Relatorio Solidos ar

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Universidade São Francisco
USF
Relatório Experimental: Estudo da Separação de Sólidos Fino do Ar
Dafne Moraes						 RA: 002201400270
Diego Destro RA:002201400489
Jair Antônio 								RA: 002201400881
Karina Mendonça							RA: 002201400248
Lilian Magrini								RA: 002201400253
Murilo Toledo Suekuni						RA: 002201300889
Itatiba, São Paulo
2017
Resumo
Tendo em vista a necessidade de separação de sólidos visando o obter um ar mas puro, a separação de sólidos do ar é uma ótima alternativa para diversos processos, como por exemplo o tratamento do ar atmosférico poluído, além desse processo pode-se obter uma separação do material sólido pela sua granulometria, como acontece na câmera de poeira, processo esse muito utilizado para quando se quer obter um tipo de material especifico pela sua granulometria. Portanto, no experimento realizado, foi analisado dois métodos de separação de sólidos finos, um método pela utilização da câmera de poeira e outro pelo ciclone, e com cálculos realizados pode-se perceber uma boa eficiência dos dois processos, sendo cada processo composto por um sistema diferente mas tendo o ar como principal separador de partículas. 
Introdução Teórica
Misturas são formadas através de duas ou mais substancias. Podem ser classificadas como: sólido-líquido, líquido-líquido, líquido-gás, sólido-sólido, sólido-gás e gás-gás. A mistura heterogênica é aquela em que é possível a detecção de pelo menos uma das substâncias que a compõem por meio do uso de microscópio. Aquelas em que essa distinção não pode ser determinada são chamadas de misturas homogêneas, que também são conhecidas como soluções. Este termo, contudo, é empregado fundamentalmente como sinônimo de misturas homogêneas de gases, sólidos ou líquidos (solutos) dissolvidos em um líquido (o solvente). As misturas de componentes gasosos são sempre de natureza homogênea. Isso se deve ao grande espaço existente entre as moléculas presentes, facilitando a difusão entre elas.¹
2.1 A importância da separação sólido-fluido
Misturas entre sólidos e fluidos são muito comuns tanto na indústria como no laboratório e mesmo no dia a dia. Esse panorama justifica, desde há muito tempo, a necessidade de desenvolver e aprimorar constantemente as mais variadas técnicas de separação que permitam isolar sólidos de fluidos com eficiência, tanto em escala industrial como laboratorial, e ainda enriquecendo a área de ensino, por meio de diversas práticas experimentais. ¹
2.2 Câmara de sedimentação – câmara de poeira
A Figura 1 apresenta um esquema de uma câmera de sedimentação simples, que funciona tanto como separador gás-sólido como classificador. Aplica-se geralmente para grandes volumes de gás e quando há disponibilidade de espaço. A velocidade de escoamento da corrente fluida é reduzida logo após à entrada do câmara e portanto inicia-se a sedimentação do material. Assume-se que a partícula atinge imediatamente a sua velocidade terminal na direção vertical e que se move com a velocidade do fluido na direção horizontal. ²
 Figura 1: Câmara de poeira.
2.3 Ciclones
Os ciclones são utilizados para a coleta de partículas e do ponto de vista de investimento e operação é o meio mais barato para coleta de partículas.
No ciclone, o gás carregado de pó entra na câmara alta velocidade , por um ou mais de um ponto e sai por uma abertura central. Dentro do ciclone as partículas experimentam dois tipos de forças opostas: a força centrífuga e de arraste. A força centrífuga tende a empurrar partículas para as paredes do ciclone enquanto a força de arraste age no sentido de carregar as partículas junto com o gás na saída do ciclone. Essas forças dependem do raio de rotação e do tamanho das partículas; partículas com tamanhos diferentes giram em raios diferentes.
Figura 2: Padrão de fluxo de um ciclone.
O ciclone é de fácil construção, possui baixo custo de material e de operação e uma ampla faixa de condições de operação. Os ciclones são normalmente empregados: 
• na classificação de tamanhos de partículas;
 • em operações onde a coleta extremamente alta de partículas não é crítica;
 •na coleta de partículas grossas; 
• para atuar como aparelhos que fazem uma limpeza prévia em linhas que tenham coletores que retém a maioria das partículas finas.
 	Uma outra aplicação de ciclones é no controle de poluição. Atua também coletor de produtos após secadores de leito fluidizado, pneumáticos ou “spray dryer” .
 O uso de ciclones é favorável para aplicações onde o pó coletado possui um alto valor agregado; como é o caso de indústrias alimentícias onde o produto desejado é um pó e as contaminações com pequenas fibras de um filtro de tecido não podem ser toleradas. ³
Objetivo
A proposta do experimento realizado é analisar alguns sistemas de separação de sólidos finos no ar, usando o milho moído como o material a ser separado e fazendo as determinadas pesagens e observações para se obter um resultado sobre os métodos desenvolvidos.
Materiais e Métodos:
Câmara de poeira;
Ciclone;
Milho moído;
Balança analítica (Tecnal);
Aspirador de pó (karcher);
Secador de cabelo (Conair);
03 Béqueres;
Pincel para limpeza das câmaras;
Peneiras da série Tyler;
 
Figura 3 – Câmara de poeira Figura 4 – Ciclone Figura 5 – Mistura de pó
	
 
Figura 6- Balança Figura 7- Aspirador de pó Figura 8 – Secador de cabelo
 
 Figura 9 – Béquer Figura 10- Pincel Figura 11 – Peneiras 
Procedimento Experimental:
4.2.1 Câmara de poeira  
Inicialmente pesou-se na balança 9,36 g de milho moído, logo após esse material foi inserido na entrada da câmara de poeira. O secador de cabelo foi ligado em uma velocidade média e direcionado na entrada da câmara de poeira de modo que o material particulado fosse projetado para dentro da câmara. Isso foi feito até não haver mais movimentação das partículas dentro da câmara. Abriu-se a câmara e com cuidado foi retirado e pesado o material particulado de cada compartimento. Logo após este material foi submetido ao peneiramento de Tyler para ser feita a distribuição granulométrica, a amostra foi inserida na peneira que estava na parte superior, e logo após foram agitadas de forma manual, depois desse processo foram separadas as peneiras e pesadas as massas contidas em cada uma. 
4.2.2 Ciclone  
Pesou-se uma certa quantidade de milho moído e, colocou-se em um recipiente plástico. Uniram o aspirador de pó no topo do ciclone, e foi colocado um outro recipiente plástico no final do ciclone. O aspirado de pó foi ligado e com a mangueira de coleta foi captado o material do recipiente de plástico que continha o milho moído. Por fim foi pesado o material coletado no recipiente plástico em baixo do ciclone e, foram medidas as dimensões do ciclone. 
Resultados e Discussões
5.1 Câmara de poeira 
A tabela ilustra os resultados obtidos após o procedimento na câmara de poeira.
	Compartimento
	Massa (g)
	1
	8,92
	2
	0,39
	3
	0
 Tabela 1: Distribuição na câmara de poeira.
Após a realização do procedimento, observou-se que as massas dos sólidos ficaram divididas em compartimentos diferentes, isto se deve ao fato das partículas dos sólidos terem massas diferentes. Como a câmara de poeira funciona como um sedimentador as partículas de massas maiores ficaram retidas no primeiro compartimento, e consequentemente as de menores massas ficaram no compartimento seguinte. O transporte do material particulado foi feito através de movimentos “zique-zague”, aonde foi ocorrendo à sedimentação a cada câmara, tornado o ar mais limpo na saída do equipamento.
No presente experimento a entrada dos fluídos foi pela parte inferior do equipamento, tornando o procedimento eficiente, pois assim que entravam os sólidos estes já se chocavam com o primeiro obstáculo.No entanto a entrada também poderia ser na parte superior, pois os obstáculos seriam os mesmos, entretanto a eficiência não seria a mesma, pois com a saída de ar na parte inferior, o fluido poderia carregar junto a si partículas solidas que deveriam estar decantadas.
Depois, foram retirados os sólidos de cada compartimento para se medir a granulometria, os resultados estão apresentados nas tabela 2 e 3.
	Tyler
(Mesh)
	Abertura -di(mm)
	Abertura +di 
(mm)
	Média das Aberturas Di (mm)
	Massa retida MRET (g)
	Fração retida xi
	Fração retida acumulada X acm (%)
	Fração passante X (%)
	- 7 + 8
	2,83
	2,38
	2,605
	4,12
	0,462
	46,2
	53,8
	- 8 + 9
	2,38
	2,00
	2,190
	1,65
	0,185
	64,7
	35,3
	- 9 +14
	2,00
	1,19
	1,595
	1,91
	0,214
	86,1
	13,9
	- 14 + 28
	1,19
	0,59
	1,780
	1,18
	0,132
	99,3
	0,7
	- 28 + 48
	0,59
	0,297
	0,444
	0,01
	0,0011
	99,41
	0,59
	- 48 +100
	0,297
	0,149
	0,223
	-
	-
	-
	-
	-100+200
	0,149
	0,074
	0,112
	-
	-
	-
	-
Tabela 2: Análise granulométrica da câmara 1.
	Tyler
(Mesh)
	Abertura -di(mm)
	Abertura +di (mm)
	Média das Aberturas Di (mm)
	Massa retida MRET (g)
	Fração retida xi
	Fração retida acumulada X acm (%)
	Fração passante X (%)
	- 7 + 8
	2,83
	2,38
	2,605
	-
	-
	-
	-
	- 8 + 9
	2,38
	2,00
	2,190
	0,06
	0,154
	15,3
	84,7
	- 9 +14
	2,00
	1,19
	1,595
	0,14
	0,359
	51,2
	48,8
	- 14 + 28
	1,19
	0,59
	1,780
	0,19
	0,487
	99,9
	0,1
	- 28 + 48
	0,59
	0,297
	0,444
	-
	-
	-
	-
	-48 +100
	0,297
	0,149
	0,223
	-
	-
	-
	-
	-100+200
	0,149
	0,074
	0,112
	-
	-
	-
	-
Tabela 3: Análise granulométrica da câmara 2.
Através da distribuição granulométrica das partículas, foi possível observar que no primeiro compartimento 46,2% dos sólidos tiveram um diâmetro médio de 2,605 mm e, já no segundo compartimento 48,7% possuem diâmetro médio de 1,780 mm. Os dados obtidos geraram os seguintes gráficos:
O diâmetro di utilizado no gráfico é a média do valor do diâmetro de abertura da maior e da menor peneira em análise. 
Gráfico 1. Distribuição de frequência da câmara 1.
Gráfico 2. Distribuição de frequência da câmara 2.
De acordo com o sistema Tyler, os sólidos podem ser classificados conforme a abertura da peneira (mesh) da seguinte forma:
	Tipo de sólidos
	Abertura das malhas
	Sólidos grosseiros
	Abaixo de 4 mesh (> 4.700 μm)
	Finos
	De 4 mesh a 48 mesh ( 300 - 4.700 μm)
	Ultrafinos
	De 48 a 400 mesh (38 - 300 μm)
A análise dos dados obtidos a partir da massa ensaiada demonstrou claramente as características de granulometria e a partir disso foi possível classificá-la de acordo com o sistema Tyler, podendo ser classificada como um fino.
Inicialmente foi colocada na câmara de poeira uma massa de 9,36 g e, após o procedimento de peneiramento a massa das amostras de cada compartimento foi pesada novamente obtendo uma massa total de 9,26 g. O rendimento obtido foi:
O rendimento obtido foi satisfatório, tendo uma eficiência de 98,93%, com isso podemos concluir que a separação de sólidos finos do ar foi eficiente.
5.2 Ciclone
Os ciclones industriais são utilizados para remoção de partículas solidas fina de gases, estes possuem configurações padronizadas. Estão listados na tabela abaixo alguns dos projetos padronizados mais comuns na indústria.
Estão listados na tabela abaixo alguns dos projetos padronizados mais comuns na indústria. As dimensões listadas estão normalizadas pelo diâmetro do corpo do ciclone.
Tabela 3 - Relações geométricas para diversas famílias de ciclones. [1]
O ciclone utilizado no experimento possui as seguintes dimensões:
As dimensões do ciclone utilizado em relação as dimensões de um ciclone convencional:
	Dimensão
	Experimental
	De/Dc
	0,17 m
	a/ Dc
	0,11 m
	b/ Dc
	0,30 m
	H/ Dc
	1,91 m
	h/ Dc
	1,30 m
	B/ Dc
	0,24 m
	S/ Dc
	0,43 m
Tabela – Cálculos obtidos através das correlações de ciclones.
Comparando os resultados obtidos das dimensões do ciclone com os projetos padronizados, o equipamento utilizado não pode ser considerado um ciclone padrão, entretanto ele possui alguns valores de dimensão próximos de um ciclone para proposito geral e de alta eficiência.
Durante o experimento foi possível observar o deslocamento do material particulado para o recipiente inferior, aonde as partículas caíram em um movimento espiralado descendente, isso se deve ao fato de que gás cria uma força centrifuga que se intensifica na secção cônica do equipamento, logo após esta secção, existe um posto de estagnação perto da parede do ciclone que permite que as partículas caiam para o recipiente localizado na parte inferior do equipamento, saindo pela parte superior do ciclone somente o ar, entretanto este ar pode conter partículas não coletadas no duto de saída.
Inicialmente foram pesadas 60,04 g de partículas solidas, e então o processo de separação de sólidos fino do ar foi iniciado, ao final do processo a massa do recipiente localizado no inferior do equipamento foi pesada, obtendo uma massa de 59,49 g. O rendimento obtido foi: 
O rendimento obtido foi satisfatório, tendo uma eficiência de 99,08%, com isso podemos concluir que a separação de sólidos finos do ar foi eficiente.
Conclusão
Com os métodos realizados, foi possível observar como opera um sistema de separação de sólidos finos no ar, e a partir disso com os cálculos realizados, os dois sistemas usados mostrando uma ótima eficiência. Através disso pode-se ver a importância de tais sistemas para processos presentes em grandes indústrias, e outras fins, como por exemplo a separação de sólidos do ar atmosférico poluído, sendo que um sistema ainda mais confiável e adequado pode-se obter um resultado melhor, já que o experimento realizado não teve os equipamentos devidamente adequados.
7. Referências Bibliográficas
[1] Disponível em: <http://quimicanova.sbq.org.br/detalhe_artigo.asp?id=6209>
Acesso em: 20/05/2017
[2] Disponível em: <http://www.lscp.pqi.ep.usp.br/disciplinas/pqi2303/arquivos/Apostila%20Particulados%202013.pdf>
Acesso em: 20/05/2017
[3] Disponível em: < http://moodle.ufsc.br/pluginfile.php/772369/mod_resource/content/0/Separacao_de_solidos_e_liquidos.pdf >
Acesso em: 21/05/2017