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SEDIMENTAÇÃO
Conceito:
É a separação de uma suspensão diluída pela sedimentação gravitacional, até se ter um fluido límpido e uma lama com maior teor de sólidos.
Mecanismo da Sedimentação
Pode ser descrito observando um ensaio de sedimentação dos sólidos numa suspensão colocada numa proveta:
Figura 1 – Ensaio de sedimentação em proveta
A zona D é de sólidos sedimentados e inclui, predominantemente, as partículas mais pesadas, com sedimentação mais rápida.
Numa zona de transição, mal definida, acima do material sedimentado, existem
canais através dos quais o fluido se eleva. Esse fluido é expelido da zona D à medida que esta zona é comprimida.
A zona C é uma região de distribuição variável de tamanhos e de concentração não uniforme.
A zona B é uma zona de concentração uniforme, com aproximadamente a mesma concentração e distribuição que a inicial.
A zona A constitui a região de líquido límpido.
À medida que a sedimentação continua, as alturas de cada zona variam, conforme indicado na Figura 1 (etapas “c” e “d”). Observa-se que A e D aumentam às expensas de B.
Finalmente, chega-se a um ponto em que B e C desaparecem, e todos os sólidos estão em D; este é conhecido como o ponto de sedimentação crítico, isto é, o ponto em que uma única interface nítida forma-se entre o líquido límpido e os sedimentos. Daí por diante, o processo de sedimentação consiste na compressão lenta dos sólidos, com a expulsão do líquido retido entre os sólidos para a zona límpida.
As operações de sedimentação industrial podem ser efetuadas de forma contínua ou descontínua em equipamentos denominados decantadores ou sedimentadores. Estes, por sua vez, subdividem-se em espessadores , quando o produto visado é a lama decantada (por exemplo, no tratamento de minérios) ou clarificadores , quando o produto visado é o líquido límpido (por exemplo, no tratamento de água para distribuição em cidades)
Decantador descontínuo
Opera como o exemplo descrito (ensaio em proveta). Consiste em um tanque cilíndrico com aberturas para a alimentação da suspensão e retirada dos produtos.
Figura 2 – Diagrama esquemático de um decantador
Decantadores Contínuos
- São tanques rasos, de grande diâmetro, onde operam grades que giram lentamente e removem a lama. As grades servem para raspar a lama, conduzindo-a para o centro do fundo do tanque, por onde é descarregada. O movimento das grades também “agita” suavemente a camada de lama, favorecendo a remoção da água retida na lama;
- A suspensão é alimentada pelo meio do tanque;
- Em torno da borda do tanque estão os vertedores para o líquido límpido.
Figura 3 – Decantador contínuo
Cálculos do Decantador Contínuo
O projeto de um decantador exige a especificação da área da seção reta e da profundidade. A partir de um ensaio de sedimentação descontínua, em proveta, é possível projetar uma unidade capaz de produzir, de maneira contínua, um produto com características especificadas.
A Figura 4 mostra os resultados de um ensaio realizado em proveta. A altura da interface entre o líquido límpido e os sólidos foi plotada em função do tempo de sedimentação.
Figura 4 – Curva de um ensaio de sedimentação em proveta
Figura 5 – Representação gráfica do cálculo de
Analisando a Figura 5 pode-se escrever: (5)
Combinando as equações (3), (4) e (5), temos:
(6)
Procedimento de Talmadge e Fitch
- Traçar uma tangente à parte inicial da curva de sedimentação;
- Traçar uma tangente à parte final da curva, onde a velocidade é quase constante;
- Prolongar estas duas tangentes até que elas se interceptem num ponto. Na intersecção, traçar a bissetriz do ângulo formado entre as duas tangentes;
- A intersecção da bissetriz com a curva de sedimentação dá uma estimativa do instante F 07 1 C em que os sólidos entram na zona de compressão; a concentração em F 0 7 1 C^ é c^ c^ ;
- Traçar uma tangente à curva de sedimentação no instante F 07 1 c;
- O processo de espessamento vai da concentração cc até a concentração c^ u. Portanto, pode-se escrever um balanço de massa dos sólidos presentes na suspensão:
ou
Como são conhecidos co, c^ u e zo, a equação (7) permite obter o valor de z^ u:
(8)
- Traçar uma linha horizontal, passando em z = zu;
- A intersecção desta linha horizontal com a tangente à curva de sedimentação no instante F 07 1 c fornece uma estimativa do tempo necessário para que a lama atinja a concentração desejada (F 07 1 u).
Na operação contínua, a velocidade com que se forma a camada de concentração c (^) u deve ser igual à velocidade com que os sólidos entram no decantador, ou seja:
(9)
onde:
vazão de alimentação da suspensão no decantador (volume/tempo).
Combinando as equações (7) e (9) tem-se:
