Mistura Rápida e Mistura Lenta Mecanizadas para ETAs

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PROBLEMA DE ENGENHARIA: COAGULAÇÃO E FLOCULAÇÃO

Ano	População
2000	180.413
2010	209.057
2020	229.458

Você foi contratado para dimensionar uma Estação de Tratamento de Água para o município de Maracanaú/CE, tanto a sua população quanto alguns empreendimentos de seu polo industrial.

A TABELA, mostra dados populacionais do município nos últimos 30 anos.

A demanda por parte do polo industrial é, hoje, de 50.000m³/dia e projeta-se que esta demanda aumente cerca de 2,5% ao ano.

O consumo per capta dos habitantes da região pode ser considerado igual a 120L/hab.dia.

A ETA tem expectativa de vida de 25 anos e operar cerca de 18horas/dia. Agora, você que é o engenheiro responsável precisa:

1. Definir a vazão de projeto para dimensionamento das operações unitárias da ETA, em m³/h;
2. Dimensionar o sistema de mistura rápida;

1. Volume e dimensões (Altura útil e Diâmetro);
2. Dados operacionais (Potência e rotação requeridas);

1. Dimensionar o sistema de mistura lenta;

1. Volume e dimensões (Altura útil, Largura e Comprimento);
2. Dados operacionais (Potência e rotação requeridas em cada estágio);

1. Apresente um esboço, com as vistas superior e lateral, dos sistemas de mistura rápida e lenta, mostrando o ponto de contato (local onde água é transferida de uma para um outro);

Em seu cálculo você deve considerar ainda:

k1 (coeficiente do dia de maior consumo) = 1,2;

k2 (coeficiente de hora de maior consumo) = 1,5;

Autoconsumo = 3,0%

Tanques de mistura rápida: cilíndricos;

Fluxograma: 4 tanques em paralelo, com 1 de sobressalência (3 operam simultaneamente)

Tempo de detenção hidráulica: 4s;

Gradiente de velocidades: 850s-1

Misturador tipo turbina de seis palhetas curvas, com diâm. igual a 60% do diâm. do tanque.

Tanques de mistura lenta: retangulares com base quadrada;

Fluxograma: 4 tanques em paralelo, cada 1 com 3 estágios;

Tempo de detenção hidráulica: 12 minutos em cada estágio;

Gradiente de velocidades escalonados: 1º est. 70s-1; 2º est. 50s-1; 3º est. 30s-1;

Misturador tipo turbina de seis palhetas inclinadas a 45º, com diâm. igual a 50% do diâm. do tanque.

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Resposta de Engenheiro:

Para dimensionar a Estação de Tratamento de Água para o município de Maracanaú/CE precisamos, primeiro, estimar a demanda de final de plano (demanda de água que será demanda no final da vida útil da ETA), que depende do horizonte de projeto, especificado como 25 anos e das populações (valor atual e características de crescimento populacional. Então, analisando os dados populacionais dos últimos 20 anos do município:

Ano	População	Crescimento
2000	180.413	-
2010	209.057	15,88%* em 10 anos	1,48%** ao ano
2020	229.458	9,76%* em 10 anos	0,94%** ao ano

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** [pic 4]

Podemos perceber que a taxa de crescimento populacional do referido município decresceu ao longo do tempo, dessa forma, a população de final de plano será projetada pelo método de mesmo nome (taxa decrescente):

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Daí:

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Ou seja, em 2045 (daqui a 25 anos), a ETA deverá atender a aproximadamente 236 mil pessoas, e essa quantidade de pessoas deve consumir diariamente:

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Além disso, precisa atender ainda a demanda do polo industrial de 50.000m³/dia sendo que esta quantidade cresce, de acordo com o enunciado, a uma taxa de 2,5% ao ano, o que significa dizer que no final da vida útil da ETA, o setor industrial consumirá:

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Dessa forma, a nova ETA de Maracanaú deve ter capacidade para atender:

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Como a ETA precisa tratar toda essa água em apenas 18horas diárias:

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Ou seja, a capacidade da ETA deve ser de 121.000m³/dia ou 1,87m³/s. Já as operações unitárias da desta Estação, deve ser projetada para tratar:

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Portanto, todas as operações unitárias da ETA deverão possuir capacidade para tratar 2,0 m³/s de água. Conhecida a vazão de projeto que as operações unitárias devem ser capazes de tratar, damos início ao dimensionamento da estação de tratamento.

A operação unitária é a mistura rápida, onde são adicionados produtos químicos na água para ajuste de pH e/ou coagulação de materiais em suspensão e/ou auxiliares de floculação. Esta primeira unidade deve ser projetada de tal modo que permita a rápida dispersão dos químicos na água. Dessa forma, a ETA de Maracanaú, será dotada de sistema de mistura rápida com agitadores mecânicos, tipo turbina de 6 palhetas curvas (kT = 4,80), devendo proporcionar, na mistura, gradiente de velocidades de 850s-1, conforme requisitos do projeto. Além disso, o sistema vai contar com 4 unidades de mistura rápida, sendo que umas delas fica de sobressalência e 3 permanecem em operação em paralelo, ou seja, a ETA em questão possuirá 4 Câmaras de Mistura Rápida (CMR), em paralelo, geminadas, mas apenas três delas funcionarão por vez, podendo a operação da ETA operá-las alternadamente em caso de manutenções e/ou realização de manobras operacionais. Desse modo, cada CMR será dimensionada para receber 1/3 da vazão de projeto: