Relatório Sedimentação - Eng. Química

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FACULDADE DE AMERICANA 
Engenharia Química 
 
 
 
Danilo Ferreira Gallinari 
Giovanna Giatti 
Rogério Meneses Mateus 
 
 
 
 
 
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
SEDIMENTAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
AMERICANA/SP 
2018 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 2 
2. OBJETIVOS ............................................................................................................ 3 
3. MÉTODO DE KYNCH ............................................................................................. 3 
3.1. MATERIAIS UTILIZADOS ................................................................................ 4 
4. METODOLOGIA. .................................................................................................... 5 
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................................ 0 
6. CONCLUSÃO ......................................................................................................... 6 
7. BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................... 6 
 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Através de uma análise matemática de decantação descontínua, Kynch 
desenvolveu um método de dimensionamento de decantadores que requer apenas 
um ensaio de decantação em provetas realizado em laboratório. O método de Kynch 
fornece a curva de decantação (Z versus t) da suspensão, assim,é possível obter a 
área de um sedimentador industrial bem como avaliar o uso de floculantes para 
decantar a solução, controlando-se sempre o seu uso para que não acarrete 
grandes custos ao processo. O mecanismo da sedimentação em proveta pode ser 
representado da seguinte forma: 
 
 
Figura 1. Separação de zonas durante sedimentação em proveta. 
Onde, inicialmente, a suspensão apresenta-se homogênea estando a fase 
particulada constante em todos os pontos. Com o decorrer do tempo, a densidade 
das partículas faz com que as mesmas comecem a sedimentar, formando uma 
pequena camada no fundo do sedimentador, bem como uma região de líquido 
clarificado na parte superior, ficando esta isenta de sólidos. Por fim, atinge-se um 
estágio no qual há apenas as regiões delíquido clarificado e compactação do sólido. 
A partir daí a fase particulada expulsa o líquido existente entre as partículas para a 
fase superior. 
 
 
 
2. OBJETIVOS 
 
Dimensionar a área de um sedimentador contínuo para operar com 35 
ton/h de uma solução aquosa de Carbonato de Cálcio (CaCO3), sendo que a 
alimentação possui concentração de 50 g/L e pretende-se que a lama final tenha 
uma concentração de 100g de sólido por litro, utilizando dados obtidos em 
laboratório e o método de Kynch. 
3. MÉTODO DE KYNCH 
 
Através de uma análise matemática da decantação em batelada Kynch 
desenvolveu um método de dimensionamento de decantadores que requer apenas 
um ensaio de decantação no laboratório (São Paulo, GOMIDE, 1980, p. 63). Este 
método propõe as seguintesconsiderações: 
I. Sedimentação unidimensional. 
II. A concentração aumenta com o tempo no sentido do fundo do 
sedimentador. 
III. A velocidade de sedimentação tende a zero quando a 
concentração tende ao seu valor máximo. 
IV. A velocidade de sedimentação depende somente da concentração 
local de partículas. 
V. O efeito das paredes não é considerado. 
Deste modo,a área de sedimentação pode ser obtida por: 
 
Equação 1. 
 
Sendo 
Q A
 a vazão volumétrica da suspensão alimentada [m³/h]. 
 












pLpii
pAA
q
Q
A
11
 
Para utilizar o método de Kynch, primeiramente devem ser calculados os 
valores das frações volumétricas de particulados na alimentação (A) e da lama final 
(L), respectivamente: 
 
Bem como os valores da velocidade de sedimentação qi e da reta 
tangente de intersecção dos eixos zi (calculado a partir dos coeficientes angulares e 
lineares para cada par de pontos do gráfico zxt). Uma vez conhecidos qi ezi, foi 
obtida a concentração de partículas na camada limite pi, calculado para cada um 
dos pontos através da fórmula: 
 
Equação 5 
 
 
O valor máximo obtido através da equação (1) é a área mínima que o 
sedimentador poderá ter. 
 
3.1.MATERIAIS UTILIZADOS 
 
▪ CaCO3; 
▪ Água; 
▪ Solução de Al2(SO4)3; 
▪ Cola branca; 
▪ Béquer de 100 ml; 
▪ Proveta de 1000 ml; 
▪ Baqueta de vidro; 
▪ Papel indicador de pH; 
▪ Pipetas de 1 ml e 5 ml; 

s
s
pA
Ac


s
s
pL
Lc

Equação 3 Equação 4 
z
z
i
pApi
0 
 
 
▪ Cronômetro; 
▪ Régua; 
▪ Balança de precisão. 
4. METODOLOGIA. 
 
1. Pesar três amostras de 50g de Carbonato de Cálcio em um béquer de 
100 ml. Transferir o conteúdo em cada proveta de 1000 ml, numerando-as 
em 1, 2 e 3. 
2. Completar o volume das provetas com água até a marca de 1000 ml. 
3. Homogeneizar as três suspensões com o auxílio de baqueta, deixar em 
repouso por 5 minutos e medir o pH. Se necessário corrigi-lo utilizar a 
solução de Ácido Sulfúrico (H2SO4) diluído (1%) de modo que o pH fique 
entre 7 e 8. 
4. Adicionar na proveta 2: 5 ml de solução de Sulfato de Alumínio (a 50%) 
com o auxílio de pipeta de 5 ml. 
5. Adicionar na proveta 3: 1 ml de cola branca com o auxílio de pipeta de 
1ml. 
6. Homogeneizar as três suspensões das provetas evitando-se a criação de 
vórtices. Iniciar o cronômetro logo após a homogeneização. Deixar em 
repouso. 
7. Medir a altura deinterface da fase clarificada de acordo os tempos 
indicados a seguir, sem interrupção, para as três provetas 
simultaneamente. 
8. Primeiros 15 minutos: fazer a leitura a cada 1 minuto. 
9. 30 minutos seguintes: fazer leitura a cada 2 minutos. 
10. 45 minutos seguintes: fazer leitura a cada 5 minutos. 
11. 24 horas após: registrar a altura final do sedimento (Z) para o término do 
experimento. 
 
 
 
 
 
Figura 2. Suspensões após 1 minuto de 
repouso. 
 
 
Figura 3. Suspensões com 45 minutos de 
repouso. 
 
 
 
Figura 2. Suspensões após 15 minutos de 
repouso. 
 
 
Figura 4. Suspensões com 24 horas de 
repouso. 
 
 
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
Ao longo do experimento foram obtidos os seguintes dados: 
Tabela (1) 
 
ALTURA (cm) 
TEMPO 
(min) 
PROVETA 
1 
PROVETA 
2 
PROVETA 
3 
0 36,00 36,00 36,00 
1 34,75 35,05 34,50 
2 33,90 34,70 32,50 
3 32,40 33,95 30,40 
4 31,50 33,30 28,00 
5 30,35 32,55 25,50 
6 29,40 31,90 23,00 
7 28,15 31,25 19,00 
8 27,15 30,40 17,30 
9 26,15 29,90 15,80 
10 25,05 29,25 15,00 
11 23,80 28,70 14,50 
12 22,80 27,95 14,20 
13 21,70 27,25 13,70 
14 20,70 26,75 13,30 
15 19,75 25,95 12,70 
17 17,65 24,65 12,00 
19 15,80 23,25 11,50 
21 13,85 21,85 11,00 
23 12,60 21,7 10,40 
25 11,85 19,25 10,10 
27 11,60 17,90 9,90 
29 10,85 16,90 9,70 
31 10,20 15,60 9,50 
33 10,10 14,55 9,30 
35 9,90 13,75 9,10 
37 9,75 13,00 9,00 
39 9,50 12,90 8,90 
41 9,30 12,00 8,70 
43 9,25 11,7 8,50 
45 8,95 11,35 8,40 
50 8,65 10,35 8,10 
55 8,35 10,00 7,80 
60 7,85 9,40 7,70 
65 7,60 8,80 7,50 
70 7,35 8,15 7,40 
75 6,95 7,80 7,20 
 
 
80 6,85 7,25 7,00 
85 6,35 7,00 6,80 
90 6,25 6,40 6,70 
 
 
Graficamente: 
 
 
Gráfico 1. Variação da altura nas provetas com o tempo. 
 
 
Para o cálculo dos valores de qie zi, os intervalos de tempo escolhidos 
foram três medições: a cada 5 minutos para a 8ª etapa da metodologia; a cada 10 
minutospara a 9ª etapa e a cada 15 minutos para a 10ª. Os gráficos obtidos para 
cada proveta estão expostos a seguir. 
 
 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
A
lt
u
ra
 (
c
m
)
Tempo (min)
Curva z x t
Proveta 1 Proveta 2 Proveta 3
 
Proveta 1: 
 
Gráfico 2. Variação da altura nos primeiros 15 minutos. 
 
Gráfico 3. Variação da altura no intervalo de 15 à 30 minutos. 
 
Gráfico 4. Variação da altura no intervalo de 30 à 45 minutos. 
y = -1.13x + 36
y = -1.06x + 35.65
y = -1.06x + 35.65
0
10
20
30
40
0 5 10 15 20
A
lt
u
ra
 (
c
m
)
Tempo (min)
Intervalo 1
y = -0.79x + 31.6
y = -0.195x + 16.725
y = -0.095x + 13.225
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40 50
A
lt
u
ra
 (
c
m
)
Tempo (min)
Intervalo 2
y = -0.0733x + 12.25
y = -0.06x + 11.45
y = -0.0467x + 10.45
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100
A
lt
u
ra
 (
c
m
)
Tempo (min)
Intervalo 3
 
 
Proveta 2: 
 
Gráfico 5. Variação da altura nos primeiros 15 minutos. 
 
Gráfico 6. Variação da altura no intervalo de 15 à 30 minutos. 
 
Gráfico 7. Variação da altura no intervalo de 30 à 45 minutos. 
 
y = -0.69x + 36
y = -0.66x + 35.85
y = -0.66x + 35.850
10
20
30
40
0 5 10 15 20
A
lt
u
ra
 (
c
m
)
Tempo (min)
Intervalo 1
y = -0.67x + 36
y = -0.55x + 33
y = -0.24x + 22.15
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50
A
lt
u
ra
 (
c
m
)
Tempo (min)
Intervalo 2
y = -0.13x + 17.2
y = -0.1067x + 15.8
y = -0.0933x + 14.8
0
2
4
6
8
10
12
0 20 40 60 80 100
A
lt
u
ra
 (
c
m
)
Tempo (min)
Intervalo 3
 
Proveta 3: 
 
Gráfico 8. Variação da altura nos primeiros 15 minutos. 
 
 
Gráfico 9. Variação da altura no intervalo de 15 à 30 minutos. 
 
 
Gráfico 10. Variação da altura no intervalo de 30 à 45 minutos. 
y = -2.1x + 36
y = -2.1x + 36
y = -0.46x + 19.6
0
10
20
30
40
0 5 10 15 20
A
lt
u
ra
 (
c
m
)
Tempo (min)
Intervalo 1
y = -0.26x + 16.6
y = -0.1x + 12.6
y = -0.07x + 11.55
0
2
4
6
8
10
12
14
0 10 20 30 40 50
A
lt
u
ra
 (
c
m
)
Tempo (min)
Intervalo 2
y = -0.0467x + 10.5
y = -0.0333x + 9.7
y = -0.0333x + 9.70
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100
A
lt
u
ra
 (
c
m
)
Tempo (min)
Intervalo 3
 
 
Desta forma: 
Tabela 2 
 
t [min] Z [cm] Zi [cm] qi 
P
R
O
V
E
T
A
 1
 
0 36 36 1,13 
5 30,35 35,65 1,06 
10 25,05 35,65 1,06 
15 19,75 31,60 0,79 
25 11,85 16,725 0,195 
35 9,90 13,225 0,095 
45 8,95 12,25 0,0733 
60 7,85 11,45 0,06 
75 6,95 10,45 0,0467 
90 6,25 
P
R
O
V
E
T
A
 2
 
0 36 36 0,69 
5 32,55 35,85 0,66 
10 29,25 35,85 0,66 
15 25,95 36 0,67 
25 19,25 33 0,55 
35 13,75 22,15 0,24 
45 11,35 17,2 0,13 
60 9,4 15,8 0,1067 
75 7,8 14,8 0,0933 
90 6,4 
P
R
O
V
E
T
A
 3
 
0 36 36 2,1 
5 25,5 36 2,1 
10 15 19,6 0,46 
15 12,7 16,6 0,26 
25 10,1 12,6 0,1 
35 9,1 11,55 0,07 
45 8,4 10,5 0,0467 
60 7,7 9,7 0,0333 
75 7,2 9,7 0,0333 
90 6,7 
 
Foram somadas as velocidades de sedimentação de cada proveta e 
calculada a média entre as mesmas, tendo estes valores correspondido às 
expectativas. 
 
Sabe-se que, teoricamente, adicionar agentes floculantes faz com que a 
velocidade aumente, porém, nota-se através dos resultados deste experimento 
obtidos por meio de cálculos derivados do método de Kynch que, a proveta de 
número 1 teve maior clarificação por não conter agente floculante. 
Nota-se através do gráfico 1 que no decorrer do tempo a velocidade de 
sedimentação diminui, tendendo a zero quando a concentração está em seu valor 
máximo. 
6. CONCLUSÃO 
 
Um dos fatores que controlam a velocidade de decantação do sólido 
através do meio resistente é a densidade do sólido e do líquido, neste sentido, 
notou-se que a proveta com melhor sedimentação foi a de número 1 por conter 
apenas carbonato de cálcio e água. Foi observado a evolução da decantação e a 
velocidade de sedimentação, que com o passar do tempo diminuiu tendendo a zero, 
como esperado, em todas as suspensões. Porém, esperava-se também que a 
proveta de número 2, na qual continha sulfato de alumínio além dos materiais 
anteriormente citados tivesse a melhor sedimentação por conta de sua composição. 
Quando a proveta de número 3 conclui-se que, o agente floculante adicionado tenha 
impedido de maneira significativa a sedimentação visto que parte do material aderiu 
à parede do recipiente por ter elevada viscosidade. 
Através dos cálculos, determinaram-se três medidas para a área do 
sedimentador, e como define o próprio método, a escolhida foi de maior valor. 
 
7. BIBLIOGRAFIA 
 
CREMASCO, MA. Operações Unitárias em Sistemas Particulados e 
Fluidodinâmicos. São Paulo, Blucher, 2012. 
GOMIDE, R. Operações Unitárias 3º volume: Separações Mecânicas, São Paulo, 
Edição do Autor, 1980.