Aula14_OP1_Sedimentação_I

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Sedimentação I
Prof. Enrique Vilarrasa García
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
DISCIPLINA DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS I
Sedimentação
Conceito Básico
Finalidades e Características 
Projeto de um Sedimentador
(Dimensionamento) 
Exercício Proposto
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Sedimentação – Conceito Básico
 alimentação
lodo ou lama (underflow) -slurry
Filtração ou centrifugação
Extravasante
(overflow)
Mais comum em sistemas sólido-fluido, sob ação da gravidade, em geral efetuada em tanques de secção cilíndrica ou retangular;
Concentrar suspensões de sólidos em líquidos ou purificar o líquido. Pode ser realizada em batelada (um simples tanque) ou em equipamento contínuo.
Sedimentadores
Espessadores
Clarificadores
3
Sedimentação – Finalidades
Finalidade:
Clarificação: obtenção de um extravasante limpo;
	
	Ex.: tratamento de água e lodo com baixas concentrações envolvidas
2. Espessamento: obtenção de uma suspensão mais concentrada.
		Ex.: indústrias onde as concentrações são moderadas.
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Sedimentação – Etapas
A Líquido Clarificado 
B Suspensão com a Mesma Concentração Inicial
C Região de Transição
D Suspensão Espessada
E Sólidos Grosseiros
Interfaces Nítidas
 B e C desaparecem 
Ponto Crítico
da Sedimentação
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Sedimentação – Exemplos de Casos Industriais
Remoção de areia: para evitar erosão, depósitos e entupimento em bombas e instalações mecânicas. 
Remoção de partículas sedimentáveis finas: quando se utiliza água de rios com grande transporte de sólidos. 
Indústria de mineração: obtenção de polpas com concentrações adequadas, espessamento de rejeitos, recuperação de água para reciclo industrial e recuperação de partículas. 
Lavagens de materiais fibrosos: para remoção de acidez ou alcalinidade.
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Sedimentação – Projeto de um Decantador (Sedimentador)
Operação Industrial (Descontínuas ou Contínuas);
Características da alimentação (Fluido e Particulados);
Tempo de Sedimentação;
Área do Equipamento Industrial;
Altura do Equipamento Industrial.
Ensaios de Laboratório
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Sedimentação – Projeto de um Decantador (Sedimentador)
Esses cálculos baseiam-se classicamente nos testes de proveta.
Se solução “bem comportada” (partículas de tamanho uniforme), aparecem na proveta 4 regiões distintas.
tempo sedimentação
 Distância da interface à base da proveta
Região 4
Região 
3
Região 1
Região 2
Pto crítico
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Sedimentação – Projeto de um Decantador (Sedimentador)
Valores típicos das variáveis nosedimentador:
Concentração desólidosna alimentação
1-10 % em peso
Concentração desólidos no lodo
5-70 % em peso
Raio dosedimentador
menor que 100 m
Altura dosedimentador
menor que 10 m
Númerode Rotações do Raspador
2 a 30rot/h
Dimensões das partículas Sólidas
acima de 50 µm
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area maxima 31.415,9 m²
campo de futebol 8.250 m²
0,0333 – 0,5 rpm
Carroo – 2000 rpm
Partícula de sal – 60 minrometros
Sedimentação – Projeto de um Decantador (Sedimentador)
10
Sedimentação – Projeto de um Decantador (Sedimentador)
11
Sedimentação – Projeto de um Decantador (Sedimentador)
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Sedimentação – Projeto de um Decantador (Sedimentador)
Dados conhecidos ou facilmente mensuráveis 
Dados, normalmente, não conhecidos (Ensaios de proveta em batelada)
Determinação dos dados da camada limitante:
Método de Coe e Clevenger;
Método de Kynch;
Método de Biscaia Jr.
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Sedimentação – Projeto de um Decantador (Sedimentador)
Método de Coe e Clevenger
Testes em batelada a diversas concentrações;
Concentração: ɛpA → ɛpL;
Velocidade da Camada Limite (qi) é obtido através da curva de sedimentação em z = z0 para determinada concentração;
Características dos sólidos não se alteram em scale-up.
1
1916
14
As velocidades de decantação em suspensões de diversas concentrações são determinadas em experimentos isolados. Determina-se a velocidade inicial de decantação para uma dada de suspensão com uma concentração inicial de sólidos e depois diluí-se essa suspensão com água e novamente determina-se a velocidade de decantação. Repete-se até que se tenham dados suficientes para ter uma relação funcional entre a velocidade e a concentração. A partir dessa relação, calcula-se a área S do decantador para várias concentrações. O valor máximo encontrado será a área necessária para permitir a decantação em regime permanente de todo o sólido alimentado ao decantador.
Sedimentação – Projeto de um Decantador (Sedimentador)
Método de Kynch
2
Redução do número de experimentos;
Correlação matemática, hipóteses:
sedimentação unidimensional;
concentração crescente no sentido do fundo do sedimentador;
velocidade de sedimentação→ 0 ∴ concentração de sólidos→ +∞
velocidade de sedimentação depende, apenas, da concentração local de partículas;
efeitos da parede não são considerados. 
1952
15
Sedimentação – Projeto de um Decantador (Sedimentador)
Método de Kynch
2
1952
Gráfico: Ponto (z,t) → Reta Tangente: z0 
Correlação Matemática:
Velocidade de sedimentação (qi) é dado pela inclinação da reta (t1, z1).
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Sedimentação – Exercício 1 (Kynch)
Calcular o diâmetro dum sedimentador que apresenta as seguintes condições de operação: o clarificador deve operar com 30 m³/h de uma suspensão, na qual a concentração de sólidos na alimentação é 60 (g de sólido)/(L de suspensão) e a lama final (espessado) contém 170 (g de sólido)/(L de suspensão). Foi um feito um ensaio de proveta, tendo como base a concentração do espessado, cujos resultados encontram-se na Tabela. Os valores da massa específica do líquido e da partícula são iguais, respectivamente, a 1,10 g/cm³ e 2,70 g/cm³. 
t (min)
z (cm)
0
40,0
5
32,8
10
25,5
15
18,8
20
14,2
25
11,2
30
9,6
35
6,6
40
5,2
45
4,0
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A cal, também chamada cal viva, cal virgem ou óxido de cálcio, é a substância de fórmula química CaO. Em condições ambientes, é um sólido branco e alcalino. É obtida pela decomposição térmica de calcário. A cal é utilizada na construção civil para elaboração de argamassas e preparação dos processos de pintura. Também tem emprego nas indústrias farmacêutica, cerâmica e metalúrgica. Na agricultura, o óxido de cálcio é usado para produzir hidróxido de cálcio, que tem por finalidade o controle da acidez do solo.
Sedimentação – Exercício 1
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Sedimentação – Exercício 1
Método de Kynch
Gráfico: Ponto (z,t) → Reta Tangente: z0 
t (min)
z (cm)
0
40,0
5
32,8
10
25,5
15
18,8
20
14,2
25
11,2
30
9,6
35
6,6
40
5,2
45
4,0
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Sedimentação – Exercício 1
Solução:
Pelo gráfico, temos (zi);
Diâmetro máximo necessário para ocorrer a completa decantação, ou seja, o diâmetro mínimo do sedimentador
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Exemplo típico uma bomba de encher pneu.
Sedimentação – Projeto de um Decantador (Sedimentador)
Biscaia Jr.
3
1982
Correlação Matemática:
Sendo:
21
Cleo – muitos experimentos
Kynch – necessidade de explorar reta do gráfico
Biscaia
Sedimentação – Exercício 1 (Biscaia Jr.)
Calcular o diâmetro dum sedimentador que apresenta as seguintes condições de operação: o clarificador deve operar com 30 m³/h de uma suspensão, na qual a concentração de sólidos na alimentação é 60 (g de sólido)/(L de suspensão) e a lama final (espessado) contém 170 (g de sólido)/(L de suspensão). Foi um feito um ensaio de proveta, tendo como base a concentração do espessado, cujos resultados encontram-se na Tabela. Os valores da massa específica do líquido e da partícula são iguais, respectivamente, a 1,10 g/cm³ e 2,70 g/cm³. 
t (min)
z (cm)
0
40,0
5
32,8
10
25,5
15
18,8
20
14,2
25
11,2
30
9,6
35
6,6
40
5,2
45
4,0
22
t (min)
z (cm)
0
40,0
5
32,8
10
25,5
15
18,8
20
14,2
25
11,2
30
9,6
35
6,6
40
5,2
45
4,0
Sedimentação – Exercício 1 (Biscaia Jr.)
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Sedimentação – Exercício 1 (Biscaia Jr.)
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Encontrando o valor tmin:
t (min)
z (cm)
0
40,0
5
32,8
10
25,5
15
18,8
20
14,2
25
11,2
30
9,6
35
6,6
40
5,2
45
4,0
tmin = 20,37 min 
Sedimentação – Exercício 1 (Biscaia Jr.)
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Diâmetro:
Método de Kynch → 5,66 m
Método de Biscaia Jr. → 5,69 m 
Sedimentação – Exercício 1 (Biscaia Jr.)
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