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UnG - Universidade de Guarulhos, Guarulhos, SP 20 - mai- 2020 Orientador de estágio interno: Adriano Garcia Autora do artigo: Thamires Onorato
Tamanho da partícula e viscosidade: relação com a velocidade da
sedimentação.
Resumo: A sedimentação é um processo de separação de misturas com base na diferença de densidade da fase dispersante e a fase dispersa. Em estação de tratamento de água (ETA) é feita entre água e sólidos (partículas) em suspensão, onde há deposição dessas partículas por conta da diferença de densidade, possibilitanto sua remoção. Existem alguns fatores que influenciam diretamente a velocidade de sedimentação. O objetivo deste trabalho é analisar experimentalmente quais são dois desses fatores: viscosidade (fase dispersante) e tamanho da partícula (fase dispersa). Palavras-chave: sedimentação, velocidade, densidade, viscosidade, tamanho da partícula.
Particle size and viscosity: relationship with sedimentation speed.
Abstract: Sedimentation is a process of separating mixtures based on the difference in density of the dispersing phase and the dispersed phase. The water treatment plant (ETA) is made between water and suspended solids (particles), where the particles are deposited due to the difference in density, allowing their removal. There are some factors that directly influence sedimentation speed. The objective of this work is to analyze experimentally which are two of these factors: viscosity (dispersing phase) and particle size (dispersed phase). Key words: sedimentation, velocity, density, viscosity, particle size.
Introdução
A sedimentação é um dos temas mais estudados na mecânica dos fluídos. De tempos em tempos são apresentadas novas equações para chegar na velocidade da sedimentação. Essa constante atualização se deve ao fato de que na prática é necessário que essa velocidade seja alta, e muitas vezes as formulações a serem sedimentadas possuem parâmetros e características complexas. A definição de sedimentação se dá pelo escoamento gerado no meio fluido. Sua finalidade é separar partículas sólidas ou gotas de líquido através de um fluido, podendo ser um fluido gasoso ou líquido, ou até mesmo uma separação entre líquidos imiscíveis que possuem diferentes densidades. A sedimentação é um processo de separação muito utilizado no tratamento de água, efluentes e esgotos. Nessas situações a sedimentação tem duas finalidades, uma delas é eliminar as partículas da corrente, contribuindo na sua descontaminação, neste caso é utilizando o sedimentador é classificado como clarificador. A outra finalidade é recuperar as partículas, esse sedimentador é classificado como espessador. Por velocidade de sedimentação se entende a velocidade de imersão, ou de deposição com a qual uma partícula sedimenta dentro de uma mistura heterogênea. Para determinação da velocidade, de acordo com a Lei de Stokes é necessário conhecer o raio das partículas dispersas, densidade da fase dispersa, densidade da fase contínua, aceleração da gravidade e viscosidade da fase contínua. Isso admite que qualquer um desses fatores podem influenciar na velocidade da sedimentação. Um outro fator importante para se entender sobre a sedimentação são as forças que atuam sobre a partícula (podendo ser um sólida ou líquida) durante a sedimentação. Essas forças são a força do peso (𝐹𝐺 ), força de impulsão (𝐹𝐴 ) e força de resistência ( 𝐹𝑊 ). Onde contra a força peso, atuam a força de impulsão e a força de resistência.
adicionado 100ml de detergente transparente, onde a viscosidade (resistência ao escoamento) era maior do que o fluído no primeiro copo (figura 3). Após preparar os fluídos, foram adicionadas partículas uniformes (mesmo tamanho e formato) de açúcar (figura 4). Com este segundo experimento foi identificada uma diferença na velocidade de sedimentação onde o copo com fluido de viscosidade maior sedimentou com menor velocidade em relação ao copo com fluído com menor viscosidade. Ao final, assim como no experimento 1, foi possível separar o sólido do fluído. Isso acontece, devido a equação de velocidade determinada pela Lei de Stokes 𝑉𝑔=𝑑^2 ∗(∆𝜌)∗𝑟𝜔^2 18 ∗𝑛 onde “d” representa o diâmetro da partícula, que é proporcional a velocidade, quanto maior for o diâmetro (ou raio da partícula) maior será a velocidade da sedimentação. Enquanto “n” representa a viscosidade dinâmica do fluído, que é inversamente proporcional a velocidade, quanto menor for a viscosidade, maior será a velocidade de deposição da partícula.
Resultados e Discussão
Este experimento foi uma análise experimental sobre a questão 22 do ENADE 2019 do curso de Engenharia Química (figura 5). Onde o objetivo era provar experimentalmente quais alternativas estavam incorretas, e qual era a verdadeira. A resposta correta para essa questão é a resposta que assume que todas as alternativas estão corretas. Portanto a resposta correta é a letra E. Com base no experimento temos que: A alternativa I está correta pois no experimento 1, as partículas maiores sedimentaram antes das partículas menores (velocidade da sedimentação proporcional ao tamanho das partículas); A alternativa II está correta pois no experimento 2, as partículas contidas no fluído mais viscoso se depositaram no fundo do copo com menor velocidade em relação as partículas depositadas no copo que continha o fluido menos viscoso (velocidade da sedimentaçao inversamente proporcional a viscosidade); As alternativa III e IV se inter-relacionam, pois ambas afirmam que a densidade da fase dispersante e da fase dispersa afetam a velocidade de sedimentação e sim, isso é verídico. Se a densidade do fluido for aumentada muitas vezes, ocorre a redução da velocidade de queda das partículas, já se a densidade das partículas for maior que a densidade do
