANICOS
• Agitadores mecânicos;
• Turbinas;
• Hélice propulsora.
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida

DISPOSITIVOS MECANICOS
Gradiente em câmaras de mistura mecânica;
Para misturadores mecânicos operados por turbinas em
tanques de forma quadrada em planta:
G = 4,86 x 10-2 (n3 D5/ μ V)1/2
n: rotação da turbina, rpm;
D: diâmetro da turbina, m2;
μ: viscosidade absoluta do líquido, kgf.s/m2;
V: volume útil do tanque, m3.
Mistura Rápida
Aplicação da solução de coagulante
De acordo com a NBR-12216/92:

A aplicação da solução de coagulante deve ser sempre feita
imediatamente antes do ponto de maior dissipação de energia e
através de jatos separados de no máximo 10 cm;

Ressalto hidráulico com número de Froude compreendido entre
2,5 e 4,5 (ressalto oscilante), deve ser previsto dispositivo que
anule as oscilações de velocidade a jusante do ressalto.