UM RELATÓRIO FINAL SEDIMENTAÇÃO

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As partículas sólidas podem ser separadas de um líquido por diferentes processos, por ação da gravidade ou força centrífuga, por exemplo. Alguns desses processos são a filtração, decantação, centrifugação, e a sedimentação.

A sedimentação é um processo de separação baseado na diferença entre as concentrações das fases presentes na suspensão a ser processada, sujeitas à ação do campo gravitacional [1]. A modelagem matemática dos problemas de sedimentação é dada a partir de um balanço de forças em uma partícula, como demonstrado na figura 1, onde E é o empuxo, Fd a força de arraste e P o peso da partícula.

[pic 1]

Figura 1 – Balanço de forças sobre uma partícula em um sedimentador.

O balanço de forças na partícula é dado pela equação 1, onde Fres é a força resultante. [pic 2]

Fres = P – E - Fd

Se:[pic 3]

P = Vp.ρp.g[pic 4]

E = Vp.ρf. g[pic 5]

Fd = Cd.Sp.ρf.(vf2)/2

Fres = Vp.ρp.dV/dt

Onde Vp é o volume da partícula, ρp a densidade da partícula, g a aceleração da gravidade, pf a densidade do fluido, Cd o coeficiente de arraste, Sp a área de projeção da partícula e vf o volume do fluido. Ao substituir, obtém-se:

[pic 6]

g.(ρp - ρf) – Cd.(ρf.vt2.Sp)/2.Vp= ρp.dV/dt

O termo vt presente na equação (6), representa a velocidade terminal da partícula, sendo esta a velocidade da partícula quando a força de arraste atinge um módulo que torna a resultante de forças nula, e ela depende do regime de escoamento. Porém, essa velocidade é válida para uma partícula livre. Para o caso do sedimentador, onde há choque entre as partículas, define-se outra grandeza, a chamada velocidade retardada, que é expressa pela equação 7.

[pic 7][pic 8]

Onde β e n são função do regime de escoamento (Stokes, Allen, Newton, Bravo), ρp a densidade da partícula, ρf a densidade do fluido, ε a porosidade, Dp o diâmetro médio das partículas, γ coeficiente de velocidade retardada e µ a viscosidade do líquido.

É mais comum que a sedimentação ocorra em tanques cilíndricos, chamados de sedimentadores, sendo estes classificados de acordo com o produto de interesse. Os espessadores são sedimentadores que possuem como produto de interesse a fase particulada, e são caracterizados pela produção de espessados de alta concentração de partículas. Já os sedimentadores que caracterizam-se pela produção de espessados de baixa concentração de partículas são chamados de clarificadores, cujo produto de interesse é o líquido. A diferença básica entre espessadores e clarificadores são a altura e diâmetro dos mesmos.

Os sedimentadores podem ser divididos também quanto aos seus tipos.

- Sedimentador por gravidade: a separação de sólido disperso em fase líquida é dada pela diferença de densidade entre as partículas e o líquido. O material se deposita no fundo do tanque com a ação da gravidade e o líquido clarificado fica em cima. Exemplo: Tratamento da água.

- Espessador sedimentador: utilizado para obtenção do material espesso, podem ser operados de forma contínua. A suspensão se distribui radialmente por toda seção transversal, o líquido deixa o equipamento pela parte superior e os sólidos se movem pela ação da gravidade na zona superior. Na zona de transição, a concentração dos sólidos aumenta e na zona de compressão a velocidade de sedimentação aumenta juntamente com a compressão. Os tipos de espessadores variam em função da granulometria e forma com que o equipamento é alinhado. Exemplo: adensamento de polpas de minério de ferro.

- Decantador de bandejas múltiplas: a capacidade de um sedimentador depende da área de decantação. Quando áreas muito grandes são necessárias, utilizam-se bacias de decantação que ficam diretamente no terreno ou decantadores de bandejas múltiplas, que permitem a decantação em vários estágios em um único decantador.

- Decantador de rastelos: a suspensão é alimentada num ponto intermediário de uma calha inclinada. Um conjunto de rastelos arrasta os grossos para a parte superior da calha. Devido à agitação moderada promovida pelos rastelos, os finos permanecem na suspensão que é retirada através de um vertedor que existe na borda inferior da calha.

- Câmara gravitacional: são sedimentadores cujo objetivo é retirar poeiras de correntes gasosas. Sua utilização ocorre principalmente em indústrias que possuem gases muito sujos em termos de materiais particulados. É um método baseado na sedimentação livre, considerando o próprio peso e a velocidade terminal das partículas. Essas câmaras apresentam área transversal suficientemente grande através da qual gases passam com baixa velocidade, dando tempo suficiente para que as partículas possam sedimentar no fundo ou na base da câmara e evitando a redispersão. Seu rendimento pode ser melhorado pelo uso de chicanas ou telas, permitindo o aumento da velocidade.

- Decantador Helicoidal: semelhante ao de rastelos onde a suspensão é alimentada num ponto intermediário de uma calha semicircular inclinada. A helicoide arrasta continuamente os grossos para a extremidade superior da calha. O movimento lento promovido pelo mecanismo transportador evita a decantação dos finos, que permanecem na suspensão sendo retirada através de um vertedor.

- Sedimentador lamelado: as partículas sedimentam sobre as lamelas e deslizam até o fundo do equipamento formando uma espécie de lama.

A operação de sedimentação pode ocorrer em processos contínuos ou descontínuos (batelada). Na sedimentação em batelada, a concentração das partículas para uma certa altura do sedimentador varia com o tempo. Realizado leituras da altura dos sólidos dentro do sedimentador em um determinado tempo, é possível determinar a velocidade de sedimentação.

[pic 9][pic 10]

No caso dos processos contínuos, a concentração é função da altura que se analisa no equipamento, e as dimensões de um sedimentador são determinadas por meio de métodos empíricos que relacionam grandezas como a velocidade de decantação da lama, vazão, por exemplo.

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