Sedimentação - Antonio, João e Maycon

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

Profa: Dra. Leila Denise Fiorentin Ferrari
Acadêmicos:
Antonio Teste Netto 
João Paulo P. Andrade
Maycon Vinícius de Senna Ribeiro
 
Sedimentação
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ
CENTRO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
Introdução
 Os métodos de separação empregados são classificados de acordo com dois critérios:
Movimento relativo das fases, distingue-se operações nas quais o sólido se move através do líquido em repouso e operações nas quais o líquido se move através da fase sólida.
Força propulsora. As operações são gravitacionais, centrifuga, por diferença de pressão ou eletromagnéticas.
 	
Introdução
A combinação deste critério conduz á seguinte divisão:
Separação por decantação:
	clarificação
	espessamento
	lavagem 
Decantação invertida (flotação)
Separações centrífugas
Filtração 
Introdução
Sedimentação Sólido-sólido
As propriedades comumente utilizadas para separar sólidos são o tamanho das partículas, a densidade e as propriedades eletromagnéticas.
O tamanho da partícula, controla sua passagem através de crivos ou malhas, em outras operações determina a velocidade de decantação 
Introdução
Densidade, permite separar partículas de mesmo tamanho pelas simples imersão da mistura num fluido de densidade intermediária, mas flui também no movimento das partículas em meio fluidos. 
Eletromagnéticas, permitem separar o ferro do alumínio nas fundições que empregam retalhos como matéria prima, ou do ferro das areias de fundição. 
Introdução
Sedimentação Sólido-sólido
 Separação hidráulica: acontece pela diferença de velocidade tamanho ou densidade, utiliza-se um fluido separador;
Velocidade terminal: é atingida quando a aceleração da partícula for igual a zero;
Introdução
Sedimentação Sólido-líquido
Separação de uma suspensão pela gravidade;
Obtenção de um fluido limpo e uma lama com maior teor de sólidos;
Velocidade de decantação depende:
Densidade do sólido e do líquido;
Diâmetro;
Forma da partícula;
Densidade do meio;
Introdução
Análise da sedimentação sólido-líquido:
 Decantação de suspensões concentradas.
Instante 1:
Região B: Região de concentração uniforme Co
Instante 2:
Região A: Região de líquido limpo;
Região B: Região de suspensão de concentração uniforme semelhante à Co;
Região C: Região de suspensão de concentração variável (zona de transição);
Região D: Região de Suspensão espessada (sedimento);
Com o tempo:
 A e D aumentam;
 B e C diminuem, e o sólido fica sedimentado;
Introdução
A partir dos ensaios obtém-se a curva de sedimentação:
Curva de sedimentação
 Coeficientes angulares da curva representam as velocidades instantâneas de sedimentação da suspensão ;
Início da curva: comportamento linear e a velocidade é constante;
Com o tempo: a velocidade de sedimentação diminui.
Introdução
Ensaios de decantação
Os primeiros foram realizados por Coe e Clevenger;
Métodos de Talmadge e Fitch e Kynch são baseados no método de Coe e Clevenger;
Determinam as velocidades de decantação em suspensões de concentrações variadas.
Introdução
Método de Cloe e Clevenger
A área de um espessador contínuo deve ser suficiente para ocorrer a decantação de todas as partículas ;
Caso contrário, ocorre acúmulo de sólidos e arraste partículas sólidas para o líquido clarificado;
Essa região chamada gargalo da operação é chamada zona limite;
Introdução
Método de Cloe e Clevenger
Zona limite de um decantador.
Introdução
Método de Cloe e Clevenger
Determina-se a velocidade inicial de decantação para uma dada suspensão com uma concentrão de sólidos;
Dilúi-se essa suspensão e determina-se a velocidade de decantação novamente;
Repetir o procedimento até obter dados suficientes relacionando velocidade e concentração;
Introdução
Após, calcula-se a área S do decantador para várias concentrações;
O máximo valor será a área necessária para a decantação em regime permanente;
Coeficiente de segurança superior à 100%;
Introdução
Método de Kynch
Apenas um ensaio;
Fornece a curva de decantação (Z versus θ);
Figura 4. Determinação gráfica de velocidade e 
concentração pelo método de Kynch.
Curva: fornece a velocidade de decantação;
 Traçar tangentes ;
 Obter (θ, Z e Zi);
Determinar a área mínima necessária do sedimentador; 
Introdução
Método de Kynch
Área de seção transversal: expressões do método de Coe e Clevenger;
Máximo S  área mínima do decantador;
u= velocidade de decantação na zona limite (m/h)
Z= altura na interface do sólido
Z0= altura inicial da suspensão na proveta
C0= concentração inicial na suspensão (t/m3)
S= área de decantação ou área da seção transversal do decantador (m2)
QA= vazão volumétrica da suspensão alimentada ao decantador (m3/h)
CA= concentração da suspensão (toneladas de sólidos/m3)
CE= concentração da lama espessada( t/m3)
C= concentração da suspensão da zona limite (t/m3)
Introdução
Método de Roberts
Localização exata do ponto crítico;
Traçar um gráfico de f Z-Z versus θ;
Figura 5: Construção gráfica do método de Roberts.
Curva: apresenta descontinuidade no ponto crítico;
 Encontra-se θc ;
Introdução
Método de Roberts
Com θc, calcular a área mínima;
	Onde:
Introdução
Método de Talmadge e Fitch
Único ensaio;
Calcular a área mínima do espessador;
Figura 6: Construção gráfica de Talmadge e Fitch.
 Curva: fornece o ponto de compressão Cp ;
Cruzamento da tangente no ponto Cp com a horizontal Z=ZE, fornece θE
Introdução
Método de Talmadge e Fitch
Cálculo da área:
Realizar um ensaio de proveta medindo z em função de t;
Construir o gráfico z versus t;
Identificar o ponto crítico pelo método da bissetriz;
Calcular ZE 
ZE= altura da lama espessada (m)
CE= concentração da lama espessada (t/m3)
Introdução
Método de Talmadge e Fitch
Calcular θE (tempo final do espessamento em h) a partir da tangente da curva Z versus t no ponto crítico;
Calcular a área do espessador;
Introdução
Objetivo :
Determinar experimentalmente a velocidade terminal no sistema de separação sólido-sólido;
Determinar a curva de decantação do sistema sólido-líquido;
Materiais e métodos
 Parte 1: Separação Sólido-Sólido
 Materiais utilizados:
1 recipiente graduado;
Sólidos de diferentes geometrias( dado de plástico, esfera de metal, placa de metal);
Cronômetro;
Paquímetro;
Materiais e métodos
Parte 1: Separação Sólido-Sólido
 Encheu-se o recipiente graduado com água;
Imergiu-se os sólidos de diferentes geometrias; 
Anotou-se o tempo de precipitação e a distância percorrida;
Materiais e Métodos
Parte 2: Separação Sólido líquido:
Materiais utilizados:
01 proveta graduada de 1000 mL;
Soluções de CaCO3 a 60 g/L, 90 g/L e 120 g/L;
Cronômetro;
Régua;
Materiais e Métodos
Parte 2: Separação Sólido líquido:
Homogeneizou-se uma suspensão de 30 g/L de CaCO3 
Observou-se o comportamento da mesma durante 6 minutos;
 Anotou-se as fases observadas na sedimentação;
Materiais e métodos
Preparou-se soluções de 60 g/L, 90 g/L e 120 g/L ;
 Homoeneizou-se a suspensão;
 Anotou-se o tempo necessário para que a interface líquido límpido-suspensão ficasse constante;
Separação Sólido-Sólido
uter = Velocidade terminal
Resultados e Discussões
Segundo Helen. et al., (2008), os fatores principais que afetam a velocidade terminal de uma partícula são a massa da partícula e o coeficiente de arraste, sendo esse uma função da forma da partícula. 
Coeficiente de arrasto também conhecido como coeficiente aerodinâmico é um numero adimensional  que é usado para quantificar o arrasto ou resistência de um objeto em um meio fluido tal como o ar ou a água
Separação Sólido-Líquido
Parte I
Resultados e Discussões
Regiões
formadas a 30g/l
A  Região de liquido clarificado
B  região de lama espessada
Interface  região referente a B, C e E 
Resultados e Discussões
Dados obtidos do experimento sólido-líquido 
Resultados e Discussões
Primeiramente não foi possível identificar as regiões B e C.
Como já era esperado a quantidade de liquido clarificado diminuiu, consequentemente do sedimentado aumentou com o tempo .
A  a região de liquido clarificado é uma região que fica turva durante um pequeno intervalo de tempo devido a partículas mais finas que permanecem em suspensão.
D  é uma suspensão onde os sólidos decantados sobre a forma de flocos se encontram dispostos uns sobre os outros, sem entretanto atingir a máxima compactação, uma vez que ainda existe líquido aprisionado entre os flocos 
Separação Sólido-Líquido
Parte II
Resultados
Resultados
Resultados e Discussões
Método de Coe e Clevenger
Base de cálculo: QA= 1 m3/h 
Concentração de lama espessada (ton/m3)
Concentração da suspensão na zona limite (ton/m3)
Concentração de sólidos na suspensão alimentada (ton/m3)
Vazão volumétrica da suspensão alimentada no decantador (m3/h)
Área (m2)
Velocidade de decantação na zona limite (m/h)
Resultados e Discussões
Pela equação da reta ajustada de cada gráfico obteve-se as posições e velocidades
Obteve-se também as concentrações de cada respectiva altura
Determinou-se a área
Áreas calculadas com o fator de segurança de 100%
Resultados e Discussões
Método de Kynch
Base de cálculo: QA= 1 m3/h 
Concentração de lama espessada (ton/m3)
Concentração da suspensão na zona limite (ton/m3)
Concentração de sólidos na suspensão alimentada (ton/m3)
Vazão volumétrica da suspensão alimentada no decantador (m3/h)
Área (m2)
Velocidade de decantação na zona limite (m/h)
Método de Kynch
Calculou-se a altura Z e a velocidade utilizando a equação da reta ajustada
Posteriormente calculou-se Zi para obter as respectivas concentrações
Determinou-se as áreas
Resultados e Discussões
Método de Roberts
Calculou-se a diferença entre Z e Zf.
Plotou-se o gráfico de log (Z-Zf) versus tempo e observou-se a descontinuidade da curva a fim de encontrar-se o tempo crítico (tc).
A partir da medida de tempo crítico e utilizando-se a equação da reta, obteve-se a altura crítica (Zc)
A partir do Zc encontramos Zic a concentração Cc
Logo encontramos as a concentração Cc,velocidades e a Área
Resultados e Discussões
60 g/L
Resultados e Discussões
90 g/L
Resultados e Discussões
Resultados e Discussões
Método de Talmadge e Fitch
Concentração inicial (ton/m3)
Tempo referente a altura Ze (m)
Altura inicial (m)
Método de Talmadge e Fitch
Resultados e Discussões
Conclusão
Separação sólido-sólido
 Comprovou-se que a velocidade terminal da partícula, em um fluido, é função do tamanho e da densidade da partícula.
Separação sólido-líquido Parte I
 A partir dos dados experimentais obtidos foi possível verificar 2 regiões de sedimentação sendo que as outras não puderam ser identificadas.
Conclusão
Separação sólido-líquido Parte II
O experimento teve resultado satisfatório visto que foi possível determinar as áreas por ambos os métodos.
Os métodos de Coe e Clevenger, Talmage e Fitch e Roberts produzem resultados consistentes, porém divergentes entre si devido a diversos fatores não considerados nos ensaios. A simplicidade de execução do teste por batelada favorece a utilização desses métodos. A viscosidade pode causar interferências no dimensionamento, pois cada polpa é diferente e seu comportamento é característico de suas propriedades físico-químicas.
Referência
FERRARI, L. D. F.; SCHEUFELE, F. B; MOREIRA, M. F. P. Laboratório de Engenharia Química II. Toledo Pr, 2013.
GOMIDE, R., Operações Unitárias. Vol.3-Ed.Do Autor, São Paulo,1980.
Helen L. H., Maria E. M., Mario, M. Cavalcanti M, Lívia .W, Influência do tamanho e da forma da coluna de queda na velocidade terminal de grãos de milho e feijão, Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.10, n.1, p.53-61, 2008.
Vasconcelos, F, A,. Sales V., E., Revisão nos métodos de dimensionamento de espessadores e comparação dos modelos industriais., Dissertação de Mestrado., Universidade Federal de Minas Gerais,. Curso de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica e de Minas, 2010.