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8/18/2019 Aula 6 - Floculação
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ESCOLA POLITÉCNICA DA USPESCOLA POLITÉCNICA DA USP
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIADEPARTAMENTO DE ENGENHARIA
HIDRÁULICA E SANITÁRIAHIDRÁULICA E SANITÁRIA
PHD 5745 – PROCESSOSPHD 5745 – PROCESSOSFÍSICO-QUÍMICOS IFÍSICO-QUÍMICOS I
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃOProf. Dr. Sidney Seckler Ferreira FilhoProf. Dr. Sidney Seckler Ferreira Filho
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FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
IntroduçãoIntroduçãoMecanismos de transporteMecanismos de transporteFloculação PericinéticaFloculação Pericinética
Floculação OrtocinéticaFloculação OrtocinéticaFloculação por SedimentaçãoFloculação por Sedimentação
DiferencialDiferencial
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FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
Gradientes de VelocidadeGradientes de VelocidadeCinética de Floculação deCinética de Floculação de
Suspensões ColoidaisSuspensões Coloidais
Areação e !upturaAreação e !uptura
Concepção de Sistemas deConcepção de Sistemas deFloculaçãoFloculação
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FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
!eatores em "atelada!eatores em "atelada!eatores de Mistura!eatores de Mistura
Completa em SérieCompleta em Série!eator de Flu#o Pistonado!eator de Flu#o PistonadoO$tenção das Constantes deO$tenção das Constantes de
Areação e !upturaAreação e !uptura
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%!A%AM&'%O CO'V&'CIO'A( D&%!A%AM&'%O CO'V&'CIO'A( D&)G*AS)G*AS
D& A"AS%&CIM&'%OD& A"AS%&CIM&'%O
Manan!a" C#a$%"a&'# F"#%"a&'# S()!*(n+a&'#
F!"+,a&'#D(!n.(&'#F"%#,(+a&'#C#,,(&'# )( /H
Á$%a F!na"
A g e n t e o x i d a n t e
C A
P C o a g u l a n t e
A l c
a l i n i z a n t e
A g e n t e o x i d a n
t e
P o l í m e r o
Polímero Agente oxidante
A g e n t e o x i d a n t e
F l ú o rAlcalinizante
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FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
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FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
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FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
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P!OC&SSO D& (ODOSP!OC&SSO D& (ODOSA%IVADOS CO'V&'CIO'A(A%IVADOS CO'V&'CIO'A(
Grade Caixa de areiaDecantador
Primário
Tanque de
Aeração
Decantador
Secundário
Adensamento
Digestão
Secagem odo !Seco"
#io
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FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
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DIS%!I"*I+,O D& %AMA'-ODIS%!I"*I+,O D& %AMA'-OD& PA!%.C*(AS &M )G*ASD& PA!%.C*(AS &M )G*AS
'A%*!AIS'A%*!AIS11mm
1010-3-3 mm
PartículasPartículascoloidaiscoloidais
Partículas ePartículas esuspensãosuspensão
artículasartículasissolvidasissolvidas
TurbidezTurbidez Cor aparentCor aparent SSTSST
Cor realCor real SDTSDT CompostosCompostos
dissolvidosdissolvidos0,40,4mm
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De/nição0 1 um processo f2sicoDe/nição0 1 um processo f2sicono 3ual as part2culas coloidaisno 3ual as part2culas coloidaissão colocadas em contato umassão colocadas em contato umascom as outras4 de modo acom as outras4 de modo apermitir o aumento do seupermitir o aumento do seutaman5o f2sico4 alterando4taman5o f2sico4 alterando4desta forma4 a sua distri$uiçãodesta forma4 a sua distri$uiçãoranulométricaranulométrica
FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
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FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
Partículas Choques Agregação
Processo Físico(Transporte)
Estabilidade do Colóide(Coagulação)
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FLOCULAÇÃO0O12ETI3OFLOCULAÇÃO0O12ETI3O
Di!etro das partículas
F r e q u " n c i a
r e l a t i # a
$gua bruta
$gua coagulada$gua %loculada
Di!etro crítico
dp & dc Partículas
sedi!ent'#eis
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COALESCNCIA ECOALESCNCIA EFLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃO
C#a"(n!a
F"#%"a&'#
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FLOCULAÇÃOFLOCULAÇÃOMECANISMOS DE TRANSPORTEMECANISMOS DE TRANSPORTE
$Floculação por edi!entação Di%erencialFloculação por edi!entação Di%erencial
Partículas coloidais co! #elocidades distintasPartículas coloidais co! #elocidades distintaspode! chocarse u!as co! as outras e! u!pode! chocarse u!as co! as outras e! u!
ele!ento de #olu!e*ele!ento de #olu!e*
,,
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F(OC*(A+,OF(OC*(A+,OP&!ICI'1%ICAP&!ICI'1%ICA
MOVIM&'%O "!O6'IA'OMOVIM&'%O "!O6'IA'O
j i j i
j i
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j i
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F(OC*(A+,OF(OC*(A+,OP&!ICI'1%ICAP&!ICI'1%ICA
MOVIM&'%O "!O6'IA'OMOVIM&'%O "!O6'IA'O
j i
j i fp j i
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d d T k
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F(OC*(A+,OF(OC*(A+,OP&!ICI'1%ICAP&!ICI'1%ICA
MOVIM&'%O "!O6'IA'OMOVIM&'%O "!O6'IA'O
j i
j i fp j i
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F(OC*(A+ O
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F(OC*(A+ OO!%OCI'1%ICAO!%OCI'1%ICA
G!ADI&'%&S D&G!ADI&'%&S D&V&(OCIDAD&V&(OCIDAD&
j i j i fo j i nn
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)--(
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2
3 +)--(
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O!%OCI'1%ICAO!%OCI'1%ICA
G!ADI&'%&S D&G!ADI&'%&S D&V&(OCIDAD&V&(OCIDAD&
dz
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O!%OCI'1%ICAO!%OCI'1%ICA
G!ADI&'%&S D&G!ADI&'%&S D&V&(OCIDAD&V&(OCIDAD&
dz
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3 +)--(
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F(OC*(A+,O PO!F(OC*(A+,O PO!
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F(OC*(A+,O PO!F(OC*(A+,O PO!S&DIM&'%A+,OS&DIM&'%A+,O
DIF&!&'CIA(DIF&!&'CIA(
ν
ρ
**7,
*))*(*(* +
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j i j i f psd j i
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S&DIM&'%A+,OS&DIM&'%A+,O
DIF&!&'CIA(DIF&!&'CIA( νρ
**7,
*))*(*(* +
)--( f
j i j i f psd j i
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F(OC*(A+ OF(OC*(A+ O
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F(OC*(A+ OF(OC*(A+ OM&CA'ISMOS D&M&CA'ISMOS D&
%!A'SPO!%&%!A'SPO!%&
F(OC*(A+ O
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F(OC*(A+ OM&CA'ISMOS D&M&CA'ISMOS D&
%!A'SPO!%&%!A'SPO!%&
F(OC*(A+ O
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F(OC*(A+ OM&CA'ISMOS D&M&CA'ISMOS D&
%!A'SPO!%&%!A'SPO!%&
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CO'C&I%O0 G!ADI&'%& D&CO'C&I%O0 G!ADI&'%& D&V&(OCIDAD&V&(OCIDAD&
vdF dP ot *
vdAdydy
dvvdAdP
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dz dydx dy
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dvG
dz dydx G dP ot
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µ
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CO'C&I%O0 G!ADI&'%& D&CO'C&I%O0 G!ADI&'%& D&
V&(OCIDAD&V&(OCIDAD&
dy
dy
dvv *
d!
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v
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=
dy
dvG
ol
ot
V
P G
*
=
080radiente de #elocidade (s3)
hol ol
ot H
V
H Q
V
P G
θ
µ
µ *
*
*
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==
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H V
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*
**
∆
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CO'C&I%O0 G!ADI&'%& D&CO'C&I%O0 G!ADI&'%& D&
V&(OCIDAD&V&(OCIDAD&dy
dy
dvv *
d!
d" dz
v
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P!OC&SSO D& F(OC*(A+ O
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P!OC&SSO D& F(OC*(A+ O F(OC*(ADO!&SF(OC*(ADO!&S
-ID!)*(ICOS-ID!)*(ICOS
d l l ã
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Processo de FloculaçãoProcesso de FloculaçãoFloculadores -idr7ulicosFloculadores -idr7ulicos
P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O
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P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,OF(OC*(ADO!&SF(OC*(ADO!&S
-ID!)*(ICOS-ID!)*(ICOS
P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O
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P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O&%A D*A!%I'A 8SA"&SP9&%A D*A!%I'A 8SA"&SP9F(OC*(ADO! D& F(*:OF(OC*(ADO! D& F(*:O
-O!I;O'%A(-O!I;O'%A(
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&%A SA'%A ISA"&(&%A SA'%A ISA"&(
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&%A SA'%A ISA"&(&%A SA'%A ISA"&(F(OC*(ADO! D& F(*:OF(OC*(ADO! D& F(*:O
-O!I;O'%A(-O!I;O'%A(
&%A SA'%A ISA"&(&%A SA'%A ISA"&(
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&%A SA'%A ISA"&(&%A SA'%A ISA"&(F(OC*(ADO! D& F(*:OF(OC*(ADO! D& F(*:O
-O!I;O'%A(-O!I;O'%A(
&%A SA'%A ISA"&(&%A SA'%A ISA"&(
8/18/2019 Aula 6 - Floculação
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&%A SA'%A ISA"&(&%A SA'%A ISA"&(F(OC*(ADO! D& F(*:OF(OC*(ADO! D& F(*:O
-O!I;O'%A(-O!I;O'%A(
&%A !I"&I!,O DA &S%IVA&%A !I"&I!,O DA &S%IVA
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&%A !I"&I!,O DA &S%IVA&%A !I"&I!,O DA &S%IVAF(OC*(ADO! D& F(*:OF(OC*(ADO! D& F(*:O
V&!%ICA(V&!%ICA(
&%A !I"&I!,O DA &S%IVA&%A !I"&I!,O DA &S%IVA
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&%A !I"&I!,O DA &S%IVA&%A !I"&I!,O DA &S%IVAF(OC*(ADO! D& F(*:OF(OC*(ADO! D& F(*:O
V&!%ICA(V&!%ICA(
&%A !I"&I!,O DA &S%IVA&%A !I"&I!,O DA &S%IVA
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&%A !I"&I!,O DA &S%IVA&%A !I"&I!,O DA &S%IVAF(OC*(ADO! D& F(*:OF(OC*(ADO! D& F(*:O
V&!%ICA(V&!%ICA(
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&%A A(D&IA DA S&!!A&%A A(D&IA DA S&!!AF(OC*(ADO! A(A"AMAF(OC*(ADO! A(A"AMA
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&%A A(D&IA DA S&!!A&%A A(D&IA DA S&!!AF(OC*(ADO! A(A"AMAF(OC*(ADO! A(A"AMA
P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O
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P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,OF(OC*(ADO!&S A(A"AMAF(OC*(ADO!&S A(A"AMA
P!OC&SSO D&P!OC&SSO D&
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P!OC&SSO D&P!OC&SSO D&F(OC*(A+,OF(OC*(A+,O
Dis)ositi'os mec*nicosDis)ositi'os mec*nicos
$Agitadores de &luxo radialAgitadores de &luxo radial
$Agitadores de &luxo axialAgitadores de &luxo axial$Agitadores de &luxo radial e axialAgitadores de &luxo radial e axial
SIS%&MAS D& AGI%A+,OSIS%&MAS D& AGI%A+,O
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SIS%&MAS D& AGI%A+,OSIS%&MAS D& AGI%A+,O&SCOAM&'%O A:IA( &&SCOAM&'%O A:IA( &
!ADIA(!ADIA(
SIS%&MAS D& AGI%A+,OSIS%&MAS D& AGI%A+,O
8/18/2019 Aula 6 - Floculação
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SIS%&MAS D& AGI%A+,OSIS%&MAS D& AGI%A+,O &SCOAM&'%O A:IA( &&SCOAM&'%O A:IA( &
!ADIA(!ADIA(
P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O
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53/92
P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O&%A A(%O DA "OA VIS%A&%A A(%O DA "OA VIS%A
S!+(*a )( 6#%"a&'#
P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O
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P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O&%A A(%O DA "OA VIS%A&%A A(%O DA "OA VIS%A
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P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O
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Sistemas de 8SA"&SP9&%A G*A!A> 8SA"&SP9
P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O
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P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O&%A G*A!A> 8SA"&SP9&%A G*A!A> 8SA"&SP9
P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O
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P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O&%A G*A!A> 8SA"&SP9&%A G*A!A> 8SA"&SP9
P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O
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P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O&%A A(%O %I?%& 8SA"&SP9&%A A(%O %I?%& 8SA"&SP9
S!+(*a )( 6#%"a&'#
P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O
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P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O&%A A(%O %I?%& 8SA"&SP9&%A A(%O %I?%& 8SA"&SP9
P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O
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P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O&%A A(%O %I?%& 8SA"&SP9&%A A(%O %I?%& 8SA"&SP9
P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O
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P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O&%A A(%O %I?%& 8SA"&SP9&%A A(%O %I?%& 8SA"&SP9
P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O
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P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O&%A A(%O %I?%& 8SA"&SP9&%A A(%O %I?%& 8SA"&SP9
P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O
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P!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O&%A A(%O %I?%& 8SA"&SP9&%A A(%O %I?%& 8SA"&SP9
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Agitadores de &luxo radial
vF P aot *
,
*** ,v AC
F pd
a
ρ
=
,***
+
v AC P pd
ot
ρ
=
Agitadores de &luxo axial
9+*** Dn K P
T ot ρ
Fa+&orça de arraste ,-.
'+'elocidade ,m/s.
Cd+coe&iciente de arrasteA )+área )ro0etada
n+rotação ,r)s.
D+di*metro do rotor ,m.
P+Pot1ncia ,2.
C)(C*(O DO G!ADI&'%& D&C)(C*(O DO G!ADI&'%& D&
V&(OCIDAD&V&(OCIDAD&
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SIS%&MAS D& AGI%A+,OSIS%&MAS D& AGI%A+,O
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SIS%&MAS D& AGI%A+,OSIS%&MAS D& AGI%A+,O &SCOAM&'%O !ADIA(&SCOAM&'%O !ADIA(
9-99 a K T ≅
SIS%&MAS D& AGI%A+,OSIS%&MAS D& AGI%A+,O
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SIS%&MAS D& AGI%A+,OSIS%&MAS D& AGI%A+,O &SCOAM&'%O !ADIA(&SCOAM&'%O !ADIA(
:-,9-3 a K T ≅
SIS%&MAS D& AGI%A+,OSIS%&MAS D& AGI%A+,O
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SIS%&MAS D& AGI%A+,OSIS%&MAS D& AGI%A+,O &SCOAM&'%O A:IA(&SCOAM&'%O A:IA(
;-:9-: a K T ≅
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MOD&(A+,O MA%&M)%ICAMOD&(A+ O MA%&M %ICA
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MOD&(A+,O MA%&M)%ICAMOD&(A+ O MA%&M %ICADO P!OC&SSO D&DO P!OC&SSO D&
F(OC*(A+,OF(OC*(A+,O
A$,($a&'#
R%/+%,a
MOD&(A+,O MA%&M)%ICAMOD&(A+ O MA%&M %ICA
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MOD&(A+,O MA%&M)%ICAMOD&(A+ O MA%&M %ICADO P!OC&SSO D&DO P!OC&SSO D&
F(OC*(A+,OF(OC*(A+,O
A$,($a&'#
nG k dt
dn
a
**
C#n+an+( )(
a$,($a&'#- -
MOD&(A+,O MA%&M)%ICAMOD&(A+ O MA%&M %ICA
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O + O CO + O CDO P!OC&SSO D&DO P!OC&SSO D&
F(OC*(A+,OF(OC*(A+,O
:
,** nG k
dt
dn
C#n+an+( )( ,%/+%,a
<89:9;-= a 9:9;->
R%/+%,a
MOD&(A+,O MA%&M)%ICAMOD&(A+ O MA%&M %ICA
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++DO P!OC&SSO D&DO P!OC&SSO D&
F(OC*(A+,OF(OC*(A+,O
A$,($a&'#
R%/+%,a
:
,**** nG k nG k
dt
dna
MOD&(A+,O MA%&M)%ICA DOMOD&(A+,O MA%&M)%ICA DO
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MOD&(A+,O MA%&M)%ICA DOMOD&(A+,O MA%&M)%ICA DOP!OC&SSO D& F(OC*(A+,OP!OC&SSO D& F(OC*(A+,O
!&A%O! &M "A%&(ADA!&A%O! &M "A%&(ADA
:,**** nG k nG k
dt
dna
V dt
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