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ESCOLA POLITÉCNICA DA USP
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAHIDRÁULICA E SANITÁRIA
PHD 2411 – SANEAMENTO I
SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL
Prof. Dr. Roque Passos Piveli
Prof. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho
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SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL
►Introdução
►Lei de Newton►Lei de Stokes►Sedimentação Discreta (Tipo I)►Modelação Matemática do Processo
de Sedimentação Discreta
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SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL
►Sedimentação Floculenta (Tipo II)
►Decantadores convencionais de fluxohorizontal►Decantadores laminares
►Exercício – Dimensionamento dedecantadores convencionais elaminares
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TRATAMENTO CONVENCIONAL DE ÁGUASDE ABASTECIMENTO
Manancial Coagulação Floculação Sedimentação
FiltraçãoDesinfecçãoFluoretaçãoCorreção de pH
Água Final
Polímero Agente oxidante
Alcalinizante
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Decantadores !!!
SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL
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Decantadores !!!
SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL
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SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL
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SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL
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SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL
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PROCESSO DE LODOS ATIVADOSCONVENCIONAL
Grade Caixa de areiaDecantador
Primário
Tanque de
Aeração
Decantador
Secundário
Adensamento
Digestão
Secagem Lodo “Seco”
Rio
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SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL
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SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL
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SEDIMENTAÇÃO GRAVITACIONAL
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SEDIMENTAÇÃO
Definição: Processo de separaçãosólido-líquido que tem como forçapropulsora a ação da gravidade.
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SEDIMENTAÇÃO
Classificação dos Processos deSedimentação
►Sedimentação discreta (Tipo 1)►Sedimentação floculenta (Tipo 2)►Sedimentação em zona (Tipo 3)►Sedimentação por compressão (Tipo 4)
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Peso
EmpuxoForça de arraste
E F P a
0y
F
g V g m P ol p p ...
g V E ol ..
2
...2
V AC F
p d
a
Velocidade de Sedimentação
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Peso
Empuxo
E F P a
ol p ol
p d V g V g
V AC ....
2
...2
ol ol p
p d V g V g
V AC ....
2
...2
Velocidade de Sedimentação
Força de arraste
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Velocidade de Sedimentação
Peso
EmpuxoForça de arraste
ol ol p
p d V g V g
V AC ....
2
...2
6
.3
p
ol
d V
d
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C
d g V
..3
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Velocidade de Sedimentação
Peso
EmpuxoForça de arraste
Log R e
Log Cd
Região A
Região B
Região CRegião D
0,2 500 2.105
0,44
0,1
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Velocidade de Sedimentação
d
p p
C
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..3
.)..(4
..
.2424
p e
d
d V R
C
.18
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p p d g
V
Lei de Newton
Lei de Stokes
Log R e
Log Cd
Região A
Região B
Região CRegião D
0,2 500 2.105
0,44
0,1
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SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)
►Sedimentação discreta: As partículaspermanecem com dimensões evelocidades constantes ao longo doprocesso de sedimentação, não
ocorrendo interação entre as mesmas
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SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)
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SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)
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SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)
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SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)
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SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO I)
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Sedimentação Discreta (Tipo I)
BH
L
1
2
Vh
Vs
t V Lh .
t V H S . L
H V V h
S
.H B
Q V
h .
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Sedimentação Discreta (Tipo I)
BH
L
1
2
Vh
Vs
L
H V V h
S .
H B
Q V
h
.
LH B
H Q V
S ..
.
s
S A
Q
LB
Q V
.
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Sedimentação Discreta (Tipo I)
BH
L
1
2
Vh
Vs
s
S A
Q
LB
Q V
. s A
Q q Taxa de escoamentosuperficial
q V s
Partículas com Vs superiores a q serão removidas
durante o processo de sedimentação gravitacional
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Sedimentação Discreta (Tipo I) Análise do Equacionamento Matemático
q A
Q V
s
S q V
s
Vs=Velocidade de sedimentação (m/s)q=taxa de escoamento superficial(m3/m2/dia)
►q é função somente da geometria do
decantador, portanto, é um parâmetro deprojeto.
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Sedimentação Discreta (Tipo I) Análise do Equacionamento Matemático
q A
Q V
s
S q V
s
Vs=Velocidade de sedimentação (m/s)
q=taxa de escoamento superficial(m3/m2/dia)
► Vs é uma propriedade da partícula, podendo
esta ser manipulada mediante a operaçãodos processos de coagulação-floculação
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Floculação e Sedimentação
Diâmetro das partículas
F r e q u ê n c i a r
e l a t i v a
Água brutaÁgua coagulada
Diâmetro crítico
Se Vs > q, todas aspartículas com diâmetro
superior a dc serãoremovidas
dc apresenta Vs
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Floculação e Sedimentação
Diâmetro das partículas
F r
e q u ê n c i a
r e l
a t i v a
Água brutaÁgua coagulada Água floculada
Diâmetro crítico
dp > dc Partículas
sedimentáveis
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Sedimentação Discreta (Tipo I)
Propriedade da sedimentação discreta: A dimensão físicada partícula permanece inalterada durante o seuprocesso de sedimentação gravitacional, o que significadizer que a sua velocidade de sedimentação é constante.
BH
L
1
2
Vh
Vs
Ã
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SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA(TIPO II)
►Sedimentação floculenta: a
velocidade de sedimentação daspartículas não é mais constante, umavez que as mesmas agregam-se ao
longo do processo de sedimentação.
Ã
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SEDIMENTAÇÃO FLOCULENTA(TIPO II)
►Com o aumento do diâmetro das
partículas há, conseqüentemente, oaumento de sua velocidade desedimentação ao longo da altura.
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Sedimentação Floculenta (Tipo II)
Propriedade da sedimentação floculenta: A dimensão física da
partícula é alterada durante o seu processo de sedimentação
gravitacional (floculação por sedimentação diferencial), o que
significa dizer que a sua velocidade de sedimentação é variável.
BH
L
1
2
Vh
Vs
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DECANTADORES CONVENCIONAISEM ETA’S E ETE’S
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DECANTADORES CONVENCIONAISEM ETA’S E ETE’S
C O S CO C O S
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Decantadores !!!
DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO DA BOA VISTA
DECANTADORES CONVENCIONAIS
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DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO DA BOA VISTA
DECANTADORES CONVENCIONAIS
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DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO DA BOA VISTA
DECANTADORES CONVENCIONAIS
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DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO DA BOA VISTA
DECANTADORES CONVENCIONAIS
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DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO DA BOA VISTA
DECANTADORES CONVENCIONAIS
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DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO DA BOA VISTA
DECANTADORES CONVENCIONAIS
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Decantadores !!!
DECANTADORES CONVENCIONAISETA GUARAÚ (SABESP)
DECANTADORES CONVENCIONAIS
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DECANTADORES CONVENCIONAISETA GUARAÚ (SABESP)
DECANTADORES CONVENCIONAIS
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DECANTADORES CONVENCIONAISETA GUARAÚ (SABESP)
DECANTADORES CONVENCIONAIS
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DECANTADORES CONVENCIONAISETA GUARAÚ (SABESP)
DECANTADORES CONVENCIONAIS
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DECANTADORES CONVENCIONAISETA GUARAÚ (SABESP)
DECANTADORES CONVENCIONAIS
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Decantadores !!!
DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO TIÊTE (SABESP)
DECANTADORES CONVENCIONAIS
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DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO TIÊTE (SABESP)
DECANTADORES CONVENCIONAIS
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DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO TIÊTE (SABESP)
DECANTADORES CONVENCIONAIS
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DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO TIÊTE (SABESP)
DECANTADORES CONVENCIONAIS
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DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO TIÊTE (SABESP)
DECANTADORES CONVENCIONAIS
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DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO TIÊTE (SABESP)
DECANTADORES CONVENCIONAIS
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DECANTADORES CONVENCIONAISETA ALTO TIÊTE (SABESP)
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DECANTADORES CONVENCIONAISPARÂMETROS DE PROJETO
►Taxa de escoamento superficial: 20m3/m2/dia a 60 m3/m2/dia.
►(Função das características desedimentabilidade do floco, definidaspelas etapas de coagulação-
floculação)► Altura do decantador: 3,0 metros a 5,0
metros.
C O S CO C O S
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DECANTADORES CONVENCIONAISPARÂMETROS DE PROJETO
►Relação Comprimento/Largura 4►Taxa de escoamento linear (vertedor) 1,8 l/m/s
►Re 20.000 (Verificação)►
Fr
10-5
..h
e
R V R
h
r
R g
V F
.
2
LAY OUT DE ETAs
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LAY-OUT DE ETAs ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E
DECANTADORES
Canal de água coagulada
CASA DEQUÍMICA
LAY OUT DE ETAs
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C a n a l d e
á g u a
c o a g ul a d a
CASA DEQUÍMICA
LAY-OUT DE ETAs ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E
DECANTADORES
LAY OUT DE ETAs
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Canal de água coagulada
CASA DEQUÍMICA
LAY-OUT DE ETAs ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E
DECANTADORES
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DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR
t V Lh .
t V H S .
L
H V V h
S
.
2
' LL
02 canais
B
H
L
1
2
Vh
Vs H/2
L’
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DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR
t V Lh .t V H S .
L
H V V h
S
.
4
' LL
02 canais
B
H
L
1
2
Vh
Vs H/4
L’
n canais
n
LL '
DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR
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DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR
Vs
V0
w
l
Trajetória crítica
h
l
h sen s
sv
V V sen
s
sh
V
V cos
Vsh
Vsv
sen V V s sv .
cos.s sh
V V
DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR
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DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR
Vs
V0
w
l
Trajetória crítica
h
Vsh
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V V
t V V l sv .0
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V
w
V V
l
0
DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR
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DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR
Vs
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Trajetória crítica
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V
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0
DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR
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DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR
Vs
V0
w
l
Trajetória crítica
h
Vsh
Vsv
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V V
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0
sen A
Q
A
Q V
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0
0
A p
sen Lsen A
S Q V
p
c
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.
Equação de dimensionamento
DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR
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DECANTADORES DE FLUXO LAMINAR
CONVENCIONAL X LAMINAR
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CONVENCIONAL X LAMINAR
sen Lsen A
S Q V
p
c
s
cos...
.
A
Q V q s Decantador convencional
Decantador laminar
sen Lsen
S q q c L
c
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.
c c
L
S
sen Lsen
q
q
cos..
•Sc=1 (Placas planas)•Sc=4/3 (Tubos circulares)
•Sc=11/8 (Tubos quadrados)
CONVENCIONAL X LAMINAR
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Sedimentação laminar - Ângulo das placas
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 20 30 40 50 60 70 80
Ângulo das placas com a horizontal
q L / q C
CONVENCIONAL X LAMINAR ÂNGULO DAS PLACAS
c c
L
S
sen Lsen
q
q
cos..
CONVENCIONAL X LAMINAR
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Sedimentação laminar - Efeito da grandeza L (l/w)
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
0 10 20 30 40 50 60
l/w
q C / q L
CONVENCIONAL X LAMINAR GRANDEZA L (l/w)
c c
L
S sen Lsen
q q cos..
DECANTADORES LAMINARES
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DECANTADORES LAMINARESETA RIO GRANDE (SABESP)
DECANTADORES LAMINARES
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DECANTADORES LAMINARESETA RIO GRANDE (SABESP)
DECANTADORES LAMINARES
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DECANTADORES LAMINARESETA RIO GRANDE (SABESP)
DECANTADORES LAMINARES
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DECANTADORES LAMINARESETA CAPIVARI (SANASA)
DECANTADORES LAMINARES
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DECANTADORES LAMINARESETA CAPIVARI (SANASA)
DECANTADORES LAMINARES
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DECANTADORES LAMINARESETA CAPIVARI (SANASA)
DECANTADORES LAMINARES
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DECANTADORES LAMINARESETA CAPIVARI (SANASA)
DECANTADORES LAMINARES
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DECANTADORES LAMINARESETA CAPIVARI (SANASA)
DECANTADORES LAMINARES
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DECANTADORES LAMINARESPARÂMETROS DE PROJETO
► Velocidade de sedimentação: 20
m3
/m2
/dia a 60 m3
/m2
/dia.►(Função das características do floco,
definidas pelas etapas de coagulaçãoe floculação)
► Ângulo das placas com a horizontal:60o
DECANTADORES LAMINARES
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DECANTADORES LAMINARESPARÂMETROS DE PROJETO
►Comprimento da placa: 0,6 metros a
1,2 metros► Velocidade de escoamento entre as
placas: 15 cm/min a 20 cm/min
►Espessura entre as placas: 4 cm a 8cm
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DECANTADORES LAMINARESPARÂMETROS DE PROJETO
► Altura do decantador: 4,0 metros a
6,0 metros.►Relação Comprimento/Largura 2►Taxa de escoamento linear (vertedor) 1,8 l/m/s
DIMENSIONAMENTO DE
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DIMENSIONAMENTO DEUNIDADES DE SEDIMENTAÇÃO
► Vazão: 1,0 m3/s
► Velocidade de sedimentação dosflocos: 40 m/dia►Número de unidades de sedimentação:
04►Profundidade da lâmina líquida=4,5 m
DIMENSIONAMENTO DE
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DIMENSIONAMENTO DEDECANTADORES CONVENCIONAIS
DIMENSIONAMENTO DE
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DIMENSIONAMENTO DEDECANTADORES CONVENCIONAIS
DIMENSIONAMENTO DE
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►Cálculo da área
DIMENSIONAMENTO DEDECANTADORES CONVENCIONAIS
S S
A
Q q V
2
23
3
540//40
/600.21m
dia m m
dia m
q
Q AS
DIMENSIONAMENTO DE
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► Verificação do tempo dedetenção hidráulico
DIMENSIONAMENTO DEDECANTADORES CONVENCIONAIS
horas
hora s s m
m m
Q
V dec h 7,2
/600.3./25,0
5,4.540
3
3
DIMENSIONAMENTO DE
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►Definição da geometria dodecantador
Admitindo uma relação entre L/B igual a 4,tem-se que:
DIMENSIONAMENTO DEDECANTADORES CONVENCIONAIS
22540.4. m B LB AS
m B 6,11
m Lm B
0,470,12
25640,47.0,12. m m m LB AS
DIMENSIONAMENTO DE
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► Verificação da taxa deescoamento superficial
DIMENSIONAMENTO DEDECANTADORES CONVENCIONAIS
dia m m m
dia m
A
Q q
S
//3,38564
/600.21 23
2
3
►Cálculo da velocidade horizontalcm
m m
s m
A
Q V
h h /463,0
0,12.5,4
/25,03
DIMENSIONAMENTO DE
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►Cálculo do Raio Hidráulico
DIMENSIONAMENTO DEDECANTADORES CONVENCIONAIS
►Cálculo do Número de Reynolds
m
h B
h B R h 57,25,4.20,12
0,12.5,4.2
.
905.11.
h h e
R V R OK 000.20
DIMENSIONAMENTO DE
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►Dimensionamento das calhas decoleta de água decantada
DIMENSIONAMENTO DEDECANTADORES CONVENCIONAIS
q H q l ..018,0
ql=vazão linear nas calhas de coleta de água
decantada (l/s/m)H=altura útil do decantador (m)q=taxa de escoamento superficial nodecantador (m3 /m2 /dia)
DIMENSIONAMENTO DE
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DECANTADORES CONVENCIONAIS
DIMENSIONAMENTO DE
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DECANTADORES CONVENCIONAIS
DIMENSIONAMENTO DE
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►Dimensionamento das calhas decoleta de água decantada
DIMENSIONAMENTO DEDECANTADORES CONVENCIONAIS
q H q l ..018,0 3,38.5,4.018,0l q
m s l q l
//10,3
Valor de projeto adotado: 2,5 l/s/m
DIMENSIONAMENTO DE
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►Cálculo do comprimento total devertedor
DIMENSIONAMENTO DEDECANTADORES CONVENCIONAIS
Valor de projeto adotado: 2,5 l/s/m
v l
LQ q m
m s l s l Lv 100//5,2/250
DIMENSIONAMENTO DE
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►Cálculo do comprimento total devertedor
DIMENSIONAMENTO DEDECANTADORES CONVENCIONAIS
Admitindo que o comprimento da calha decoleta de água de lavagem não exceda a 20%do comprimento do decantador, tem-se que:
m m Lcalha 4,92,0.0,47
DIMENSIONAMENTO DE
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►Cálculo do número de calhas
DIMENSIONAMENTO DEDECANTADORES CONVENCIONAIS
3,54,9.2
100
.2 m
m
L
L
N calha
v calhas
Portanto, vamos adotar um total de 06 calhas,com 9,0 metros de comprimento
m m calhas Lv 1082.0,9.06
m s l m
s l
L
Q q
v
l //31,2108
/250
DIMENSIONAMENTO DE
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►Cálculo do espaçamento entre as
calhas
DIMENSIONAMENTO DEDECANTADORES CONVENCIONAIS
m calhas
m Esp 0,2
06
0,12
DIMENSIONAMENTO DE
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DIMENSIONAMENTO DEDECANTADORES CONVENCIONAIS
12,0 m
47,0 m
2,0 m1,0 m
9,0 m
LAY-OUT DE ETAsÃ
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ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E
DECANTADORES
Canal de água coagulada
CASA DEQUÍMICA
LAY-OUT DE ETAsÃ
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C a n a l d
e á g u a
c o a g ul a d a
CASA DEQUÍMICA
ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E
DECANTADORES
LAY-OUT DE ETAsÃ
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Canal de água coagulada
CASA DEQUÍMICA
ASSOCIAÇÃO FLOCULADORES E
DECANTADORES
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MuitoObrigado !!!