Sedimentação, Notas de estudo de Engenharia Química

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TA 631 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS ITA 631 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS I

Aula 18: 25/05/

Decantação Decantação ee

Sedimentação Sedimentação

 Retirada de sólidos valiosos de suspensões, por

exemplo: a separação de cristais de um licor-mãe;

 Separação de líquidos clarificados de suspensões;

 Decantação de lodos obtidos em diversos processos

(ex.: tratamento de efluentes e de água potável, etc.).

Aplicações:

 (^) Se as partículas forem muito pequenas, existe o Movimento Browniano.  (^) Ele é um movimento aleatório gerado pelas colisões entre as moléculas do fluido e as partículas.  (^) Nesse caso, a teoria convencional do movimento de uma partícula em um fluido não deve ser usada e recorre-se a equações empíricas.

Movimento Browniano de uma partícula

http://www.youtube.com/watch?v=74RL_FlYJZw&feature=relate d 4

É a separação de uma suspensão diluída pela ação da força do campo gravitacional, para obter um fluído límpido e uma “lama”com a maior parte de sólidos.

1. Sedimentação Tipos de lama: tempo

A sedimentação industrial ocorre em equipamentos denominados tanques de decantação ou decantadores, que podem atuar como espessadores ou clarificadores. Quando o produto é a “lama” se trata de espessador, e quando o produto é o líquido límpido temos um clarificador. Zonas de sedimentação em um sedimentador contínuo

Exemplo – Velocidade de Sedimentação : A tabela abaixo mostra um ensaio de suspensão de calcário em água, com concentração inicial de 236g/L. A curva mostra a relação entre velocidade de sedimentação e a concentração dos sólidos. Tempo, h Altura da interface, cm 0 36 0,25 32, 0,50 28, 1,00 21 1,75 14, 3,00 12, 4,75 11, 12,0 9, 20,0 8, Eq. Reta no instante i: zL=zi-vL*t zL Zi vL = (zi-zL)/t

t

Exercício

Um lodo biológico proveniente de um tratamento secundário de rejeitos, deve ser concentrado de 2500 até 10900 mg/litro, em um decantador contínuo. A vazão de entrada é 4,5 x 10 6 litros por dia. Determine a área necessária a partir dos dados da tabela. Tempo (min) 0 1 2 3 5 8 12 16 20 25 Altura da interface (cm) 51 43,5 37 30,6 23 17,9 14,3 12,2 11,2 10,

0 0 Z C Z C Z C c c u u   Considerando área de sedimentação constante u u C Z C Z 0 0  Z cm u 11 , 7 10900 51 2500    Tempo = 11, min

► (^) Sedimentação discreta (Tipo 1): As partículas permanecem com dimensão e velocidade constantes ao longo do processo de sedimentação. ► (^) Sedimentação floculenta (Tipo 2): As partículas se aglomeram e sua dimensão e velocidade aumentam ao longo do processo de sedimentação. ► (^) Sedimentação em zona (Tipo 3): As partículas sedimentam em massa (e.g., adição de cal). As partículas ficam próximas e interagem. ► (^) Sedimentação por compressão (Tipo 4): As partículas se compactam como lodo. CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DE SEDIMENTAÇÃO

2. SEDIMENTAÇÃO DISCRETA (TIPO 1) ► (^) As partículas permanecem com dimensões e velocidades constantes ao longo do processo de sedimentação, não ocorrendo interação entre as mesmas. Decantadores em uma instalação de tratamento de esgotos

Decantador laminar de placas 16 Canal de Água Floculada Escoamento preferencial Canal de Água Decantada Descarga de Lodo

t H v s  t L BH t LBH Area Q vh    

B

H

L

Vh Vs L v H v h S .  Area Q Q v A v h h   .   Considere o decantador horizontal ao lado e a trajetória da partícula sólida (linha tracejada): Taxa de escoamento superficial na direção “h”: Velocidade média da partícula na direção “s”: (velocidade de sedimentação)

[1]

[2]

Isolando “t” de [1] e substituindo em [2] tem-se:

[3]

Como a velocidade da partícula na direção “h” é a mesma do fluído, tem-se de [1]: [4]

Cálculos de Projeto t 1 t = t^2 -t^1 = t t 2

17

Área de escoamento

Q

BH

Q

vh

 

Exemplo: Dimensionamento de um sedimentador convencional.

Re  

f

vh Rh f

Perímetro Molhado

Áreade escoamento

R  RaioHidráulico 

h

Exigência:

(1) A área do sedimentador

(2) O tempo de residência da partícula no sedimentador

onde

• Vazão: 1,0 m 3

/s

• (^) Número de unidades de

sedimentação: 4

• (^) Velocidade de sedimentação das

partículas sólidas: 1,67m/h

(valor obtido de um estudo prévio)

• (^) Profundidade da lâmina líquida:

H=4,5 m

• (^) ρ

f = 1000 kg/m

3

e μf = 1 cP

Pede-se para calcular:

B

H

L

Vh Vs t 1 t 2 t=t 2 -t 1 =t

(3) A velocidade horizontal

19

dia m dia horas hora s s m Q total 3 3 86400 1 24 . 1 60 min . 1 min 60 . 1    m dia m v m h s (^) 2 3 40  1 , 67 /  dia m dia sedimentad ores m Q (^) sedimentador 3 3 21600 4 1 . 86400   

Resolução:

(1) Área do sedimentador

Area desedimentaç ão

Q

BL

Q

vS

 

2 540 21600 40 BL m BL    (Dado fornecido) Substituindo a Q e vs tem-se: Admitindo uma relação entre L/B igual a 4 (valor geralmente usado), tem-se: 4B^2 = 540 m^2 B  11,62 m L  46, m

B

H

L

20