21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
II-139 – CÁLCULO DO COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO DE CALOR EM
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO TRATANDO ÁGUAS RESIDUÁRIAS
DOMÉSTICAS
Salomão Anselmo Silva(1)
Graduado em Engenharia Civil pela Escola Politécnica da Universidade Federal da
FOTO
Paraíba (1963). Mestre em Engenharia Civil pela Escola Politécnica da Universidade
Federal da Paraíba (1975). PhD pela Universidade de Dundee, Dundee, Escócia (1982).
NÃO
Professor Titular do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal da
DISPONÍVEL
Paraíba. Chefe de Pesquisas da EXTRABES – UFPB.
Gilson Barbosa Athayde Júnior
Graduado em Engenharia Civil pela UFPB. PhD em Engenharia Sanitária pela
Universidade de Leeds, Inglaterra.
Salena Tatiana Silva Athayde
Graduada em Ciências Biológicas pela UEPB. PhD em Microbiologia do Meio Ambiente pela Universidade
de Liverpool, Inglaterra.
Rui de Oliveira
Engenheiro Civil pela UEMA. Mestre em Engenharia Civil pela UFPB. PhD pela Universidade de Leeds,
Leeds, Inglaterra. Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Civil da UFPB. Pesquisador da
EXTRABES-UFPB.
Endereço(1): Rua Monteiro Lobato, 207 – Alto Branco – Campina Grande - PB – CEP: 58.102 - 470 - Brasil Tel: (83) 321-3682 - Fax: (83) 343-1269 – End. elet.: [email protected]
RESUMO
Foram analisadas as temperaturas da água de 2 lagoas de estabilização anaeróbias e 3 lagoas facultativas
primárias, relativamente às temperaturas de seus respectivos afluentes, bem como com a temperatura do ar,
para definir-se os respectivos coeficientes de transmissão de calor (F). Os valores de F variaram entre 0,056 e
0,218m/dia, os quais são bastante diferentes do valor 0,40m/dia normalmente aceito. Essa diferença deve-se
certamente ao tipo de clima tropical semi-árido prevalecente no Nordeste do Brasil.
PALAVRAS-CHAVE: Lagoas de Estabilização, Tratamento de Águas Residuárias Domésticas, Coeficiente
de Transmissão de Calor.
INTRODUÇÃO
A determinação da temperatura da água de uma lagoa de estabilização tratando águas residuárias é
importante, para definir esse parâmetro que é de suma importância na otimização de projetos. O uso da
temperatura mínima do mês mais frio, como temperatura de projeto de lagoas de estabilização, é válido nas
regiões de clima temperado, não devendo de forma nenhuma ser usada esta sistemática, para projetos de
lagoas de estabilização num país de clima tropical como o Brasil e principalmente na região Nordeste.
No entanto é raro encontrar-se dados de temperatura da água de lagoas de estabilização, quando se vai
projetar tais lagoas na maioria das localidades não só no Brasil, como em outros países.
Por outro lado, normalmente se encontra em qualquer cidade, dados da temperatura do ar bem como das
águas residuárias, principalmente quando existe algum tipo de tratamento dessas águas no local em estudo,
ou nas suas redondezas.
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De posse das temperaturas do ar e da água residuária afluente à lagoa, de sua vazão e de sua área é possível,
a partir desses dados, estimar-se a temperatura da água da lagoa a ser projetada, utilizando-se um modelo
simples que relaciona os ganhos e as perdas de calor que ocorrem na lagoa e que pode ser expresso como:
Calor ganho = Calor perdido
(
)
(
Q × TAFLU − TMEDAG = F × A × TMEDAG − TMEDAR
F=
(
)
Q × TAFLU − TMEDAG
A × TMEDAG − TMEDAR
(
)
)
Onde:
Q = Vazão, m3/dia
TAFLU = Temperatura média do afluente à lagoa, ºC
TMEDAG = Temperatura média da água de lagoa, ºC
F = Coeficiente de transmissão de calor, m/dia
A = Área da lagoa, m2
TMEDAR = Temperatura média do ar, ºC
Este modelo proposto por Arceivala (1981). é muito simples, levando em conta na troca de calor somente a
vazão e a área da lagoa e definindo um fator de transmissão de calor (F), que equilibra ambos os membros da
equação. Para o cálculo de F é necessário coletar-se os dados de temperatura do local e da água de uma lagoa
em operação.
A EXTRABES que há 25 anos vem pesquisando técnicas de baixo custo para o tratamento de águas
residuárias domésticas, monitorou a temperatura da água das lagoas pesquisadas.
MATERIAIS E MÉTODOS
Dentre as lagoas pesquisadas na EXTRABES foram selecionadas: uma lagoa anaeróbia submetida a dois
diferentes experimentos, porém sem mudanças em suas dimensões
(A1-1 e A1-3) e três lagoas
facultativas primárias submetidas a diferentes cargas orgânicas e tempo de detenção hidráulica (FP2-1, FP3-1
e FP4-1). Essas lagoas foram construídas em alvenaria de tijolo e revestidas com argamassa de cimento e
areia.
Para determinação da temperatura da água das lagoas, foi introduzido em cada uma, um termômetro que
determina as temperaturas máxima e mínima e que ficava situado à meia profundidade da lagoa. Diariamente
eram lidas as temperaturas máxima e mínima, cuja média aritmética representa a temperatura da água da
lagoa naquele dia.
Após a leitura, o termômetro era zerado e reintroduzido na lagoa. As tabelas 1 e 2 apresentam as
características físicas e hidráulicas respectivamente das lagoas pesquisadas.
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Tabela 1 – Características físicas das lagoas anaeróbias e facultativas primárias.
LAGOA SISTE(código)
MA
EXPERIMENTO
PERÍODO
(mês / ano)
COMP.
(m)
LARG.
(m)
PROF.
(m)
ÁREA
(m2)
VOL.
(m3)
A1-1
I
1
03/1977 a 05/1979
10,00
3,35
1,25
33,50
42,00
A1-3
I
3
01/1981 a 12/1981
10,00
3,35
1,25
33,50
42,00
FP2-1
II
1
03/1977 a 03/1979
25,70
7,50
1,25
193,00 241,00
FP3-1
II
1
03/1977 a 05/1979
26,40
7,40
1,25
195,00 244,00
FP4-1
II
1
03/1977 a 05/1979
25,70
7,40
1,25
190,00 238,00
Tabela 2 – Características hidráulicas das lagoas anaeróbias e facultativas primárias
LAGOA
(código)
VAZÃO
(m3/dia)
TDH
(dias)
CARGA SUPERFICIAL
kgDBO5/ha.dia
CARGA VOLUMÉTRICA
gDBO5/m3.dia
A1-1
6,17
6,8
551,9
44,7
A1-3
10,56
4,0
1057,0
58,1
FP2-1
20,33
11,8
320,3
25,8
FP3-1
20,33
12,0
317,1
25,3
FP4-1
25,03
9,5
400,6
32,0
APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
A tabela 3 apresenta os dados operacionais das lagoas, onde o valor médio de F varia entre 0,215 e
0,218m/dia, nas lagoas anaeróbias e entre 0,056 e 0,064m/dia, nas lagoas facultativas primárias.
Portanto, estes valores de F estão bastante distantes de 0,40 m/dia preconizado para lagoas de estabilização.
Tabela 3 – Dados operacionais das lagoas anaeróbias e facultativas.
LAGOA
(Código)
PARCELAS
(n)
TAFLU
(ºC)
TMEDAG
(ºC)
TMEDAR
(ºC)
F
(m/dia)
A1-1
749
26,7
24,8
22,7
0,215
A1-3
353
26,6
25,2
22,6
0,218
FP2-1
690
26,7
25,3
22,7
0,059
FP3-1
750
26,7
25,3
22,7
0,064
FP4-1
690
26,7
25,6
22,7
0,056
Esta diferença deve-se ao clima da região Nordeste do Brasil, pois em um clima semi-árido como o que
prevalece em grande parte do Nordeste do Brasil, a temperatura da água da lagoa pode chegar a ser maior do
que a do afluente (TMEDAG > TAFLU) o que dificilmente acontece em climas temperados. Quando TMEDAG >
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TAFLU, F torna-se negativo ou seja, a vazão afluente à lagoa tende a provocar uma diminuição da sua
temperatura.
Dependendo do local da leitura da temperatura da água da lagoa, da hora do dia em que a mesma é feita, bem
como a hora da leitura de TAFLU, o valor de F varia. No entanto, mantida a sistemática, o valor de F
calculado, servirá para estimar-se a temperatura da água de lagoas que venham a ser projetadas na região.
CONCLUSÕES
Os valores dos coeficientes de transmissão de calor (F), de 2 lagoas anaeróbias e 3 lagoas facultativas
primárias, variaram entre 0,056 e 0,218m/dia, os quais são bem diferentes de 0,40 m/dia, valor normalmente
adotado para climas temperados.
AGRADECIMENTOS
Os autores expressam seus agradecimentos às seguintes instituições que apoiam a EXTRABES: Universidade
Federal da Paraíba - UFPb, Companhia de Águas e Esgotos da Paraíba - CAGEPA, Conselho Nacional de
Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1.
4
ARCEIVALA, S. J. (1981). Wastewater Treatment and Disposal. Marcel Dekker Inc. New York. USA.
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