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* * Operações Unitárias I – UNISO Renata Miliani Martinez * * Resumo da Parte I Separação por ação gravitacional * * Tipos de sistemas que podem ser separados por gravidade Misturas heterogêneas: - Sólido-líquido (Ex.: areia em água) - Sólido-gás (Ex.: poeira em gases) - Líquido-líquido (Ex.: água em óleo) - Líquido-gás (Ex.: bolhas em sistemas líquidos) * * Por que separar partículas sólidas de um líquido? Evitar desperdício de materiais de valor (Ex.: metais preciosos) Tratar resíduos industriais para ter processos sustentáveis e “verdes” Eliminar riscos de explosões por materiais finos (Ex.: sódio sólido em contato com o ar) Eliminar resíduos não desejados em produtos líquidos * * Processos relacionados com separação de partículas Sedimentação: processo de deposição da fase mais densa no fundo do recipiente Decantação: processo de separação de fases propriamente dito * * Tipos de decantação Simples: separação com bastão de vidro (menos densa primeiro). Misturas sólido-líquido. Funil de decantação: separação por passagem do líquido por válvula do funil (mais denso primeiro). Misturas líquido-líquido. Sifonação: recipiente colocado a uma altura superior e transferido por uma mangueira(menos denso primeiro).*só funciona se sifão preenchido completamente pelo líquido. Ex.: piscinas. * * Forças que atuam na sedimentação Segunda Lei de Newton Fempuxo Fgravidade Farraste Sendo: v = velocidade relativa entre o fluido e a partícula A = área projetada da partícula na direção de seu movimento. Para esfera = πd²/4 CD = coeficiente de arraste * * Substituindo na equação de forças As forças podem atuar em 2 momentos: Partícula em aceleração no início de seu movimento Partícula em queda com velocidade constante * * Velocidade terminal É a velocidade da partícula em seu momento de queda = velocidade constante Se velocidade é constante: Substituindo a equação: Importante para verificar a velocidade que o material leva para sedimentar Em: * * Coeficiente de arraste Depende das características do fluido (densidade e viscosidade) e da partícula (densidade, diâmetro e forma) Pode ser estimado utilizando os conceitos do Número de Reynalds Para Re< 10 (Região da Lei de Stokes): * * Lei de Stokes Fluxo laminar Para partículas esféricas Para partículas esféricas Assim: * * Variação do coeficiente de arraste dependendo do regime do fluxo * * Variação do coeficiente de arraste dependendo da esfericidade da partícula * * Método utiliza número adimensional Variação do coeficiente de arraste dependendo da esfericidade da partícula * * Equipamentos para separação de partículas por ação gravitacional Câmara de poeira: removem sedimentos de gases. Geralmente utilizados em indústrias para limpeza de gases antes de serem emitidos ao meio ambiente. Considera o peso e velocidade terminal das partículas. Gás com baixa velocidade Processo eficiente na presença de chicanas ou telas para aumentar a velocidade * * Dimensionamento de câmara de poeira Sem turbulência, o tempo de sedimentação (ts) é definido pela altura da câmara (H) e a velocidade terminal da partícula (vt): Considerando a vazão volumétrica de ar que entra na câmara (Q), tem-se a velocidade horizontal ( ) em função da altura (H) e largura (L) da câmara: * * Dimensionamento de câmara de poeira O tempo de residência da partícula dentro da câmara (tres) pode ser calculado em função do comprimento da câmara (C) e da velocidade da partícula: Se tres>ts : partícula fica retida Se tres<ts : partícula arrastada pelo gás para fora da câmara A dimensão (C) da câmara é determinada através de : tres= ts * * O dimensionamento L/H depende do projetista, mas é geralmente 1. Considerações: - todas as partículas têm mesmo tamanho (e densidade) e estão uniformemente distribuídas na seção transversal de entrada da câmara - não ocorre interação entre partículas Assim, a eficiência de coleta fracional (η) será igual a: Dimensionamento de câmara de poeira * * Utilizando a expressão de Stokes para velocidade terminal: Desprezando a densidade do ar: Dimensionamento de câmara de poeira * * Elutriador Partículas com vt >vágua caem e são recolhidas por baixo. O líquido(normalmente água) escoa para cima e a alimentação de sólidos a separar é alimentada por cima. * * Determinação do diâmetro de partícula recolhido no elutriador
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