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UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO
FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA
CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL
Micheli Emanuele Zorzo
Hidrociclone na remoção de sólidos suspensos de efluente
de marmoraria
Passo Fundo, 2012.
1
Micheli Emanuele Zorzo
Hidrociclone na remoção de sólidos suspensos de efluente
de marmoraria
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
ao curso de Engenharia Ambiental, como parte
dos requisitos exigidos para obtenção do título
de Engenheiro Ambiental.
Orientador: Prof. Marcelo Hemkemeier,
Doutor.
Passo Fundo , 2012.
2
Micheli Emanuele Zorzo
Hidrociclone na remoção de sólidos suspensos de efluente de
marmoraria
Trabalho de Conclusão de Curso como requisito parcial para a obtenção do título de
Engenheiro Ambiental – Curso de Engenharia Ambiental da Faculdade de Engenharia e
Arquitetura da Universidade de Passo Fundo. Aprovado pela banca examinadora:
Orientador:_________________________
Marcelo Hemkemeier, Doutor
Faculdade de Engenharia e Arquitetura, UPF
___________________________________
Vandré B. Brião, Doutor
Faculdade de Engenharia e Arquitetura, UPF
___________________________________
Jeferson S. Piccin, Mestre
Faculdade de Engenharia e Arquitetura, UPF
Passo Fundo, 8 de novembro de 2012.
3
A T E S T A D O
Atesto para os devidos fins que o(a) aluno(a) Micheli Emanuele Zorzo, autor do
Trabalho de Conclusão intitulado “ Hidrociclone na remoção de sólidos suspensos de
efluente de marmoraria” realizou as alterações sugeridas pela banca examinadora no
relatório final.
Passo Fundo, 30 de novembro de 2012.
_____________________________________________
Prof. Dr. Marcelo Hemkemeier
4
AGRADECIMENTOS
A Deus, pelo conforto e paz concedidos durante os momentos que precisei.
Aos meus pais, e principalmente minha irmã, cada um do seu jeito, soube e pôde me apoiar
da forma que estava aos seus alcances.
Aos meus familiares, que de uma forma ou de outra contribuíram com essa conquista, com
seu carinho e apoio.
Ao meu namorado Frederico, pelo carinho, compreensão, paciência e ajuda ao longo deste
trabalho e da vida.
Ao Professor Dr. Marcelo Henkemeier. Companheiro de caminhada ao longo do Curso de
Engenharia Ambiental. Eu posso dizer que a minha formação, não teria sido a mesma sem a
sua pessoa.
Aos Professores Vandré B. Brião e, Jeferson S. Piccin por aceitarem participar da banca.
Aos colegas e amigos, que de alguma forma ou de outra contribuíram para a pelo incentivo
durante o longo do curso.
Aos laboratoristas João e Marilda pela dedicação e boa vontade de auxiliar na realização da
parte prática do trabalho.
5
“Muitos dos fracassados
são homens que não se deram conta
do quão perto estavam do sucesso
quando desistiram.”
(Paulo Angelin)
6
RESUMO
O Setor de Rochas Ornamentais vem apresentando um alto crescimento nos últimos anos,
estimulado principalmente pelas exportações. O Brasil está em sexto lugar em exportação de
Rochas Ornamentais e além de ser um dos grandes exportadores é também um grande
produtor. Estima-se que existam cerca de 12.000 empresas atuantes no setor. Buscou-se neste
trabalho avaliar a eficiência de remoção de sólidos suspensos totais através de hidrociclones
de configurações Bradley e Rietema, em função de diferentes números de Reynolds. Os testes
foram realizados com a utilização do efluente de uma empresa de beneficiamento de
mármore, localizada na Região do Alto Jacuí no estado do Rio Grande do Sul. Foi realizada a
caracterização do efluente bruto e foram executadas quatro baterias de experimentos para
cada modelo de hidrociclone, medindo vazão e número de Reynolds. Os parâmetros de
resposta foram sólidos suspensos e turbidez. Na avaliação dos tratamentos efetuados, o
hidrociclone que apresentou melhor desempenho foi o modelo Rietema, com eficiência de
remoção de sólidos suspensos de 96% e uma eficiência total de 39,81%. Já o hidrociclone
Bradley, obteve uma eficiência de remoção de 85% e uma eficiência total de 26,88%. A maior
remoção de sólidos para o hidrociclone Rietema ocorreu na faixa de 90.302 Reynolds, já para
o Bradley a melhor remoção ocorreu na faixa de 36.882 Reynolds. Para a remoção de
turbidez, o hidrociclone não é um método favorável. O hidrociclone de dimensões Rietema é
indicado para o uso de tratamento de efluentes gerados em empresas de processo de
polimento, corte e acabamento de mármore, pela sua eficiência e pequeno espaço físico.
Palavras-chaves: Beneficiamento de Rochas. Separação Física. Ciclones Hidráulicos.
7
ABSTRACT
The Ornamental Sector has shown a high growth in recent years, driven mainly by exports.
Brazil is sixth in export of Ornamental and besides being one of the major exporters is also a
major producer. It is estimated that there are about 12,000 companies in the sector. Sought in
this work to evaluate the efficiency of removal of suspended solids through hydrocyclones
settings Bradley and Rietema, for different Reynolds numbers. The tests were performed with
the use of the effluent of a marble processing company, located in the Upper Jacuí in the state
of Rio Grande do Sul was performed to characterize the raw wastewater were executed and
four batteries of experiments for each model of hydrocyclone measuring flow and Reynolds
number. The response parameters were suspended solids and turbidity. In the evaluation of
treatments performed, the hydrocyclone with the best performance was the model Rietema,
with removal efficiency of suspended solids of 96% and a total efficiency of 39.81%. Bradley
hydrocyclone already obtained a removal efficiency of 85% and an overall efficiency of
26.88%. The higher solids removal to Rietema hydrocyclone occurred in the range of 90,302
Reynolds, Bradley now to the best removal occurred in the range of 36,882 Reynolds. For
removal of turbidity, the hydrocyclone is not a favorable method. The hydrocyclone
dimensions Rietema is indicated for use in treatment of effluents generated in the process of
companies polishing, cutting and finishing of marble, for its efficiency and small physical
space.
Key-words: Beneficiation of Rocks. Physical separation. Hydraulic Cyclones.
8
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1:Distribuição dos recursos hídricos no Brasil.............................................................. 15 Figura 2: Principais Países Exportadores de Rochas Ornamentais. ......................................... 21 Figura 3: Principais Importadores Mundiais de Rochas Ornamentais. .................................... 22 Figura 4: Exportações mensais do setor de rochas ornamentais no período de 2010 a 2012. .. 24 Figura 5: Importações brasileiras acumuladas de materiais rochosos naturais no período de
2010 a 2012. ....................................................................................................................... 25
Figura 6: Desenho esquemático do escoamento interno em um hidrociclone. ........................ 30 Figura 7: Mapa da localização do município de Ibirubá no estado do Rio Grande do Sul. ..... 33
Figura 8: Bancada experimental utilizada para os testes com hidrociclones. .......................... 36 Figura 9: Teor de sólidos suspensos totais obtidos para os experimentos com o hidrociclone
Bradley em diferentes números de Reynolds. ................................................................... 42 Figura 10: Teor de sólidos suspensos totais obtidos para os experimentos com o hidrociclone
Rietema em diferentes valores de números de Reynolds. ................................................. 43
Figura 11: Gráfico de eficiência de remoção de SST do sistema de tratamento pelos
hidrociclones Bradley e Rietema, em função dos Números de Reynolds. ........................ 45 Figura 12: Gráfico de eficiência total do sistema de tratamento pelos hidrociclones Bradley e
Rietema, em função dos Números de Reynolds. ............................................................... 46
Figura 13: Turbidímetro usado para medir a turbidez das análises. ......................................... 56
Figura 14: Planta do Hidrociclone Rietema. ............................................................................ 58 Figura 15: Planta do Hidrociclone Bradley. ............................................................................. 59
9
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Caracterização de efluente bruto de marmorarias. ................................................... 26 Tabela 2: Proporções geométricas de hidrociclones................................................................. 31 Tabela 3: Dimensão dos hidrociclones, conforme (DAMO; STRAPAZZON, 2009), segundo
recomendações de Rietema e Bradley ............................................................................... 37 Tabela 4: Caracterização do Efluente Bruto de marmoraria. ................................................... 40
Tabela 5: Vazões dos hidrociclones para os testes com o Bradley e o Rietema. ..................... 41
Tabela 6: Números de Reynolds para o hidrociclone Bradley nos quatro experimentos. ........ 42 Tabela 7: Números de Reynolds para o hidrociclone Rietema nos quatro experimentos ........ 42
Tabela 8: Eficiências de Remoção de SST dos hidrociclones Bradley e Rietema. .................. 44 Tabela 9: Eficiência Total dos hidrociclones Bradley e Rietema ............................................. 46 Tabela 10: Turbidez dos hidrociclones Bradley e Rietema. ..................................................... 47
10
LISTA DE ABREVIAÇÕES E SIGLAS
µm – Micrometro
ABIROCHAS – Associação Brasileira da Indústria de Rochas Ornamentais
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANA – Agência Nacional de Águas
CONSEMA – Conselho Estadual do Meio Ambiente
DQO – Demanda Química de Oxigênio
ET – Eficiência Total
FIESP – Federação de Indústrias do Estado de São Paulo
l - Litros
mg - Miligramas
MME – Ministério de Minas e Energia
MPa – Mega Pascal
NTU – Unidade Nefelométrica de Turbidez
pH – Potencial Hidrogeniônico
R1 – Reynolds 1 – teste 1
R2 – Reynolds 2 – teste 2
R3 – Reynolds 3 – teste 3
R4 – Reynolds 4 – teste 4
Re - Reynolds
SINDIROCHAS – Sindicato das Indústrias de Rochas Ornamentais
SST – Sólidos suspensos totais
UPF – Universidade de Passo Fundo
11
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 13 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .......................................................................................... 15
2.1 Água: panorama geral ................................................................................................ 15 2.1.1 Reuso de água ..................................................................................................... 16
2.2 A Indústria de mármore ............................................................................................. 18
2.2.1 Rochas ornamentais ............................................................................................ 18
2.2.2 Principais importadores e exportadores .............................................................. 21 2.2.3 O setor de rochas no Brasil ................................................................................. 23
2.3 Efluente ...................................................................................................................... 25 2.3.1 Efluente da Indústria de Mármore e Granito ...................................................... 26 2.3.2 Tratamento de Efluentes ..................................................................................... 27
2.4 Hidrociclone ............................................................................................................... 28 2.4.1 Tipos de hidrociclone ......................................................................................... 31
3 MATERIAL E MÉTODOS ............................................................................................... 33
3.1 Caracterização e área de estudo ................................................................................. 33 3.2 Caracterização do Efluente ........................................................................................ 34
3.2.2 Bancada Experimental ........................................................................................ 36
3.2.3 Dimensões dos hidrociclones ............................................................................. 37
3.2.4 Número de Reynolds .......................................................................................... 38 3.2.5 Efluente Tratado ................................................................................................. 38
3.2.6 Eficiência de separação de sólidos ..................................................................... 39 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ..................................................................................... 40
4.1 Caracterização do Efluente Bruto .............................................................................. 40
4.2 Efluente Tratado ........................................................................................................ 41 4.2.1 Vazão .................................................................................................................. 41
4.2.2 Numero de Reynolds .......................................................................................... 41 4.2.3 Sólidos Suspensos Totais ................................................................................... 42 4.2.4 Eficiência de remoção de sólidos suspensos totais ............................................. 44
4.2.5 Eficiência Total................................................................................................... 46 4.2.6 Turbidez .............................................................................................................. 47
5 CONCLUSÃO ................................................................................................................... 49
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 50 ANEXO A ................................................................................................................................ 56 ANEXO B ................................................................................................................................ 57 ANEXO C ................................................................................................................................ 58 ANEXO D ................................................................................................................................ 59
13
1 INTRODUÇÃO
O setor brasileiro de rochas ornamentais movimenta cerca de US$ 2,1 bilhões/ano, a
exploração desse setor existe em quase todos os estados do Brasil, variando de intensidade de
um lugar para o outro.
A indústria de mármore e granito é de grande importância para o comércio brasileiro,
pois além de gerar empregos, gera melhorias para a economia, suprindo as necessidades
interna e externa do mercado de rochas ornamentais. No entanto, os métodos de extração e
acabamento geram impactos ambientais consideráveis. O efluente e os resíduos sólidos estão
entre os impactos mais perceptíveis, em função do destino incorreto dos mesmos
(LAGEMANN, 2011).
A limitação de reservas de água doce no planeta, o aumento da demanda de água para
atender, principalmente, o consumo humano, agrícola e industrial. A prioridade de utilização
dos recursos hídricos disponíveis para abastecimento público e as restrições que vêm sendo
impostas em relação ao lançamento de efluentes no meio ambiente. Torna necessária a adoção
de estratégias que visem racionalizar a utilização dos recursos hídricos e mitigar os impactos
negativos relativos à geração de efluentes pelas indústrias (FIESP 2012).
A complexidade do problema e a exigência das legislações ambientais vêm obrigando
empresas do ramo de rochas ornamentais, através da aplicação de novas tecnologias a
melhorar seus sistemas de tratamento de efluentes. Dentro deste contexto, a remoção de
sólidos é a principal característica que o sistema de tratamento de efluentes deve apresentar.
Desta forma, o efluente gerado por empresas que trabalham com o corte e polimento
de rochas ornamentais (mármores, granitos e alguns tipos de rochas), identifica a necessidade
de tratar esse efluente, por manter um sólido suspenso de difícil sedimentação, também
mantém uma alta concentração destes sólidos e por isso não podem ser lançados diretamente
em corpos receptores. Estes efluentes, passando por tratamentos simplificados, podem ser
reutilizados. Hoje não existe norma para estabelecer os parâmetros de reutilização do efluente
na empresa, mas apenas parâmetros para reutilização para fins potáveis, dificultando as
possibilidades de reuso. O efluente tratado para ser reutilizado precisa apresentar uma baixa
concentração de sólidos, se não for bem tratado, os sólidos irão desgastar os equipamentos,
diminuindo sua vida útil e piorando o acabamento dos produtos.
14
Os sólidos suspensos do efluente, que são produtos derivados dos cortes e polimentos
dos produtos citados acima, são inertes, porém fora de padrões pra lançamento, podendo
acarretar alguns problemas nos corpos receptores. Dentro desse contexto, propor um
tratamento com hidrociclone para a separação do particulado, por ser uma solução de baixo
custo financeiro, de manutenção e ocupar pouco espaço.
O trabalho objetivou testar diferentes hidrociclones e avaliar a eficiência deles para a
separação de sólidos suspensos de efluente de uma marmoraria localizada na Região do Alto
Jacuí – RS, diminuindo o espaço físico da estação de tratamento de efluente, em comparação
com o sistema de decantação.
Os objetivos específicos foram:
a) Caracterizar o efluente bruto da marmoraria em termos de sólidos suspensos e
turbidez;
b) Aplicar hidrociclones em um único estágio na remoção de sólidos, sendo eles, Bradley
e Rietema;
c) Verificar a influência do Número de Reynolds na remoção de sólidos suspensos para
os dois modelos de hidrociclones.
15
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Água: panorama geral
Os últimos relatórios do Instituto Mundial de Recursos do Programa das Nações
Unidas para o Meio Ambiente apontam para a redução do volume disponível de água e para
os efeitos dos usos múltiplos da mesma, dando início aos conflitos pelo seu uso. O fato da
distribuição desigual da água no mundo contribui e muito para a preocupação com os recursos
hídricos (TUNDISI, 2003).
A água é um recurso natural finito ou bem econômico por ser vulnerável é essencial
para a conservação da vida e do meio ambiente. Além disso, sua escassez pode impedir o
desenvolvimento social e econômico, visto que alterações adversas desse recurso podem
contribuir para a degradação da qualidade ambiental (FERREIRA; CUNHA, 2005).
O Brasil tem uma posição privilegiada perante a maioria dos países, devido a sua
elevada produção hídrica (8.160,00 km³ por ano) comparada com a disponibilidade hídrica
mundial (41.497,73 km³ por ano). Entretanto essa disponibilidade hídrica encontra-se mal
distribuída, concentrando-se na região Norte (regiões hidrográficas do Amazonas e Tocantins)
(ANA, 2012). Para ter idéia da distribuição dos recursos hídricos no Brasil a Figura 1 ilustra a
taxa de população das regiões sendo comparada com o índice de água doce dessa mesma
região.
Figura 1:Distribuição dos recursos hídricos no Brasil.
Fonte: ANA, 2011.
16
Analisando o gráfico da Figura 1, a região Sudeste, Nordeste e Sul são as regiões que
apresentam respectivamente as maiores concentrações de habitantes de todo país e têm as
mais baixas taxas de distribuição de recursos hídricos. Já a região Norte e a região Centro-
Oeste são as que apresentam a maior quantidade de recursos hídricos e o menor índice
populacional. O que se pode notar é que onde tem muitas pessoas, tem pouca água, e onde
tem muita água tem poucas pessoas.
O Brasil possui dispositivos legais referentes à água desde o período colonial, mas
somente em 1934 o Código de Águas (MME, 1980) passou a ser a legislação específica para
os recursos hídricos. Com relação à questão da qualidade da água, o Código de Águas dispõe
que:
“... a ninguém é lícito conspurcar ou contaminar as águas
que não consome, com prejuízo de terceiros”. Este mesmo
Código define, ainda, que: “os trabalhos para a salubridade
das águas sejam realizados à custa dos infratores que, além
da responsabilidade criminal, se houver, também respondem
pelas conseqüentes perdas e danos, e por multas impostas
pelos regulamentos administrativos” (MME, 1980).
O Código de Águas estabeleceu uma política bastante avançada para a época. No
entanto, sua regulamentação se limitou aos aspectos referentes ao desenvolvimento do setor
elétrico, deixando praticamente de lado os usos múltiplos e a proteção da qualidade das águas
(GRANZIERA, 2001).
2.1.1 Reuso de água
A água foi por muito tempo considerado pela humanidade como recurso inesgotável e
não faltam exemplos de escassez de água doce, observada pelo abaixamento do nível dos
lençóis freáticos, o “encolhimento dos lagos” e a secagem dos pântanos. Por outro lado cresce
em todo mundo a preocupação com o uso racional, a necessidade do controle de perdas e
desperdícios e do reuso da água. A utilização de esgotos sanitários para diversos fins tem
significado economia na produção de fertilizantes e ração animal e principalmente a redução
no lançamento de esgotos em corpos receptores (VON SPERLING, 2005; BLUM, 2003).
17
A reutilização ou reuso de água não é um conceito novo e tem sido praticado em todo
o mundo há muitos anos. Existem relatos de sua prática na Grécia Antiga, com a disposição
de esgotos e sua utilização na irrigação. No entanto, a demanda crescente por água tem feito
do reuso planejado da água um tema atual e de grande importância, no qual compreende o
controle de perdas e desperdícios, e a minimização da produção de efluentes e do consumo de
água. Dentro dessa ótica, o efluente tratado tem um papel fundamental no planejamento e na
gestão sustentável dos recursos hídricos como um substituto para o uso de águas destinadas a
fins agrícolas, irrigação entre outros, pois ao liberar as fontes de água de boa qualidade para
abastecimento público e outros usos prioritários. O reuso de esgoto contribui para a
conservação dos recursos e acrescenta uma dimensão econômica ao planejamento dos
recursos hídricos (BLUM, 2003).
Segundo Mancuso apud Santos (2003) de acordo com a Organização Mundial de
Saúde (1973), tem-se formas de reuso como:
a) Reuso indireto: quando a água já utilizada, uma ou mais vezes para uso doméstico ou
industrial, é lançado nas águas superficiais ou subterrâneas e utilizado novamente a
jusante, de forma diluída;
b) Reuso direto: esgotos tratados para certas finalidades como irrigação, uso industrial,
recarga de aqüíferos e água potável, determinado como reuso planejado;
c) Reciclagem interna: tendo como objetivo a economia de água e o controle da poluição,
é a forma de reuso utilizado internamente nas instalações industriais;
De acordo com ASANO (1998), a água de reuso proveniente das Estações de
Tratamento, onde o esgoto doméstico e industrial pode passar por inúmeros processos de
tratamento, pode ser destinada as mais diversas utilidades, entre os quais cita:
a) Irrigação paisagística: parques, cemitérios, faixas de domínio de auto-estradas, campus
universitários, cinturões verdes, gramados residenciais, limpeza de monumentos;
b) Irrigação na agricultura: plantio de forrageiras, plantas fibrosas e de grãos, plantas
alimentícias, viveiros de plantas ornamentais, proteção contra geadas;
c) Usos industriais: refrigeração, alimentação de caldeiras, água de processamento,
lavagens de peças e tanques, geração de energia;
d) Recarga de aqüíferos: para controle de intrusão marinha, controle de recalques de
subsolo;
18
e) Usos urbanos não potáveis: irrigação paisagística, combate ao fogo, descarga de vasos
sanitários, desobstrução de rede de esgotos, sistemas de ar condicionado, lavagem de
veículos, lavagem de ruas e pontos de ônibus, etc.;
f) Finalidades ambientais: aumento de vazão em cursos de água, aplicação em pântanos,
terras alagadas, indústrias de pesca;
g) Usos diversos: aqüicultura, construções civis, controle de intrusão marinha, controle
de água para uso de animais e controle de poeira.
2.2 A Indústria de mármore
2.2.1 Rochas ornamentais
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) define rochas ornamentais
como material rochoso natural submetido a diferentes tipos de beneficiamento em sua
superfície (polimento, apicoamento, flameamento, aparelhamento, etc.), utilizadas para
exercer uma função estética em diversas áreas de aplicação (construção civil, arte funerária e
outras).
As rochas ornamentais e de revestimento, também designadas pedras naturais, rochas
lapídeas, rochas dimensionais e materiais de cantaria, abrangem os tipos litológicos que
podem ser extraídos em blocos ou placas, cortados em formas variadas e beneficiados através
de esquadrejamento, polimento, lustro, etc. Seus principais campos de aplicação incluem tanto
peças isoladas, como esculturas, tampos e pés de mesa, balcões, lápides e arte funerária em
geral, quanto edificações, destacando-se, nesse caso, os revestimentos internos e externos de
paredes, pisos, pilares, colunas, soleiras, etc (ABIROCHAS, 2012).
Registros históricos mostram que as rochas como o mármore e o granito começam a
ser exploradas e utilizadas de forma ornamental e estrutural há cerca de 2500 anos a.C.. Como
povo pioneiro desta extração e utilização, os Egípcios, que fizeram uso destas pedras naturais
como materiais para construção de seus famosos monumentos, como as Pirâmides do Egito e
túmulos faraônicos.
19
A classificação conforme o mercado de tipos de rochas ornamentais se dá por granitos
e mármores. Mas existem outros tipos de rochas ornamentais no mercado que são travertinos,
quartzitos, conglomerados, ardósias e arenitos entre outras. Em função do volume de extração
e utilização, o mármore e granito têm uma maior importância (TASAICO, 2007).
2.2.1.1 Granito e Mármore
2.2.1.1.1 Granito
O granito é uma rocha ígnea (magmática plutônica). Ele é resultado da solidificação
do magma a grandes profundidades. As rochas que o envolvem, impedindo a libertação do
calor, não permitem um rápido arrefecimento do magma o que retarda a sua solidificação.
Assim, os minerais constituintes têm o tempo necessário para se desenvolver, o que leva a
uma textura granular em que os estes são bem visíveis e identificáveis (ABIROCHAS, 2012).
Os principais minerais formadores do granito são o quartzo transparente, o feldspato e
as micas (ABIROCHAS, 2012):
a) O quartzo (SiO2) tem dureza 7 na escala mohs, o que lhe permite riscar o vidro por
exemplo. Sua tenacidade é considerada baixa, o que o torna quebradiço e pouco
resistente á flexão.
b) O Feldspato (KAlSi3O8) apresenta também tenacidade considerada baixa, o que o dá
características similares ao quartzo, apesar de ser menos “duro”.
c) As micas podem ser encontradas nos granitos de diferentes formas, a mais comum é a
biotita (K2(Mg,Al,Fe)6(Si2,Al)8 O20(OH)4). A biotita tem uma tenacidade superior a do
quartzo e a do feldspato, o que a torna o mais elástico dos compostos do granito.
A coloração dessas rochas é principalmente influenciada pela cor dos feldspatos. Os
granitos ocorrem tanto sob a forma de maciços rochosos como em matagões (blocos
arredondados). É comum no interior de maciços graníticos a ocorrência de outros tipos de
rochas ígneas de cores mais claras, cristalizadas a partir do magma residual. Isso acontece
devido à presença de diques ou veios formados pelo preenchimento na rocha recém-
consolidada (SINDIROCHAS, 2012).
20
As propriedades dos granitos são: estrutura-maciça, granulometria com grãos
consideravelmente grandes, se comparados aos das rochas vulcânicas, dureza por ser
composto de quartzo e feldspato, densidade de 2,56g/cm³, absorção/porosidade relativamente
baixas (sua capacidade de absorção é de 0,4%), resistência à compressão em torno de 131
MPa (mais resistente do que o mármore) e resistência à flexão em torno de 8MPa (um pouco
maior que a do mármore) (PACHECO, 2009).
2.2.1.1.2 Mármore
O mármore é uma rocha metamórfica proveniente do calcário. Este tipo de rocha
contém mais de 50% de calcita e/ou dolomita, ou seja, são formadas a partir do metamorfismo
de calcários (rochas sedimentares compostas principalmente de calcita) e dolomitas (rochas
também sedimentares formadas, sobretudo carbonato de cálcio e magnésio). Apresenta
estrutura maciça e granulação variada (ABIROCHAS, 2012). Recebe o nome de rocha
metamórfica porque é formada a partir da transformação físico-química sofrida pelo calcário a
altas temperaturas e pressão. Isto explica porque as maiores jazidas de mármore se encontram
em regiões de atividade vulcânica e que possuem a rocha matriz calcária (PACHECO, 2009).
O grau metamórfico juntamente com a composição química do mineral é que moldam
a rocha dando variadas cores e texturas. Dependendo da composição de seus minerais, pode
apresentar variadas cores (branca, rosada, esverdeada, peta entre outras). Esta diferenciação é
definida pela presença de minerais como o talco, anfibólio, piroxênios, olivina e etc.
(SINDIROCHAS, 2012).
O mármore é comumente classificado em três grupos principais segundo PACHECO,
2009:
a) Calcário recristalizado por metamorfismo;
b) Calcário tipo Travertino, que é uma rocha formada por precipitação química, originada
de material carbonático contido em solução nas águas das fontes de regiões calcárias.
Este tipo pode mostrar faixas de diversas cores, conferindo belíssimo efeito
ornamental ao ambiente onde é empregado;
c) Serpentinito, tipo de rocha em geral pobre em carbonato de cálcio, mas que adquire
ótimo polimento e pode ser usado como mármore verdadeiro.
21
No que diz respeito às propriedades físicas do mármore, vale dizer que este é um
material “mole”, que apresenta uma dureza, ou seja, resistência ao risco, sensivelmente baixa,
se comparado aos granitos. Alem disso é um material que apresenta veios mais evidentes e
grande porosidade, por isso suscetível a manchas e desgaste (SINDIROCHAS, 2012).
2.2.2 Principais importadores e exportadores
2.2.2.1 Exportadores
Figura 2: Principais Países Exportadores de Rochas Ornamentais.
Fonte: Montani, 2008.
De acordo com a Figura 2, a China foi responsável por 25% do total do volume físico
das exportações mundiais de rochas ornamentais em 2007, em seguida veio a Índia (12,1%),
Turquia (10,2%), Itália (7,2%), Espanha (5,7%) e o Brasil com 5,4 % ficando em 6º lugar em
exportação de rochas ornamentais.
22
2.2.2.2 Importadores
Na Figura 3, são apresentados os principais países importadores, responsáveis por
60% do volume total físico das importações efetuadas em 2007. Pode-se notar que os 10
primeiros foram responsáveis por cerca de 50% do total das importações, o que revela a
grande concentração de vendas em poucos mercados (MONTANI, 2008).
Figura 3: Principais Importadores Mundiais de Rochas Ornamentais.
Fonte: Montani, 2008.
A Figura 3 mostra que a China foi a maior importadora mundial em 2007,
praticamente só adquirindo rochas brutas, ficando em 2° lugar, os EUA, que quase só
importam rochas processadas.
23
2.2.3 O setor de rochas no Brasil
O setor brasileiro de rochas ornamentais movimenta cerca de US$ 2,1 bilhões/ano,
incluindo-se a comercialização nos mercados interno e externo e as transações com máquinas,
equipamentos, insumos, materiais de consumo e serviços, gerando cerca de 105 mil empregos
diretos em aproximadamente 10.000 empresas. O mercado interno é responsável por quase
90% das transações comerciais e as marmorarias representam 65% do universo das empresas
do setor (ABIROCHAS, 2012).
O consumo interno aparente de blocos de mármore e granito, segundo dados oficiais
do Sumário Mineral Brasileiro – ano 2002, foi de 2.018 mil toneladas no ano de 2001, com
crescimento 13,5% em relação a 2000. O consumo interno de produtos acabados foi da ordem
de 23,8 milhões de m²/ano. Se for no entanto considerada a produção real de mármores e
granitos, bem como as demais variedades de rochas exploradas no Brasil, o consumo interno
atinge a mais de 50 milhões m2/ano (IBEROEKA, 2003).
No período de janeiro a julho de 2012 as exportações brasileiras de rochas ornamentais
somaram US$ 618,28 milhões e 1.292.003,46 t, observando-se a variação de respectivamente
9,08% e 3,00% frente ao mesmo período de 2011. As rochas processadas representaram
77,31% do total do faturamento e 48,99% do volume físico dessas exportações. Em
faturamento, chapas de granito e rochas similares constituem o principal produto exportado,
seguindo-se os blocos de granito, os produtos de ardósia, os produtos de quartzito foliado, os
produtos de pedra-sabão e as chapas polidas de mármore (ABIROCHAS, 2012).
EUA e China continuam seguindo respectivamente como principais destinos das
exportações de chapas e blocos. Persistindo as tendências do período janeiro/julho, as
exportações brasileiras de rochas ornamentais poderão fechar 2012 com desempenho similar
ao de 2011, caso decline o preço médio de chapas e blocos (ABIROCHAS, 2012).
24
Figura 4: Exportações mensais do setor de rochas ornamentais no período de 2010 a 2012.
Fonte: ABIROCHAS, 2012.
As importações de materiais rochosos naturais, do período janeiro-julho de 2012,
somaram US$ 33,33 milhões e 55.211,65 t, correspondentes a uma variação negativa de
respectivamente 13,64% e 8,12% frente ao mesmo período de 2011. Do total importado, 24%
são referentes a rochas brutas e 76% a rochas processadas. Quase 97% desse total, tanto em
valor quanto em peso, envolve rochas carbonáticas (mármores, travertinos e calcários)
(ABIROCHAS, 2012).
25
Figura 5: Importações brasileiras acumuladas de materiais rochosos naturais no período de
2010 a 2012.
Fonte: ABIROCHAS, 2012.
2.3 Efluente
As características dos efluentes industriais são inerentes a composição das matérias
primas, das águas de abastecimento e do processo industrial. A concentração dos poluentes
nos efluentes é função das perdas no processo ou pelo consumo de água (GANDHI, 2011).
Para ter um sistema de tratamento de efluentes eficiente é necessário conhecer o
efluente da marmoraria conforme suas características. Segundo (SILVA, 2002), dentro das
características físicas, a mais importante é o teor de sólidos, que pode se subdividir em:
a) Sólidos Totais: Que é o sólido remanescente depois de evaporar o líquido a 103 ˚C –
105 ˚C.
b) Sólidos Sedimentáveis: A quantidade de sólidos que sedimentam num cone Imhoff em
uma hora, sendo expressado em ml/L. Segundo (GANDHI, 2011) são aqueles que se
separam da fase liquida por diferença de densidade.
Outras características físicas importantes são: Odor, Temperatura, Densidade, Cor e
Turbidez (SILVA, 2002).
26
2.3.1 Efluente da Indústria de Mármore e Granito
Na indústria de mármore, o polimento das chapas é realizado em via úmida com
máquinas manuais, semi-automáticas ou automáticas. Para polir as chapas, estas máquinas
pressionam em sentido rotatório um material chamado abrasivo. Após o levigamento
(polimento mais bruto), são aplicadas resinas para impermeabilização das chapas. Uma vez
polida a chapa, a mesma é cortada segundo o produto desejado. Este corte ocorre também por
via úmida, realizado com serras, na maioria das empresas. É gerado então um efluente
contendo água e pó-de-rocha (ROXO, 2006).
No processo de polimento e acabamento é gerado um grande volume de efluente
consistindo de água, material abrasivo, resina seca, pó-de-rocha e eventualmente cola e outros
produtos de acabamento. O efluente gerado no polimento e no corte e acabamento é
encaminhado geralmente a tanques de decantação, em geral seqüenciais. O efluente dos
tanques é reutilizado no processo, reduzindo a captação externa de água promovendo um
ganho ambiental e proporcionando redução de custos (ROXO 2006).
A Tabela 1 apresenta as diferentes características de efluente de marmoraria.
Tabela 1: Caracterização de efluente bruto de marmorarias.
Caracterização do efluente bruto de marmorarias
SST
(mg/l)
Sólidos
Sedimentáveis
(ml/l)
pH Turbidez
(NTU)
DQO
(mg/l)
Mossi (2010) 720 7 7,5 - 868
Lagemann (2011) 889,2 1,4 7,2 3052 -
Fabris (2012) 789,6 2,5 7,4 1366 -
Resolução
CONSEMA nº
128/2006
180 mg/l
<1,0 ml/l
6,0 a 9,0
-
400 mg/l
A Tabela 1 mostra que todos os parâmetros de efluente de marmoraria estão fora dos
padrões exigidos pela Resolução CONSEMA nº 128/2006, exceto o pH. A poluição em
marmorarias esta concentrada nos SST o que da ao efluente alta turbidez.
Foram realizados trabalhos sobre a eficiência de separação de partículas sólidas do
efluente de marmoraria. Um método que apresentou bom desempenho com a remoção dos
27
sólidos suspensos foram os hidrociclones, apresentando uma porcentagem de remoção de
83% (MOSSI, 2010).
2.3.2 Tratamento de Efluentes
A escolha do processo utilizado para tratar os efluentes industriais depende, segundo
SILVA (2002):
a) Das características do efluente: forma predominante do poluente (em suspensão,
coloidal ou dissolvido), de sua biodegradabilidade, e da presença de compostos
orgânicos e inorgânicos tóxicos;
b) Da qualidade requerida do efluente após o tratamento;
c) Do custo do processo.
Os sistemas de tratamento devem ser utilizados não só com o objetivo mínimo de
tratar os efluentes, mas também atender a outras premissas. Um ponto importante a ser
observado é que não se deve gerar resíduos desnecessários pelo uso do tratamento. A estação
de tratamento não deve gerar incômodos seja por ruídos ou odores, nem causar impacto visual
negativo. Deve-se sempre tratar o efluente gerado pela própria indústria, evitando-se assim a
sobrecarga no sistema público. Assim cada indústria deve controlar totalmente a sua carga
poluidora. Podemos sintetizar que um bom sistema de tratamento é aquele que pode ser
visitado (GANDHI, 2011).
Pode se destacar algumas vantagens do bom tratamento de efluentes, como melhor
qualidade das águas e melhor característica estética.
Algumas vantagens do tratamento de efluentes usando hidrociclone em relação com os
demais sistemas são seu baixo custo de aquisição, operação e manutenção (GANDHI, 2011).
Segundo a RESOLUÇÃO CONSEMA N.º 128/2006, os padrões físico-químicos para
lançamento de efluente final em um curso hídrico, estão apresentados no Quadro 1.
28
Quadro 1: Aspectos físico-químicos permitidos pela Resolução 128/06 do CONSEMA
Aspectos físico - químicos permitidos pela Resolução
Temperatura < 40° C
Cor O efluente não deve conferir mudança de coloração acentuada ao corpo
receptor
Sólidos
Suspensos
180 mg/l
Sólidos
Sedimentáveis
< 1.0 ml/L
pH Entre 6,0 e 9,0
Fonte: RESOLUÇÃO CONSEMA N.º 128/2006
2.4 Hidrociclone
Os hidrociclones, também conhecidos pelos nomes de ciclone hidráulico, ciclone de
líquido, cones de separação e separadores centrífugos, constituem uma classe importante de
equipamentos destinados principalmente à separação de suspensões sólido-líquido (SILVA,
1989; CASTILHO; MEDRONHO, 2003; SOUZA et al., 2000).Todavia, eles também têm
sido usados para a separação sólido-sólido (KLIMA; KIM, 1998), líquido-líquido (SMYTH;
THEW, 1996) e gás-líquido (MARTI, 1996).
SILVA (1989) destaca que o primeiro hidrociclone foi patenteado em 1891, no
entanto, sua utilização industrial só teve início após a 2ª Guerra Mundial, nas indústrias de
extração e processamento de minérios. Desde então, vêm sendo usados de maneira
diversificada nas indústrias química, metalúrgica, têxtil, petroquímica de alimentos,
bioengenharia, dentre outras (SILVA, 1989; DAI et al., 1999; CHU et al., 2002).
Os ciclones são equipamentos com inúmeras aplicações nos diferentes campos
tecnológicos, como na limpeza de gases, atomização, classificação de partículas, dentre
outras. Os ciclones são chamados de hidrociclones quando usados em processos de separação
sólido-líquido. Os hidrociclones têm grande aplicação na classificação de partículas com
diâmetros na faixa de 5 a 200 μm, sendo utilizados em dois processos extremos que são a
clarificação e o desaguamento. Como aplicações típicas dos hidrociclones, pode-se ainda
29
incluir a purificação de óleos de refrigeração na industria, na separação de produtos minerais e
na regeneração de lamas de perfuração, em marmorarias, entre outros (MASSARANI, 2002).
O princípio básico de separação nesses equipamentos é a sedimentação centrífuga,
onde partículas suspensas são submetidas a uma aceleração centrífuga, que faz com que elas
se separem do líquido, a partir do próprio movimento da suspensão no interior do
equipamento (MASSARANI, 2002).
A suspensão no duto de alimentação, dotada de energia de pressão, é injetada
tangencialmente no topo da parte cilíndrica do hidrociclone, induzindo a suspensão a realizar
ao longo da trajetória um movimento rotacional. Esse movimento em seu percurso gera
acelerações centrífugas diretamente atuantes nas partículas presentes no meio, forçando-as a
moverem-se em direção à parede do equipamento. Na medida em que o líquido adentra a
parte cônica do hidrociclone, maiores são as velocidades da suspensão. A seção disponível vai
se reduzindo em direção ao orifício do “underflow”, que é relativamente pequeno, o que
permite apenas parte da suspensão inicialmente alimentada no hidrociclone seja descarregada.
Sendo assim, a parcela que não é descarregada no “underflow” migra para o centro do eixo do
equipamento, formando um vórtice interno ascendente com movimento rotacional inverso
àquele criado pelo primeiro vórtice, como pode ser observado na Figura 6. A maior parte da
suspensão de alimentação deixa o hidrociclone através do tubo de diluído (“overflow”).
(RIETEMA, 1961; SILVA, 1989).
O hidrociclone, conforme mostra a Figura 6, consiste de uma seção cônica conectada a
uma porção cilíndrica, na qual é encaixada uma entrada tangencial para a alimentação. Na
parte superior do hidrociclone há um tubo de saída (overflow), com um alongamento axial
para dentro do equipamento. Existe também um orifício de saída (underflow) na parte inferior
do hidrociclone (MEDRONHO, 2003).
30
Figura 6: Desenho esquemático do escoamento interno em um hidrociclone.
Fonte: MEDRONHO, 2003.
A distribuição de fluxos no hidrociclone tem simetria circular, com exceção da região
tangencial ao duto e suas imediações. A velocidade do fluxo de líquido em qualquer ponto
interno do ciclone pode ser decomposta em três componentes: a velocidade tangencial v, a
velocidade radial u e a velocidade axial w. Como a ciclonagem é um princípio de separação
que trata da dinâmica de partículas, torna-se essencial o entendimento das características do
fluxo de líquido dentro do equipamento para a melhor compreensão das suas funções, bem
como da estimativa da trajetória das partículas que levam ao aperfeiçoamento do projeto do
equipamento e à sua eficiência de separação (MASSARANI, 2002).
Os hidrociclones apresentam, principalmente, as seguintes vantagens: capacidade
elevada em relação ao seu volume e área ocupada, construção simples; baixos custos de
instalação, operação e manutenção e pequeno espaço de instalação. Em contrapartida, a
principal desvantagem do uso de hidrociclone é a quebra de partículas devido às tensões
cisalhantes desenvolvidas no interior do equipamento (REGO, 2008).
31
2.4.1 Tipos de hidrociclone
Os hidrociclones são agrupados em famílias. Uma família de hidrociclone consiste de
um conjunto específico de separadores que mantém entre si uma proporção constante e
exclusiva de suas principais dimensões geométricas com o diâmetro da parte cilíndrica (Dc)
(VIEIRA, 2006). Essa proporcionalidade existente entre as dimensões geométricas é
importante no processo de separação, pois está diretamente relacionada com a capacidade de
separação destes equipamentos. Dentre as famílias clássicas podem ser citadas: “Rietema”,
“Bradley”, “Krebs”, “Demco”, “Mosley”, “Akw”, dentre outros.
Segundo (MASSARANI, 2001), existem apenas dois grupos bem conhecidos de
hidrociclones geometricamente semelhantes, que são as de Rietema (1961) e de Bradley
(1965), estão apresentadas na Tabela 2.
Tabela 2: Proporções geométricas de hidrociclones.
Hidrociclone Da/Dc Do/Dc I/Dc L/Dc θ
Rietema 0,28 0,34 0,40 5,000 10-20,0º
Bradley 1/7 1/5 1/3 1/2 9,0º
Dc = Diâmetro da região cilíndrica; Da = Diâmetro do duto de alimentação; Do = Diâmetro do duto do
“overflow”; I = Comprimento do duto do “overflow” no interior do equipamento; L = Comprimento total do
hidrociclone; θ = Ângulo da região cônica.
Fonte: Adaptado de VIEIRA (2006)
VIEIRA (2006) afirma que apesar da simplicidade de construção, operação e
manutenção de um hidrociclone, a avaliação e a descrição da separação de sólido-líquido são
complexas do ponto de vista matemático. Sendo assim, para a avaliação da eficiência na
separação de sólido-líquido, normalmente, são utilizadas formulações empíricas. Já para
descrição do equipamento ressalta-se a relevância que os grupos adimensionais desempenham
no processo de separação.
Segundo SILVA (1989), no hidrociclone, parte da massa sólida não é separada devido
à ação centrífuga, pois o equipamento também age como um divisor do escoamento, tal como
32
uma conexão “T” em tubulações, ou seja, a corrente inicialmente alimentada dá origem às
outras correntes: o “underflow” e o “overflow”.
A eficiência de separação de partículas em um hidrociclone depende da geometria do
mesmo, das propriedades físicas do sólido e do fluido e das condições de operação (SILVA;
MEDRONHO 1988). Segundo estes autores, as principais variáveis associadas ao estudo do
desempenho dos hidrociclones são: a eficiência total (ET) e a eficiência total reduzida (ET’).
33
3 MATERIAL E MÉTODOS
Este item apresenta a preparação e caracterização do material particulado, os
instrumentos utilizados para a coleta e a descrição das etapas realizadas para obtenção dos
resultados.
O levantamento dos dados da pesquisa foi realizado entre Abril e Junho de 2012. Os
testes laboratoriais foram realizados no laboratório de Aulas Práticas e Operações Unitárias
do Curso de Engenharia de Alimentos da UPF.
3.1 Caracterização e área de estudo
O estudo foi realizado numa empresa de beneficiamento de mármore situada no
município de Ibirubá-RS, com localização na Região do Alto Jacuí, localizada a uma latitude
28º37'39" sul e a uma longitude 53º05'23" oeste. A empresa está a 296 km de Porto Alegre.
Figura 7: Mapa da localização do município de Ibirubá no estado do Rio Grande do Sul.
34
O efluente foi coletado em 02/04/2012, durante o horário de operação da marmoraria.
3.2 Caracterização do Efluente
O efluente bruto foi coletado a montante do sistema de tratamento da empresa, em
cinco recipientes com capacidade volumétrica de 20 litros e transportados para o laboratório
para a sua caracterização e aplicação.
Após ser encaminhado ao laboratório foram realizadas análises de turbidez, pH,
sólidos sedimentáveis, sólidos suspensos totais por filtração, DQO, visando à caracterização
do efluente bruto.
Todas as metodologias utilizadas nesta pesquisa estão de acordo com as descritas em
APHA (2005).
3.2.1.1 Potencial Hidrogeniônico (pH)
O pH das amostras foi medido em peagâmetro digital (Tecnal, Tec-5), como descrito
no anexo B.
3.2.1.2 Sólidos Suspensos Totais por Filtração
Para os testes de sólidos suspensos totais foi utilizado cadinho de Gooch com papel
filtro, estufa (DeLeo), bomba a vácuo da (Prismatec, modelo 131), balança analítica (Marte,
modelo AY220), dessecador e amostra. O procedimento foi realizado colocando papel filtro
nos cadinhos de Gooch enumerados, e levados para estufa a 105 °C por duas horas para tirar
qualquer umidade, passado esse tempo colocar os cadinhos no dessecador ate chegar à
temperatura ambiente, podendo então pesar-los para obter seu peso seco, colocar 50 mL de
amostra em cada cadinho, filtrar com ajuda da bomba a vácuo até que todo excesso de líquido
35
transpasse o filtro, sobrando apenas os sólidos suspensos, para poder obter a concentração
correta de sólidos os cadinhos foram levados a estufa a uma temperatura de 105 °C e deixados
até peso constante, tirar e colocar no dessecador até temperatura ambiente, podendo então
pesar os cadinhos e determinar a concentração de sólidos suspensos totais.
3.2.1.3 Sólidos Sedimentáveis
Os sólidos sedimentáveis são caracterizados como aqueles que sejam capazes de
sedimentar em um período de uma hora (VON SPERLING, 1996). Desta forma, os sólidos
foram medidos através do método de gravimetria em cone Imhoff, considerando o volume de
sólidos que sedimentam no cone durante o período de uma hora e expresso em mg/l, de
acordo com os procedimentos recomendados por APHA (2005).
3.2.1.4 Turbidez
As análises de turbidez foram realizadas no aparelho Turbidímetro (Tecnopon, modelo
TB 1000), como descrito no anexo A.
3.2.1.5 DQO
A DQO foi quantificada pelo método micrométrico segundo (APHA, 2005), por meio
da digestão em refluxo fechado com dicromato de potássio (K2Cr2O7) em meio acido
(H2SO4), e quantificação fotométrica a 600 nm.
36
3.2.2 Bancada Experimental
Para a condução do trabalho foi usada uma bancada de ensaio, localizada no
Laboratório de Operações Unitárias do curso de Engenharia de Alimentos e contendo os
elementos indicados na Figura 8.
Figura 8: Bancada experimental utilizada para os testes com hidrociclones.
A bancada experimental foi constituída de:
1) Reservatório: para o efluente, com capacidade de 250 litros;
2) Conjunto moto bomba: composto por uma bomba centrifuga marca Aberll modelo
PB80 com potência de 2cv;
3) Hidrociclone Rietema: a ser ensaiado;
4) Hidrociclone Bradley: a ser ensaiado;
5) Reservatório: para coleta do efluente do overflow;
6) Reservatório: para coleta do efluente do underflow;
7) Válvulas de controle: controle da vazão.
Foram executadas quatro baterias de experimentos para cada tipo de hidrociclone. As
vazões dos hidrociclones Bradley e Rietema foram obtidas através dos tempos discorridos
durante a coleta do efluente, e pelo volume coletado no “underflow” e no “overflow” de cada
hidrociclone.
37
A vazão alimentada em cada hidrociclone foi definida pela equação (1) e foi calculado
da seguinte forma:
(1)
Onde:
Q = Vazão (m³/s)
V = Volume de efluente coletados no underflow e no overflow (m³)
T = Tempo de coleta de underflow e overflow (segundos)
3.2.3 Dimensões dos hidrociclones
O dimensionamento dos hidrociclones utilizados no experimento foi retirado de
(DAMO; STRAPAZZON, 2009) estabelecido por Rietema e Bradley, cujas dimensões estão
apresentadas na Tabela 3.
Tabela 3: Dimensão dos hidrociclones, conforme (DAMO; STRAPAZZON, 2009), segundo
recomendações de Rietema e Bradley
Parâmetro Tipos de Hidrociclone
Desenho Esquemático Rietema Bradley
Dc 50 mm 50 mm
Di 14 mm 7,1mm
Do 17 mm 10 mm
Du 2,5mm 2,5 mm
L 250 mm 326 mm
L1 25 mm 25 mm
L 20 mm 16,6mm
Θ 12,5 9
Fonte: Adaptado de DAMO; STRAPAZZON, 2009
No anexo C e D estão os desenhos dos hidrociclones com suas devidas dimensões.
38
3.2.4 Número de Reynolds
A obtenção do Número de Reynolds foi baseada em trabalhos acadêmicos, normas de
fabricantes e através do diâmetro da seção da mangueira.
O Número de Reynolds é definido pela fórmula da equação (2) da seguinte forma:
(2)
Onde:
= Massa específica do fluído (kg/m³)
V = Velocidade média do fluído (m/s)
D = Diâmetro do tubo (m)
= Viscosidade dinâmica do fluído (Pa.s)
Nos valores de massa específica e viscosidade dinâmica do fluído foram utilizados
valores da água. Os resultados dos testes foram baseados na entrada total de efluente no
hidrociclone e a saída total do efluente (Q1) nas vazões underflow (Q2) e overflow (Q3),
conforme a equação (3):
(Q1 = Q2 + Q3). (3)
3.2.5 Efluente Tratado
O efluente tratado foi considerado aquele obtido no overflow dos hidrociclones
Rietema e Bradley, sendo utilizado para testar suas eficiências. Os parâmetros analisados
foram SST e turbidez.
39
3.2.6 Eficiência de separação de sólidos
3.2.6.1 Eficiência Total (ET)
A eficiência de separação das partículas em um hidrociclone foi encontrada pela
Eficiência Total (ET), segundo (SVAROVSKY, 2000). A ET do hidrociclone é definida pela
razão entre a massa total de sólidos coletados no concentrado (“underflow”) e a massa total de
sólidos coletados na alimentação, sendo calculada pela equação (4).
(4)
Onde:
ET = Eficiência total (%)
Wsu = Vazão mássica de sólidos recuperados no “underflow” (kg/s)
Wsa = Vazão mássica de sólidos na alimentação (kg/s)
3.2.6.2 Eficiência de remoção
A eficiência de remoção representa a capacidade que o sistema apresenta de remover
sólidos suspensos.
A eficiência de remoção do hidrociclone foi calculada pela equação (5):
(5)
Onde:
Er = Eficiência de remoção (%)
Ca = Concentração de sólidos na alimentação (mg/l)
Cs = Concentração de sólidos na saída (overflow) (mg/l)
40
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 Caracterização do Efluente Bruto
A Tabela 4 mostra os resultados para os sólidos suspensos totais por filtração, sólidos
sedimentáveis, pH, turbidez e DQO do efluente bruto.
Tabela 4: Caracterização do Efluente Bruto de marmoraria.
SST
(mg/l)
Sólidos
Sedimentáveis
(ml/l)
pH Turbidez
(NTU)
DQO (mg/l)
885,66 ± 161,36 1,066 ± 0,0577 7,31 ± 0,14 1263 ± 9,45 416 ± 135,43
Os resultados mostraram que o efluente bruto é constituído por sólidos suspensos
totais, sólidos sedimentáveis, apresentando elevada turbidez e DQO. O padrão DQO para
lançamento depende da vazão de efluentes, isto é, quanto maior a vazão mais restrito o
padrão. No caso da empresa estudada, o valor de DQO para lançamento seria de 400 mg/l,
estando fora dos padrões. Os valores encontrados na caracterização do efluente bruto estão de
acordo com Lagemann (2011) e Fabris (2012), que estudaram o mesmo efluente em diferentes
períodos.
Comparando os resultados com Mossi (2010) que estudou efluente de marmoraria da
região de Passo Fundo, pode-se notar que os SST (720 mg/l) foram notavelmente
semelhantes. Já em relação aos Ssed (7 ml/l), percebe-se diferença, que pode se dar pela
diferença do processo produtivo de uma empresa para a outra, diferenciando assim o efluente
das mesmas.
41
4.2 Efluente Tratado
4.2.1 Vazão
A vazão alimentada nos hidrociclones obtida em cada experimento está apontada na
Tabela 5.
Tabela 5: Vazões dos hidrociclones para os testes com o Bradley e o Rietema.
Teste Bradley (m³/s) Teste Rietema (m³/s)
1 (R1) 8,616x10-5
1 (R1) 1,366x10-4
4 (R4) 3,966x10-4
2 (R2) 6,733x10-4
3 (R3) 5,511x10-4
4 (R4) 7,004x10-4
2 (R2) 5,854x10-4
3 (R3) 1,349x10-3
Na medição da vazão percebe-se que teve variações expressivas. Como se pode notar
na Tabela 5, a maior vazão obtida foi 1,349x10-3
m³/s para o hidrociclone Rietema no teste 3,
e a menor vazão obtida foi 8,616x10-5
m³/s para o hidrociclone Bradley no teste 1. Isso
ocorreu pela diferença entre os modelos de hidrociclones, pela pressão interna e pela
diferença de Reynolds utilizada em cada teste.
4.2.2 Numero de Reynolds
Nos experimentos realizados foram utilizados diferentes valores de Reynolds para os
hidrociclones de dimensões Rietema e Bradley. A faixa ótima de Re para trabalho do
hidrociclone de dimensão Rietema citado por Massarani (1992) é de 5.000 a 50.000, já para o
hidrociclone de dimensão Bradley é de 3.000 a 20.000.
Os valores de cada teste com seu respectivo hidrociclone estão apresentados nas
Tabelas 6 e 7.
42
Tabela 6: Números de Reynolds para o hidrociclone Bradley nos quatro experimentos.
Teste 1 (R1) Teste 4 (R4) Teste 3 (R3) Teste 2 (R2)
Bradley 5758 26539 36882 39022
Tabela 7: Números de Reynolds para o hidrociclone Rietema nos quatro experimentos
Teste 1 (R1) Teste 2 (R2) Teste 4 (R4) Teste 3 (R3)
Rietema 9130 45065 46884 90302
4.2.3 Sólidos Suspensos Totais
A Figura 9 apresenta o gráfico da concentração de sólidos suspensos totais (mg/l) das
correntes de overflow e underflow da marmoraria para o hidrociclone Bradley nos quatro
testes realizados.
Figura 9: Teor de sólidos suspensos totais obtidos para os experimentos com o hidrociclone
Bradley em diferentes números de Reynolds.
Analisando a Figura 9, nota-se que em relação ao hidrociclone Bradley, o experimento
que obteve menos concentração de SST no overflow foi o teste 4 que trabalhou na faixa de
26539 Reynolds.
43
Já o experimento que obteve maior concentração de SST no overflow foi o teste 1 que
trabalhou na faixa de 5758 Reynolds.
O hidrociclone de dimensões Bradley no experimento 4, obteve uma concentração de
130 mg/l no overflow, sendo essa concentração 7 vezes menor que a concentração de entrada
que foi de 885,66 mg/l.
A Figura 10 apresenta o gráfico da concentração de sólidos suspensos totais (mg/l) do
efluente da marmoraria para o hidrociclone Rietema nos quatro testes realizados.
Figura 10: Teor de sólidos suspensos totais obtidos para os experimentos com o hidrociclone
Rietema em diferentes valores de números de Reynolds.
Observando a Figura 10 pode-se notar que para o hidrociclone Rietema, o experimento
que obteve a maior remoção de SST no overflow foi o teste 3, que trabalhou na faixa de
90302 Reynolds.
O experimento que obteve maior concentração no overflow foi o teste 2, que trabalhou
com uma faixa de 45065 Reynolds.
O hidrociclone de dimensões Rietema no experimento 3, obteve uma concentração de
35 mg/l no overflow, sendo essa concentração 25 vezes menor que a concentração de entrada
que foi de 885,66 mg/l.
Comparando assim os dois tratamentos (Bradley e Rietema) para a concentração de
SST no overflow, notou-se diferença significativa na separação de sólidos suspensos desses
equipamentos. O sistema que obteve maior desempenho de remoção dos SST foi o
hidrociclone de dimensões Rietema.
44
Sendo assim, pode se afirmar que para todos os experimentos a concentração de
sólidos no overflow ficou menor que no underflow, indicando a separação dos sólidos.
Comparando os resultados com Lagemann (2011), que após o tratamento por
decantação de 6 horas do efluente atingiu uma concentração de SST de 220 mg/l, o
hidrociclone Rietema obteve uma concentração de 35 mg/l, ou seja, significativamente maior
que a remoção de sólidos no tratamento de Lagemann, (2011).
Confrontando os resultados com Fabris (2012), que após o tratamento do efluente por
sedimentação atingiu concentrações de SST para 6 horas de 190 mg/l, nota-se que a remoção
de sólidos pelo hidrociclone Rietema foi melhor. Fabris (2012) fez análises da densidade dos
sólidos e contatou que alguns possuíam densidade próxima a da água.
4.2.4 Eficiência de remoção de sólidos suspensos totais
A Tabela 8 demonstra os valores encontrados para eficiência de remoção de SST para
os hidrociclones Bradley e Rietema.
Tabela 8: Eficiências de Remoção de SST dos hidrociclones Bradley e Rietema.
(%) Remoção
Bradley
Teste 1 (R1) Teste 4 (R4) Teste 3 (R3) Teste 2 (R2)
66 85 79 83
Rietema
Teste 1 (R1) Teste 2 (R2) Teste 4 (R4) Teste 3 (R3)
85 79 83 96
45
Figura 11: Gráfico de eficiência de remoção de SST do sistema de tratamento pelos
hidrociclones Bradley e Rietema, em função dos Números de Reynolds.
Pode-se observar na Tabela 8 e na Figura 11, que o hidrociclone que obteve maior
desempenho de remoção de sólidos suspensos foi o hidrociclone de dimensões Rietema,
atingindo remoções superiores a 66%, sendo que a melhor remoção atingiu 96% estando na
faixa de 90302 Reynolds. Constatou que Rietema foi o melhor hidrociclone estudado para
remoção de finos, comparado com o Bradley.
ARRUDA (2003) em trabalho de análise e avaliação do desempenho de hidrociclones
de geometria “Demco” comparou os resultados do equipamento avaliado, com outros
hidrociclones de geometria “Bradley”, “Rietema” e “Krebs” previamente estudados por
SOUZA (1999), VIEIRA (2001) e BARBOSA et al. (2001), respectivamente. Essas
comparações permitiram inferir que o hidrociclone de geometria “Rietema” apresentou
melhor desempenho. Já Mossi (2010), comparou o desempenho de hidrociclones de geometria
“Bradley” e “Rietema” para remoção de particulado fino, e constatou que o hidrociclone que
obteve a melhor remoção foi o de dimensões Bradley, atingindo 83% de remoção de SST.
Comparando com outros tratamentos físicos, Lagemann (2011) e Fabris (2012) em
trabalho de análise de remoção de sólidos para efluente de marmoraria, por decantação
atingiram eficiências maiores que 90%. Portanto pode-se dizer que as eficiências dos
tratamentos analisados foi semelhante a outros métodos físicos de separação.
46
4.2.5 Eficiência Total
A Tabela 9 apresenta os valores encontrados de eficiência total para os testes em
hidrociclones Bradley e Rietema. A eficiência total é baseada nas vazões mássicas dos
sólidos.
Tabela 9: Eficiência Total dos hidrociclones Bradley e Rietema
Eficiência Total
Bradley
Teste 1 (R1) Teste 4 (R4) Teste 3 (R3) Teste 2 (R2)
26,88 % 17,88 % 24,16 % 17,85 %
Rietema
Teste 1 (R1) Teste 2 (R2) Teste 4 (R4) Teste 3 (R3)
39,81 % 3,43 % 2,01% 27,20 %
A Figura 12 demonstra as eficiências totais dos processos de tratamento por número
de Reynolds.
Figura 12: Gráfico de eficiência total do sistema de tratamento pelos hidrociclones Bradley e
Rietema, em função dos Números de Reynolds.
O experimento 1 do hidrociclone de dimensões Rietema teve uma eficiência total de
39,81%, sendo esta a melhor eficiência total encontrada, com nº de Reynolds na faixa de 9130
dentro da faixa indicada por Massarani (1992).
47
Comparando com outros experimentos, VIEIRA et al. (2001) observou eficiências
totais de 55% a 78% em experimentos realizados. ALVES (2006), avaliando o desempenho
de hidrociclones em separar leveduras alcoólicas observou que houve incremento na
eficiência total com o aumento da queda de pressão. O aumento da queda de pressão
contribuiu de forma positiva na redução do diâmetro de corte e diâmetro de corte reduzido. O
autor comenta que os hidrociclones avaliados (Akw, Bradley e Krebs) apresentam potencial
para separação de leveduras com eficiência total de 40% a 50%, ressaltando que o
desempenho melhora com o uso desses equipamentos quando instalados em série.
A maior eficiência total obtida no presente trabalho ficou próximo das outras
encontradas na literatura.
O fato de a eficiência ter dado baixa pode ser falha no hidrociclone, diferentes vazões
e número de Reynolds encontrados. Testes futuros com outro dimensionamento, melhor
condição experimental e número de Reynolds diferentes podem vir a dar um valor melhor de
eficiência total.
4.2.6 Turbidez
A Tabela 10 apresenta os valores de turbidez (NTU) do efluente da marmoraria em
função dos hidrociclones Bradley e Rietema para os quatro testes realizados.
Tabela 10: Turbidez dos hidrociclones Bradley e Rietema.
Turbidez (NTU)
Bradley Rietema
Overflow Underflow
Teste 1 (R1)
Overflow Underflow
Teste 1 (R1) 987 1050 857 857
Teste 4 (R4) 890 1401 Teste 2 (R2) 1000 1000
Teste 3 (R3) 961 1466 Teste 4 (R4) 952 1324
Teste 2 (R2) 955 1354 Teste 3 (R3) 1000 1290
Observando a Tabela 8, tanto para Bradley como para Rietema ocorreu redução de
turbidez no overflow, em relação ao efluente bruto que obteve valor de 1263 NTU.
48
Comparando os resultados com Fabris (2012), que obteve 195 NTU para 6 horas de
sedimentação, e Lagemann (2011) que obteve para decantação de 6 horas 46 NTU, pode-se
notar que a remoção de turbidez através do hidrociclone é influenciada pelo regime turbulento
de escoamento.
A turbidez no sistema de hidrociclone é mais elevada em comparação com a turbidez
de Fabris(2012) e Lagemann(2011) pelo fato de ocorrer agitação do efluente dentro do
hidrociclone, pela força centrifuga, quebrando as partículas dos sólidos.
Sendo assim o efluente tratado por hidrociclone precisa passar por pós tratamento para
a remoção de turbidez. Lagemann (2011) e Fabris (2012) indicam a flocodecantação como
forma de remover a turbidez deste tipo de efluente.
49
5 CONCLUSÃO
O efluente bruto da empresa analisada teve sua caracterização semelhante ao de outras
empresas do mesmo ramo, sendo caracterizado pelos elevados teores de SST.
O hidrociclone é um equipamento eficaz na separação de sólidos suspensos com massa
específica maior que a do fluído que o compõem.
A maior remoção de sólidos para o hidrociclone Rietema ocorreu na faixa de 90.302
Reynolds. Já para o Bradley a melhor remoção ocorreu na faixa de 36.882 Reynolds.
O hidrociclone que se mostrou mais eficiente foi o de dimensões Rietema, que obteve
uma eficiência de remoção de 96% dos sólidos existentes no efluente, uma eficiência total de
39%.
O hidrociclone de dimensões Rietema pode ser indicado para o uso de tratamento de
efluentes gerados em empresas de processo de polimento, corte e acabamento de mármore,
pela sua eficiência e pequeno espaço físico.
50
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56
ANEXO A
As análises de turbidez foram realizadas no aparelho Turbidímetro, no qual foi
calibrado o aparelho de acordo com as instruções do fabricante, retirado de cada amostra uma
pequena fração de líquido para ser inserido no turbidímetro, para poder ser medida a turbidez,
tendo assim os valores para cada amostra em escala NTU.
Figura 13: Turbidímetro usado para medir a turbidez das análises.
57
ANEXO B
O pH das amostras foi medido em um peagâmetro digital (Tecnal, Tec-5). Foi feita a
limpeza do eletrodo com água destilada e seco com papel absorvente, para ser feita a
calibração do mesmo com duas soluções tampões diferentes, mergulhando o eletrodo limpo
na solução tampão pH 7,0 e após na solução tampão pH 4,0. O eletrodo foi limpo com água
destilada e secado. Começada a leitura do pH das amostras, foi utilizado um béquer com
quantidade de amostra em que o eletrodo ficasse imerso no líquido, sem ele encostar-se às
paredes e fundo do béquer, leitura do pH é feita no visor digital.
58
ANEXO C
Dimensões do hidrociclone Rietema.
Figura 14: Planta do Hidrociclone Rietema.
59
ANEXO D
Dimensões para o hidrociclone Bradley.
Figura 15: Planta do Hidrociclone Bradley.
