Sedimentação
É um fenômeno físico no
qual em decorrência da ação
da gravidade, as partículas
suspensas
apresentam
movimento descendente em
meio líquido de menor
massa específica.
(Di Bernardo e Dantas, 2005)
Sedimentação
Classificação dos Processos de
Sedimentação:
►
►
Sedimentação discreta (Tipo 1)
As partículas permanecem com
dimensão e velocidades constantes ao
longo do processo de sedimentação.
► Ex: Desarenadores
Sedimentação floculenta (Tipo 2)
As partículas se aglomeram e aumenta
sua dimensão e velocidade ao longo do
processo de sedimentação.
► Ex: Decantadores
Sedimentação
Classificação dos Processos de
Sedimentação:
►
►
Sedimentação em zona (Tipo 3)
As partículas sedimentam em massa
(i.e., adição de cal). As partículas
ficam próximas e interagem (forças
interparticulares)
► Ex: decantadores secundários de
lodos ativados
Sedimentação por compressão (Tipo
4)
As partículas se compactam como lodo.
► Ex;
espessamento lodos.
Sedimentação
 Velocidade de Sedimentação
Arraste
Empuxo
Peso
4.(  p   ). g .d p
V
3.  .C d
Lei de Newton
Dp > 1 mm
g .(  p   ).d 2p
V
18.
Lei de Stokes
Sedimentação
Velocidade de Sedimentação:
A sedimentação acontece quando a força
de gravidade excede as forças de inércia
de viscosidade. A velocidade final de
sedimentação de uma partícula é definida
pela relação:
V = velocidade final
V = 4g(s-e)D g = aceleração de gravidade
3 Cd
s = peso específico da partícula
e = peso específico da água
D = diâmetro da partícula
Cd = coeficiente de arraste
Sedimentação
 Decantador ideal – remoção de
partículas discretas (Hazen, 1904).
►
Sedimentação discreta:
As
partículas
permanecem
com
dimensões e velocidades constantes
ao
longo
do
processo
de
sedimentação, não ocorrendo interação
entre as mesmas.
Sedimentação
 Decantador ideal – remoção de
partículas discretas
A
água escoa com velocidade
horizontal constante em qualquer
profundidade;
 As
partículas são consideradas
discretas e estão sedimentando com a
sua velocidade de sedimentação
terminal
independente
da
profundidade em que se encontram;
Sedimentação
 Decantador ideal – remoção de
partículas discretas
O
escoamento é contínuo e não
turbulento;
 Não há ressuspensão das partículas
depositadas no fundo;
 O decantador é um tanque ideal, isto
é, a sedimentação ocorre sem
quaisquer interferências externas ao
fenômeno.
Sedimentação
 Decantador ideal – remoção de
partículas discretas
1
H
2
Vh
Vs
B
L
L  Vh .t
H  VS .t
V .H
VS  h
L
VS 
Vh 
Q
B. H
Q
Q

B . L As
Vs = Taxa de aplicação superficial
Sedimentação
 Decantador ideal – remoção de
partículas discretas
Segundo Hazen (1904) o decantador ideal pode
ser dividido em quatro zonas distintas
Zona de
decantação
Entrada
Zona de entrada
Planta
Zona de
decantação
Zona de lodos
Seção
VS 
Q
Q

B . L As
Taxa de aplicação superficial
Saída
Zona de saída
Sedimentação
 Decantador Clássico (Convencional)
Fonte: Vianna, 2005
Sedimentação
 Decantador não ideal
(Camp, 1946)
Fonte: Vianna, 2005
Sedimentação
 Decantador não ideal
(Camp, 1946)
No decantador real a eficiência é
reduzida por correntes que se
formam em seu interior entre as
quais citam-se:
(a) As correntes turbulentas, criadas
pela inércia do líquido afluente;
(b) As correntes superficiais produzidas
pelo vento;
Sedimentação
 Decantador não ideal (Camp, 1946)
(continuação)
No decantador real a eficiência é reduzida por
correntes que se formam em seu interior
entre as quais citam-se:
( c) As correntes verticais de convecção de
origem
térmica;
(d) As correntes devidas à densidade, que
fazem com que a água fria (mais densa)
escoe pelo fundo do decantador, e que a
água quente (menos densa) escoe através
da superfície. As correntes desse tipo
produzem curto-circuitos no fluxo;
(e) Não ocorre ressuspensão do lodo.
Sedimentação
Decantador Convencional
Parâmetros de Projeto (NBR12216/92) (continuação)

Velocidade longitudinal máxima (vo)
a)
Vo = (Re/8)1/2 vs para fluxo laminar com
Re<2000;
a)
Vo = 18 vs para fluxo turbulento, Re >
15000.
Re: número de Reynolds
Vs: velocidade de sedimentação determinada
em ensaios de laboratório.
Sedimentação
Decantador Convencional
Parâmetros de Projeto (NBR12216/92) (continuação)
Segundo a NBR 12216/92, não sendo possível
determinar a velocidade de sedimentação
através de ensaios de laboratório, a velocidade
longitudinal máxima não deve ser superior ao
valor resultante das expressões:
a) em estações com capacidade até 10000
m3/dia: 0,50 cm/s;
b) estações com capacidade superior a
10000
m3/dia,
0,75
cm/s
e
havendo
remoção contínua do lodo por sistemas
mecânicos ou hidráulicos: 1,00 cm/s.;
Sedimentação
Decantador Convencional
Parâmetros de Projeto (valores adotados)
Período de detenção e taxa de escoamento superficial
Taxa de escoamento
superficial (m3/m2dia)
Período de detenção
(h)
15 a 20
3,5 a 4,5
20 a 30
3,0 a 4,0
30 a 40
2,5 a 3,5
Comprimento /largura: 2 < L/B < 5;
Comprimento /altura: 2 < L/H < 25.
Altura do decantador: 3 a 5 metros.
Sedimentação
Decantador Convencional
(continuação)
Os decantadores podem ser classificados em:
• Retangulares;
• Circulares com fluxo radial ou ascendente
Independentemente do tipo de fluxo,
Os decantadores podem ser identificados pela
presença de quatro zonas:
• Entrada;
• Sedimentação;
• Saída;
• Armazenamento de lodo.
Sedimentação
 Decantador Clássico (Convencional)
Fonte: Vianna, 2005
Sedimentação
Decantador Convencional (continuação)
Sedimentação
Decantador Convencional (continuação)
Zona de Entrada
A zona de entrada tem o objetivo de
distribuir o fluxo através da seção de
entrada do decantador.
Os dispositivos de entrada devem ser
bem projetados pois, quando a
velocidade não é bem distribuída,
ocorrem regiões distintas de
velocidade, permitindo o arraste das
partículas ou flocos.
A distribuição é normalmente realizada
por:

Canal de acesso;

Cortina distribuidora.
Sedimentação
5.2 Zona de Entrada
(continuação)
Canal de acesso aos decantadores
A água floculada deve ser distribuída nos
decantadores de forma eqüitativa através
das comportas.
Nos decantadores clássicos a velocidade
ao longo do canal deve manter-se
constante, superior a 0,15 m/s e sempre
inferior a 0,45 m/s.
Sedimentação
Zona de Entrada (continuação)
Acesso aos decantadores
A NBR 12216/96 estabelece que:
A distribuição de água para um conjunto
de decantadores deve ser feita de modo
que dela resultem vazões aproximadamente
iguais e o desvio máximo da vazão não
deve ultrapassar a 20 %;
A entrada dever ser afogada através de
abertura com dimensões tais que o
gradiente de velocidade resultante seja
inferior a 20 s-1;
A velocidade da água no canal deve ser
no máximo igual à metade da velocidade
nas aberturas de entrada nos decantadores;
Sedimentação
Zona de Entrada
Acesso aos decantadores
A NBR 12216/96 estabelece que: (continuação)
Nos casos em que, para satisfazer as
duas condições anteriores a velocidade no
canal seja inferior a 0,15 m/s, devem ser
previstas facilidades para limpeza do canal,
tais como declividade, registros de
descarga ou outros.
Modelo matemático
devido a Hudson e
colaboradores.
Sedimentação
Zona de Entrada
Cortina de distribuição:
Sedimentação
Zona de Entrada
(continuação)
Cortina de distribuição:
A cortina distribuidora tem por objetivo uniformizar
o fluxo de água no decantador na entrada da
zona de sedimentação. Constitui-se de uma placa
de alvenaria ou madeira de lei com orifícios para
distribuição do fluxo.
Sedimentação
Zona de Entrada
Cortina de distribuição: (continuação)
A NBR 12216/99 estabelece:
Que a entrada de água nos decantadores pode ser
feito por uma cortina perfurada (cortinas
distribuidoras) que atenda as seguintes condições:
A distância entre os orifícios deve ser inferior a
0,50 m;
Ter o maior número de orifícios uniformemente
espaçados segundo a altura e largura útil do
decantador;
Gradiente de velocidade nos orifícios: < 20 s-1;
Quando a parede de cortina tem espessura
inferior a dimensão que caracteriza as aberturas
de passagem da água, estas devem receber
bocais de comprimento pelo menos igual a
referida dimensão;
Sedimentação
Zona de Entrada
Cortina de distribuição: (continuação)
Deve estar situada a uma distância d da entrada
calculada por:
D = 1,5 a H
A
a: área total dos orifícios, m2;
A: área da seção transversal do decantador, m2;
H: altura útil do decantador, m.
Relação a/A igual ou inferior a 0,5.
Sedimentação
Zona de Entrada
Cortina de distribuição: (continuação)
.
DECANTADORES CONVENCIONAIS
ETA ALTO TIÊTE (SABESP)
Sedimentação
Zona de Entrada
Cortina de distribuição: (continuação)
.
DECANTADORES CONVENCIONAIS
ETA ALTO TIÊTE (SABESP)
Sedimentação
Coleta de Água Decantada
Sedimentação
Coleta de Água Decantada (continuação)
 A zona de saída é projetada para a remoção de
água decantada, sem a presença de flocos.
Basicamente o que define o carreamento de flocos
é velocidade de escoamento no decantador;
 Na zona de decantação a velocidade é bem
distribuída através da seção transversal, o que
garante um velocidade bastante reduzida;
 Para a remoção de água do decantador é
desejável direcioná-la diretamente para tubulações
ou canais, cuja seção de entrada de água é
bastante reduzida, provocando um incremento
acentuado da velocidade, e deformações no perfil
de velocidade, que podem promover o arraste de
flocos.
Sedimentação
Coleta de Água Decantada (continuação)
A coleta de água decantada deve ser feita por um
sistema de tubos perfurados submersos ou de
vertedores não-afogados organizados de modo a
garantir a vazão uniforme ao longo deles.
A NBR 12216/00 estabelece que:
O nível máximo de água no interior da canaleta deve
situar-se à distância mínima de 10 cm abaixo da borda
vertente;
Não sendo possível proceder a ensaios de laboratório
a vazão nos vertedores ou nos tubos perfurados de
coleta deve ser igual ou inferior a 1,8 L/sm;
Sedimentação
Coleta de Água Decantada
(continuação)
Segundo Camp (1946), a vazão (m3/s)
escoada por uma calha com seção
retangular e fundo horizontal e descarga
livre é dada por:
b: largura da calha, m;
H altura da água na saída da calha, m.
Q = 1,38 b h1,5
Sedimentação
Coleta de Água Decantada
(continuação)
Sedimentação
Coleta de Água Decantada
(continuação)
Sedimentação
Coleta de Água Decantada
(continuação)
Sedimentação
Coleta de Água Decantada
(continuação)
Sedimentação
Remoção de Lodo
Sedimentação
Remoção de Lodo (continuação)
A configuração e profundidade da zona de armazenamento
de lodo dependem:
 do método de remoção;
 da freqüência;
 da estimativa da quantidade de lodo gerada.
Para a remoção dos flocos formados nos sistemas de
tratamento de água, Hudson recomenda profundidades de
armazenamento de 0,30 m nas proximidades da saída do
decantador e de 2,00 m ou mais nas regiões próximas á
entrada.
Sedimentação
Remoção de Lodo (continuação)
O fundo dos decantadores retangulares deve
apresentar necessariamente um declive em direção
à tubulação de drenagem.
Sugere-se uma inclinação longitudinal de 5% e
lateral, em direção ao dreno longitudinal, uma
inclinação de 10%.
A remoção do lodo pode ser feita:
 manualmente;
 ou mecanicamente.
Quando a remoção é manual é necessários a
paralisação e o esgotamento do decantador.
Sedimentação
Remoção de Lodo (continuação)
Segundo a NBR 12216/92, decantador com
remoção manual de lodo deve apresentar as
seguintes características:
Ser provido de descarga de fundo, dimensionada
para esvaziamento no tempo máximo de 6h;
A descarga do decantador deve situar-se
preferencialmente na zona de maior acumulação de
lodo;
O fundo deve ter declividade mínima de 5% no
sentido do ponto de descarga;
Pode ser acumulado o lodo de 60 dias de
funcionamento.
Sedimentação
Remoção de Lodo (continuação)
Segundo a NBR 12216/92, decantador com remoção
manual de lodo deve apresentar as seguintes
características:
A carga hidráulica de descarga deve ser igual ou
superior a 1,50 m acrescida da soma das perdas de
carga;
A canalização para descarga do lodo com até 10
m de comprimento deve ter diâmetro mínimo de 150
mm e para comprimento maior o diâmetro mínimo
deve ser de 200 mm;
A remoção hidráulica do lodo exige ângulo de
inclinação superior a 50o.
Sedimentação
Remoção de Lodo (continuação)
ETA GUARAÚ - SABESP
Sedimentação
Remoção de Lodo (continuação)
DECANTADORES CONVENCIONAIS
ETA ALTO TIÊTE (SABESP)
Sedimentação
Decantadores Laminares (ou tubulares)
Fonte: Vianna, 2002
Sedimentação
Decantadores Laminares (ou tubulares)
Os decantadores laminares ou tubulares foram
concebidos considerando que a ação de um
decantador depende de sua área superficial e não
de sua profundidade.
Assim uma subdivisão horizontal produziria uma
superfície dupla para receber os sólidos
sedimentáveis, duplicando a capacidade de trabalho.
Nesse raciocínio uma série de bandejas horizontais
em um grande número de células de pouca
profundidade o incremento da eficiência deveria ser
muito grande. Contudo essa forma simplista de
raciocínio esbarra nas dificuldades de limpeza dos
tanques, além das dificuldades de distribuição de
fluxo.
Sedimentação
Decantadores Laminares (ou tubulares)
Fonte: Vianna, 2002
Sedimentação
Decantadores Laminares (ou tubulares)
Fonte: Vianna, 2002
Sedimentação
Decantadores Laminares (ou tubulares)
 Somente na década de 1960 a aplicação
prática do conceito dos sedimentadores
rasos foi retomada por Culp and Hansen;
 As pesquisas desenvolvidas resultaram
no sedimentadores lamelares ou
tubulares;
 Nestes dispositivos são instaladas
placas ou tubos paralelos uniformemente
espaçados e com inclinação variando de
5° a 60°.
Sedimentação
Decantadores Laminares (ou tubulares)
d
L
v0
vs.cos

vs
vs.sen
 (5 a 60o)
Modelo simplificado da sedimentação laminar ou tubular
Modelo matemático desenvolvido por YAO (1970)
Sedimentação
Decantadores Laminares (ou tubulares)
Parâmetros de Projeto:
Q.Sc
Vs 
As .sen .L. cos   sen 
As: área superficial
Sc: fator de forma
L: l/d
•Sc=1 (Placas planas paralelas, retangulares)
•Sc=4/3 (Tubos circulares)
•Sc=11/8 (Tubos quadrados)
Sedimentação
Decantadores Laminares (ou tubulares)
(continuação)
ETA RIO GRANDE - SABESP
Sedimentação
Decantadores Laminares (ou tubulares)
(continuação)
ETA RIO GRANDE - SABESP
Sedimentação
Decantadores Laminares (ou tubulares)
(continuação)
ETA CAPIVARI - SANASA
Sedimentação
Decantadores Laminares (ou tubulares)
(continuação)
ETA CAPIVARI - SANASA
Sedimentação
Decantadores Laminares (ou tubulares)
(continuação)
ETA CAPIVARI - SANASA
Sedimentação
Decantadores Laminares (ou tubulares)
(continuação)
ETA da CORSAN, Esteio, RS
(http://tconline.feevale.br/tc/files/4202_12.pdf)
Sedimentação
Estudar:
Livro: Hidráulica aplicada as Estações de Tratamento
de Água.
Capítulo 9 (9.1; 9.2; 9.3; 9.5.2; 9.5.4.1; 9 9.5.4.3;
9.5.4.4; 9.5.5.1; 9.5.5.2)
Exercício resolvido – 9.5.4.5