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Separacao de particulas Parte I

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Operações Unitárias I – UNISO
Renata Miliani Martinez
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Resumo da Parte I
Separação por ação gravitacional
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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)
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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
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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
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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.
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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
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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
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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:
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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): 
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Lei de Stokes
Fluxo laminar
Para partículas esféricas
Para partículas esféricas
Assim:
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Variação do coeficiente de arraste dependendo do regime do fluxo
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Variação do coeficiente de arraste dependendo da esfericidade da partícula
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Método utiliza número adimensional 
Variação do coeficiente de arraste dependendo da esfericidade da partícula
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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 
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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:
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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 
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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
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Utilizando a expressão de Stokes para velocidade terminal:
Desprezando a densidade do ar:
Dimensionamento de câmara de poeira
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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.
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Determinação do diâmetro de partícula recolhido no elutriador

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