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VERIFICAÇÃO DOS MÉTODOS DE AMPLIAÇÃO DE ESCALA PELO
PROCESSO DE COAGULAÇÃO E FLOCULAÇÃO EM TANQUES COM
AGITAÇÃO MECÂNICA
Carlos Eduardo Romero Vicente^1 , Renan Duarte Vasconcelos 1 , Aline de Campos
Mendonça 1 , Andressa Caroline Ferreira Salles 1 , Amanda Maurell Lobo Pereira^1 , Fabio
Henrique Andrade Silva^1 , Thaís de Gennaro^1 , Fernando Marques Fernandes 2 , Deovaldo
de Moraes Júnior 3
1. Alunos do curso de Engenharia Química da Universidade Santa Cecília.
2. Professor MS. do curso de Engenharia Química da Universidade Santa Cecília.
3. Professor DR. do curso de Engenharia Química da Universidade Santa Cecília.
Resumo
No presente trabalho avaliaram-se os métodos para ampliação de escala ( scale–up ), de tanques
com agitação mecânica contendo sólidos em suspensão, com aplicação em sistemas de
coagulação e floculação para tratamento de água.
Na realização dos ensaios foram empregados uma unidade de bancada com capacidade de 1,
litros e duas unidades piloto com 9,5 litros e 48 litros, com dimensões padronizadas por Rushton.
Estas unidades foram compostas de um tanque cilíndrico equipado com chicanas e agitação
efetuada por meio de impulsores mecânico com seis pás planas acopladas a motores de rotação
variável. Para o cálculo da potência, o tanque de bancada foi colocado em balanço e nas unidades
piloto o motor foi instalado em balanço.
Nos ensaios realizados na unidade de bancada e nas unidades piloto empregou-se uma solução
de caulinita na concentração de 125 ppm. Foi utilizado uma solução de NaOH 1N para o controle
do pH, uma solução de sulfato de alumínio com 50 ppm como agente coagulante. Empregou-se
cinco técnicas de ampliação de escala: potência por unidade de volume constante (mesmo
Gradiente de Velocidade), velocidade na extremidade do impulsor constante, tempo de mistura
constante, capacidade de bombeamento constante e número de Reynolds constante. Os
resultados indicaram que a técnica da mesma capacidade de bombeamento é a que melhor
reproduz os resultados de turbidez da ampliação de escala.
Palavra – Chave: Ampliação de escala; Coagulação e Floculação; Gradiente de velocidade.
Introdução
A água é uma das necessidades indispensáveis para a vida dos seres humanos. Se
consumida sem tratamento adequado, pode trazer doenças, que ainda são motivos de
preocupação para mais de um bilhão de pessoas no mundo. Neste cenário, as usinas de
tratamento de água são de grande importância. Os métodos mais empregados para o
tratamento de água são anaeróbio, aeróbios e os físico-químicos. O método físico-
químico, mais especificamente o de coagulação e floculação, adota para ampliação de
escala a constância de um parâmetro (G) que independe do formato do tanque e do tipo
de impulsor, apesar de se saber da grande influência destes parâmetros na eficiência da
operação. (BALDINO JR. A. C. IN SHIMIDELL W. ; LIMA U. A. ; AQUARONE E. ;
BORZANI W. , 2001) apresenta algumas técnicas gerais (não específicas para o
tratamento físico-químico) utilizadas na ampliação de escala de tanques com impulsores
mecânicos: Potência (P) por unidade de volume (V) constante, Velocidade constante na
extremidade do Impulsor, Número de Reynolds constante, Constância do tempo de
mistura e Constância da capacidade de bombeamento do impelidor.
Objetivo
Este trabalho teve como objetivo, propor um método de ampliação de escala no processo
de coagulação e floculação, a partir da análise do resultado de ensaios em tanques com
impulsor mecânico.
Materiais e Métodos
Na escala I (fig. 1) empregou-se um béquer de 1,5L. Foram realizados experimentos
usando uma solução mãe de Caulinita com concentração de 125 ppm. Foi mantido um pH
de 6,5 (NUNES, 1996) com o auxílio de um medidor de pH. Fixou-se uma rotação para a
homogeneização e correção do pH. Colocou-se o impulsor na agitação máxima (estágio
de coagulação). Adicionou-se 15 mL do coagulante e após 5 segundos (MACCABE;
SMITH; HARRIOTT, 2005) abaixou-se para a rotação mínima (estágio de floculação). A
cada 15 minutos foram colhidas amostras de quatro pontos diferentes para medir sua
turbidez. Com 30 minutos interrompeu a agitação (estágio de decantação) e foram
colhidas amostras por mais 1 hora, mantendo-se os intervalos de 15 minutos. A força foi
medida com o dinamômetro pelo braço com 0,245 m, ainda na rotação máxima, e a
temperatura foi medida com o termômetro, na rotação mínima.
pH Ó�mo 6,5 6,5 6, Concentração Ó�ma de Coagulante
50 ppm 50 ppm 50 ppm
Tempo Mistura Rápida 5 s 5 s 5 s Tempo Mistura Lenta 30 min. 30 min. 30 min.* Rotação Mistura Lenta (rpm)**
Rotação Mistura Rápida (rpm)
1300 a B c d e a b c d e 884 729 1125 1300 409 604 412 975 1300 130 Força Medida (N) 0,1471 3,93 2,34 5,53 7,2 0,85 5,95 2,82 11,9 15,3 0, Potência (W) 4,91 43,65 21,44 78,18 117,62 4,37 282,35 91,31 911,26 1531,55 3, Tabela 2 - Valores da Turbidez (NTU) T P*** Escala I a B c d e a b c d e COM AGIT AÇÃO**
0 Topo 47,8 43,5 48,7 51,7 46,5 50,6 51,5 45,5 51,6 49,7 45, 1/3 44,8 45,8 53,0 52,0 46,9 47,4 45,5 46,2 52,3 53,5 44, 2/3 47,8 48,4 52,0 52,6 43,2 46,7 47,7 44,1 48,3 50,4 46, Fundo 47,9 47,0 51,5 54,6 42,8 40,4 42,2 46,0 49,1 52,4 44, 15 Topo 32,5 42,8 46,8 47,9 40,2 44,7 45,9 42,2 50,3 49,5 42, 1/3 29,3 43,2 48,1 48,9 38,9 43,2 48,5 45,0 51,2 51,0 43, 2/3 32,7 46,1 47,0 49,8 36,8 38,9 47,7 44,3 50,0 50,4 43, Fundo 26,3 42,0 48,9 50,3 38,4 41,9 45,5 44,9 49,0 49,9 43, 30 Topo 29,2 42,8 44,1 47,8 34,9 39,2 43,6 43,1 48,0 43,9 42, 1/3 25,8 41,7 45,3 46,0 32,6 38,9 42,6 41,7 47,2 48,2 40, 2/3 27,8 38,7 46,1 46,2 29,2 38,0 41,1 39,5 49,3 45,8 40, Fundo 36,6 38,1 45,8 47,4 33,5 37,8 42,5 41,7 49,6 44,6 41, SEM AGIT AÇÃO
45 Topo 23,6 40,0 40,0 40,6 28,8 36,0 38,8 33,5 50,8 44,5 40,
Fundo 25,1 38,2 41,9 42,1 28,2 34,4 37,2 37,3 49,7 45,1 39, 60 Topo 22,4 38,7 37,3 38,4 25,5 33,0 36,5 30,3 43,9 39,2 38, 1/3 23,4 37,0 36,7 39,2 24,1 33,1 35,2 32,3 46,2 43,1 36, 2/3 22,9 39,3 40,5 39,2 24,5 31,6 34,0 36,4 48,0 42,2 39, Fundo 21,8 36,7 38,6 38,4 24,8 36,8 36,3 37,3 45,5 45,7 38, 75 Topo 19,7 36,9 35,8 36,0 22,3 31,3 33,3 27,7 44,6 39,0 35, 1/3 20,6 37,9 36,4 36,3 23,5 31,0 31,6 31,1 43,5 40,8 38, 2/3 20,0 35,2 36,6 37,2 23,2 30,2 32,8 29,2 43,7 41,6 38, Fundo 21,6 34,9 38,4 37,7 23,3 29,9 32,8 36,7 43,7 41,1 39, 90 Topo 18,2 34,2 33,9 35,0 22,8 30,0 31,0 23,4 43,3 39,8 34, 1/3 19,3 35,1 34,7 35,7 22,0 27,7 31,5 27,6 41,4 38,7 37, 2/3 19,3 34,2 36,7 36,0 21,5 27,7 33,3 27,4 42,6 40,5 39, Fundo 22,2 36,0 36,2 35,8 21,3 29,6 31,3 32,5 40,7 42,7 38,
- 30 a 40 min. - Richter C. e Azevedo Ne�o, J. M., 2005, p. 99 ** T = Tempo em minutos *** P = Posição da amostra de fluido re�rada a - potência por unidade de volume constante b - velocidade na extremidade do impulsor constante c - tempo de mistura constante d - capacidade de bombeamento constante e - número de Reynolds constante
Conclusão
De acordo com os dados obtidos chegou-se à conclusão de que o método com melhores
resultados de reprodutibilidade de turbidez foi o de capacidade de bombeamento
constante (coluna d, tabela 2). Porém, por ter um custo elevado para as indústrias devido
à sua alta rotação recomenda-se o método de mesma potência por unidade de volume
constante (coluna a, tabela 2).
Referências Bibliográficas
Baldino Jr. A. C. in AQUARONE E.; BORZANI W.; LIMA U. A.; SCHMIDELL, W.
Biotecnologia Industrial - Engenharia Bioquímica , São Paulo: Blucher, 2001 V. 2, 541p.
NUNES, J. A. Tratamento Físico-Químico de Águas Residuárias Industriais , Aracaju:
Gráfica Editora J. Andrade, 1996 2ª edição, 277p.
MAcCABE; SMITH; HARRIOTT. Unit Operations of Chemical Engineering , 7ª ed.
Singapore: McGraw-Hill, Inc., 2005
RICHTER, CARLOS A.; NETTO, JOSÉ M. A. Tratamento de Água - Tecnologia
Atualizada , São Paulo: Blucher, 1991, 332p.
