Em processos de sedimentação acelerada, funciona qualquer coisa ?
Os módulos de decantação são uma importante ferramenta e por isso têm sido utilizados há muitas décadas para remover quer sólidos presentes na água, em processos de potabilização (ETA’s) e adequação de água para fins industriais; sólidos e outros contaminantes presentes no esgoto antes da etapa biológica (decantadores primários), assim como para remover lodo após processos biológicos e/ou físico químicos, em ETE’s.
De uma forma resumida, os módulos de decantação podem ser definidos como superfícies paralelas, dispostas dentro de um tanque visando gerarem uma superfície de sedimentação várias vezes superior àquela que o mesmo tanque, se vazio, teria, e dessa forma promovendo a remoção acelerada de sólidos (discretos, floculados ou lodo) de um fluxo hidráulico.
Nas primeiras décadas do século passado, essas superfícies eram placas dispostas paralelamente entre si de tal modo que a água as atravessava, normalmente em fluxo ascendente, contando com a superfície projetada das mesmas (devido ao ângulo de inclinação) para que os sólidos fosse retidos. Porque quanto menor o ângulo, maior a superfície projetada, eram inicialmente adotados ângulos tão reduzidos como 10º e 15º com a horizontal. No entanto, apesar da sedimentação ser um sucesso, já o escoamento desses sólidos era dificultada, senão impossível, pelo reduzido ângulo, pelo que era normal interromper frequentemente a operação para procedimentos de limpeza.
Com o passar do tempo, a natural evolução resultante da prática associada à ciência deu origem a uma variedade de configurações de módulos de decantação: as placas paralelas iniciais, rígidas e flexíveis, deram origem a tubos de seção quadrada e retangular, que na prática continuam funcionando como placas paralelas, mas divididas em inúmeros canais paralelos, e mantendo uma distância constante entre superfícies; e por último, a geometria destes tubos, quando otimizada para promover o escoamento facilitado, resultou na configuração Chevron, em que as superfícies que interferem na sedimentação tornam-se angulares, aumentando a superfície efetiva e a obtendo a capacidade de auto limpeza.
Na tentativa de participarem no mercado de um dos segmentos mais promissores da atualidade (meio ambiente em geral, e água e saneamento básico em particular), uma série de produtos criados especificamente para outras aplicações e utilizados há décadas em vários segmentos industriais, têm recentemente sido publicitados como adequados para uso em processos de decantação gravítica de alta taxa.
Desde meios filtrantes do tipo estruturado, cujo desenho tem evoluído com foco em processos industriais e biológicos, até tubos de seção circular usados na condução de água, eliminadores de gotas utilizados em equipamentos industriais para reduzir a perda de água, e telhas onduladas usadas para telhados na construção civil, são muitos os produtos “obrigados” a participar de projetos e obras de um segmento que demorou cerca de um século a se aprimorar, resultando, na maioria dos casos, em custos desnecessários para sua substituição por produtos adequados, depois de terem operado durante algum tempo como componentes inócuos em um decantador, no melhor dos casos.
O tema deste comparativo é o Eliminador de Gotas utilizado em processos de decantação acelerada.
Como mencionado na literatura e em diversos websites de fabricantes, nacionais e estrangeiros, o Eliminador de Gotas exerce um papel muito importante em Torres de Resfriamento pois reduz sensivelmente a perda de água pelo arraste de ar causado pelo ventilador. Além disso, o arraste de água também pode diminuir a vida útil do conjunto mecânico, danificando redutor, polias, mancais, ventilador e demais componentes da torre, tanto pelo contato com a água (corrosão e erosão), como pelos compostos químicos contidos, seja pela própria natureza ou adicionados no tratamento químico.
Os eliminadores de gotas podem ser fabricados em metal, PVC, PP (polipropileno) ou outros materiais, e possuem formatos e características diversas, dependendo de cada fabricante, mas, normalmente, são muito parecidos, formados por lâminas em formato de onda (conhecida como Onda Belga), trapezoidal ou outros perfis, ou por filmes termoformados, colados ou encaixados (pinos), na configuração de colmeia.
O funcionamento do Eliminador de Gotas baseia-se no aglutinamento de pequenas partículas do líquido em sua superfície, que vão se juntando, ganham peso e caem de volta no interior da torre.
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Os eliminadores ficam na parte superior das torres de resfriamento, pelo que não se encontram submersos, ou “afogados”, e seu desenho é adequado para o aglutinamento de gotículas de água/líquido, inclusive, com nula, ou reduzida presença de sólidos. Por esta razão os eliminadores de gotas não são focados na sedimentação de sólidos, mas sim na promoção da união de gotículas.
A função de um decantador de alta taxa, ou seja, quando possui em seu interior módulos de decantação, é promover a sedimentação e consequente remoção de partículas sólidas em suspensão ou Iodos presentes na água e nos efluentes sanitários e industriais, por meio de forças gravitacionais. Com a ação da gravidade cada composto vai se depositando por camadas, por densidades, até que todos estejam separados.
Normalmente, conforme se indica na vasta literatura nacional e internacional focada em sedimentação, são usados ângulos de 60°/55° como inclinação dos módulos com a horizontal, de modo a promover a maior superfície efetiva de sedimentação, sem deixar de facilitar o escoamento e retirada dos sólidos depositados sobre a superfície das lamelas. Não se encontra na vasta literatura disponível registros sobre o uso bem-sucedido de eliminadores de gotas para a sedimentação de sólidos.
Algumas das outras características fundamentais ao nível da operação que os módulos lamelares devem apresentar são:
a) ângulos internos suaves, de modo a evitar contrações ou dilatações súbitas de seções retas, o que causaria variações bruscas na velocidade do líquido dentro dos canais, promovendo a não sedimentação e a ressuspensão de sólidos já decantados;
b) altura do canal de decantação equidistante, ou seja, a abertura, ou distância entre superfícies de lamelas/placas adjacentes, ao longo do comprimento das mesmas, deve permanecer o mesmo, inalterado, evitando desse modo qualquer gradiente de velocidade, cuja consequência direta é a movimentação de particulado em queda, evitando que sedimente (se permanecer em um fluxo líquido relativamente estático, esse particulado sedimentará, conforme desejado);
c) canais contínuos, o que não ocorre com os eliminadores de gotas, visto possuírem relevo na superfície das placas, uma característica da maior importância para promover a aglomeração de gotículas de água, numa torre de resfriamento, mas totalmente prejudicial e contraproducente no processo de sedimentação de sólidos, pois são potenciais pontos de acúmulo de lodo, o que ocasionará, mais tarde ou cedo, a incrustação e o bloqueio do canal, para além de impedir a correta limpeza (e auto limpeza, como ideal) do canal de sedimentação.
Em resumo:
Os eliminadores de gotas possuem pontos críticos de escape de sólidos, pois, os canais não são contínuos e possuem zonas de transição entre as lâminas do eliminador, causando turbilhonamento do fluxo.
Outro ponto importante é a retenção de sólidos dentro dos eliminadores (função para a qual foram projetados), ao invés de removê-los do sistema; totalmente o inverso do que se deseja com a colocação de módulos de decantação.
Todas essas características fazem com que o sistema de decantação tenha melhor performance e tenha maior confiabilidade operacional.
Exemplo de uma estação com aplicação de eliminadores de gotas como módulos de decantação:
Foram instalados por uma construtora, e em ângulo de 60º com a horizontal, um vasto volume de eliminadores de gotas nos decantadores de uma ETA de um município entre Jundiaí e Campinas, no Estado de São Paulo; após poucos meses de operação foi optado por substituir integralmente os “módulos de decantação” então instalados.
Outra questão associada aos eliminadores de gotas é que, quando são fabricados em PP, flutuam, visto esse material possuir densidade menor que a da água, e por isso, são necessários travamentos:
Entretanto, perfeitamente visíveis pontos de acumulação de lodo na superfície das placas dos eliminadores de gotas, causados pela impossibilidade do deslizar natural desse lodo.
Inclusive, de sublinhar que tal deslizar não ocorre nas placas dos eliminadores de gotas, como se vê nas fotos seguintes deste relatório, mesmo quando as placas do eliminador de gotas são instaladas com inclinação de 60º com a horizontal, conforme boas práticas para placas usadas em decantação.
Ou seja, a superfície das placas dos eliminadores de gotas são inadequadas para o processo de sedimentação de sólidos e lodo em decantadores. Recordemos que a eficiência do processo não é somente a retenção do lodo na superfície da placa, mas também sua remoção por deslizamento, para fora do canal (caso contrário, se o lodo não sai, o canal terá sua seção reduzida (causando aumento da velocidade do líquido), e ulteriormente, o canal colmatará.
Em seguida, algumas imagens: (acúmulo de lodo, falta de eficiência)
