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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.1991.tde-01072021-145431
Document
Author
Full name
Bernardo Arantes do Nascimento Teixeira
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 1991
Supervisor
Committee
Bernardo, Luiz Di (President)
Campos, Jose Roberto
Figueiredo, Roberto Feijo de
Schulz, Harry Edmar
Tobinaga, Satoshi
Title in Portuguese
Proposição de um método para obtenção de parâmetros de projeto e operação de sistemas de filtração com taxa declinante
Keywords in Portuguese
Engenharia hidráulica e sanitária
Abstract in Portuguese
Foi desenvolvida, por meio de considerações teóricas e de investigações experimentais, uma pesquisa a respeito de sistemas de filtração com taxa declinante variável (SFTD), tendo como principal objetivo a verificação de um método proposto para o levantamento de parâmetros de projeto e operação de tais sistemas. Segundo o método, a obtenção de dados referentes a um SFTD pode se dar a partir do emprego de um único filtro piloto de taxa constante, juntamente com a aplicação do modelo teórico desenvolvido por Di Bernardo. Numa primeira etapa, foram realizados, utilizando-se como afluente a água decantada da Estação de Tratamento de São Carlos, diversos ensaios de filtração com taxa constante e nível variável, procurando-se determinar um coeficiente de variação da perda de carga com o tempo, característico do meio filtrante utilizado. Foram também estabelecidas as curvas de variação das perdas de carga laminares e turbulentas em função das taxas de filtração, possibilitando, através do referido modelo teórico, a realização de simulações do comportamento de um SFTD, em computador. Foi, em seguida, montada e operada uma instalação piloto trabalhando como um SFTD, além de um filtro independente, operando em paralelo com taxa constante. O comportamento registrado no SFTD experimental foi o tÍpico desse método de operação de filtros, com as taxas de.filtração variando na forma de degraus e a caracterização dos níveis de operação mínimo e máximo. Os valores medidos para todos esses parâmetros foram, na média, bastante próximos dos obtidos através da simulação em computador, comprovando-se a adequação do modelo empregado. Observou-se também que a evolução da perda de carga total no SFTD era semelhante à do filtro independente, operado em paralelo com uma taxa correspondente à de um dos filtros da bateria com o mesmo estado de colmatação. Desta forma, constatou-se que o crescimento da perda de carga num SFTD é o mesmo de um filtro isolado que trabalha com uma taxa constante igual à taxa máxima daquele sistema. Como esta taxa pode ser determinada por meio da simulação teórica, a operação de um filtro piloto de taxa constante é suficiente para caracterizar o aumento da perda de carga no SFTD e, consequentemente, prever o tempo necessário para se atingir o nível máximo de operação, definindo a duração das carreiras de filtração. Este procedimento foi feito no final da pesquisa, comparando-se os tempos obtidos teoricamente, a partir do coeficiente de variação de perda de carga anteriormente calculado, com os efetivamente registrados durante a operação do SFTD. Os resultados bastante próximos entre os tempos teóricos e experimentais permitiram concluir pela validade do método de levantamento de dados proposto.
Title in English
Proposição de um método para obtenção de parâmetros de projeto e operação de sistemas de filtração com taxa declinante
Keywords in English
Hydraulic and sanitary engineering
Abstract in English
Based on theoretical considerations and experimental investigations, a research about variable declining rate filtration systems (DRFS) was conduted, with the main purpose of studying a method to obtain parameters required for design and operation of these systems. Initially, several filtrationtests with constant rates and variable levels were carried out, in arder to calculate a coefficient, typical for the filter bed in the pilot plant, describing head loss increase with time. Equations for the variations of laminar and tur bulent head losses in function of filtration rates were also established. Simulations of DRFS's behaviors were thus performed in a computer, adopting the mathematical model developed by Di Bernardo. Then, a DRFS pilot plant was set up and operated, with a constant rate filter (CRF) working in parallel. The results of DRFS runs have showed a typical behavior, with the filtrationrates declining in steps and theaxurrence of minimum and maximum operation levels. Measurements of these rates and levels have agreed with the simulations results, indicating a good performance of the mathematical model. The rise in total head loss was observed to be similar in both DRFS and CRF, whenever the latter was operated with a filtration rate equivalent to the filter in DRFS at the same clogging state. It means that the slope of the clogging head loss curve for a bank of several declining rate filters was the same as the slope for a single CRF operating at the maximum rate occurring in DRFS. Since this rate can be obtained from the simulation model, the operation of a pilot CRF is sufficient to define the rise in DRF's level and, consequently, its run length. Such a procedure was pertormed by comparing run lengths calculated ftxm the previously fixed head loss coefficient, to those from the operation of thE DRFS pilot plant. The good agreement between both theoretical and experimental values has then comproved the validity of the proposed method.
 
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Publishing Date
2021-07-01
 
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