O Relatório de Sedimentação

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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

SEDIMENTAÇÃO

CASTRO GJS1, MÜLLER FBC1 e PONTES MLM1

1 Universidade Federal do Maranhão, Centro de Ciência e Tecnologia, Departamento de Engenharia Química

RESUMO – A sedimentação constitui-se como uma operação de separação sólido-líquido ou líquido-líquido na qual as partículas separam-se por intermédio das forças gravitacionais devido a diferença de densidade entre a partícula e o fluido. Assim, a partir de uma solução de caulim de 30 g/L e em uma proveta, tomou-se medidas da altura da interface de sedimentação em diversos intervalos de tempo ao longo do processo de sedimentação. Posteriormente, através do método de Talmadge-Fitch e da curva de sedimentação, determinou-se o ponto crítico e de espessamento e, com esses, a velocidade média de sedimentação e outras propriedades que permitiram projetar um sedimentador industrial. Como parâmetros relacionados aos dados experimentais obteve-se um  0,77183 cm,  22, RMSE = 0,57268 cm, referentes a um ajuste polinomial de grau seis, e, através das curvas de sedimentação, a velocidade média de sedimentação calculada foi de 1,140.10-4 ± 8,246.10-5 m/s, a concentração crítica de 114,0 ± 14,37 kg/m3 e o sedimentador projetado, considerando uma alimentação de suspensão de 1 m3/min, possui área mínima 38,0 ± 7,65 m2 e altura de 1,274 ± 0,052 m.[pic 2][pic 3]

 

1. INTRODUÇÃO

A sedimentação constitui-se como uma operação de separação sólido-líquido ou líquido-líquido na qual as partículas separam-se por intermédio das forças gravitacionais devido a diferença de densidade entre a partícula e o fluido. Dessa forma, ela é aplicada para remover as partículas do líquido quando o produto desejado é o líquido clarificado, ou para isolar as partículas grosseiras do mesmo (Geankoplis, 1993).

Segundo França e Massarani (2002) os sedimentadores podem ser classificados em espessadores, cujo produto de interesse é o sólido e são caracterizados pela produção de espessados com alta concentração de sólidos, e em clarificadores, que têm como produto de interesse o líquido e são empregados na produção de espessados com baixas concentrações de sólidos.

O mecanismo de sedimentação pode ser descrito, da melhor forma, através da análise e observação do comportamento dos sólidos em uma suspensão colocada em uma proveta. A Figura 1 apresenta uma solução cujas partículas são quase uniformes e preparada com o intuito de apresentar a concentração também uniforme ao longo de toda a altura da proveta (Foust et al.,1982).

Portanto, assim que o processo de sedimentação se inicia todas as partículas começam a sedimentar e são estabelecidas zonas de concentração diferentes. A região A é o setor de líquido límpido ou clarificado, na zona B a concentração é uniforme, com aproximadamente a mesma concentração e distribuição que a inicial e com a sedimentação se aproximando de uma sedimentação livre (a decantação de uma partícula não é impedida por outra) devido as partículas estarem mais separadas (Cremasco, 2012). A zona C, por sua vez, é uma região de distribuição variável de tamanhos e de concentração não uniforme. Já a zona D é onde está presente as partículas mais pesadas, com sedimentação mais rápida (Foust et al.,1982).

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Figura 1 – Sedimentação em proveta. Fonte: Foust et al.,1982

O ensaio de sedimentação feito através do teste da proveta proporciona os dados necessários para traçar a curva de sedimentação e para dimensionar sedimentadores tomando como base a área de sedimentação (Gomide, 1980). À vista disso, em um equipamento que opera continuamente as mesmas zonas observadas na Figura 1 (operação descontínua de sedimentação) estarão presentes. Entretanto, conforme é atingido o estado permanente as alturas de cada zona serão constantes (Foust et al.,1982), conforme representado na Figura 2.

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Figura 2 – Zonas de sedimentação em um sedimentador contínuo Fonte: Foust et al.,1982

Sendo assim, com base no exposto, o presente trabalho se propõe a fazer, a partir de uma suspensão conhecida, o ensaio de sedimentação em proveta em duplicata [calcular o qui-quadrado () e a raiz quadrada do erro médio quadrático (RMSE)] e determinar a curva característica de sedimentação, além da velocidade média de sedimentação e outros parâmetros que permitam projetar um sedimentador industrial com os dados obtidos em escala laboratorial.[pic 6]

2. METODOLOGIA

2.1. Materiais e equipamentos

Para a realização do experimento, utilizaram-se os materiais listados abaixo, os quais também estão representados na Figura 3:

• Cronômetro (A);
• Balão volumétrico de fundo chato (B);

• Bastão de vidro (C);
• Papel milimetrado (D);
• Provetas de 500 mL (E);
• Funil para transferência (F);
• Suspensão de caulim (30g/L) (B).

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Figura 3 – Materiais e equipamentos utilizados na prática experimental de sedimentação. Fonte: Canal do youtube Prof. Antonio Freitas e Profa. Anna Dória – Sedimentação.

2.2. Procedimento Experimental

Para a realização do experimento, foi necessário, inicialmente, agitar o balão volumétrico com suspensão de caulim (30 g/L) para garantir a homogeneização e com auxílio do funil transferir, cuidadosamente e gradativamente, a solução para uma proveta. Ao longo dessa transferência o balão foi continuamente agitado visando manter a homogeneidade do meio que estava sendo transferido e isso foi feito até atingir 500 mL na proveta.

 Ademais, fixou-se o papel milimetrado na proveta e com um bastão de vidro homogeneizou-se a solução na proveta. E, tomou-se as medidas da altura da interface de sedimentação em diversos intervalos de tempo ao longo do processo de sedimentação; marcando o papel milimetrado, nos estágios iniciais em intervalos curtos de tempo por conta rapidez dessa etapa e posteriormente em intervalos maiores. Ao final, repetiu-se o experimento com a finalidade de obter dados mais precisos, ou seja, a prática foi feita em duplicata.