DIMENSIONAMENTO DE TRATAMENTO PRELIMINAR COMPLETO. Vazão da captação, estação elevatória e adutora até a ETA (L/s)

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1 DIMENSIONAMENTO DE TRATAMENTO PRELIMINAR COMPLETO 1 Dimensione as unidades caixa de (desarenador), gradeamento e calha Parshall de uma estação de tratamento de água (ETA). Dados de projeto: População a ser atendida: P = hab Consumo per capita de água: q = L/hab.d Coeficiente do dia de maior consumo: K 1 = 1,2 Coeficiente da hora de maior consumo: K 2 = 1,5 Vazão específica = 0; Consumo de água na ETA (CETA) = 3%; Sólidos suspensos fixos: SSF = 15 mg/l Densidade da = 2,65 kg/l I. CÁLCULO DA VAZÃO AFLUENTE A ETA (Q) O estudo de vazões se faz muito importante para que seja possível fazer-se um dimensionamento racional em termos técnicos e econômicos. A vazão influi diretamente no dimensionamento das unidades da fase líquida do tratamento preliminar e primário, além de influir nas instalações de transporte como elevatórias, canalizações, medidores, dispositivos de entrada e saída. Vazão da captação, estação elevatória e adutora até a ETA (L/s) Q a =( P.q.k Q esp)xc ETA = L/s m 3 /h...m 3 /d Vazão da ETA até o reservatório (L/s) Q b =( P.q.k Q esp)= L/s m 3 /h...m 3 /d Vazão do reservatório até a rede (L/s) Q c = P.q.k1.k = L/s m3 /h...m 3 /d II. CALHA PARSHALL O projeto da calha Parshall se baseia na determinação das dimensões principais da calha, conforme Figura 1, da determinação da altura da lâmina d água e do rebaixo.

2 2 Figura 1. Detalhe da calha Parshall (Mendonça, 2000) Com Q a, determinam-se as dimensões padronizadas do medidor Parshall, utilizando tabelas apresentadas em vários livros (Pessoa e Jordão, 1995 página 120; Mendonça, 2000 páginas 185 e 186). W = cm E = cm A = cm F = cm B = cm G = cm C = cm K = cm D = cm N = cm Determinação da altura do líquido no vertedor A profundidade da lâmina de água deve ser estimada para a vazão através da expressão: Q H = K 1 n

3 Nessa expressão, H: altura do líquido no vertedor (m); Q: vazão (m 3 /s); K e n: constantes tabeladas em função de W. Esta tabela também é apresentada em vários livros (Mendonça, 2000 página 185) 3 W = K = n = Assim: H = III. DESARENADOR O esquema de desarenador é apresentado na Figura 2. Figura 2. Esquema de desarenador Determinação da altura da lâmina líquida A altura da lâmina líquida na caixa de (h) é calculada em função da altura do líquido na calha Parshall (H) e do rebaixo na calha (z), como: h = H z Dessa forma, h = adotar z = 10 cm. Cálculo do comprimento (L) e largura (b) da caixa de Nos canais de remoção de, a velocidade recomendável é da ordem de 0,30 m/s. Velocidades inferiores a 0,15 m/s causam deposição relativamente grande de matéria orgânica e velocidades acima de 0,40 m/s permitem a passagem de partículas de que não convêm as demais unidades de tratamento. Por isso deve-se procurar manter a velocidade de escoamento em torno de 0,30 m/s com tolerância de 20%.

4 4 Para dimensionamento é importante lembrar que, para partículas de diâmetros iguais ou maiores que 0,2 mm, a velocidade de sedimentação adquire valores em torno de 0,02 m/s. Assim sendo, relaciona-se a velocidade de sedimentação (v 2 ) com a velocidade de escoamento (v 1 ) como: v 1 = L/t 1 e v 2 = h/t 2 Como t 1 é igual a t 2, pois o tempo gasto para a partícula percorrer as distâncias h e L é o mesmo, adotando-se v 1 igual a 0,3 m/s e sabendo-se que v 2 é igual a 0,02 m/s para partículas de 0,2 mm, chega-se a: L = 15.h Para segurança, devido à turbulência, adota-se um fator de segurança de até 50%. A largura da caixa de é calculada como: L = 22,5. h máx Dessa forma: L = L = (valor adotado) Adotando-se velocidade de escoamento (v = m/s), o valor da largura da calha (b) é calculado por: Q b = h máx máx.v b = b = (valor adotado) Número de canais adotados para a caixa de = O dimensionamento do desarenador estará completo após algumas verificações finais. Verificação das velocidades reais aplicadas Para finalizar o projeto, as velocidades reais devem ser calculadas para a vazão. Se as velocidades não estiverem dentro da faixa recomendada, altera-se a largura da calha b e verifica-se novamente. máx Q (m 3 /s) h (m) A = b.h (m 2 ) v = Q/A v (m/s) Área longitudinal do desarenador

5 5 A = b.l = m 2 Taxa de escoamento superficial A taxa de escoamento (TAS) deve estar entre 600 e m 3 /m 2.d TAS= Q A = Massa de retida nos canais da caixa de M (kg/d) = SSF x Q M = Volume total de retida M q (L / d) = densidade q = Periodicidade de limpeza De acordo com a periodicidade de limpeza da caixa de, calcula-se a altura da câmara de depósito da e altura total da caixa. t limpeza = d (adotado geralmente 15 dias) Altura necessária para depósito de inferior q h (m) = h =.t A lim peza Altura do desarenador H útil = h + h + folga (0,20 m) H útil = Volume do desarenador V = H útil x b x L V = IV. GRADE

6 A u = Q v p Segundo a ABNT P-NB-569 e P-NB-570, o dimensionamento da grade deve ser feito em função da vazão. 6 Grade adotada O espaçamento entre as barras é escolhido em função do tipo de material que se quer deter e dos equipamentos a proteger. Escolhe-se entre as grades grossa, média ou fina. Primeiramente se escolhe a seção transversal da barra (Tabela 5.2) e o espaçamento entre barras (a). São comuns três espaçamentos-padrão: 1,94 cm (3/4 ), 2,54 cm (1 ) e 3,18 cm (1 1/4"). Escolhidos o espaçamento entre barras (a) e a espessura da barra (t), calcula-se a eficiência esperada (E) para a operação de gradeamento como: a E = a + t O valor de E também está tabelado em função do espaçamento (a) e da espessura da barra (t) em Jordão e Pessoa (1995), página 90. Dessa forma, pode-se escolher a grade a ser empregada. Tipo de grade adotado: Inclinação com a horizontal: Espaçamento entre as barras (a): Espessura da barra (t): Eficiência da grade (E): Dimensionamento do canal afluente à grade O primeiro passo para o dimensionamento do canal é o cálculo da área útil necessária para o escoamento (A u ) em função da vazão máxima (Q) e da velocidade de passagem entre as barras (v p ), como: A velocidade de passagem entre as barras (v p ) não deve ser muito elevada para não arrastar material já retido e nem muito baixa para evitar acúmulo de material de sedimentação. Recomenda-se velocidade mínima de 0,6 m/s e máxima de 1,2 m/s para a vazão máxima de projeto. V p = m/s A u = m 2 A área total, incluídas as barras, se obtém pela expressão: A u S = = m 2 E

7 A largura do canal afluente à grade terá que ser aumentada para atender a velocidade de passagem entre barras, resultando daí uma velocidade de aproximação (v o ) menor que a velocidade fixada para projeto (v p ) como: Q v o = S A velocidade de aproximação deve estar dentro da faixa recomendada (0,6 a 1,2 m/s). Do contrário, escolhese outra grade. v o = m/s 7 A velocidade de aproximação está dentro da faixa recomendada? Para finalizar o dimensionamento faltam calcular o comprimento (L c ) e largura do canal (b c ). A largura do canal (b c ) pode ser calculada utilizando a área total do canal e a altura da lâmina líquida no desarenador (h): b C = S h = O comprimento do canal (L C ) é calculado em função da vazão máxima e da área total (S). Nesse caso, considera-se movimento uniforme para um tempo de 3 segundos, como: L C = Q S.3 = O número de barras necessário (n) agora pode ser calculado em função da largura do canal (b C ), da espessura da barra (t) e do espaçamento entre barras (a): b C n = = a + t Para o cálculo da perda de carga na grade deve ser considerado que as grades mecanizadas são projetadas e reguladas para evitar acúmulo excessivo de material grosseiro. Para as grades de limpeza manual deverá ser verificada a influência da perda de carga para uma obstrução correspondente a 50% de lâmina de água, de modo que o escoamento na tubulação afluente não seja afetado. Para a perda de carga (h f ) pode-se utilizar a expressão de Metcalf & Eddy: h f = 1 0,7 2 2 ( v v ) p 2g o

8 8 Nessa expressão, v p : velocidade através das barras, para Q (m/s); v o : velocidade de aproximação à montante da grade (m/s); g: aceleração da gravidade = 9,81 m/s 2. Grade limpa: v p = h f = Grade 50% suja: v p = 2.v p = h f = A parede do canal (y) é calculada com a altura da lâmina máxima de água, com a perda de carga quando a grade estiver 50% suja mais altura livre de 20 cm (segurança). y= h+h f 50%suja +0, 20 = Dessa forma está projetada a unidade preliminar de tratamento de águas de abastecimento. Tabelas necessárias para dimensionamento (copiadas de Mendonça, 2000)