Mistura Rápida
“Operação destinada a dispersar produtos
químicos na água a ser tratada, em particular no
processo de coagulação” (NBR12216/1992).
Mistura Rápida
A coagulação depende da presença de um produto químico, o coagulante;
A mistura rápida promove a dispersão do coagulante na água
a dispersão deve ser rápida (tempo curto) e a mais homogênea possível, uma vez que pequenas quantidades de coagulante são adicionadas em um volume muito grande de água.
turbulência
Mistura Rápida
A mistura rápida deve ser efetuada em local de
transmissão de grande energia à massa líquida, e no
menor tempo possível, principalmente se o
mecanismo de coagulação é a adsorção.
As condições ideais em termos de gradiente de
velocidade, tempo de mistura e concentração da
solução devem ser determinadas em laboratório.
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
O agente físico para a realização, tanto da mistura rápida, como da floculação é a agitação mais ou menos intensa da água, através da operação de mistura.
Gradiente de velocidade; Tempo de mistura.
Ensaios de laboratório Norma – NBR 12216/92
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
Segundo a NBR 12216/92:
A dispersão de coagulantes metálicos hidrolisáveis deve
ser feita a gradientes de velocidade compreendidos
entre 700 e 1100 s-1, em um tempo de mistura não
superior a 5s.
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
Segundo a NBR 12216/92:
a. Produtos químicos que não hidrolisam podem ser
misturados considerando gradiente de velocidade entre
100 e 250 s-1
b. A dispersão de polieletrólitos deve ser feita obedecendo
a recomendações do fabricante.
Mistura Rápida
Parâmetros de projeto
Di Bernardo e Dantas (2005 ) recomenda os seguintes valores para
os parâmetros usuais para projeto de unidades de mistura rápida.
Tabela - Parâmetros de projeto para mistura rápida
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
O conceito de gradiente de velocidade, aplicado particularmente as operações unitárias de mistura rápida e floculação, teve origem nas primeira teorias sobre a conjunção de partículas devidas a Smolluchowski, 1917. (Richter e Azevedo Netto, 1991).
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
O gradiente de velocidade dv/dy (representado por G), através da equação de Newton da viscosidade, permite a determinação da tensão de cisalhamento entre camadas de fluidos.
O gradiente de velocidade corresponde à diferença de velocidade entre partículas em escoamento, e essa diferença é portanto o atrito, dissipa energia e potência.
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
Lei da Viscosidade de Newton
após um intervalo de tempo elementar (dt) a velocidade da placa superior era constante;
a resultante na mesma é zero;
o fluido em contato com a placa superior origina uma força de mesma direção, mesma intensidade, porém sentido contrário: a força responsável pelo movimento denominada força de resistência viscosa - F
4.2 Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
Lei da Viscosidade de Newton
As velocidades das restantes camadas
de fluido distribuem-se regularmente ao
longo da direcção normal às superfícies
(se o regime for laminar), constituindo-se
assim um gradiente de velocidade ao
longo dessa direcção que se representa
por dv/dy;
4.2 Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
contatoAF
Onde é a tensão de cisalhamento determinada pela lei de Newton da
viscosidade.
F
A
dF
dA
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
Lei de Newton da viscosidade:
dy
dv
“A tensão de cisalhamento é diretamente proporcional ao gradiente de velocidade.”
dv/dy: representa o estudo da variação da velocidade no meio fluido em relação a direção mais rápida desta variação
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
Lei de Newton da viscosidade:
A constante de proporcionalidade da lei de Newton da viscosidade é a viscosidade
dinâmica, ou simplesmente
viscosidade -
(1)dy
dv
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade
Considerando um elemento de fluido ∆x, ∆y, ∆z sujeito a agitação hidráulica ou mecânica, criando-se gradientes de velocidade que definem sua agitação. É possível correlacionar os gradientes produzidos com a potencia consumida por unidade de volume.
A Potencia consumida (P) na agitação pode ser descrita como:
P = tensão de cisalhamento ( ) x área (dx.dz) x velocidade (dv) (2)
Substituindo (1) em (2)
(1)V
G
Mistura Rápida
Gradiente de Velocidade Camp e Stein, citados freqüentemente nas
conceituações sobre dissipação de energia e gradiente de velocidade, definem um gradiente de velocidade médio, para um fluido newtoniano, como:
em que G: gradiente de velocidade (s-1); P: potência dissipada (N.m/s); : viscosidade absoluta da água (N.s/m2) V: volume (m3)
GP
V
Mistura Rápida
Tipos de unidades de mistura rápida
Mistura rápida hidráulica
Os primeiros dispositivos a serem empregados para a mistura rápida foram hidráulicos, isto é utilizavam a energia hidráulica para a dispersão do coagulante.
O ressalto hidráulico é um fenômeno que ocorre quando a corrente líquida passa do regime rápido (torrencial) para o tranqüilo (fluvial). Empregando o conceito básico de energia específica, é possível concluir sobre as condições necessárias para que ocorra o ressalto hidráulico.
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida
Segundo a NBR 12216/92 constuem dispositivos de mistura:
o Qualquer trecho ou seção de canal ou de canalização que produza perda de carga compatível com as condições desejadas, em termos de gradiente de velocidade e tempo de mistura;
o Difusores que produzam jatos da solução de coagulante, aplicados no interior da água a ser tratada;
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida
Segundo a NBR 12216/92 constituem dispositivos de mistura:
o Agitadores mecanizados;
o Entrada de bombas centrífugas.
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida
Segundo a NBR 12216/92 constituem dispositivos de mistura:
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida
Segundo a NBR 12216/92 constituem dispositivos de mistura:
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida
Segundo a NBR 12216/92 constituem dispositivos de mistura: (continuação)
o Qualquer singularidade ondeocorra turbulência intensa;
o Canal ou canalização comanteparos ou chicanas;
o Ressalto hidráulico;
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida
Ressalto hidráulico
Fv
g h11
1
Número de Froude Tipo de salto
1 a 1,7 Ondulado
1,7 a 2,5 Fraco
2,5 a 4,5 Oscilante
4,5 a 9,0 Estável
> 9,0 Forte
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
oVertedores retangulares;o Calhas Parshall;o Malhas difusoras;o Injetores.
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida – Calha Parshal
Calhas Parshall;
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida – Vertedor retangualar
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Mistura Rápida
ETA GUARAÚ (SABESP)
DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Mistura Rápida
ETA ALTO DA BOA VISTA (SABESP)
DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Mistura Rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Mistura Rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Mistura Rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Recomendações da NBR 12216 para Difusores:
a)a aplicação da solução de coagulante deve ser uniforme, distribuídas através dos jatos no sentido contrário do fluxo;b) a área da seção transversal de cada jato não deve ser maior que
200 cm2 por orifício e sua dimensão máxima não deve ultrapassar 20 cm;c) a velocidade da água onde os jatos são distribuídos deves ser igual
ou superior a 2m/s;d) os orifícios de saída dos jatos devem ter diâmetro igual ou superior
a 3 mm;e) o sistema difusor deve permitir limpezas periódicas nas tubulações
que distribuem a solução coagulante.
Mistura Rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS – CALHA PARSHALL
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Diretrizes para a seleção do medidor Parshall adequado à mistura
1- A lâmina d’água na garganta deve ser a menor possível, isto significa utilizar o maior Parshall possível;
2- Prever recursos para induzir a formação de ressalto hidráulico.
Mistura Rápida
Tipos de unidades de mistura rápida
DISPOSITIVOS HIDRÁULICOS
Gradiente hidráulico em câmaras de mistura ou de floculadores providos de chicanas;
G = (1000 h/μt)1/2
G: gradiente de velocidade, s-1;h: perda de carga, m;μ: coeficiente de viscosidade da água, kgfxs/m2;t: tempo de mistura, s.
Mistura Rápida
Tipos de unidades de mistura rápida
DISPOSITIVOS MECANICOS
• Agitadores mecânicos;• Turbinas;• Hélice propulsora.
Mistura Rápida
Unidades de mistura rápida
DISPOSITIVOS MECANICOS
Gradiente em câmaras de mistura mecânica;
Para misturadores mecânicos operados por turbinas em tanques de forma quadrada em planta:
G = 4,86 x 10-2 (n3 D5/ μ V)1/2
n: rotação da turbina, rpm;D: diâmetro da turbina, m2;μ: viscosidade absoluta do líquido, kgf.s/m2;V: volume útil do tanque, m3.
Mistura Rápida
Aplicação da solução de coagulante
De acordo com a NBR-12216/92:
A aplicação da solução de coagulante deve ser sempre feita
imediatamente antes do ponto de maior dissipação de energia e
através de jatos separados de no máximo 10 cm;
Ressalto hidráulico com número de Froude compreendido entre
2,5 e 4,5 (ressalto oscilante), deve ser previsto dispositivo que
anule as oscilações de velocidade a jusante do ressalto.