Upload
anderson-formiga
View
1.121
Download
4
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Breve apresentação sobre SEDIMENTAÇÃO
Citation preview
SEDIMENTAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA AGROALIMENTAR
UNIDADE ACADÊMICA DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS
DISCENTE: ANDERSON DOS SANTOS FORMIGADISCIPLINA: OPERAÇÕES UNITÁRIAS IDOSCENTE: JOSÉ ETIMÓGENES DUARTE VIEIRA SEGUNDO
INTRODUÇÃO
A sedimentação é uma operação de separaçãosólido-líquido baseada na diferença entre asconcentrações das fases presentes na suspensãoa ser processada, sujeitas a ação do campogravitacional.
A sedimentação da fase particulada ocorre emtanques cilíndricos chamados desedimentadores ou decantadores.
INTRODUÇÃO
Ilustração de um sedimentador.
TIPOS DE SEDIMENTADORES
Classificação de acordo com a função
Espessadores
Caracteriza-se pelaprodução de espassadoscom alta concentração departículas.
Produto de interesse
Fase particulada
Clarificadores
Caracterizam-se pela produçãode espessados com baixaconcentração de partículas.
Produto de interesse
Fase líquida
TIPOS DE SEDIMENTADORES
Classificação de acordo com a geometria
Sedimentador Clássico
Retira tanto o clarificado(overflow) quanto o espessado(underflow).
Sedimentador Lamelado
As partículas sedimentam sobreas lamelas e deslizam até o fundodo equipamento, formando umaespécie de lama.
TEORIA E HIPÓTESESFluidodinâmica
Modelo da velocidade terminal Descartada
Teoria das Misturas da Mecânica do Contínuo A partir dasequações da continuidade e do movimento para cada fase envolvidapodemos entender o processo de sedimentação.
Podemos formular as seguintes hipóteses
A fase fluida comporta-se como um fluido newtoniano eincompressível;
O projeto de um sedimentador tem como base a operação em bateladano que acarreta regime transiente (∂/∂t ≠ 0);
Escoamento unidimensional e em contracorrente das fases fluida eparticulada, considerando-se que 𝑉Ascensional do líquido ≤ 𝑉Sedimentação,
para que não haja particulados no extravasante;
TEORIA E HIPÓTESESFluidodinâmica
A 𝑉Sedimentação da fase particulada depende somente da concentração
local de sólidos;
Considera-se o modelo da porosidade do meio para o tensor tensão na fase particulada ser função somente da porosidade do meio (fração de vazios):
Para a região de sedimentação livre:
Para a região de compactação:
Na qual α0,α1,α2 são constantes empíricas.
TEORIA E HIPÓTESESFluidodinâmica
Considera-se escoamento de Darcy, de modo que a força resistiva,m, seja escrita por:
Admite-se que as suspensões não sejam suficientementeconcentradas, de modo a desconsiderar o fenômeno dasedimentação impedida, nesse caso, a velocidade relativa, U, podeser aproximada como:
Na qual 𝑢𝑝 é a velocidade intersticial da fase particulada.
TEORIA E HIPÓTESESFluidodinâmica
Dessa maneira as equações da continuidade e domovimento para a fase particulada podem ser escritascomo:
PROJETO DE UM SEDIMENTADOR
CONTÍNUODeterminar altura e área transversal do sedimentador.
Baseiam-se nos testes de proveta, ou seja, na curva desedimentação, que é obtida através de um ensaio de sedimentação.
Esquema de um sedimentador contínuo.
CÁLCULO DE ÁREA DE UM
SEDIMENTADORBalanço de massa da fase particulada
Balanço de massa da fase líquida
Do arranjo dessas equações tem-se:
Dividindo a equação da fase líquida pela área:
CÁLCULO DE ÁREA DE UM
SEDIMENTADOR
Para que não haja particulados no extravasante, considera-se Vascensional ≤ Vsedimentação.
Então,
Reorganizando
DIMENCIONAMENTO DE UM
SEDIMENTADOR
O projeto de um sedimentador baseia-se na curva de sedimentação.
Obtida através de um ensaio de sedimentação com uma amostra a ser clarificada.
HIPÓTESES
A. Método de Coe e Clevenger;B. Método de Kynch;C. Método de Biscaia Jr.
DIMENCIONAMENTO DE UM
SEDIMENTADOR
Primeiro procedimento proposto para o projeto de sedimentadores.
Fundamentado a partir de testes em batelada e diversas concentrações
volumétricas.
Considera que a área de um sedimentador contínuo deve ser suficiente para
permitir a decantação de todas as partículas alimentadas.
Considerações
A velocidade de decantação dos sólidos em cada zona é função daconcentração local da suspensão: v = f (C);
As características essenciais do sólido obtido durante ensaios de sedimentaçãodescontínuos não se alteram quando se passa para o equipamento de largaescala.
O maior valor obtido de área é eleito como o valor de projeto
Método de Coe e Clevenger
DIMENCIONAMENTO DE UM
SEDIMENTADOR
Método de Coe e Clevenger
DIMENCIONAMENTO DE UM
SEDIMENTADOR
Desenvolveu uma teoria matemática para a sedimentação querequer apenas um ensaio, ou seja, uma redução drástica nosnúmeros de ensaios, que forneça a curva de sedimentação.
Considerações
Sedimentação unidimensional.
A concentração aumenta com o tempo no sentido do fundo dosedimentador.
A velocidade de sedimentação tende ao valor zero quando aconcentração tende ao seu valor máximo.
A velocidade de sedimentação depende somente da concentraçãolocal de partículas.
Os efeitos de parede não são considerados.
Método de Kynch
DIMENCIONAMENTO DE UM
SEDIMENTADORMétodo de Kynch
Movimento de uma única interface
Área para cada par de (qi , εi)
DIMENCIONAMENTO DE UM
SEDIMENTADOR
Região de líquido clarificado em que não há a presença de partículas (𝜀𝑝= 0);
Região de sedimentação livre, onde a concentração de partículas é igual a sua
concentração inicial e a velocidade de sedimentação é constante (𝜀𝑝 = 𝜀𝑝0, 𝑢𝑝 = 𝑢𝑝0);
Região de transição, onde ocorre o aumento na concentração da fase particulada de
𝜀𝑝0 para 𝜀𝑝𝑚, e a velocidade de sedimentação decresce desde 𝑢𝑝 = 𝑢𝑝0 para 𝑢𝑝0 = 0
Região de formação de sedimento em que a concentração de partículas é máxima e a
velocidade de sedimentação e nula.
Método de Kynch
DIMENCIONAMENTO DE UM
SEDIMENTADOR
Método de Kynch
Ensaio de proveta na versão Kynch
DIMENCIONAMENTO DE UM
SEDIMENTADOR
Propôs uma simplificação ao procedimento de Kynch e àminimização da relação entre a vazão e área, baseado no fato de quea curva de sedimentação resulta na combinação de uma reta comuma exponencial.
O valor de tmin é o tempo correspondente a:
Método de Biscaia Jr.
DIMENCIONAMENTO DE UM
SEDIMENTADOR
Método de Biscaia Jr.
Simplificação de Biscaia Jr
DIMENCIONAMENTO DE UM
SEDIMENTADORCálculo da altura do sedimentador
Esquema de alturas de um sedimentador convencional
DIMENCIONAMENTO DE UM
SEDIMENTADOR
Soma das parcelas:
H = H1 + H2 + H3
Altura de espessamento pode ser estimada através de um balanço de material
H2 =4
3𝑍𝑚𝑖𝑛
tR𝑡𝑚𝑖𝑛
A altura no fundo do sedimentador é dada por:
𝐻3 = 0,073 𝑥 𝐷
Onde D é o diâmetro do sedimentador.
Cálculo da altura do sedimentador
Referências Bibliográficas
CREMASCO, M.A. Operações Unitárias em Sistemas Particulados e Fluidomecânicos. São Paulo. Blucher, 2012.
Disponível em: <http://www.cetem.gov.br/publicacao/CTs/CT2004-189-00.pdf>, acesso em 14 de março de 2014.