Lista operações unitárias

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EQE367
Operac¸o˜es de Separac¸a˜o
Prof. Rafael Demuner
TERCEIRA LISTA DE EXERCI´CIOS
To´picos: Elutriac¸a˜o de uma amostra com so´lidos de diferentes massas espec´ıficas; caˆmara de poeira;
ciclones; centr´ıfugas.
1. Uma mistura finamente dividida de galena e calca´rio na proporc¸a˜o 1:4 em massa e´ sujeita a`
elutriac¸a˜o com corrente ascendente de a´gua com velocidade 0,5 cm/s. A distribuic¸a˜o granu-
lome´trica dos dois materiais e´ a mesma:
dp(µm) y(%)
20 15
30 28
40 43
50 54
60 64
70 82
80 78
90 88
(a) Calcule a porcentagem de galena arrastada e no produto de fundo.
Dados: ρs,galena = 7500kg/m
3, ρs,calcario = 2700kg/m
3, φgalena = 0, 8, φcalcario = 0, 7, µ =
10−3Pa.s, ρ = 1000kg/m3.
2. Uma mistura de hematita (ρs = 5g/cm
3 e φ = 0, 6) e s´ılica (ρs = 2, 7g/cm
3 e φ = 0, 6), com
diaˆmetros entre 30 e 200 µm, sera´ separada em um elutriador de 50cm de diaˆmetro, com a´gua
a 20oC. Determine:
(a) Qual deve ser a vaza˜o mı´nima de a´gua para obter-se hematita pura em uma das vazo˜es;
(b) Qual e´ a faixa de diaˆmetros da hematita pura assim obtida;
3. Dimensionar uma caˆmara de poeira capaz de separar 80% da poeira arrastada por uma
corrente de ar a 20oC e 1 atm que escoa com velocidade de 300 m/s atrave´s de uma tubulac¸a˜o
de 5in de diaˆmetro interno. A massa espec´ıfica das part´ıculas so´lidas e´ 2700 kg/m3 e seu
diaˆmetro e´ de 120 µm. No seu projeto, voceˆ deve considerar que o teto da caˆmara e´ quadrado,
ou seja, B = L e que a velocidade do ar deve ser de 0,5 m/s.
Dados: ρ = 1, 2kg/m3, µ = 1, 8× 10−5Pa.s.
4. Uma caˆmara de poeira (B=1,5m; H=0,6m; L=3,5m), fabricada com chapas de ac¸o, trata 8400
m3/h de um efluente gasoso industrial contendo part´ıculas (SGs = 2,65) em suspensa˜o. A
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distribuic¸a˜o de tamanhos de part´ıculas obedece ao modelo RRB (D63,2 = 120µm e n = 2, 3).
Em raza˜o de graves problemas de corrosa˜o das chapas na regia˜o pro´ximo a` sa´ıda da caˆmara,
sugere-se reduzir seu comprimento para 2,5m. Supondo-se inalteradas as demais varia´veis
envolvidas, e supondo-se que a lei de stokes seja va´lida, pede-se:
(a) Calcule a diminuic¸a˜o percentual da eficieˆncia global de coleta da caˆmara, caso a modi-
ficac¸a˜o seja implementada.
Dados: ρ = 0, 9kg/m3 e µ = 22, 65× 10−6Pa.s
5. Um ciclone Lapple (Dc = 90 cm) opera com queda de pressa˜o de 5”de coluna de a´gua ao
tratar uma suspensa˜o so´lido/ga´s, cujos so´lidos teˆm a seguinte distribuic¸a˜o granulome´trica:
Dados: ρ = 1,268 kg/m3; µ = 1,9 ×10−5 Pa.s
dp(µm) z(%)
5 88
10 73
15 52
20 37
30 20
40 12
55 4
(a) Calcule a eficieˆncia global do ciclone;
(b) Calcule a poteˆncia do soprador, assumindo a eficieˆncia do soprador de 85%.
6. Dois ciclones Lapple (DC,1 = 2 ft e DC,2 = 3 ft) operam em paralelo, descarregando o ga´s
limpo diretamente para a atmosfera. A vaza˜o total processada por ambos e´ de 100 ft3/s
de um ga´s industrial. As part´ıculas em suspensa˜o teˆm densidade relativa 2,6 e apresentam
distribuic¸a˜o de tamanhos descrita pelo modelo RRB de paraˆmetros D63,2 = 11µm e n=1.
Pede-se:
Dados: ρ = 1 kg/m3; µ = 20,95 ×10−6 Pa.s
(a) Calcular a eficieˆncia de cada um dos ciclones;
(b) Calcular a eficieˆncia global do processo de separac¸a˜o (bateria de ciclones);
(c) Calcular a poteˆncia do soprador, que possui rendimento 75%.
7. Um ciclone Lapple (DC = 1 m) foi dimensionado, originalmente, para operar com uma queda
de pressa˜o de 4in de a´gua, tratando uma suspensa˜o so´lido-ga´s cujas part´ıculas teˆm densidade
relativa 2,3 e distribuic¸a˜o de tamanhos descrita pelo modelo GGS de paraˆmetros D100 =
36 µm e m = 2,0. Em raza˜o de inu´meros pontos de vazamento na linha de alimentac¸a˜o do
ciclone, relacionados a` corrosa˜o dos dutos, sua queda de pressa˜o caiu para 2,0 in a´gua.
Dados: ρ = 1,12 kg/m3; µ = 19,15 ×10−6 Pa.s
(a) Calcule a diminuic¸a˜o percentual na eficieˆncia global de coleta do ciclone relativamente
ao valor original de projeto.
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8. Uma centr´ıfuga tubular esta´ tratando 2 L/s de uma suspensa˜o aquosa de aragonita (ρs =
3g/cm3). Pede-se calcular a eficieˆncia total de separac¸a˜o, sabendo-se que: R1 = 20cm,
R2 = 30cm,L = 80cm, w = 10000rpm e y = (d/3)
0.8, com d em µ.
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