universidade federal do espírito santo

INFLUÊNCIA DAS VARIAÇÕES DE VAZÃO NA EFICIÊNCIA HIDRAULICA DE
FLOCULADORES CHICANADOS
Danieli Soares de Oliveira (1)
Graduanda em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES).
Ellen Crevelim Valentim
Graduanda em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES).
Renato do Nascimento Siqueira
Engenheiro Mecânico e Mestre em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal do Espírito
Santo (UFES) e Doutor em Engenharia Civil pela Loughborough University of Technology,
Loughborough, Inglaterra.
Edmilson Costa Teixeira (2)
Engenheiro Civil pela Universidade Federal da Bahia (UFBA). Mestre em Engenharia Civil pela
Universidade de São Paulo (USP) e Doutor em Engenharia Civil pela University of Bradford,
Bradford, Inglaterra. Professor do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental da
Universidade Federal do Espírito Santo (PPGEA/UFES).
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INFLUÊNCIA DAS VARIAÇÕES DE VAZÃO NA EFICIÊNCIA HIDRAULICA DE
FLOCULADORES CHICANADOS
INTRODUÇÃO:
A floculação é uma importante etapa do tratamento de água, pois seu desempenho influencia as
etapas posteriores do processo de tratamento de água. O desempenho dos floculadores está relacionado
à sua eficiência hidráulica, pois quanto maior a eficiência hidráulica da unidade, menor as diferenças
entre os resultados obtidos e os previstos na fase de projeto. Estas diferenças ocorrem devido à
presença de anomalias de escoamento, tais como curtos-circuitos e zonas mortas.
Os floculadores hidráulicos são normalmente projetados para funcionar com uma única vazão.
Porém, a vazão de operação pode ser diferente da vazão de projeto, afetando a eficiência do processo
de floculação através de alterações no tempo de detenção, do gradiente médio de velocidade ou de
alterações no comportamento hidrodinâmico da unidade.
O presente artigo apresenta resultados parciais de uma pesquisa que visa o aprofundamento de
conhecimentos sobre a relação entre a hidrodinâmica de reatores e as variações de vazão em reatores,
fornecendo assim, subsídios ao projeto de unidades mais racionais e a melhoria das unidades já
existentes.
OBJETIVO:
Verificar a influencia dos efeitos causados pela variação na vazão na eficiência hidráulica de
floculadores hidráulicos chicanados.
MATERIAL E MÉTODOS
Os experimentos foram realizados em duas unidades experimentais chicanadas compostas de
três compartimentos cada, com número de chicanas decrescentes (41, 34 e 22 chicanas,
respectivamente). A diferença entre as unidades é a inclinação de fundo, sendo uma unidade com fundo
reto e a outra com fundo inclinado. A Figura 1 mostra a planta baixa das unidades experimentais.
Foi utilizada a técnica de traçadores para a obtenção da distribuição de tempo de residência
(DTR) nas unidades estudadas, sendo utilizado como traçador permanganato de potássio, injetado
instantaneamente na entrada da unidade e coletado por amostragem discreta na seção de saída. As
concentrações de traçador foram determinadas através de espectrofotômetro.
180cm
Espessura das chicanas = 0,3cm
Espessura das paredes do tanque = 0,4cm
Abertura entre compartimentos = 59,7cm
Espaçamento entre chicanas:
100cm
Câmara C1 = 2,0cm
Câmara C2 = 2,5cm
Câmara C3 = 4,0cm
Obs.: O Espaçamento (b) entre a
extremidade da chicana e a parede
do compartimento onde ela se localiza é:
b = 1,5 x (Espessura entre chicanas)
Figura 1 - Planta baixa das unidades experimentais.
RESULTADOS
Para a realização dos experimentos foram adotadas as vazões de 11, 13 e 15 l/min na unidade de
fundo reto, e de 11, 13, 15, 17 e 19 l/min para a unidade de fundo inclinado. As distribuições de tempo
de residência adimensionalizadas obtidas para as vazões estudadas são mostradas na Figura 2.
E ( θ ) - Concentração
10
Q =11 l/min
Q = 13 l/min
8
Q = 15 l/min
6
4
2
E ( θ ) - Concentração
12
12
10
Q=
Q=
Q=
Q=
Q=
8
6
11 l/min
13 l/min
15 l/min
17 l/min
19 l/min
4
2
0
0
0,5
1,0
1,5
0,5
θ - Tempo
1,0
θ - Tempo
1,5
Figura 2 – Distribuição dos tempos de residência obtidas nas unidades de fundo reto e inclinado,
respectivamente.
Para a avaliação da eficiência hidráulica das unidades foi feita uma análise semiquantitativa das
curvas de passagem, com a extração de indicadores de eficiência hidráulica das mesmas. Foram
analisados indicadores de curto-circuito (t10) e mistura (σ2) e os valores encontrados foram comparados
com os valores esperados para os escoamento ideais do tipo pistão e mistura completa.
As Figuras 3 e 4 apresentam os valores dos indicadores t10 e σ2 para os escoamentos obtidos nas
unidades de fundo reto e inclinado. A comparação desses valores permite a caracterização o
comportamento hidrodinâmico da unidade.
Indicador de Curto Circuito para unidade de fundo
reto
Indicador de Curto Circuito para unidade de fundo
inclinado
0,98
0,98
0,96
0,96
0,94
0,94
t10
0,92
t10
0,92
0,90
0,90
0,88
0,88
11 l/min
13 l/min
11 l/min
15 l/min
13 l/min
15 l/min
17 l/min
19 l/min
Vazões
Vazões
Figura 3 – Indicador de curto-circuito nas unidades de fundo reto e inclinado, respectivamente.
Indicador de Mistura para a unidade de Fundo Inclinado
Indicador de Mistura para a unidade de Fundo Reto
0,02
0,02
0,01
0,01
0
0
11 l/min
13 l/min
15 l/min
11 l/min
13 l/min
15 l/min
17 l/min
19 l/min
Figura 4 – Indicador de mistura nas unidades de fundo reto e inclinado, respectivamente.
Analisando qualitativamente as distribuições de tempo de residência encontradas para as duas
unidades e comparando os valores dos indicadores de eficiência hidráulica para os escoamentos ideais e
reais, conclui-se que o comportamento hidrodinâmico das unidades aproxima-se do regime ideal de
escoamento tipo pistão.
Para o tanque de fundo reto foi verificado que os valores do indicador de curto-circuito
analisado (t10) aumentam com o aumento da vazão na unidade, mostrando que os níveis de curto
circuito na unidade diminuem com o aumento da vazão na mesma, aumentando a eficiência hidráulica
da unidade.
Para o tanque de fundo inclinado foi verificado que os valores do indicador de curto-circuito
aumentam com o aumento da vazão até certo valor (vazão de 15 l/min), aumentando desta forma a
eficiência hidráulica da unidade. Porém, para valores de vazão superiores a 15 l/min verifica-se um
decréscimo nos valores dos indicadores de curto circuito.
O indicador de mistura analisado (σ2) não sofreu variação significativa com a variação de
vazão; porém, para a unidade de fundo reto foi verificada um decréscimo nos valores σ2 com o
aumento da vazão.
CONCLUSÕES
O desempenho das unidades mostrou-se dependente da variação de vazão nas mesmas. Foi
verificado que o escoamento no interior da unidade aproxima-se consideravelmente do ideal tipo
pistão, e que o aumento da vazão proporciona um aumento na eficiência hidráulica da unidade até a
vazão de 15 l/min, após este valor a eficiência hidráulica decresce com o aumento da vazão.
A eficiência hidráulica influencia diretamente o processo de floculação, pois a presença de
curtos circuitos faz com que os flocos permaneçam na unidade um tempo menor do que o previsto na
fase de projeto, com a formação de flocos menos densos, prejudicando os processos subseqüentes. Para
a correção deste problema, geralmente é aumentada a dosagem de coagulante, o que acarreta num
acréscimo no custo do tratamento de água. Já a ocorrência de regiões de zonas mortas faz com que os
flocos permaneçam na unidade por um tempo maior do o previsto na fase de projeto, podendo gerar
sedimentação dos flocos na câmara de floculação, prejudicando desta forma o desempenho da unidade.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
LIBÂNIO, M. Avaliação da floculação em reatores estáticos e de escoamento contínuo com
gradientes de velocidade constante e variável. Tese (Doutorado), Escola de Engenharia de São Carlos –
Universidade de São Paulo, 1995.
MOREIRA, C.R.F. Estudo do comportamento hidrodinâmico em tanques chicanados, com vistas à
otimização da desinfecção de água em tanques de contato de fluxo contínuo. Dissertação de mestrado,
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, UFES, 1999.
RIGO, D.; TEIXEIRA, E.C. Emprego de traçadores no projeto e otimização de Unidades de
Tratamento de água e Efluentes. XVIII AIDIS, Salvador 1995.
SIQUEIRA, R.N. Desenvolvimento e aperfeiçoamento de critérios de avaliação da eficiência
hidráulica e do cálculo do coeficiente de mistura em unidades de tratamento de água e efluentes.
Dissertação de mestrado, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, UFES, 1998.