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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL
FACULDADE DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
FERNANDA SILVEIRA
LEANDRO SARAIVA
MARIANE ALVES
RENATA BALBONI
OPERAÇÕES UNITÁRIAS I
FRAGMENTAÇÃO E PENEIRAMENTO INDUSTRIAL
PORTO ALEGRE
2012
FERNANDA SILVEIRA
LEANDRO SARAIVA
MARIANE ALVES
RENATA BALBONI
FRAGMENTAÇÃO E PENEIRAMENTO INDUSTRIAL
Relatório apresentado na
disciplina de Operações
Unitárias I do curso de
Engenharia Química da
Pontifícia Universidade Católica
do Rio Grande do Sul.
Professor: Cláudio Luis Frankenberg
PORTO ALEGRE2012
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO 4
1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 5
2. MATERIAIS E MÉTODOS 7
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 10
4. CONCLUSÃO 13
REFERÊNCIAS 14
INTRODUÇÃO
A fragmentação de sólidos e o peneiramento industrial foram realizados no
Laboratório de Processos Ambientais (LAPA) da PUCRS.
Nesse trabalho, no interior de um moinho de bolas, ocorrerá a fragmentação de
uma amostra de cloreto de sódio a uma velocidade fixa de moagem. Logo a seguir,
será realizada a análise granulométrica da amostra fragmentada, passando-a por
uma peneira com diâmetro definido.
Com outra amostra de cloreto de sódio, sem prévia fragmentação, foi feita uma
análise granulométrica em uma série de peneiras com diâmetros diferentes sobre
um agitador magnético durante certo período de agitação.
As amostras, em geral, apresentam partículas de diferentes tamanhos. Quando
elas são levadas à indústria, muitas vezes existe o problema de separar esses
materiais. Para isso, existe uma alternativa muito utilizada na seleção de sólidos
heterogêneos, o peneiramento, que consiste em separar os sólidos levando em
consideração o diâmetro das partículas. Materiais granulares com diferentes
tamanhos de partículas podem ser separados utilizando uma série de peneiras com
tamanhos de malhas variadas montada sobre um agitador vibratório. Após certo
intervalo de agitação, são pesadas em balança analítica as amostras de cada
peneira para se determinar o que passou e o que ficou retido em cada peneira.
Para análises laboratoriais, as peneiras consistem num suporte metálico (latão,
alumínio, inox) cilíndrico que serve de apoio a uma rede (geralmente metálica ou
plástica) de malha calibrada. Elas são fabricadas para ser encaixadas umas nas
outras de modo a formar uma série de peneiras, contendo ainda uma tampa na parte
superior (que evita perdas de material durante o processo) e um fundo (destinado a
receber as partículas restantes menores).
A fragmentação de uma das amostras mostrou-se necessária devido aos seus
grânulos serem muito grandes, obtendo-se cristais com dimensões que passem
pelas peneiras para se fazer a sua análise granulométrica.
Com os dados desses experimentos, será determinada a energia ideal de
moagem e a eficiência de uma peneira industrial.
Na prática de fragmentação foi utilizado um moinho de bolas, utilizando como
critério de escolha o tamanho da partícula alimentada no processo e o tamanho do
4
produto resultante. Determinou-se a energia ideal de moagem, especificando a
velocidade do moinho em seu painel, girando o moinho até atingir um tempo pré-
estabelecido. Com o material obtido pela moagem foi feito o peneiramento a seco. A
partir dos dados obtidos no peneiramento a seco, calcula-se a energia ideal de
moagem.
Na prática de peneiramento, utilizou-se o material do peneiramento anterior e
passou-se através de uma peneira selecionada, separando o material em dois
frascos, um com o que ficou retido e outro com o que passou pela peneira.
1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A análise granulométrica de partículas sólidas compreende a determinação do
tamanho das mesmas, bem como da frequência com que ocorrem em uma
determinada classe ou faixa de tamanho. Em tratamento de minérios, é empregada
para a determinação do grau de liberação dos minerais valiosos em relação aos
minerais de ganga nas várias faixas de tamanho (o que determina a granulometria
em que o minério deverá ser moído), para a determinação de eficiência de
peneiramento industrial e curvas de partição de classificadores, o que, em outras
palavras, significa a determinação da eficiência das etapas de cominuição (britagem
e moagem) e de classificação, bem como o controle das especificações de tamanho
de produto final.
Os sólidos particulados possuem grande importância nas operações unitárias,
por exemplo, na moagem, na secagem, na filtração, na cristalização, na reação
entre sólidos e fluidos, na coleta de poeira – que constituem parte de qualquer
processo de obtenção de produtos sólidos, como o da fabricação de catalisadores
em muitas reações químicas industrialmente importantes. (FOUST, 1982)
As partículas sólidas individuais se caracterizam pelo seu tamanho, forma e
densidade. As partículas de sólidos homogêneos tem a mesma densidade que o
material inteiro. As partículas obtidas com o rompimento de um sólido composto,
como os minerais metálicos, têm várias densidades, que geralmente são diferentes
da densidade do material inteiro. (MC CABE, 1978)
Existem diversas técnicas de análise granulométrica, as quais se aplicam a
faixas granulométricas bem definidas. Sendo assim, a escolha da técnica adequada
5
para se efetuar a análise granulométrica de um determinado material depende do
tamanho das partículas ali presentes. Distinguem-se pelo tamanho 5 tipos de sólidos
particulados. Apesar de não ser muito nítida, esta classificação é útil por ser
descritiva:
- pós, com partículas de 1m até 0,5mm;
- sólidos granulares, cujas partículas tem 0,5 a 10mm;
- blocos pequenos (1 a 5cm);
- blocos médios (5 a 15cm);
- blocos grandes (maiores que 15cm). (GOMIDE, 1980)
A classificação de uma mistura de partículas se dá em fração de densidade
constante e de tamanhos aproximadamente constantes. Assim, pode-se pesar cada
fração, ou contar ou medir o número de partículas individuais contidas na amostra.
(MC CABE, 1978)
Para realizar essa classificação, o método mais prático de se efetuar a
separação de partículas em frações consiste em passar o material em uma série de
peneiras com malhas progressivamente menores, onde cada uma retém uma parte
da amostra. Esta operação, conhecida como análise granulométrica, é aplicável à
partículas de diâmetros compreendidos entre 7cm e 40m. (GOMIDE, 1980)
Na indústria americana usa-se, quase que com a mesma freqüência, peneiras
padronizadas da série Tyler ou da série americana. Em cada uma das séries de
peneiras, o diâmetro do fio e o tamanho da malha, ou o número de aberturas por
polegada linear, são ajustados de modo que a razão entre a dimensão dos furos de
quaisquer duas peneiras consecutivas é uma constante de série, e constitui uma
progressão geométrica para o tamanho dos furos. (FOUST, 1982)
Os resultados de uma análise granulométrica por peneiramento podem ser
apresentados de duas maneiras:
- em forma de tabela, indica a fração de massa sobre cada peneira em função
do intervalo do tamanho da malha entre as peneiras. Este tipo de análise é
conhecida como análise diferencial.
- através da análise diferencial somando acumulativamente os incrementos
diferenciais individuais, começando pelas partículas retidas na peneira superior e
tabelando as somas acumuladas frente à dimensão da malha da peneira que retém
a última fração acumulada.
6
Ao utilizar a análise granulométrica diferencial deve-se supor que todas as
partículas de uma dada fração apresentam o mesmo tamanho, que é a média
aritmética das aberturas das malhas das duas peneiras entre as quais a fração ficou
retida. (GOMIDE, 1980)
A fragmentação de partículas é uma operação bastante utilizada na indústria
química. Com esta operação pretende-se aumentar a área externa (principal
objetivo), promover a mistura de dois ou mais sólidos, e obter blocos de dimensões
trabalháveis.
Os sólidos podem sofrer diminuição de tamanho por diversas formas, dentre as
quais somente quatro são utilizadas industrialmente: compressão, impacto, atrito e
corte.
A escolha do equipamento depende do tipo de material a ser fragmentado, das
características desejadas no produto, dentre outros. Para sua classificação utiliza-se
como critério o tamanho da partícula da alimentação e do produto.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
Na prática de moagem foram pesadas duas amostras de 250 gramas de
cloreto de sódio. Em uma das amostras, realizou-se uma análise granulométrica
(tabelas 1 e 2), e em outra amostra realizou-se a moagem, fixando o tempo e
número de bolas do moinho, com posterior peneiramento e análise granulométrica.
A velocidade de rotação do moinho foi estabelecido no painel do moinho, que foi
desligado ao atingir 20 minutos de rotação. Foram retirados do moinho o cloreto de
sódio e as bolas, e o cloreto de sódio resultante na moagem foi peneirado a seco,
completando a tabela 1.
Na prática de peneiramento separou-se o material do peneiramento anterior e
passou-se por uma peneira Tyler 10 # , separando os grossos e os finos em dois
frascos. Fazer a análise granulométrica dos finos e dos grossos, completando a
tabela 2.
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Figura 1: Série de Peneiras Tyler com agitação
Fonte: www.bertel.com.br
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Inicialmente, deve-se pesar cada uma das peneiras e, em seguida, a amostra.
Esses passos servem para que no final possamos determinar as frações retidas em
cada peneira e avaliar as perdas ocorridas durante o experimento. As peneiras ficam
dispostas uma em cima da outra em ordem crescente do diâmetro das aberturas de
baixo para cima. Em nossa análise, foram utilizadas as peneiras de 2.0, 1.0, 0.71,
0.5, 0.355 e 0.250 milímetros de abertura, além do fundo.
Após a pesagem das peneiras, o conjunto é montado e transfere-se a amostra
previamente pesada para a peneira superior da série e levada para um agitador. O
conjunto deve permanecer no agitador por 20 minutos para que assim se efetue toda
a passagem possível das partículas pelas peneiras.
Por fim, pesa-se cada uma das peneiras com a respectiva fração retida,
descontando-se a massa da peneira para saber quanto foi retido em cada uma
delas.
Massa da peneira de malha 2 mm = 138,88 g
Massa da peneira de malha 1 mm =133,75 g
Massa da peneira de malha 0,710 mm = 129,55 g
Massa da peneira de malha 0,500 mm = 124,23 g
Massa da peneira de malha 0,355 mm = 120,49 g
Massa da peneira de malha 0,250 mm = 92,48 g
Massa da panela = 89,80 g
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Figura 2: Série de Peneiras Tyler
Fonte: www.bertel.com.br
Figura 3:
Peneira
(mm)
Alimentação
(g)
Alimentação
(%)
Produto
(g)
Produto (%)
2,0mm 175,07 73,36
1,0mm 25,84 57,15
0,710mm 9,96 39,70
0,500mm 72,48 31,33
0,355mm 25,35 25,21
0,250mm 36,37 36,37
Panela 16,70 16,70
Σ 361,77 279,42
Fonte: Tabela 1
Figura 4:
Peneira
(mm)
A (g) A (%) G(g) G(%) F(g) F(%)
2,0mm 279,42 100 119,36 42,72
1,0mm 160,06 57,28 52,02 18,62
0,710mm 107,98 38,64 35,50 12,70
0,500mm 72,48 25,94 26,01 9,31
9
0,355mm 46,47 16,63 21,47 7,68
0,250mm 25,00 8,95 8,36 2,99
Panela 16,70 5,95 16,70 5,98
Σ 279,42 100
Fonte: Tabela 2
Realizando a análise granulométrica do cloreto de sódio que sofreu moagem
através da peneira de 10# da Série Tyler podemos caracterizar esses sólidos
particulados quanto ao tamanho, através da Análise Granulométrica Diferencial.
Figura 5: Esquema para determinação da eficiência de uma peneira
Fonte: Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos EQA 5313 - Operações Unitárias de Transferência de Quantidade de Movimento Prof. Regina de Fátima Peralta Muniz Moreira
Os resultados obtidos com o experimento são apresentados na tabela 4:
Tabela 4 - Análise Granulométrica DiferencialPeneira (mm) Diâmetro Médio (mm) Massa Retida
(gramas)Fração Retida
>2,000 >2,00002,000 / 1,000 1,50001,000 / 0,710 0,85500,710 / 0,500 0,60500,500 / 0,355 0,42750,355 / 0,250 0,30250,250 / fundo -
Σ
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4. CONCLUSÃO
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REFERÊNCIAS
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Recommended