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.

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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.

7

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

10

11

4. CONCLUSÃO

12

REFERÊNCIAS

13