Universidade Federal de So Joo Del Rei

Departamento de Engenharia Qumica e Estatstica

Laboratrio de Engenharia Qumica II

Prtica 5

Flotao

Ouro Branco, Junho de 2015.

Universidade Federal de So Joo Del Rei

Departamento de Engenharia Qumica e Estatstica

Laboratrio de Engenharia Qumica II

Prtica 5

Flotao

Anna Luisa Silva Cotta

Camylla Sales Silva

Jlia Paula de Oliveira Jlio

Maysa Martins Almeida

Tssia Caroline Passos Pereira

Ouro Branco, Junho de 2015.

SUMRIO

1. INTRODUO.........................................................................................................1

2. OBJETIVO................................................................................................................2

3. MATERIAIS E MTODOS........................................................................................3

4. RESULTADOS E DISCUSSO................................................................................4

5. CONCLUSO.........................................................................................................11

6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ......................................................................12

7.ANEXOS ................................................................................................................13

4.1 Memria de Clculo ..................................................................................13

1

1. INTRODUO

Flotao um processo em que se deseja separar partculas suspensas em

um meio lquido atravs de microbolhas que levam as impurezas superfcie.

Existem vrios tipos de flotao tais como: Eletroflotao que visa a produo de

hidrognio e oxignio a partir da passagem de soluo aquosa diluda entre

eletrodos; flotao por ar disperso que utiliza produtos qumicos para provocar

reaes qumicas e produzir microbolhas; e flotao por ar dissolvido,que a

tcnica mais utilizada, onde ocorre a pressurizao e despressurizao de ar na

massa lquida, com microbolhas na ordem de micra [1].

Os equipamentos utilizados no processo de flotao so chamados

flotadores, e estes so eficazes quando h maior quantidade de ar e menor tamanho

de bolhas produzidas, pois as microbolhas formadas se prendem s partculas

slidas e leos/graxas com densidade semelhante ou pouco acima da gua e so

carregadas at a superfcie de onde retirada a espuma produzida [2].

Os flotadores podem ser utilizados no tratamento de gua de abastecimento,

de efluentes e de esgoto domstico, onde atendem aos casos em que a gua de

abastecimento tem baixa turbidez e elevada cor verdadeira. Alm disso, podem ser

utilizados no tratamento de efluentes com slidos cuja velocidade de sedimentao

baixa e/ou quando h material oleoso, como de petroqumicas, indstrias de

alimentos entre outros [3].

2

2. OBJETIVO

O objetivo deste experimento separar a slica do grafite e determinar a curva

N de potncia versus N de Reynolds.

3

3. MATERIAIS E MTODOS

A primeira parte do experimento foi apenas demonstrativa. Primeiramente

observou-se a separao do grafite da slica sem adio de espumante. A clula de

flotao foi preenchida com aproximadamente cinco litros de gua e adicionou-se a

mistura de grafite e slica. Conectou-se um injetor de fluxo de ar ao sistema

mantendo-se uma vazo constante e ligou-se o motor. Aps observada a separao,

adicionou-se trs gotas de leo de pinho, um agente espumante, e novamente

observou-se seu efeito na separao.

Na segunda parte do experimento, inicialmente determinou-se as densidades

dos fluidos utilizados, a gua e a glicerina, atravs do picnmetro. Coletaram-se as

medidas do dimetro do rotor, do brao de alavanca e da temperatura da gua

utilizada na clula de flotao atravs do termopar. Posteriormente, posicionou-se o

dinammetro de forma que o eixo de medio do instrumento ficasse na mesma

altura do brao acoplado ao motor, formando um ngulo de 90 com o mesmo e

zerou-se o instrumento. Adicionou-se diretamente cinco litros de gua a clula de

flotao. O motor foi ligado e controlou-se a vazo de ar para que ficasse constante.

Variou-se a velocidade de rotao do motor e atravs do tacmetro coletaram-se

essas medidas. Tambm mediu-se para cada variao a fora aplicada ao brao de

alavanca mensurada pelo dinammetro. Posteriormente repetiu-se o mesmo

procedimento, porm com cinco litros de glicerina na clula de flotao.

4

4. RESULTADOS E DISCUSSES

O experimento foi dividido em duas partes, a primeira consistiu na separao

do grafite da slica, sendo essa apenas demonstrativa. Verificou-se visualmente a

separao das partculas de grafite das partculas de slica no incio do processo,

isso se deve ao fato do grafite ser uma molcula apolar e a slica polar. Devido

slica possuir uma maior afinidade com a gua, ela ficou aderida na base da clula

de flotao, j o grafite por apresentar o carter hidrofbico, aderiu-se as bolhas de

ar, sendo assim carreado por elas at a superfcie do lquido.

Embora seja possvel a visualizao da separao, agentes modificadores

frequentemente so adicionados no processo de flotao. Nesse experimento

adicionou-se um agente espumante (leo pinho), que promoveu uma melhor

estabilidade e adeso das partculas slidas apolares, nesse caso o grafite, na

superfcie da bolha. Antes da adio do agente espumante, observou-se que

algumas partculas slidas ainda ficavam dispersas na mistura lquida. Aps a

adio observou-se uma melhor separao do grafite do lquido, devido este ser

carreado pelas bolhas de ar para a superfcie, promovendo uma separao mais

eficiente do grafite. Isso se deve ao fato do espumante promover uma maior

adsoro do grafite na superfcie da bolha de ar, o que facilita seu carreamento

atravs desta para a superfcie, onde pode ser retirado o slido por mtodos

simples.

Na segunda parte realizaram-se as flotaes da gua e da glicerina. Atravs

do sistema foi possvel obter a rotao do motor, a fora exercida no brao da

alavanca para uma vazo controla de ar de 5 SCFH e a temperatura, atravs do

5

tacmetro, dinammetro e termopar, respectivamente, os valores obtidos para a

gua encontra-se na Tabela 1 e para a glicerina na Tabela 2.

Tabela 1: Dados obtidos da gua

Rotao (rps) Temperatura

(C)

Vazo de ar

(SCFH)

Fora (N)

27,5 23 5 1,25

32,36 24 5 1,68

33,03 24 5 1,74

32,8 24 5 1,65

32,92 24 5 1,70

Tabela 2: Dados obtidos da Glicerina

Rotao (rps) Temperatura (C) Vazo de ar

(SCFH)

Fora (N)

23,72 23 5 2,41

25,05 23 5 2,47

25,15 23 5 2,49

25,10 24 5 2,44

24,95 24 5 2,40

Determinou-se a densidade para a gua e para a glicerina atravs do

picnmetro, primeiro calibrou-se com a gua destilada a 24 C para assim encontrar

o volume do recipiente utilizando-se a equao (4.1). O volume do picnmetro

6

utilizado para gua foi de 29,4 mL, j para a glicerina foi de 28,88 mL, essa diferena

se deve ao fato de ter utilizado picnmetros diferentes.

=

(4.1)

Onde:

= densidade do fluido [Kg/m3];

= massa do fluido [kg];

= volume do picnmetro [m3]

Atravs do volume encontrado para o picnmetro e das massas obtidas de

cada fluido, encontrou-se a densidade dos mesmos, utilizando a equao (4.1). A

densidade encontrada para a gua foi de 993,23 Kg/m3 e para glicerina foi de 1207,2

Kg/m3.

Posteriormente determinou-se a potncia do motor que compem a clula de

flotao atravs da equao (4.2).

= .. 2. (4.2)

Onde:

= fora exercida no brao da alavanca [N];

= comprimento do brao da alavanca [m];

= rotao do motor [rps].

Em seguida determinou-se o nmero de potncia atravs da equao (4.3).

=

3 .5 . (4.3)

7

Onde:

= potncia do motor [W];

= rotao do motor [rps];

= dimetro do rotor [m];

= densidade do fluido [Kg/m3].

Por ltimo calculou-se o nmero de Reynolds para cada fluido, atravs da

equao (4.4).

= 2 . .

(4.4)

Onde:

= dimetro do rotor [m];

= rotao do motor [rps];

= densidade do fluido [Kg/m3];

= viscosidade do fluido [Kg/m.s].

A viscosidade dos fluidos obtidas na literatura foram 5x10-4N.s/m2 para gua e

0,58 N.s/m2 para a glicerina [4].

Os valores referentes potncia, nmero de potncia e o nmero de

Reynolds esto dispostos na Tabela 3 para gua e Tabela 4 para a glicerina.

Tabela 3: Valores obtidos para gua

Potncia (W) Nmero de Potncia Reynolds

31,10 0,22 465388,8

49,19 0,22 547635,7

52,00 0,22 558974,2

48,97 0,21 555081,9

50,63 0,21 557112,7

8

Tabela 4: Valores obtidos para glicerina

Potncia (W) Nmero de Potncia Reynolds

51,74 0,48 420,6

55,98 0,44 441,2

56,66 0,44 445,9

55,41 0,43 445,0

54,18 0,43 442,4

De acordo com a literatura, o grfico esperado para o nmero de potncia

versus o nmero de Reynolds encontra-se na Figura 1.

Figura 1: Grfico de N de Potncia versus Reynolds de acordo coma literatura [5].

Atravs dos dados de potncia versus Reynolds, construiu-se o grfico para

gua que est apresentado na Figura 2.

9

Figura 2: Grfico de N de Potncia versus Reynolds para experimento com agua.

Observando-se o nmero de Reynolds da gua percebe-se que o seu valor foi

maior que 4000, caracterizando um escoamento em regime turbulento [4]. Para este,

o nmero de potncia deveria ser constante, porm isso no foi alcanado no

experimento. Os dois pontos distantes do esperado, podem ser justificados pela

sensibilidade da frmula utilizada no clculo. Esses podem indicar erro na hora das

medidas uma vez que o tacmetro e o rotmetro apresentavam valores oscilantes, o

que levou a utilizao de valores mdios.

Com os dados de potncia versus Reynolds, construiu-se o grfico para

glicerina que est apresentado na Figura 3.

0,208

0,21

0,212

0,214

0,216

0,218

0,22

0,222

0 100000 200000 300000 400000 500000 600000

N

de

po

tn

cia

Re

10

Figura 3: Grfico de N de Potncia versus Reynolds para experimento com glicerina

A partir da Figura 3 possvel observar que os resultados obtidos ficaram

prximos com os valores de referncia para o regime laminar, Reynolds menor que

2300, pelo fato que medida que a rotao do motor aumentava a fora exercida no

brao da alavanca tambm aumentava [4]. Porm, no foi observado nas duas

ltimas medidas, pelo fato que houve o aumento manual da rotao, mas rotao

medida e a fora decresceram. Isso se deve a erros durante ao experimento, como

por exemplo, um erro na leitura dos equipamentos, devido ao fato desses oscilarem

muito durante as medies.

Por fim observando as Figuras 2 e 3, foi possvel perceber que os valores do

nmero de Reynolds para gua muito maior que para a glicerina, isso se deve a

diferena de viscosidade entre os fluidos. A glicerina por apresentar uma maior

viscosidade, apresentou-se um menor nmero de Reynolds.

0,42

0,43

0,44

0,45

0,46

0,47

0,48

0,49

415 420 425 430 435 440 445 450

N

de

po

tn

cia

Re

11

5. CONCLUSO

A separao entre a slica e o grafite foi lenta na ausncia de espumante. J

ao se adicionar leo pinho observou uma separao imediata desses componentes

sendo o grafite carregado para a superfcie do lquido. O mesmo se deve

estabilizao das bolhas de ar, o que provoca uma melhor adsoro das partculas

de grafite nas bolhas de ar.

Atravs dos dados obtidos durante a prtica pde-se calcular o nmero de

potncia e o nmero de Reynolds e assim obteve-se o grfico nmero de potncia

versus nmero de Reynolds.

Os Reynolds da gua mostram que este sistema estava em regime

turbulento, logo o nmero de potncia deveria ser constante. Contudo isso no foi

observado durante todo o experimento, o que se deve por erros nas medidas, j que

o tacmetro e o rotmetro apresentavam valores oscilantes, o que levou a utilizar

valores aproximados.

J para a glicerina, o Reynolds encontrado indica um regime laminar do

sistema. Neste caso a medida da rotao do motor deveria aumentar juntamente

com a fora exercida no brao de alavanca. Contudo isso no foi observado nas

duas ltimas medidas, j que apesar de ter aumentado a velocidade de rotao

manualmente, o rotao medida assim como a fora diminuram. O que se deve

provavelmente a erros experimentais.

12

6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] Sistemas de Tratamento de gua. Disponvel em:

Acessado

em 24 de Junho de 2015

[2] O Trabalho da Flotao e Aerao. Disponvel em:

. Acessado em 24 de Junho

de 2015.

[3] Tratamento Preliminar da gua. Disponvel em:

Acessado em 24 de

Junho de 2015.

[4] FOX R. W.; Mc Donald, A. T.; Pritchard, F. J. Introduo Mecnica dos

Fludos. 7edio, LTC. 2011. 704 p.

[5] PEREIRA, F. M. Agitao e Mistura. Operaes Unitrias II. Escola de

Engenharia de Lorena. Universidade de So Paulo (USP).Disponvel em:

. Acessado em 22 de Junho

de 2015.

13

7. ANEXOS

7.1 MEMRIADE CLCULO

-Densidade

Primeiramente determinou-se o volume do picnmetro atravs da equao

(7.1.1).

= +

(7.1.1)

Assim:

= 0,055712 0,026427

997,32

V =2,94.10-5 m3

Posteriormente foi possvel obter a densidade da gua a partir da equao

(4.1).

= 29,201. 103

29,4. 10 6

= 993,23

3

Os clculos para a densidade da glicerina foram realizados de maneira

anloga.

-Clculo dapotncia

Utilizando-se os dados da gua para a primeira replicata determinou-se a

potncia do motor a partir da equao (4.2).

14

= 1,25 . 0,144 . 2 .27,5

= 31,10 W

Os clculos da potncia do motor a partir dos dados da glicerina foram

realizados da mesma forma.

- Clculo do nmero de potncia (np)

O nmero de potncia do motor utilizando dados da gua para a primeira

replicata pde ser determinado pela equao (4.3).

= 31,10

27,5. 0,09235 . 993,23

= 0,2247

A partir dos dados da glicerina obteve-se nmero de potncia do motor de

maneira anloga.

- Clculo do nmero de Reynolds

Utilizando-se os dados da gua para a primeira replicata determinou-se o

nmero de Reynolds atravs da equao (4.4).

=0,09232 . 27,5 .993,23

5. 104

= 465388,8

Os clculos do nmero de Reynolds a partir dos dados da glicerina foram

realizados da mesma forma.