Aula 02 - Processos Unitários I

Prof. Brenno Ferreira de Souza Engenheiro Metalrgico

Introduo

O processo pode ser conceituado como um conjunto de operaes e procedimentos que visam a transformar um ou mais materiais ditos matrias-primas em um ou mais produtos e subprodutos com o auxilio de insumos.

Os resduos so subprodutos indesejveis e que normalmente implicam em custos adicionais para descarte ou tratamento para adequao ao uso.

Processos Unitrios so as etapas individuais de um fluxo completo que transforma matria-prima em produto.

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Introduo

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Custo de um Processo

Normalmente se representa o custo de um processo pelo seu valor especfico em relao massa ou volume do produto nico ou principal.

Para se determinar este valor necessrio o preo e outros custos especficos das matrias-primas e insumos, alm de seus consumos, os custos de operao e manuteno dos equipamentos, os preos de venda dos subprodutos e os custos de descarte ou tratamento dos resduos.

Tudo calculado em base de unidade do produto. Para calcular os consumos especficos usam-se dos

histricos do processo, ou seja, levantados de perodos anteriores, ou realizam-se balanos de massa.

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Custo de um Processo

Em processos onde h gerao e trocas trmicas e no se tem dados histricos, necessrio elaborar balanos trmicos.

Nos casos onde h reaes qumicas pode ser necessrio tambm o estudo do equilbrio e rendimento dessas reaes.

Nesses casos ser necessrio lanar mo de tabelas de dados termodinmicos e diagramas que sero apresentados medida que forem necessrios ao estudo dos processos.

Para calcular o consumo especfico necessrio um pequeno balano de massa.

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Distribuio Granulomtrica

Os slidos naturais granulares no tm um s tamanho de partcula.

O dimetro das partculas uma varivel aleatria que segue uma certa distribuio de frequncia.

No nosso estudo vrios materiais dessa natureza so encontrados tanto entre as matrias-primas como entre os insumos e processos. o caso de minrios e combustveis slidos.

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Para estudo da granulometria de partculas e suas modificaes conveniente a seleo de uma boa ferramenta matemtica para a descrio da distribuio granulomtrica.

Essa ferramenta tornar as relaes estudadas mais consistentes que a as relacionadas em tabelas ou texto.

A partir da caracterizao da distribuio, qualquer frao granulomtrica pode ser quantificada.

Os modelos de distribuio mais comuns usados nos estudos de materiais particulados so: Funo Gama Modelo Log-Normal Modelo de Gaudin-Schuhmann Modelo de Rosin-Rammler

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Peneiramento

Peneiramento refere-se ao processo de separa materiais granulares de acordo com o seu tamanho de partcula.

A peneira ou tela pode ser formada por barras paralelas, um tecido de fios ou uma chapa perfurada.

Em geral as telas so de metal mas cada vez mais materiais sintticos so usados.

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Peneiramento

A produtividade de um peneiramento cresce com o tamanho das aberturas.

Tomando-se, por exemplo, duas peneiras cuja dimenso linear da abertura tem a relao x1 / x2, o nmero de abertura por unidade de rea ter a relao (x1 / x2) e o volume de partculas que passam na unidade de tempo ter uma relao de (x1 / x2).

Se o numero de partcula que passam na unidade de rea o mesmo na unidade de tempo a produtividade cresce na proporo da abertura x.

Por isso o processo de peneiramento limitado a partculas maiores de 0,1 mm.

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Peneiramento

A distribuio granulomtrica de materiais determinada em laboratrio com o uso de peneiras-padro.

Uma das mais comuns a srie Tyler que tem as aberturas e o arame da tela padronizados.

O nmero mesh um indicador de tamanho das aberturas da peneira. (aberturas por polegada linear)

Os produtos do processo de peneiramento so uma frao grossa e uma frao fina.

Na prtica h sempre uma deficincia na operao: h partculas finas na frao grossa e grossas na frao fina.

Esse fato resulta de irregularidades na forma das partculas, ou das aberturas, ou ainda pelo arreste de partculas finas na frao grossa impedindo que passem pela tela.

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Peneiramento

Srie Tyler

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Peneiramento

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O ndice de eficincia de remoo de finos dado por: massa finos na frao de finos

massa total de finos Da mesma maneira o ndice de eficincia de reteno de

grossos dado por: massa de grossos na frao grossa

massa total de grossos O ndice global de eficincia do peneiramento o produto

dos dois. O rendimento de remoo de finos e o rendimento de

reteno de grossos de uma peneira medem a aproximao dessa peneira da operao ideal. Aquela em que o corte seria perfeito.


Exerccio

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Considere as anlises granulomtricas abaixo:

Sabendo que a quantidade de minrio grosso alimentado

nas peneiras aproximadamente 370Kg/ton e a quantidade de minrio fino de 430kg/ton.

O processo da empresa admite como grosso, minrios de granulometria acima de 25mm, e fino como minrio abaixo de 6,5mm

Determine os ndices de remoo de finos, reteno de grossos e o ndice global do peneiramento.


Peneiramento

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Normalmente h um mecanismo para produzir vibrao ou movimento oscilatrio nas peneiras para melhorar o seu desempenho.

Pode-se peneirar a seco ou a mido.

A relao entre umidade e eficincia de peneiramento uma curva que passa por um mnimo.

Valores intermedirios de umidade levam aglutinao das partculas, causando principalmente arraste de finos pelos grossos.

A srie de peneiras deve ser escolhida de forma a cobrir o mais uniformemente a distribuio.


Exerccio

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Um minrio apresenta a seguinte distribuio granulomtrica: > 6 #: 18%,

> 10 #: 50%,

> 20 # 25%.

A taxa de peneiramento deve ser de 100 t/h e as peneiras tm capacidade de peneiramento de 40 t/h.m.mm

Calcule a rea mnima necessria para as trs peneiras. O smbolo # representa o nmero mesh na escala Tyler.


Cominuio

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Raramente os slidos granulados, sejam minrios, combustveis slidos ou outros materiais so encontrados na granulometria desejada operao a que se deseja submet-los.

Se o material fino demais, poder ser submetido a uma aglomerao, processo que ser visto mais tarde.

Se o material, por outro lado, grosso demais, dever ser submetido a uma reduo granulomtrica, tambm chamada de cominuio.

A cominuio feita em etapas chamadas: Britagem Moagem


Britagem

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As primeiras etapas da cominuio so chamadas de britagem e visam a reduzir as partculas a dimetros da ordem de 3 mm.

A britagem normalmente dividida em:

Britagem Primria

Britagem Secundria

Britagem Terciria


Britagem

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A primeira etapa de britagem, ou britagem primria, visa a reduzir o dimetro das partculas, originalmente de qualquer tamanho, a cerca de 100 mm.

Os equipamentos que fazem a britagem so os britadores.

A britagem primria realizada em britadores de mandbulas e de cones.


Britagem

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O britador de cone composto por um cone externo cuja concavidade recebe o material a ser britado.

Dentro dele, um cone compacto gira excentricamente esmagando o material entre sua superfcie externa e a superfcie interna do cone maior.

O cone interno pode ser de conicidade do mesmo sentido do externo ou no sentido oposto.


Britagem

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No britador de mandbulas as partculas so esmagadas entre duas armaduras que abrem e fecham como as dentaduras na mordedura de um animal.


Britagem

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Nas britagens secundria e terciria, que levam o dimetro de partcula de 100 a 3 mm ou menos, utiliza-se britadores de martelos ou de rolos.

Nos britadores de martelos, peas semelhantes a martelos giram ligadas a um eixo e atingem as partculas que ficam entre o rotor e a superfcie interna do tambor. A superfcie interna do tambor que revestida de armaduras.


Britagem

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No britador de rolos as partculas so foradas a passar entre dois rolos horizontais paralelos que esmagam as partculas. Esses rolos tem estrias que mordem as partculas.

A seleo do tipo de britador importante no projeto de uma circuito de cominuio principalmente visado a minimizar quebra ou entupimento de equipamentos.

O britador de rolos, por exemplo, muito sensvel granulometria de entrada.


Moagem

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As etapas finais de cominuio so realizadas em moinhos que podem levar a granulometria ordem de micrometros.

Os moinhos de rolos so como os britadores de mesmo nome, exceto pela abertura entre rolos que menor.

Os rolos podem tambm rolar sobre uma mesa circular.

Neste tipo de moinho, que tambm pode ser chamada de moinho de mesa, os rolos podem girar sobre a mesa estacionria ou o contrario, o rolos so fixos e a mesa gira.


Moagem

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Muito comuns so os moinhos de barras ou de bolas. Nesses um tambor tem dentro de si o material junto

com barras ou bolas de material mais duro. As barras e as bolas so chamados de corpos

moedores. As partculas so esmagadas entre os corpos moedores

ou entre esses e a superfcie interna do tambor.


Moagem

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Nos moinhos autgenos os corpos moedores so partculas maiores do prprio material.

Essas partculas maiores so impedidas de sarem do moinho por algum mecanismo de conteno.


Moagem

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Moinhos de mesa, onde rodas ligadas a um eixo vertical giram sobre uma mesa circular tambm so usados, principalmente para moagem fina (micromagem).

A moagem pode ser feita a seco ou a mido. Quando feita a mido geram uma polpa que deve ser seca em uma etapa posterior.


Consumo na Cominuio

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A energia eltrica consumida na operao de britadores e moinhos pode ser calculada para conhecimento do custo das operaes.

Quando os valores obtidos em experimentos so comparados a valores esperados para a gerao de superfcie verificam-se grandes discrepncias associadas a outras necessidades de energia entre elas o calor gerado no processo.

Valores tpicos de energia consumida na cominuio so: britagem primria 0,75 a 2,0 GJ/t britagem secundria 2,0 a 7,0 GJ/t moagem primria 4 a 40 GJ/t micromoagem > 400 GJ/t


Adequao Granulomtrica

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A adequao da granulometria de um material normalmente feita em um circuito de peneiramento, britagem, includo muitas vezes, tambm a moagem.

O peneiramento tanto feito para desviar da cominuio as partculas j pequenas como para fazer retornar etapa de britagem ou moagem anterior as partculas grandes demais.

Neste ltimo caso chama-se circuito fechado. Se aps a etapa de cominuio no h retorno de

material grosso, o circuito dito aberto.


OBRIGADO!

Niquelndia, 2011

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