elutriação

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ENGENHARIA QUÍMICA
ELUTRIAÇÃO
DAIANA MAIA
JOYCE FABIANA 
CONSELHEIRO LAFAIETE
2018
DAIANA MAIA
JOYCE FABIANA 
ELUTRIAÇÃO
Relatório apresentado ao curso de Engenharia Química do Centro de Ensino Superior de Conselheiro Lafaiete, como requisito de avaliação para obtenção de créditos na disciplina de Operação Unitária I.
Professora: MSc. Vitor Araújo de S. Franco.
CONSELHEIRO LAFAIETE
2018
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO	4
OBJETIVO	5
METODOLOGIA	5
REGIMES FLUIDODINÂMICOS	5
PROCESSO DE ELUTRIAÇÃO	7
Batelada	7
Contínua	8
VELOCIDADE TERMINAL	9
MODELO DE STOKES	10
Regime de STOKES	10
CONCLUSÃO	12
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	13
INTRODUÇÃO
A atuação do Engenheiro Químico está intimamente ligada ao desenvolvimento de operações unitárias, que são as pequenas divisões que compõem os mais diversos processos industriais. O período de 1915 a 1960 apresentou o crescimento científico e período de desenvolvimento das operações unitárias, onde houve interesse científico em identificar as etapas que se repetiam em processos industriais.
A elutriação é um método indireto que consiste na medida de velocidade de decantação de uma partícula em um fluido. Estando relacionada diretamente com as dimensões da partícula, esta velocidade permitirá o cálculo do tamanho desde que se conheça a equação que descreve o fenômeno. 
Muitas vezes a elutriação é realizada com ar. Esta técnica é particularmente importante para a determinação do tamanho de poeiras contaminantes. Assim, a grande vantagem do elutriador é que ele permite efetuar a medida instantânea das partículas separadas
Este processo é amplamente utilizado nas mineradoras, no setor alimentício e nas indústrias de óleo.
Neste trabalho serão apresentados os conceitos, métodos e aplicações sobre a elutriação.
OBJETIVO
Definir a operação unitária de elutriação.
METODOLOGIA
Elutriação é uma operação unitária de separação de solido-solido que se baseia no princípio da diferença de velocidades terminais. Um universo de partículas com diferentes diâmetros e massas especificas apresenta uma distribuição de velocidades terminais e essa diferença é usada como fator determinante na separação das frações de sólido. O elutriador consiste de um tubo vertical através do qual passa uma corrente de fluido ascendente, numa velocidade específica, enquanto a mistura de sólidos, cuja separação se quer efetuar, é injetada no topo da coluna. As partículas maiores, que se sedimentam com velocidade maior, são coletadas no fundo da coluna e as menores são arrastadas pelo topo juntamente com o fluido. 
A elutriação permite uma classificação granulométrica mais precisa, uma vez que a técnica não é suscetível à aglomeração que ocorre no processo de peneiramento. As partículas são classificadas de maneira mais eficiente e o processo é relativamente rápido em comparação com o peneiramento, assim como há necessidade de cálculos relativamente trabalhosos e ajustes, para que seja adequadamente implantada, o que não ocorre no processo anteriormente citado.
Para melhor entendimento do funcionamento de elutriadores, cabe revisar os regimes fluidodinâmicos durante a fluidização. 
REGIMES FLUIDODINÂMICOS
Tais regimes dependem das características físicas da fase particulada (distribuição granulométrica, tamanho médio de partículas, forma e massa específica) e da fase fluida (viscosidade dinâmica e massa específica), bem como das condições operacionais da coluna (temperatura e vazão da fase fluida, compactação da fase particulada, altura e diâmetro).
Os regimes fluidodinâmicos que podem ser identificados como: fluidização homogênea, fluidização borbulhante, fluidização do tipo slug, fluidização turbulenta e fluidização rápida, conforme a Figura 1.
FIGURA 1 - Regimes Fluidodinâmicas
Fonte. Cremasco, 2014.
A partir da fluidização turbulenta, um pequeno acréscimo na velocidade superficial do fluido acarreta a elutriação, ou seja, o arraste da fase particulada. No regime de elutriação, o carreamento de partículas provoca a formação de diferentes regiões termodinâmicas, ilustradas na Figura 2:
Fonte. Cremasco, 2014.
Figura 2 - Regiões características do regime de Elutriação
Região de respingo: é a região logo acima do leito. As partículas maiores são arrastadas pelo fluido, porém, devido a sua massa específica ou tamanho, a força peso se torna maior que a força de arraste, fazendo com que as mesmas retornem;
Região de desprendimento: é a região logo acima da região de respingo e caracteriza-se por apresentar um gradiente de concentração do material particulado e um movimento intenso de circulação das partículas no leito;
Região de transporte diluído: é a zona de menor densidade de sólidos. Nela ocorre o desprendimento e o transporte pneumático ou hidráulico ascendente das partículas;
Vão livre: é considerado toda a região do elutriador em que a massa específica do conjunto diminui de forma inversamente proporcional com o acréscimo de altura
PROCESSO DE ELUTRIAÇÃO
O processo de elutriação pode ter material homogêneo onde a separação será por diferença de diâmetro entre as partículas ou material heterogêneo que se dará pela diferença da velocidade terminal e pela densidade entre elas.
Propriedades que influenciam na seletividade do material: 
Partícula:
Densidade.
Esfericiadade.
Forma.
Fluido:
Densidade.
Velocidade.
Viscosidade.
O processo de elutriação pode ocorrer de duas formas: elutriação em batelada e elutriação contínua.
Batelada
E realizada em um único equipamento onde, objetivando a separação das variadas frações, deve-se parar o processo e alterar a vazão de entrada. A entrada pode ser na parte inferior do sistema, como mostra a Figura 3 e saída sempre na parte superior. 
Figura 3 - Modelo de Elutriador em batelada
Depósito de partículas
Fluido e partículas elutriadas
Fluido
Partículas não elutriadas
Fonte. UFRGS, 2017.
Vantagem
Possibilidade de modificar livremente a vazão (e consequentemente a velocidade) de acordo com a necessidade de separação.
Desvantagem
Necessidade de filtração ou centrifugação para a separação de casos onde o fluido ascendente se trata de liquido.
Contínua
É realizada por um conjunto de elutriadores de diferentes diâmetros em ordem crescente e uma vazão de fluido constante. Para cada diâmetro do elutriador, tem-se uma área de seção transversal diferente, gerando diferentes velocidades, quanto maior o diâmetro, menor a velocidade, de acordo com a Equação.
Onde Q é a vazão na entrada do elutriador, v1 é a velocidade e A é a área transversal na entrada do equipamento.
VantagemFigura 4 – Modelo de Elutriador em série
Fonte. Cremasco, 2014.
Facilidade em mensurar a massa de sólido retida em cada elutriador.
Desvantagem
Velocidades dos elutriadores terão sempre a mesma razão quando comparadas uma com as outras, apenas dependendo da vazão. 
VELOCIDADE TERMINAL
A velocidade terminal é a velocidade constante atingida pela partícula quando lançada no fluido inicialmente em repouso, em outras palavras, é uma aplicação direta da segunda lei de Newton, pois para a velocidade se tornar constante a soma de forças que agem sobre a partícula (forças de campo, empuxo e arraste) deve ser zero, como mostra a Figura 5.
Figura 5 – Velocidade terminal – Equilíbrio de forças 
Fonte. FURG, 2016
A velocidade terminal de uma partícula pode ser dependente de seu diâmetro, massa específica, forma e textura, e é geralmente aplicada para sólidos decantando em líquidos, onde a massa específica e a viscosidade deste líquido também influência.
Nas últimas décadas, vários modelos tentaram estimar a correta relação entre essas características intrínsecas à partícula e ao fluido com a velocidade terminal, os mais relevantes são: modelo de Stokes, modelo de Dietrich e modelo de Fergusone Church.
MODELO DE STOKES
Como a elutriação utiliza como princípio físico a velocidade terminal, diversos modelos surgiram na tentativa de estimar a correlação entre a partícula, o fluido e a velocidade terminal. Assim, o modelo de Stokes descreve o movimento de uma esfera em um fluido, pelas Equações 1, 2 e 3.
Regime de STOKES
Esferas lisas e rígidas;
Fluido incompressível;
Escoamento lento;
Sem interferências (das partículas ou da parede do equipamento);
Velocidade constante;
Re <1.
Como aplicação da operação de elutriação, pode-se citar o estudo de Silva (2016), que objetivou a separação da matéria orgânica presente no sedimento de rios para sua posterior utilização. Já Kloeckner, Englert e Rubio (2011) propuseram a utilização de um elutriador para a recuperação da pirita presente em rejeitos do processamento de carvão para aplicação na elaboração de reagentes e enxofre. Outros inseriram a elutriação como etapa inicial para separação e reutilização de resíduos finos oriundos do processo siderúrgico e na reciclagem de baterias de íons de lítio
Diversos processos já empregados na indústria, bem como novos estudos, exigem a necessidade de separar partículas sólidas. 
CONCLUSÃO
Como existem vários métodos de separação de material granular o método da elutriação não tem enfoque necessário para o seu desenvolvimento e divulgação, através deste trabalho foi possível conhecer mais e descobrir onde pode ser melhor aplicado na indústria. Sua técnica e eficiente e razoavelmente barata comparando o com outros métodos que exigem um investimento alto, é possível otimizar o processo de acordo com a necessidade através da alteração da vazão ou diâmetro do equipamento, já que o mesmo trabalha com granulometrias bem pequenas. Nos trabalhos estudados é possível confirmar a viabilidade e eficácia, só é preciso estudar mais áreas onde se possa implementar essa operação nas industrias e otimizar o processo.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Lab Scale Elutriation... 2010. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=HwRuz5u0cgw>. Acesso em: 16 jun. 2018. 
GRAF, MATHEUS N.; SILVA, RENATA S. Exercício de Elutriação... Rio Grande do Sul: UFRGS, 2017. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=I61RM0RLDoE&feature=youtu.be>. Acesso em: 16 jun. 2018.
SILVA, EDUARDO ROSA. Analise experimental e numérica do sistema de separação via elutriação... Rio Grande: FURG, 2016. Disponível em: <https://sistemas.furg.br/sistemas/sab/arquivos/bdtd/0000011423.pdf>. Acesso em: 10 jun. 2018.
KLINGER, CAROLINE; LEIDENS, NATALY; NUNES, ISAAC DOS S. Construção de módulo de elutriação como ferramenta de contextualização para ensino... Santo Ângelo – RS: URI, 2017. Disponível em: <http://www.santoangelo.uri.br/anais/ciecitec/2017/resumos/poster/2903.pdf>. Acesso em: 16 jun. 2018.
KLOECKNER, JONAS; RUBIO, JORGE. Beneficiamento de rejeito piritoso do processamento de carvão mineral... Rio Grande do Sul: UFRGS, 2011. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=Kl95MtD9RKY&t=52s>. Acesso em: 21 jun. 2018.
CREMASCO, MARCO AURÉLIO. Operações unitárias em sistemas particulados e fluidomecânicos. 2. ed. São Paulo: Blucher, 2014.