Sedimentação

1. OBJETIVO

Determinar a área de um sedimentador contínuo que opere com suspensão de carbonato de cálcio, a partir de um ensaio de sedimentação descontínua realizado em laboratório.

2. INTRODUÇÃO TEÓRICA

Sedimentação é um processo de separação em que a mistura de dois líquidos ou de um sólido suspenso num líquido é deixada em repouso (sedimentação em batch) ou adicionada continuamente em uma unidade de sedimentação de sistema contínuo. A fase mais densa, por ação da gravidade deposita-se no fundo do recipiente, ou seja, sedimenta, enquanto a fase menos densa (sobrenadante) ao término do processo se situa na região superior do recipiente, consistindo a parte clarificada.

As operações de sedimentação na indústria podem ser efetuadas de forma contínua ou descontínua em equipamentos denominados decantadores ou sedimentadores.

Os sedimentadores descontínuos são tanques cilíndricos onde a solução permanece em repouso por um tempo determinado, conforme ilustrado pela Figura 1. A determinação deste tempo pode ser feita através de um simples teste de proveta, o qual foi realizado em aula prática.

Figura 1: Exemplo de decantador descontínuo.

No processo de sedimentação contínuo os decantadores são geralmente feitos de uma parte cilíndrica e outra cônica, com função de facilitar a retirada da corrente de fundo do equipamento. A parte superior do equipamento possui um vertedouro por onde transborda a corrente de líquido clarificado. A alimentação é posicionada na região central do equipamento, podendo ser feita no topo ou no interior do mesmo conforme ilustrado pela Figura 2.

3. METODOLOGIA

3.1 Equipamentos e materiais:

- Provetas para sedimentação de 250ml calibradas;

- Suspensão de carbonato de cálcio de 40g/L de cálcio;

- Cronômetro.

3.2 Procedimento experimental

A solução de carbonato de cálcio havia sido preparada previamente e estava acondicionada na proveta. A solução foi agitada para que ficasse homogênea, e assim foi cronometrado e anotado a variação da altura do sedimento de 1 em 1 minuto até 15 minutos, depois de 2 em 2 minutos até 31 minutos e, por fim, de 5 em 5 minutos até 81 minutos. A Figura 3 ilustra um teste de sedimentação em proveta.

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Os resultados da sedimentação descontínua realizada em laboratório estão apresentados na Tabela 1. O Z indica a altura em centímetros do sedimento em cada intervalo de tempo θ, em minutos.

Tabela 1: Resultados obtidos a partir da sedimentação realizada experimentalmente.

Z (cm) θ (min) Z (cm) θ (min)

17,0 0,0 6,4 19,0

16,0 1,0 5,9 21,0

15,2 2,0 5,0 23,0

14,4 3,0 5,1 25,0

13,6 4,0 4,6 27,0

12,8 5,0 4,4 29,0

12,0 6,0 4,3 31,0

11,3 7,0 4,0 36,0

10,6 8,0 3,9 41,0

10,0 9,0 3,8 46,0

9,4 10,0 3,6 51,0

9,0 11,0 3,5 56,0

8,5 12,0 3,4 61,0

8,3 13,0 3,4 66,0

7,9 14,0 3,4 71,0

7,6 15,0 3,4 76,0

6,9 17,0 3,4 81,0

Após a obtenção dos resultados práticos é possivel plotar o gráfico da altura do sedimentado (z) versus o tempo (θ) que compreende a curva de sedimentação da prática realizada.

Nos primeiros 15 minutos a altura da suspenção diminuiu 9,4cm e até o final do experimento (aproximadamente 1h e 6 minutos) a altura da suspensão diminuiu apenas 4,2cm. Esta diferença na velocidade terminal das partículas está relacionado com o meio. No início do processo as partículas estavam dispersas, não havendo interferência por atrito, mas após os 15 minutos houve a aglomeração e a sedimentação tornou-se retardada e como consequência a velocidade de variação do nível diminuiu e assume-se esta variação de forma exponencial, pois, cada vez mais o escoamento sofrerá mais interferência.

A partir da curva de sedimentação apresentada pelo Gráfico I, é possível determinar variáveis importantes sobre o ensaio realizado como o tempo de espessamento (sedimentação), altura do espessado, altura crítica do espessado, tempo crítico e altura de início da compressão.

Tais variáveis podem ser determinadas através do gráfico pelo método de Talmadge e Fitch o qual faz as seguintes considerações gráficas para determinar os pontos desejados:

 Traçar