Aula 5 - Águas Industriais Respostas Enviar

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Águas industriais e de consumo 
Aula 5 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE
CÂMPUS CARREIROS
ESCOLA DE QUÍMICA E ALIMENTOS
Prof. Enrique Chaves Peres
02/08/24
Floculação – Estabilidade de Flocos
À medida que o floco cresce, sua densidade diminui e ele se torna mais sujeito às tensões de
cisalhamento hidrodinâmico geradas pelos gradientes de velocidade. Quanto maior o gradiente
de velocidade, mais rápida é a taxa de aglutinação das partículas, porém os flocos crescerão até
um limite máximo, acima do qual as forças de cisalhamento os quebram em partículas menores.
Foi mostrado por Soucek e Sindelar
(1967) que a desagregação dos flocos
pode ser caracterizada pelas condições
de turbulência, que definem o número S,
inicial dos autores:
S = G · Re−0,5
Para valores de S abaixo de 1,3, a
desagregação torna-se negligível.
Floculação – Estabilidade de Flocos
O gradiente de velocidade nos tanques de floculação, canais, passagens e outras
estruturas hidráulicas de veiculação de água floculada afeta o tamanho, a estabilidade
e a desagregação dos flocos. Na prática, utiliza-se o critério de aplicar o menor
gradiente possível nos flocos já formados, geralmente inferior a 30 s–1. Esse critério é,
entretanto, contraditório, por exemplo, com uma distribuição equitativa em um
“manifold” ou em uma cortina distribuidora de entrada em um decantador, onde, para
isso, são desejáveis perdas de carga e velocidades mais elevadas.
Com base nas observações de Soucek e Sindelar, verificar as condições de estabilidade
dos flocos em uma comporta de entrada a um decantador com diâmetro de 600 mm,
por onde passa uma vazão de 200 L/s. Dados- Temperatura da água: 15 °C ; ρ =
999,13 kg · m–3 ; μ = 0,001139 N · s · m–2 e n = 0,010 (metal liso)
Floculação – Estabilidade de Flocos - Resposta
S = G · Re–1/2 = 62×(372.100)–0,5 = 0,10 s–1
Calcula-se a 
velocidade (U) e 
o número de 
Reynolds (Re)
Calcula-se o 
Gradiente de 
velocidade (G)
Calcula-se o 
número de 
Soucek e 
Sindelar (S)
Floculação – O Número de Camp e suas modificações
Camp (1955) observou que os gradientes de velocidade usados nos Estados 
Unidos variavam entre 20 s-1 a 74 s-1 e com valores de GT entre 23000 e 
210000, em tanques de floculação que operavam satisfatoriamente.
Floculação – O Número de Camp e suas modificações
Como nas unidades de mistura rápida, há na floculação relação intrínseca entre o tempo de detenção (Tf) e o
gradiente de velocidade médio (Gf) aplicado à massa líquida. Tal relação materializa- -se no adimensional Gf.Tf
usualmente denominado Número de Camp (NC). Este pesquisador preconiza que unidades de floculação com NC
de 20.000 a 200.000, gradientes de velocidade de 20 a 74 s-1, hão de apresentar performance satisfatória.
O floculador apresenta o 1°
compartimento composto por duas
câmaras com gradientes de velocidade
da ordem de 60 s-1 (NC = 17.280), o 2°
com três câmaras com gradientes de 40
s-1 (NC = 17.280), e o 3° com as cinco
restantes e gradientes de 20 s-1 (NC =
14.400). Desta forma, NC em cada
compartimento apresenta-se de mesma
ordem de grandeza e o valor total
(48.960) insere-se na faixa
recomendada por Camp.
GT =NC = Gf.Tf
Floculação – O Número de Camp e suas modificações
Águas de pouca turbidez com baixa dose de coagulante necessitam GT mais elevado; águas
de alta turbidez, ao contrário, GT, mais baixo. Como T é consequência da vazão sendo
tratada em um volume fixo do tanque de floculação, águas de baixa turbidez necessitam de
um gradiente mais elevado do que águas de alta turbidez
Pode-se aumentar a eficiência do
processo recirculando parte do lodo
decantado ou a água de lavagem dos
filtros, tirando vantagem do aumento
da concentração de sólidos C e de
partículas de maior diâmetro,
previamente coaguladas, que ajudam
ainda mais em aumentar a eficiência
Floculação – Gradiente de Velocidade
Na tabela acima estão apresentados os resultados de ensaios realizados para velocidade de sedimentação 
de 3,5 cm/min, turbidez inicial de 22 uT e cloreto férrico como coagulante (Pádua, 1994). Como 
exemplo de aplicação desta metodologia, considera-se unidade de floculação de quatro câmaras
Floculação – Gradiente de Velocidade – 1ª Câmara
A definição do gradiente da primeira câmara é simples. Para o tempo de 5 min
referente a cada câmara, o gradiente de velocidade de 55 s-1 apresentou o melhor
resultado de acordo com a tabela
Floculação – Gradiente de Velocidade – 2ª Câmara 
A definição dos gradientes seguintes fia-se na premissa de que a água ao adentrar na câmara seguinte
já foi submetida à floculação na câmara anterior, ou seja, turbidez remanescente de 8,4 uT. A este
tempo acresce-se o tempo de floculação em cada câmara (5 min). Para este tempo resultante da adição
de 5 min, o gradiente de velocidade para o qual se obteve o menor valor da turbidez remanescente será
o empregado na 2a câmara.
Floculação – Gradiente de Velocidade – 2ª Câmara 
Valendo-se da análise das quatro
curvas apresentadas na figura
8.12, percebe-se que o valor de
8,4 uT foi atingido nas três
curvas de 20, 30 e 40 s-1
correspondendo aos tempos de
floculação de 7,6,6,9, 6,7 min,
respectivamente
Acrescido o tempo de 5 min -
correspondendo a 12,6, 11,9,
11,7 e 10 min , (5 + 5 min, para
G = 55 s-1) infere-se que o
gradiente de velocidade de 30 s-1
apresentou o menor valor de
turbidez remanescente (3,0 uT)
Floculação – Gradiente de Velocidade – 3ª Câmara 
Para o gradiente de velocidade das 3ª e 4ª câmaras, a análise restringe-se apenas às
curvas referentes aos gradientes de 20 e 30 s-1. Novamente, aos tempos de floculação
para os quais se verificou valor da turbidez remanescente de 3,0 uT - 14,1 e 11,9 min,
respectivamente - acresce-se 5 min e a curva que apresentar o menor valor da turbidez
remanescente será o gradiente de velocidade na 3a câmara
Floculação – Gradiente de Velocidade – 4ª Câmara 
Por fim, realiza-se mesmo procedimento para o gradiente de velocidade na 4ª câmara . Esta
última análise é apenas confirmatória uma vez que carecería de fundamentação teórica - calcada
nos conceitos de ruptura e agregação do flocos - a possibilidade da escolha de outro valor para o
gradiente de velocidade que não fosse 20 s-1. Desta forma, a sequência de gradientes de
velocidade a ser aplicada à unidade de floculação com quatro câmaras seria de 55, 30, 20 e 20 s-1.
Floculação – Características de Gt
Floculação – Floculação em manto de lodos
Há muito se tem observado que o
lodo recém-coagulado tem a
propriedade de precipitar partículas
em suspensão. Esse é o princípio
que deu origem aos decantadores
de fluxo vertical em manto de
lodos, também chamados de
clarificadores de contato.
Normalmente, essas unidades
reúnem em um único tanque a
floculação e a decantação em fluxo
vertical. Podem ser quadrados,
retangulares ou circulares em
planta, com o fundo de paredes
inclinadas ou plano.
Floculação – Floculação em manto de lodos
Em sua concepção mais simples), a água
bruta é descarregada próximo ao fundo,
produzindo certa turbulência necessária
à floculação. Essa turbulência é
gradualmente dissipada no manto de
lodos, cuja tendência é sedimentar no
sentido contrário ao fluxo da água,
causando agregação de flocos por
contato entre eles. Com o aporte de
novas partículas trazidas pela água bruta
e de coagulante aplicado para
desestabilizá-las, o manto tende a se
expandir, vertendo para o concentrador,
de onde é drenado periodicamente
através de uma válvula.
Floculação – Floculação em manto de lodos
Hudson (1965) estimou que 1 g de sulfato de alumínio produz 21,8 × 10–3
cm3 de partículas floculentas, ou, para uma dosagem média de 23 mg/L, C
= 23 × 21,8 × 10–3 cm–3/L = 0,5 × 10–3 v/v, ou, de um modo geral
onde D é a dosagem de 
sulfato de alumínio em 
mg/L.
C é a concentração de 
partículas floculentas
C = 21,8 × 10–6 D Volume de sólidos que entra: Q · C, onde Q é 
a vazão que passa pela unidade.
Volume de sólidos que deve sair para manter 
uma concentração C0 no manto: q · C0, onde 
q é a taxa de purga. Portanto,qC0 = QC e, 
assim,
𝑄𝑑 = 𝐶𝑑𝐴 2𝑔𝐻
Qd= Vazão de descarga (m³/s)
Cd= Coeficiente de descarga
g= aceleração da gravidade (m/s²)
A = área da seção de canalização(m²) 
H = a carga hidráulica (m)
Floculação – Floculação em manto de lodos
Exercício - Um clarificador em manto de lodos opera com a vazão de
150 L/s e dispõe de um concentrador de lodos com um volume de 10
m3. Qual a frequência e a duração da purga se o lodo descarrega por
uma canalização curta de 4” (100 mm) de diâmetro com uma carga
hidráulica de 3 m, para manter uma concentração de lodos de 15%,
sendo a dosagem de sulfato de alumínio 25 mg/L. Dados = Cd=0,6 e
g=9,81m/s²
TC= Vol/q TD= Vol/Qd
Coagulação - Tempo de detenção e Velocidade de 
mistura rápida
Respostas: q=2 m3 h−1 sendo necessária, portanto, uma purga a cada
10/2 = 5 horas.
Qd == 0,036 m3 s−1 = 2,2 m3 min−1 ,
ser, portanto, 10/2,2 = 4,5 ou, aproximadamente 5 min. Na prática, é
preferível ter uma frequência maior de descargas com uma menor
duração para manter estável a altura do manto de lodos.
Floculação – Floculação em manto de lodos
O gradiente de velocidade na floculação em manto de lodos é dado por:
V0 = Q/A é a velocidade ou taxa de escoamento 
superficial (m · s–1), sendo
A= área horizontal do clarificador, e
ρF=densidade dos flocos (kg · m–3)
A taxa de escoamento superficial
varia normalmente entre 2 m/h a
4 m/h na coagulação com sulfato
de alu-mínio, os menores valores
para águas de baixa cor e
predominantemente coloridas, e
os valores mais altos para
temperaturas mais elevadas e
águas turvas.
Floculação – Floculação em manto de lodos
Exercício - Em condições operacionais adequadas (CGT ao redor de 100 ou
mais), pode-se obter uma boa eficiência na clarificação com a adsorção de
partículas primárias pelo manto de lodos na floculação. Um clarificador em manto
de lodos com uma área útil horizontal de 150 m2 trata uma vazão de 150 L/s com
uma concentração de sólidos de 10% (v/v). Determinar o gradiente de velocidade
admitindo uma densidade dos flocos de 1.001 kg/m3 (sulfato de alumínio) e
avaliar o produto CGT, sendo de 8 min o tempo de floculação. Temperatura da
água: 15 °C. ρ = 999,13 kg · m–3 μ = 0,001139 N · s · m–2
Floculação – Floculação em manto de lodos
Resposta:
CGT = 0,1 × 1,3 × 480 = 62
O funcionamento do clarificador será melhor com uma maior concentração. Operando com C = 15%,
G aumenta para 1,6 s–1 e CGT = 115, porém deve ser considerado que um aumento na concentração
elevada tende a desestabilizar o manto de lodos, carreando flocos para os filtros. Isso pode ser
solucionado aumentando a densidade do manto com a aplicação de um polímero, por exemplo.
Floculação - Floculadores hidráulicos
Os primeiros floculadores utilizados em tratamento de
água foram canais, onde se aproveitava a energia
hidráulica no movimento da água para a floculação.
Assim, qualquer dispositivo que utilize a energia
hidráulica dissipada no fluxo da água através de um
tanque, canal ou canalização pode constituir um
floculador hidráulico.
Os floculadores hidráulicos mais utilizados são os de
chicanas, de fluxo horizontal ou de fluxo vertical. Outros
tipos, como o floculador de fluxo helicoidal e o chamado
“Alabama” são utilizados com sucesso em pequenas
instalações.
Floculação - Floculadores hidráulicos
As principais deficiências dos floculadores hidráulicos
são:
 Falta de flexibilidade para responder a mudanças na qualidade
da água.
A hidráulica e os parâmetros de floculação – tempo de 
floculação e gradientes de velocidade – são função da vazão e não 
podem ser regulados independentemente, ou são de difícil ajuste.
A perda de carga pode ser significativa. 
A limpeza é geralmente difícil.
Floculação - Floculadores hidráulicos
Floculação - Floculadores hidráulicos - Chicanas
A escolha do tipo de floculador de chicanas, se de fluxo horizontal ou vertical,
depende mais de razões de ordem prática e econômica. Uma recomendação geral
indica o uso de floculadores de fluxo horizontal para vazões superiores a 75 L/s,
e para menores capacidades, floculadores de fluxo vertical.
Floculação - Floculadores hidráulicos - Chicanas
No projeto dos floculadores de chicanas devem ser observadas,
ainda, as seguintes recomendações:
A velocidade da água ao longo das chicanas deve estar compreendida entre
0,30 m/s, no início da floculação e 0,10 m/s no fim.
 O espaçamento mínimo entre chicanas deverá ser de 0,60 m; esse espaçamento 
poderá ser menor, desde que as chicanas sejam dotadas de dispositivos para sua 
fácil remoção, tais como guias ou ranhuras na parede.
O espaçamento máximo entre a extremidade da chicana e a parede do canal não 
deve ser superior à extensão da própria chicana nos floculadores de fluxo 
horizontal. O critério equivalente nos floculadores de fluxo vertical é manter uma 
profundidade da água não inferior a 3 vezes o espaçamento entre chicanas.
 O espaçamento entre a extremidade da chicana e a parede do canal, ou seja, a 
passagem livre entre duas chicanas consecutivas, deve-se fazer igual a 1,5 vez o 
espaçamento entre as chicanas. Equivale a dizer que a velocidade U2 na passagem 
deve ser igual a 2/3 da velocidade U1 no canal entre chicanas.
Floculação - Floculadores hidráulicos - Chicanas
Quando essa última condição é satisfeita, o dimensionamento de um floculador
hidráulico de chicanas pode ser feito pelas seguintes equações, propostas por Richter.
f= coeficiente da fórmula de Darcy (pode ser tomado igual a 0, 
02-0,03 no dimensionamento)
Q=vazão que passa pela unidade (m3/s) T= tempo de floculação 
no canal ou trecho considerado (s)
A= área total do canal ou trecho considerado, normal ao fluxo 
(m2)
Em floculadores de fluxo horizontal, A = HL e, em fluxo vertical,
A = aL, onde L é o comprimento do canal ou trecho considerado,
e H e a, respectivamente, a profundidade da água e a largura do
canal, em metros.g
Floculação – Floculação Hidráulica - Chicanas
Exercício -Um floculador de chicanas de fluxo
vertical, em uma estação de tratamento que trata
75 L/s, apresenta três seções em série como na
figura ao lado, cada uma com um comprimento L
= 10,0 m, largura a = 0,90 m e profundidade
média H = 3,5 m, com os seguintes
espaçamentos entre chicanas:
Primeira seção 0,31 m
Segunda seção 0,42 m 
Terceira seção 0,67 m
Avaliar os gradientes de velocidade em cada
seção, o número de Camp e as perdas de carga
em cada seção e total, na temperatura de 10°C.
Considerar um coeficiente da fórmula de Darcy f
= 0,02 ; ρ = 999,73 kg · m–3 μ = 0,001307
N·s·m–2 e g=9,807m.s-2
Floculação – Floculação Hidráulica - Chicanas
Sequenciamento de Cálculo
Cálculo do tempo de floculação
Número de canais entre chicanas em cada seção:
Gradiente de velocidade em cada seção.
Número de Camp:
Perda de carga em cada seção.
A = a · L =
V = A · H =
T = V/Q = 
m = L/e
e = é o espaçamento entre 
chicanas (m)
Ca = ΣGT 
Floculação – Floculação Hidráulica –
Sequenciamento de Cálculo
Cálculo do tempo de floculação, volume e área
Número de canais entre chicanas para cada seção:
Gradiente de velocidade em cada seção.
Número de Camp:
Perda de carga em cada seção.
A = a · L =0,90 × 10,00 = 9,00 m2
V = A · H =9,00 × 3,5 = 31,5 m³
T = V/Q = 31,5/0,075 = 420 s
m1 = L/e =10/0,31= 32
m2 = L/e = 10/0,42= 24
m3 = L/e =10/0,67= 15
G1 = 55 s-1
G2 = 36 s-1
G3 = 18 s-1
Floculação – Floculação Hidráulica - Chicanas
Sequenciamento de Cálculo
Cálculo do tempo de floculação
Número de canais entre chicanas em cada seção:
Gradiente de velocidade em cada seção.
Número de Camp:
Perda de carga em cada seção.
Ca = ΣGT
Ca= (55+ 36+18)*420=
Ca= 45780
h1 = 0,1699 m
h2 = 0,0717 m
h3 = 0,0175 m