Márcio Neto

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Floculador de chicanas verticais

Objetivo

Neste tutorial, vamos aprender a modelar e realizar os cálculos correspondentes ao floculador hidráulico de chicanas verticais mostrado na figura abaixo:

floculador de chicanas verticais - 3 módulosfloculador de chicanas verticais - 3 módulos

Passo a passo

1. Crie um projeto

A partir da tela principal, selecione o botão Criar um novo projeto:

Criação de um novo projetoCriação de um novo projeto

Quando você clicar sobre esse botão, aparecerá uma janela, onde você deverá entrar com o nome do projeto. Vamos chamá-lo de Floculador hidráulico de chicanas verticais.

 

Você será então levado ao diagrama do seu novo projeto:

Criação de um novo projetoCriação de um novo projeto

2. Dados de entrada

Vamos começar selecionando os nodes que serão necessários. Há dois tipos de nodes:

 

  1. Nodes que representam variáveis
  2. Nodes de cálculo

 

Para incluir novos nodes, basta clicar no botão + Adicionar Cálculo, no painel à direita.

 

Você será remetido à página Novo cálculo. Aparecem diversas Categorias.

 

Selecione a pasta DIAGRAMA.

 

Clique sobre ela. Novas alternativas surgem. Escolha VARIÁVEIS.

 

Surgirá a alternativa VAZÃO. Clique sobre ela e, em seguida, clique em ADICIONAR.

  Node vazão surge sobre o diagramaNode vazão surge sobre o diagrama

Clique sobre o node adicionado. Aparecerá uma nova coluna à direita.

 

Modifique o nome Vazão 1 que aparece na coluna à direita. Escreva, por exemplo: Vazão a tratar.

 

Ainda na coluna da direita, insira a vazão do projeto. Vamos utilizar 0,06 m³/s. Mas existem outras unidades (é só apertar na flechinha que indica para baixo ao lado do m³/s que elas aparecem).   Node vazão a tratar sobre o diagramaNode vazão a tratar sobre o diagrama Vamos inserir a temperatura, que também será comum a todos os cálculos.

 

Clique sobre + Adicionar Cálculo.

 

Você será remetido à página Novo cálculo. Aparecem diversas Categorias. Selecione a pasta DIAGRAMA.

 

Clique sobre ela. Novas alternativas surgem. Escolha VARIÁVEIS.

 

Surgirá a alternativa TEMPERATURA. Clique sobre ela e, em seguida, clique em ADICIONAR.   Node Temperatura 1 sobre o diagramaNode Temperatura 1 sobre o diagrama

Clique sobre a figura do diagrama. Aparece nova coluna à direita.

 

Modifique o nome Temperatura 1 que aparece na coluna à direita. Escreva, por exemplo: Temperatura de projeto.

 

Na coluna da direita, coloque a temperatura do projeto. Vamos colocar 20°C. Mas existem outras unidades (é só apertar na flechinha que indica “para baixo” ao lado do °C que elas aparecem).   Node Temperatura de projetoNode Temperatura de projeto

3. Instalação dos blocos correspondentes ao floculador

Clique sobre + Adicionar Cálculo.

 

Você será remetido à página Novo cálculo. Aparecem diversas Categorias. Selecione a pasta ABASTECIMENTO DE ÁGUA.

 

Clique sobre ela. Novas alternativas surgem. Escolha TRATAMENTO DE ÁGUA.

 

Surgirá a alternativa UNIDADES. Clique sobre ela.

 

Surgirá a alternativa FLOCULAÇÃO. Clique sobre ela.

 

Surgirá a alternativa COMPARTIMENTO DE FLOCULADOR HIDRÁULICO. Clique sobre ela e, em seguida, clique em ADICIONAR.

Node Compartimento de floculador hidráulicoNode Compartimento de floculador hidráulico A figura correspondente aparecerá sempre que você clicar sobre o ? Info da tabela à direita. Node Compartimento de floculador hidráulicoNode Compartimento de floculador hidráulico

Como são três séries de compartimentos, vamos acrescentar mais duas caixas de diálogo (é só clicar sobre ela e fazer o clássico Ctrl C ; Ctrl V e renomeá-las.

 

Teremos então, ao invés de Compartimento de floculador hidráulico 1:

  • Compartimento de floculador hidráulico: série 1;

  • Compartimento de floculador hidráulico: série 2;

  • Compartimento de floculador hidráulico: série 3.

 

Node Compartimentos sobre a telaNode Compartimentos sobre a tela

4. Instalação dos blocos correspondentes aos orifícios de interligação

 

Clique sobre + Adicionar Cálculo.

 

Você será remetido à página Novo cálculo.

 

Aparecem diversas Categorias. Selecione a pasta DIAGRAMA.

 

Clique sobre ela. Novas alternativas surgem. Escolha TRATAMENTO DE ÁGUA.

 

Surgirá a alternativa VARIÁVEIS. Clique sobre ela.

 

Surgirá a alternativa COMPRIMENTO.

 

Clique sobre ela e, em seguida, clique em ADICIONAR.

Node Compartimentos sobre a telaNode Compartimentos sobre a tela Como são três séries de compartimentos, vamos acrescentar mais duas caixas de diálogo (é só clicar sobre ela e fazer o cássico Ctrl C ; Ctrl V) e renomeá-las. Teremos então, ao invés de Comprimento 1:

Orifícios série 1:

Orifícios série 2:

Orifícios série 3. Node Os três orifícios sobre a telaNode Os três orifícios sobre a tela Ainda não vamos colocar os diâmetros dos orifícios! Esta atividade ficará para o passo 7, mais adiante.

 

5. Instalação dos blocos correspondentes à área dos orifícios de interligação

 

Clique sobre + Adicionar Cálculo.

 

Você será remetido à página Novo cálculo. Aparecem diversas Categorias. Selecione a pasta MATEMÁTICA.

 

Clique sobre ela. Novas alternativas surgem. Escolha DIMENSÕES DE UM CÍRCULO. Clique sobre ela e, em seguida, clique em ADICIONAR. Node Os três orifícios sobre a telaNode Os três orifícios sobre a tela

Como são três séries de compartimentos, vamos acrescentar mais duas caixas de diálogo (é só clicar sobre ela e fazer o cássico Ctrl C ; Ctrl V) e renomeá-las. Teremos então, ao invés de Dimensões de um círculo 1:

 

Area orifícios série 1
Area orifícios série 2

Area orifícios série 3 Node Áreas dos três orifícios sobre a telaNode Áreas dos três orifícios sobre a tela

6. Instalação dos blocos correspondentes à perda de carga orifícios de interligação

 

Clique sobre + Adicionar Cálculo.

 

Você será remetido à página Novo cálculo. Aparecem diversas Categorias. Selecione a pasta HIDRÁULICA.

 

Aparecem diversas Categorias. Selecione a pasta ORIFÍCIOS.

 

Aparecem diversas Categorias. Selecione a pasta CARGA EM ORIFÍCIOS E BOCAIS. Clique sobre ela e, em seguida, clique em ADICIONAR.

 

Node ÁCarga em orifícios e bocaisNode ÁCarga em orifícios e bocais

Como são três séries de compartimentos, vamos acrescentar mais duas caixas de diálogo (é só clicar sobre ela e fazer o clássico Ctrl C ; Ctrl V) e renomeá-las.

 

Teremos então, ao invés de Carga de orifícios e bocais 1:

Perda de carga orifícios série 1:
Perda de carga orifícios série 2:
Perda de carga orifícios série 3.

Node Carga em orifícios e bocaisNode Carga em orifícios e bocais

7: Instalação dos blocos correspondentes à perda de carga orifícios de interligação

Clique sobre + Adicionar Cálculo.

 

Você será remetido à página Novo cálculo. Aparecem diversas Categorias. Selecione a pasta ABASTECIMENTO DE ÁGUA.

 

Aparecem diversas Categorias. Selecione a pasta TRATAMENTO DE ÁGUA.

 

Aparecem diversas Categorias. Selecione a pasta GRADIENTES DE VELOCIDADE EM TUBOS E PASSAGENS.

 

Aparecem diversas Categorias. Selecione a pasta GRADIENTES DE VELOCIDADE EM TUBOS E ORIFÍCIOS CIRCULARES

 

Clique sobre ela e, em seguida, clique em ADICIONAR.

Node G em tubos em orifícios e bocaisNode G em tubos em orifícios e bocais

Como são três séries de compartimentos, vamos acrescentar mais duas caixas de diálogo (é só clicar sobre ela e fazer o clássico Ctrl C ; Ctrl V e renomeá-las. Teremos então, ao invés de Gradientes de velocidade em tubos e orifícios circulares 1:

Gradiente de velocidade nos orifícios série 1 Gradiente de velocidade nos orifícios série 2 Gradiente de velocidade nos orifícios série 3

 

8. Preenchimento dos dados do floculador

Já podemos colocar, nas caixas de diálogo dos compartimentos do floculador hidráulico, os dados correspondentes à área superficial (1,21 m² para todos eles) e à profundidade do compartimento (3,50 m para todos eles).

 

Vamos começar interligando a Vazão a tratar e a Temperatura a todos os pontos do diagrama que solicitam seu valor.

Node G em Interligação das caixas de diálogoNode G em Interligação das caixas de diálogo

10. Preenchimento dos dados dos diâmetros dos orifícios das séries

Quais deverão ser esses diâmetros? Essa escolha deverá conduzir aos gradientes de velocidade próximos a 60 s-1; 40 s-1; e 20 s-1 nos compartimentos de floculação.

 

Vamos fazer uma estimativa inicial: admita que a velocidade média nos orifícios deverá estar em torno de 0,20 m/s. A área de passagem correspondente, levando em consideração a vazão de 60 L/s (0,060 m³/s) será:

A=0,0600,20=0,3m2 A = \frac{0,060}{0,20}=0,3 m^2

à qual corresponde o diâmetro de:

D=4×0,3π=0,618m=618mmD = \sqrt{\frac{ 4 \times 0,3}{\pi}} = 0,618m = 618mm

Vamos então colocar esse valor em todos os orifícios das séries. É claro que não vai dar certo, mas a gente vai ter um quadro inicial para experimentar novos diâmetros. Veja como fica.

Node G diâmetros dos orifícios tentativa inicialNode G diâmetros dos orifícios tentativa inicial

Então vamos experimentar diâmetros novos, até chegar nos gradientes de velocidade que gostaríamos. Encontramos os valores: 400 mm; 500 mm; e 700 mm. Node G em diâmetros dos orifícios diâmetros finaisNode G em diâmetros dos orifícios diâmetros finais

11. Cálculos finais

Para completar o diagrama, inserimos blocos que mostram quantos compartimentos existem em cada série e, daí, outros blocos que mostram qual é o tempo de detenção total em cada série. Somando esses tempos através de blocos de soma, obtemos o tempo de detenção total do floculador: 1708 segundos. O diagrama é autoexplicativo.

 

Introduzimos também novos blocos para calcular o denominado “número de Camp” de cada série, definido como sendo igual a G.t. O diagrama também é autoexplicativo. Node G em diâmetros dos orifícios diâmetros finaisNode G em diâmetros dos orifícios diâmetros finais

12. Análise dos resultados

Comentários referentes à ABNT[1]:

 

A NBR 12213 estabelece o que se transcreve a seguir.

  • 5.9.2.1 Dependendo do porte da estação e a critério do órgão contratante, não sendo possível proceder aos ensaios destinados a determinar o período de detenção adequado, podem ser adotados valores entre 20 min e 30 min, para floculadores hidráulicos, e entre 30 min e 40 min, para os mecanizados.

  • 5.9.2.2 Não sendo realizados ensaios, deve ser previsto gradiente de velocidade máximo, no primeiro compartimento, de 70 s-1, e mínimo, no último, de 10 s-1.

  • 5.9.5.3 As dimensões das aberturas devem ser suficientes para que o gradiente de velocidade, na passagem da água, tenha valor igual ou inferior ao do compartimento anterior.

…

 

Observe que:

 

O tempo de detenção total obtido foi igual a 1553 segundos = 25,9 min, atendendo ao que dispõe o item 5.9.2.1 anterior.

 

Os gradientes de velocidade obtidos foram:

  • 1ª série:

65,8 s-1 nos compartimentos;

65,3 s-1 nas passagens;

  • 2ª série:

42,1 s-1 nos compartimentos;

30,6 s-1 nas passagens;

  • 3ª série:

21,5-1 nos compartimentos;

9,7 s-1 nas passagens.

 

Fica, assim, atendido o que dispõem os itens 5.9.2.2 e 5.9.2.3 anteriores.

 

Quanto aos números de Camp, é de boa técnica tornar seus valores próximos entre si nas diversas etapas de floculação.

Os valores obtidos foram:

 

  • Primeira câmara: Gt = 18567

  • Segunda câmara: Gt = 17824

  • Terceira câmara: Gt = 18188

 

Referência:

[1] NBR 12213 – Projeto de Captação de Água de Superfície Para Abastecimento Público