Relatório Elutriação

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ 
CENTRO DE TECNOLOGIA, DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA. 
CURSO: ENGENHARIA QUÍMICA, 
DISCIPLINA: LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA – 216, TURMA: 7 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO: 
ELUTRIAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 ALUNOS: 
BRUNA MIYASAKI GONÇALVEZ RA: 99488 
GUILHERME CAVICHIONI RA: 100677 
KAROLINA BEATRIZ ALBERTI RA: 99887 
LARISSA YUKIE PIANHO RA: 98776 
LÍVIA MARIA BORGES SALLA RA: 100132 
STELLA CABRAL GUIMARÃES RA: 100667 
 
 
PROFESSOR: 
QUELEN LETÍCIA 
 
 
 
 
MARINGÁ, 2019 
 
1. INTRODUÇÃO 
No ramo da Engenharia Química há diversas Operações Unitárias, as quais 
são divisões que compõem os processos industriais. Sendo que, foi no período de 
1915 a 1960 que houve um crescimento científico acerca das etapas que 
aconteciam, e se repetiam, na planta de uma indústria. 
Nesse contexto, a Elutriação é um método indireto que consiste na medida na 
medida de velocidade de decantação de uma partícula e um fluido. A Elutriação é 
uma operação unitária de separação de sólido-sólido que se baseia no princípio da 
diferença de velocidades terminais. Um universo de partículas com diferentes 
diâmetros e massas específicas apresentam uma distribuição de velocidades 
terminais, e essa diferença é usada como fator determinante na separação dessas 
frações de sólido. 
Dessa forma, a Elutriação permite uma classificação granulométrica mais 
precisa, uma vez que a técnica não ocorre aglomeração do processo de 
peneiramento. As partículas, então, são classificadas de maneira mais eficiente e o 
processo é mais rápido em comparação a outros métodos. A grande vantagem do 
elutriador é que ele permite efetuar medidas instantâneas das partículas separadas. 
Uma desvantagem é que a velocidade dos elutriadores terão sempre a mesma 
razão, dependendo então da vazão dos mesmos. 
O processo de Elutriação pode ocorrer de duas formas: em batelada e 
contínua. Em batelada é realizada objetivando a separação das variadas frações, 
deve-se parar o processo e alterar a vazão de entrada, sendo que a entrada pode 
ser na parte inferior do sistema. A contínua é realizada por um conjunto de 
elutriadores de diferentes diâmetros, geralmente em ordem crescente de diâmetro e 
operando a uma vazão de fluido constante. Para cada um desses diâmetros, há uma 
área de seção transversal diferente, gerando, então, diferentes velocidades. Sendo 
que, quanto maior o diâmetro, menor a velocidade, de acordo com a Equação 1, 
onde Q é a vazão de entrada do elutriador, 𝜐 é a velocidade e A é a área transversal 
de entrada do equipamento. 
𝜐 =
𝑄
𝐴
 (Equação 1) 
 
Na indústria, muitas vezes a Elutriação é realizada com o ar sendo uma 
medida importante na determinação de poeiras contaminantes. Além disso, esse 
processo é amplamente utilizado nas mineradoras, no setor alimentício e nas 
indústrias de óleo. 
Seu formato está expresso na Figura 1. 
 
Figura 1 – Módulo de um Elutriador (Fonte. Cremasco, 2014) 
 
 
2. OBJETIVOS 
Realizou-se a prática referente a este relatório com o objetivo de fazer um 
estudo hidrodinâmico de separação e caracterização de partículas a partir de um 
conjunto de elutriadores. 
 
 
3. PROCEDIMENTOS 
3.1 Materiais 
 Conjunto de três elutriadores; 
 Rotâmetros R1, R2, R3; 
 Três erlenmeyers (coletores), devidamente enumerados de 1 a 3; 
 Microesferas de vidro; 
 Balança analítica; 
 Solução de hexametafosfato de sódio; 
 Funil conectado a uma mangueira; 
 Béqueres numerados de 1 a 4; 
 Balde de plástico; 
 Estufa. 
 
3.2 Métodos 
 
1) Verificou-se inicialmente se a válvula de alimentação do reservatório de 
água V1 (registro verde) estava totalmente aberta; 
2) Encheu-se com águas os 3 coletores devidamente numerados, que 
foram posteriormente acoplados na parte inferior de cada elutriador. Posicionou-se o 
balde de plástico na saída do elutriador 3. 
3) Abriu-se a válvula de alimentação dos rotâmetros V2 (registro azul) e 
regularam-se os rotâmetros R1, R2 e R3 para a vazão máxima. Os três elutriadores 
começaram a encher. 
4) Pesaram-se as microesferas de vidro (peso em torno de 50g) e anotou-
se a massa na Tabela 6. Em seguida, transferiram-se as microesferas para um 
béquer, adicionando vagarosamente a solução de hexametafosfato de sódio 
utilizando um bastão de vidro, agitando vagorosamente à mistura. 
5) Regulou-se a vazão de cada elutriador. Para os rotâmetros 1 e 2 as 
vazões foram estabelecidas previamente e estavam marcadas na escala de cada 
rotâmetro. Para o terceiro rotâmetro o que estava marcado era uma faixa de valores 
de vazão. Ajustou-se um valor arbitrário dentro da faixa estabelecida. 
6) Com um béquer e um cronômetro aferiu-se a vazão do terceiro 
elutriador, medida que foi repetida ao final do experimento. 
7) Com os elutriadores cheios, adicionaram-se as microesferas de vidro 
em suspensão, na parte superior do elutriador 1 (utilizou-se um funil acoplado a 
uma mangueira). As partículas em suspensão foram adicionadas cuidadosamente e 
em pequenas porções. 
8) Com o sistema em operação, observou-se a sedimentação do material 
que aconteceu nos três elutriadores e sua deposição ao fundo dos três coletores. 
 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
A massa de microesferas de vidro adicionada aos elutriadores foi de m=49,34 
g. Os dados obtidos para cada elutriador encontram-se na tabela 1. 
Tabela 1. Dados Elutriação 
Dados 
Elutriador 
1 
Elutriador 
2 
Elutriador 
3 
vazão (mL/min) 114 316 97,80 
diâmetro (cm) 2,13 5,26 9,22 
massa béquer vazio 
(g) 
61,1 84,31 84,37 
massa béquer após 
secagem (g) 
74,020 106,048 91,426 
massa de partículas (g) 12,92 21,738 7,056 
 
Pode-se considerar que a velocidade terminal das partículas é a mesma 
velocidade do fluido nos elutriadores. Partículas com a velocidade terminal maior 
decantam e com velocidade menor são carregadas até o próximo elutriador. As 
velocidades terminais foram calculadas através da Equação 1. O diâmetro das 
partículas pode ser calculado sabido os valores das velocidades terminais. 
Primeiramente o diâmetro foi calculado pelas correlações de Coelho&Massarani 
(1996), para 0,65≤Φ≤1 e Re<5x104, correspondentes as Equações 2 a 6. Os dados 
utilizados encontram-se na Tabela 2 e os valores obtidos através das equações 
encontram-se na Tabela 3. 
𝑉𝑡 =
𝑄
𝐴
 (Equação 1) 
𝐶𝑑
𝑅𝑒
=
4.𝑢.(𝜌𝑠−𝜌𝑓).𝑔
3.𝜌𝑓
2.𝑉𝑡
3 (Equação 2) 
𝑅𝑒 = [(
24
𝐾1.
𝐶𝑑
𝑅𝑒
)
𝑛/2
+ (
𝐾2
𝐶𝑑
𝑅𝑒
)
𝑛
]
1/𝑛
n=0,88 (Equação 3) 
𝐾1 = 0,843. log (
Φ
0,065
) (Equação 4) 
𝐾2 = 5,31 − 4,88. Φ (Equação 5) 
𝐷𝑝 =
𝑅𝑒.𝜇
𝜌𝑓.𝑉𝑡
 (Equação 6) 
 
 
 
 
Tabela 2. Dados. 
Dado
s Valores 
ρf (Kg/m3) 1000 
ρs (Kg/m3) 2600 
μ água 
(Kg/m.s) 0,00001 
g (m/s2) 10 
Φ vidro 1 
K1 1 
K2 0,43 
n 1,3 
 
Tabela 3. Resultados obtidos. 
Vt (m/s) Cd/Re Re 
Dp 
(μm) 
0,0107 0,174 15,181 14,419 
0,00485 1,870 3,947 8,138 
0,000488 1835,690 0,115 2,357 
 
Através destes dados pode-se concluir que as microesferas com diâmetros 
iguais ou maiores que 14,419μm ficaram retidas no elutriador 1. As de diâmetros 
maiores ou iguais 8,138μm ficaram retidas no elutriador 2 e as de diâmetros iguais 
ou maiores que 2,357μm no elutriador 3. Microesferas com diâmetros menores que 
2,357μm foram descartadas no balde, após passagem pelo elutriador 3. 
A massa adicionada aos elutriadores foi de 49,34g e a recolhida de 41,714g. 
As perdas podem ser devido a existência de partículas de diâmetros menores que 
as retidas no elutriador 3, sendo descartadas no balde, além disso, microesferas 
podem ter ficado retidas no filtro ou no béquer ao serem adicionadas aos 
elutriadores. 
As frações acumuladas de grossos e finos encontram-sena Tabela 4. 
 
 
 
Tabela 4. Frações de grossos e finos. 
 
Massa total 
(g): 49,34 
 
 
Massa retida 
(g) Δφ Δφ> Δφ< Dst 
Elutriador 1 12,920 0,2619 0,2619 0,7381 14,419 
Elutriador 2 21,738 0,4406 0,7025 0,2975 8,138 
Elutriador 3 7,056 0,1430 0,8455 0,1545 2,357 
Fundos e 
perdas 7,626 0,1546 1 0 <2,357 
 
Então, confeccionou-se um histograma de caracterização das partículas. 
 
 
Figura 2 – Histograma de caracterização das partículas. 
Com os dados da Tabela 4, confeccionou-se o gráfico de dispersão da fração 
acumulada pelo diâmetro das partículas, na Figura 2. 
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Histograma 
 
14.419μm 8,138μm 2,357μm 
 
Figura 3 – Fração acumulada de grossos e finos x Diâmetro da partícula 
 
 
5. CONCLUSÃO 
Conseguiu-se atingir o objetivo da prática classificando as partículas por seus 
respectivos tamanhos, utilizando elutriadores. Dessa forma, a amostra foi dividida 
em escalas de tamanhos, sendo esses muitos pequenos. 
Logo, conclui-se que o método é eficiente, uma vez que partículas desse 
tamanho não seriam devidamente separadas em outros processos de separação 
como o peneiramento, por exemplo. 
Como era de se esperar, as partículas têm diâmetro em ordem decrescente 
para os elutriadores, uma vez que as velocidades terminais das partículas maiores 
são maiores, e por consequência ficam retidas no primeiro elutriador. Isso ocorre 
analogamente nos demais elutriadores. 
 
6. DIFICULDADES ENCONTRADAS E SUGESTÃO DE MELHORIAS 
DO EXPERIMENTO 
Notou-se durante a realização do experimento que uma grande quantidade de 
água é desperdiçada, visto que no fim do experimento, a água utilizada para 
preencher o sistema de elutriação é toda jogada fora. Uma solução seria não 
esvaziar os elutriadores até que todas as turmas realizem o experimento, 
economizando, assim, uma considerável quantidade de água. 
 
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1 2 3
Grossos Finos
7. REFERÊNCIAS 
(1) KLINGER, CAROLINE; LEIDENS, NATAL Y; NUNES, ISAAC DO S 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: 02 maio, 2019. 
(2) CREMASCO, MARCO AURÉLIO. Operações unitárias em sistemas 
particulados e fluidomecânicos. 2. ed. São Paulo: Blucher, 2014.