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Operações Unitárias Prof.: Esdras Passos Conteúdo: Aula 03 Operações mecânicas Separação Físicas: Os processos físicos de separação são um conjunto de procedimentos que permitem separar misturas (homogéneas ou heterogéneas) em outras misturas menos complexas ou em substâncias (puras). Estes processos de separação são fundamentais no estudo e desenvolvimento da Química. Exemplos: Peneiramento, Centrifugação, Filtração etc.. Sólidos de sólido; -Peneiramento Peneiramento: O peneiramento é um método utilizado para separar misturas heterogêneas de sólido, onde o tamanho da partícula é o responsável pela separação, ou seja, utiliza-se uma peneira que permite que alguns sólidos pequenos passem, e uma pequena quantidade de partículas grandes ficam retidas na peneira, que separa através do seu tamanho, ou melhor do tamanho da malha da peneira. É usada para separar sólidos constituintes de partículas de dimensões diferentes. Propriedades dos Sólidos Particulados O que é um sólido particulado? Um material composto de materiais sólidos de tamanho reduzido (partículas). O tamanho pequeno das partículas pode ser uma característica natural do material ou pode ser devido a um processo prévio de fragmentação. A) As que dependem da natureza das partículas: o tamanho, a forma, a dureza, a densidade, o calor específico e a condutividade. B) As que dependem do sistema (leito poroso): a densidade aparente, a área específica, a porosidade, o ângulo de talude, entre outras. Neste caso, a propriedade passa a ser uma característica do conjunto de partículas (leito) e não mais do sólido em si. Tamanho de Partículas Granulometria: é o termo usado para caracterizar o tamanho das partículas de um material. FORMA E COMPOSIÇÃO DAS PARTÍCULAS A forma e composição das partículas é determinada pelo sistema cristalino dos sólidos naturais e no caso dos produtos industriais pelo processo de fabricação. A forma é uma variável importante. A) Esfericidade e Diâmetro Equivalente A forma de uma partícula pode ser expressa pela esfericidade (), que mede o afastamento da forma esférica. Seja uma partícula de volume Vp e área Ap: Exemplo: Número de partículas Dada uma massa (m) de partículas, de densidade s e Volume Vp, o número total de partículas (N) pode ser calculado como: Se todas as partículas têm o mesmo volume (Vp) e a mesma forma, a área total das partículas = número de partículas x área da partícula Pode ser calculada a área por unidade de massa (área específica) se conhecemos o diâmetro equivalente para uma partícula i: B) Densidade Permite classificar os sólidos nas seguintes classes: - Leves (<500 kg/m3) = serragem, turfa, coque - Médios (1000 ≦ ≦ 2000 kg/m3) = areia, minérios leves - Muito Pesados ( > 2000 kg/m3) = minérios pesados - Intermediários (550< <1100 kg/m3) = produtos agrícolas C) Dureza Esta propriedade costuma ter dois significados. Nos plásticos e metais corresponde a resistência ao corte, enquanto que no caso dos minerais é a resistência que eles oferecem ao serem riscados por outros minerais. A escala de dureza que se emprega nos minerais a Escala de Mohr, que vai de um a dez e cujos minerais representativos são: D) Fragilidade Mede-se pela facilidade à fratura por torção ou impacto. Muitas vezes não tem relação com a dureza. Os plásticos podem ser pouco duros (moles) mas não são frágeis. E) Aspereza Determina a maior ou menor dificuldade de escorregamento das partículas. F) Porosidade É a propriedade da partícula que mais influencia as propriedades do conjunto (leito poroso). É a proporção de espaços vazios. Quanto mais a partícula se afastar da forma esférica, mais poroso será o leito. Quanto maior a esfericidade menor a porosidade do leito. G) Densidade Aparente (a) É a densidade do leito poroso, ou seja, a massa total do leito poroso dividida pelo volume total do leito poroso. Pode-se calcular por meio de um balanço de massa a partir das densidades do sólido e do fluido, que muitas vezes é o ar. O tamanho da partícula de materiais homogêneos (com partículas uniformes) pode ser obtido: As quantidades retidas nas peneiras e na panela são pesadas. A fração de cada tamanho se calcula dividindo a massa pela massa total da amostra: Frações retidas nas peneiras As quantidades retidas nas peneiras e na panela são determinadas por pesagem e as diversas frações retidas podem ser calculadas dividindo-se as diversas massas retidas pela massa total da amostra. Decantação: o material é posto numa suspensão que se deixa em repouso durante um certo tempo, findo o qual o nível dos sólidos decantados terá descido. A partir das frações de massa separadas, calcula-se o tamanho da partícula. Elutriação: O princípio empregado é o mesmo, porém a suspensão é mantida em escoamento ascendente através de um tubo. Variando-se a velocidade de escoamento, descobre-se o valor necessário para evitar a decantação das partículas. Esta será a velocidade de decantação do material. Centrifugação: A força gravitacional é substituída por uma força centrífuga cujo valor pode ser bastante grande. É útil principalmente quando as partículas são muito pequenas e, por conseqüência, têm uma decantação natural muito lenta. Neste caso o material terá que ser separado em frações com partículas uniformes por qualquer um dos métodos de decantação, elutriação ou centrifugação anteriormente citados. Tamisamento: O meio mais prático, no entanto, é o tamisamento, consiste em passar o material através de uma série de peneiras com malhas progressivamente menores, cada uma das quais retém uma parte da amostra. Esta operação, conhecida como análise granulométrica, é aplicável a partículas de diâmetros compreendidos entre 7 cm e 40 µm. A análise granulométrica é realizada com peneiras padronizadas quanto à abertura das malhas e à espessura dos fios de que são feitas. Séries de Peneiras mais Importantes British Standard (BS) Institute of Mining and Metallurgy (IMM) National Bureau of Standards - Washington Tyler (Série Tyler) – A mais usada no Brasil Exercícios; 1) Calcule a esfericidade de um anel de Raschig de ½” 2) Grãos de pipoca não estourados possuem diâmetro equivalente de 6 mm e esfericidade aproximada de 1. Já, os grãos de pipoca estourados, apresentam diâmetro equivalente de 12 mm e esfericidade de 0,85. Obtenha o volume da partícula para o grão não estourado e para o grão estourado.
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