O que e análise granulométrica?
A análise granulométrica e o ensaio laboratorial que determina a distribuição de tamanhos dos grãos de um meio filtrante. No caso do carvão antracito, esse ensaio e realizado por peneiramento mecânico — o material e passado através de uma serie de peneiras com aberturas decrescentes, e a massa retida em cada peneira e pesada. O resultado e uma curva de distribuição granulométrica que permite calcular dois parâmetros fundamentais: o Tamanho Efetivo (TE) e o Coeficiente de Uniformidade (CU).
A norma ABNT NBR 11799:2024 (Materiais filtrantes — Areia, antracito e pedregulho) define os criterios granulométricos para meios filtrantes utilizados em estações de tratamento de agua. Todo material fornecido pela TRATAE e ensaiado conforme essa norma, com laudo individual por lote.
Tamanho Efetivo (TE) — o que e e como calcular
O Tamanho Efetivo (TE), também chamado de d10, corresponde a abertura de peneira pela qual passam 10% em massa do material. Em termos praticos, e o diâmetro abaixo do qual se encontram os 10% mais finos da amostra.
O TE e o parâmetro mais importante para a filtração porque sao os grãos menores que definem a resistência ao escoamento (perda de carga) e a capacidade de retenção de partículas. Um TE menor significa poros menores entre os grãos, o que resulta em:
- Maior retenção de sólidos — água filtrada com menor turbidez residual;
- Maior perda de carga — necessidade de mais pressao para manter a vazão de projeto;
- Carreiras de filtração mais curtas — o filtro colmata mais rápido, exigindo retrolavagem mais frequente.
Por outro lado, um TE muito grande reduz a eficiência de retenção, permitindo a passagem de partículas que deveriam ser removidas. O dimensionamento correto do TE e, portanto, um equilibrio entre qualidade da água filtrada e custo operacional.
Faixas de TE recomendadas para antracito
| Aplicação | TE recomendado | Observacao |
|---|---|---|
| Filtro rápido por gravidade (ETA convencional) | 0,8 a 1,0 mm | Faixa mais utilizada no Brasil (NBR 11799) |
| Filtro de pressao (indústrial) | 1,0 a 1,4 mm | Maior vazão, menor perda de carga |
| Filtro de dupla camada com areia fina | 0,7 a 0,9 mm | Quando a areia inferior tem TE 0,45-0,55 mm |
| Pre-filtro grosseiro | 1,4 a 2,0 mm | Remoção de sólidos grosseiros antes do filtro principal |
Coeficiente de Uniformidade (CU) — significado pratico
O Coeficiente de Uniformidade (CU) e a razao entre o d60 e o d10 da amostra:
CU = d60 / d10
Onde d60 = abertura pela qual passam 60% da massa, e d10 = Tamanho Efetivo (TE).
O CU indica o grau de uniformidade do material. Quanto mais proximo de 1,0, mais uniforme (todos os grãos com tamanho semelhante). Quanto maior o CU, mais variados sao os tamanhos dos grãos.
A NBR 11799:2024 exige CU ≤ 1,7 para o carvão antracito utilizado em filtros de ETAs. Valores acima disso indicam material com distribuição muito ampla, o que causa problemas operacionais:
- Estratificacao imperfeita após retrolavagem — grãos finos misturados com grossos formam caminhos preferênciais;
- Colmatacao desigual do leito — algumas regioes saturam antes, reduzindo a carreira;
- Perda de carga acelerada — finos acumulados no topo criam barreira ao escoamento;
- Bolas de lama (mudballs) — aglomerados de finos que não se desprendem na retrolavagem.
Como funciona o ensaio de peneiramento
O ensaio granulométrico segue as etapas padronizadas pela NBR 11799:2024 e normas ASTM correlatas:
- Secar a amostra em estufa a 105 +/- 5 graus Celsius até massa constante;
- Pesar a amostra seca (típicamente 200 a 500 g);
- Montar a serie de peneiras em ordem decrescente de abertura;
- Agitar mecânicamente por tempo padronizado (15 a 20 minutos);
- Pesar o material retido em cada peneira e no fundo;
- Calcular a porcentagem passante acumulada para cada peneira;
- Plotar a curva granulométrica (porcentagem passante vs abertura em mm);
- Interpolar d10 e d60 na curva e calcular TE e CU.
Peneiras padrao utilizadas para antracito
| Peneira ASTM (mesh) | Abertura (mm) | Uso no ensaio |
|---|---|---|
| #8 | 2,36 | Retenção de sobredimensionados |
| #10 | 2,00 | Limite superior comum |
| #12 | 1,70 | Faixa intermediaria |
| #14 | 1,40 | Faixa intermediaria |
| #16 | 1,18 | Proximo ao d60 típico |
| #18 | 1,00 | Limite da faixa 0,8-1,0 |
| #20 | 0,85 | Proximo ao d10 típico |
| #25 | 0,71 | Detecção de finos |
| #30 | 0,60 | Finos excessivos |
| Fundo | < 0,60 | Material subdimensionado |
Exemplo pratico: laudo granulométrico
Considere um lote de antracito TRATAE com a seguinte distribuição (exemplo simplificado):
| Peneira (mm) | Retido (%) | Passante acumulado (%) |
|---|---|---|
| 2,00 | 2 | 98 |
| 1,70 | 8 | 90 |
| 1,40 | 18 | 72 |
| 1,18 | 22 | 50 |
| 1,00 | 20 | 30 |
| 0,85 | 16 | 14 |
| 0,71 | 10 | 4 |
| Fundo | 4 | 0 |
Interpolando na curva: d10 = 0,88 mm (onde passante = 10%) e d60 = 1,18 mm (onde passante = 60%). Portanto:
- TE = 0,88 mm — dentro da faixa 0,8-1,0 mm (conforme);
- CU = 1,18 / 0,88 = 1,34 — abaixo do limite 1,7 (conforme).
Este lote atende plenamente a NBR 11799:2024 e esta apto para uso em filtros de dupla camada em ETAs.
Impacto pratico: TE e CU no desempenho do filtro
A escolha correta da granulometria impacta diretamente a operação da ETA. Vejá os cenarios mais comuns:
- TE muito pequeno (abaixo de 0,7 mm): perda de carga inicial elevada, carreiras curtas (8-12 h), alto consumo de água de retrolavagem, possibilidade de colmatacao superficial rápida;
- TE muito grande (acima de 1,4 mm): turbidez residual elevada, necessidade de maior dosagem de coagulante a montante, risco de não atender ao padrao de potabilidade;
- CU elevado (acima de 2,0): mistura de grãos muito finos com muito grossos, estratificacao ruim, formacao de bolas de lama, necessidade de retrolavagens mais agressivas com risco de perda de material;
- CU ideal (1,3 a 1,5): leito homogeneo, expansão uniforme na retrolavagem, carreiras longas e previsao operacional estavel.
Dica TRATAE: Solicite sempre o laudo granulométrico do lote antes de carregar o filtro. Compare o TE e CU do laudo com as específicações de projeto da ETA. Em caso de duvida, nossa equipe tecnica pode ajudar no dimensionamento correto para sua aplicação.
Conclusao
O Tamanho Efetivo e o Coeficiente de Uniformidade sao os parâmetros mais criticos na específicacao de meios filtrantes. Para ETAs com filtros de dupla camada, a faixa de TE 0,8-1,0 mm com CU inferior a 1,7 garante o melhor equilibrio entre qualidade do filtrado e eficiência operacional. A TRATAE fornece todo o carvão antracito com laudo individual atestando conformidade com a NBR 11799:2024 — garantia de desempenho previsivel e seguro para sua estacao de tratamento.