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TEIXEIRA, Bernardo Arantes do Nascimento. Proposição de um método para obtenção de parâmetros de projeto e operação de sistemas de filtração com taxa declinante. 208pTese (Doutorado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Paulo, 1991.
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Resumo

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 obtençãode 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 afluentes 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 m'nimo e máximo. Os valores medidos para todos esses parâmetros foram, na média, bastante próximos dos obtidos através de simulação em computados, 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, operando em paralelo com uma taxa correspondente, operando em paralelo com a 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 de simulação teórica, a operação de um filtro piloto de taxa constante é suficiente para caracterizar o aumento da perda de carga no SFTD e, conseqüêntemente, 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 propostos.

Abstract

Based on theoretical considerations and experimental investigations, a research about variable declining rate filtration systems (DRFS) was conducted, with the main purpose of studying a method to obtain parameters required for design and operation of these systems. Initially, several filtration tests with constant rates and variable levels were carried out, in order to calculate a coefficíent, typical for the filter bed in the pilot plant, describing head loss increase with time. Equations for the variations of laminar and turbulent head losses in funetion 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 filtration rates declining in steps and the occurrence of minimum and maximum operation levels. Measurements of these rates and leveis 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 eqúivalent to the filter in D RF S 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 sane 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 DRFS's level and, consequently, its run length. Such a procedure was pertbrmed by comparing run lengths calculated fYem 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 cómproved the validity of the proposed method.
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