área de um espessador
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Mestrado em Engenharia de Minas e Geoambiente
Disciplina: Hidromineralurgia
Docentes: António Fiúza e Aurora Futuro
Relatório de laboratório
Dimensionamento da área unitária de um espessador
Relatório realizado por:
Adalberto B. Macieira Gomes, [email protected]
1ºAno
25 De Maio de 2010
Espessador Página 2
Índice
Objectivo do trabalho-------------------------------------------------------------------------------------------------3
Introdução teórica-----------------------------------------------------------------------------------------------------3
Procedimento ---------------------------------------------------------------------------------------------------------4
Cálculos efectuados --------------------------------------------------------------------------------------------------5
Resultados obtidos ---------------------------------------------------------------------------------------------------6
Conclusão--------------------------------------------------------------------------------------------------------------13
Bibliografia-------------------------------------------------------------------------------------------------------------13
Espessador Página 3
1. Objectivos
Este trabalho de laboratório teve como objectivo determinar a área unitária de um
espessador , através da velocidade de sedimentação de uma polpa em regime descontinuo,
durante o período de sedimentação livre.
2. Introdução
O espessamento é uma operação de separação sólido – líquido baseada no fenómeno da
sedimentação. O espessamento é utilizado para aumentar a densidade de polpas formando
uma camada de sólidos em decantação e um líquido sobrenadante clarificado livre de sólidos
em suspensão.
O espessador – equipamento utilizado na operação de espessamento – é constituído
por uma bacia de sedimentação, geralmente cilindro-cónica, provida de um mecanismo de
arraste para conduzir os sólidos decantados no fundo para um ponto de descarga. A operação
dos espessadores consiste numa decantação contínua dos sólidos em suspensão na polpa de
alimentação, resultando na recuperação da maior parte da água contida na polpa (“overflow”),
e na descarga, pelo fundo, (“underflow”).
Os estudos deste processo, envolvem testes para a selecção de reagentes químicos
que favorecem a sedimentação das partículas (coagulantes e floculantes) e testes para
dimensionamento dos equipamentos (que é o objectivo deste trabalho). O dimensionamento é
feito com base em testes de sedimentação, visando à determinação da área, profundidade e
forma do espessador. Os testes podem ser feitos em escala piloto (testes contínuos ou semi-
contínuos) ou em escala de bancada (teste descontínuo).
Nos testes descontínuos, pode observar-se que as partículas em suspensão na polpa
podem sedimentar segundo três regimes: clarificação, sedimentação por zona e compressão.
Estes regimes de sedimentação são governados pela densidade da polpa (alimentação) e pela
tendência das partículas de formarem agregados.
Um dos objectos deste trabalho prático é precisamente o dimensionamento de
espessadores. Para se poder dimensionar espessadores é necessário realizar testes de
sedimentação e de consolidação. Nos testes de sedimentação utilizam-se polpas de diferentes
densidades, variando desde a polpa simulando a alimentação até à polpa mais espessa
exibindo sedimentação livre.
Espessador Página 4
3. Procedimento experimental
a) material utilizado
Copos graduados; · Balança;
Agitador manual; · Minério seco;
Cronómetro ou relógio; · Régua;
3 Provetas graduadas; · Floculante: SuperFloc 16 – Conc: 1g/l;
Papel milimétrico; Dosagem habitual – 50 mg/1000 gr de
sólido;
b) Determinação da área unitária:
1. Determinar a quantidade de fase sólida e fase líquida necessária para a obtenção de
polpas com as diluições de trabalho, tendo em conta o volume de polpa não pode
ultrapassar os 1000 ml (volume das provetas);
2. Pesar a fase sólida necessária;
3. Medir o volume de água necessário;
4. Colocar a fita de papel milimétrico na proveta;
5. Medir a altura da proveta, ou altura do papel milimétrico;
6. Medir o diâmetro da proveta;
7. Misturar na proveta a fase sólida e líquida para obtenção da polpa;
8. Medir a altura da polpa na proveta;
9. Determinar o volume de floculante necessário;
10. Medir o volume de floculante;
11. Adicionar o floculante;
12. Medir a altura da polpa com floculante na proveta;
13. Uma vez obtidas as polpas nas provetas as amostras são agitadas, com um agitador
manual, para homogeneizar as polpas;
14. Após a homogeneização retirar o agitador e inicia-se a decantação;
15. Quando a superfície superior da polpa atinge aproximadamente os 3 mm abaixo da
superfície livre do líquido inicia-se a marcação da superfície de subsidência da polpa.
16. Esta marcação deverá ser efectuada em curtos intervalos de tempo, durante os minutos
iniciais, pois a velocidade de sedimentação é rápida;
17. Após o período mais rápido de sedimentação os intervalos de leitura podem ser mais
alargados.
Espessador Página 5
4. Cálculos efectuados no laboratório
a) Dados dos inicias
Diluições da polpa: Ensaio 1 – D=7; Ensaio 2 – D=5; Ensaio 3 – D=3;
Floculante: Designação – SuperFloc 16; Concentração – 1 g/l; Dosagem habitual – 50
ml/1000 g de sólido;
1)()( liquidoágua
V (polpa) = 1000 ml = 1L
b) Calculo da densidade do sólido
Peso (proveta) = 215,20 g
m (sólido) = 150,00 g
Volume de sólido = 92 ml = 92 cm3
Peso (proveta + sólido) = 365,20 g
Verificação da massa de sólido pesado:
M (sólido) = Peso (proveta + sólido) – peso (proveta)
= 365,20 – 215,20
= 150,00 g
mlgdensidadesólidoV
sólidomdensidade /6304,1
92
00,150)(
)(
)()(
c) Cálculos das quantidades de fase sólida e faz liquida
Ensaio 1
T
LD
T
L7 TL 7
)()()(
liquído
L
sólido
TpolpaV
Ensaio 2
mlLTL
entaõ
gTTTLT
44,91935,13177
,
35,1317623,01000160,1
1000
Espessador Página 6
T
LD
T
L5 TL 5
)()()(
liquído
L
sólido
TpolpaV
mlLTL
entaõ
grTTTLT
73,89015,17855
,
15,1785623,01000160,1
1000
Ensaio 3
T
LD
T
L3 TL 3
)()()(
liquído
L
sólido
TpolpaV
mlLTL
entaõ
gTTTLT
73,83075,27633
,
75,2763623,01000160,1
1000
d) Calculo do volume de floculantes
Ensaio 1
50 ml ------------ 1000 g
V1 ------------ 131,35 g V1 = 6,6 ml
Ensaio 2
50 ml ------------ 1000 g
V2 ------------ 178,15 g V2 = 8,9 ml
Ensaio 3
50 ml ------------ 1000 g
V3 ------------ 276,75 g V3 = 13,8 ml
Espessador Página 7
5. Resultados obtidos
A (Tabela-1) nos fornece os resultados obtidos durante o ensaio de laboratório para os ensaios
1,2 e 3 representados pelo volume, tempo e altura nas provetas
Tabela-1 Resultados obtidos no laboratório
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a) Gráficos
Os gráficos 1 ; 2 e 3 representam a evolução da volume da polpa em função do tempo
Gráfico-1 Diluição 7
Gráfico-2 Diluição 5
Gráfico-3 Diluição 3
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b) Cálculos efectuados fora do laboratório
Calculo da percentagem de sólidos em peso
Ensaio 1
%50,121250,044,91935,131
35,131
ss
LT
Ts
Ensaio 2
Ensaio 3
%00,252500,026,83075,276
75,276
ss
LT
Ts
Calculo da percentagem de sólidos em volume
Ensaio 1
%05,80805,0
1
44,919
6304,1
35,131
6304,1
35,131
)()(
)(
SS
liquído
L
sólido
T
sólido
T
S
Ensaio 2
%92,101092,0
1
73,890
6304,1
15,178
6304,1
15,178
)()(
)(
SS
liquído
L
sólido
T
sólido
T
S
Ensaio 3
%97,161697,0
1
26,830
6304,1
75,276
6304,1
75,276
)()(
)(
SS
liquído
L
sólido
T
sólido
T
S
%67,161667,073,89015,178
15,178
ss
LT
Ts
Espessador Página 10
Calculo de volume final de liquido clarificado
Vfinal (liquido clarificado) = Alturafinal (liquido clarificado) Secção (proveta)
Sendo,Secção (proveta)=
Ensaio 1 Vfinal (liquido clarificado) = (34,5-4,1) cm 32 = 859,53 cm3
Ensaio 2 Vfinal (liquido clarificado) = (35,8-5,8) 32 = 848, 23 cm3
Ensaio 3 Vfinal (liquido clarificado) = (34,2-9) cm 32 = 712,51 cm3
Calculo da diluição final
sólidosmássicoCaudal
oclarificadliquidoVfinallíquidoVinicial
finalD
)()(
)(
Ensaio 1 45,0)(35,131
53,85944,919)(
finalDfinalD
Ensaio 2 23,0)(15,178
23,84873,890)(
finalDfinalD
Ensaio 3 42,0)(75,276
51,71226,830)(
finalDfinalD
Velocidade de sedimentação final
decorridoTempo
oClarificadLiquidoAltura
entaçãosev )dim(
Ensaio 1 hmcmcm
entaçãosev /08,6min/13,10min3
)1,45,34()dim(
Ensaio 2 hmcmcm
entaçãosev /44,7min/41,12min41,2
)8,58,35()dim(
Ensaio 3 hmcmcm
entaçãosev /56,7min/6,12min2
)92,34()dim(
Calculo da área unitária de sedimentação )dim(
)()(
entaçãosev
finalDinicialDA
Ensaio 1 htmAA //207,108,6
45,07
Ensaio 2 htmAA //263,044,7
23,05
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Ensaio 3 htmAA //234,056,7
42,03
Calculo da área do projecto
).1()()( SegurançaCoefosedmentaçãunitáriaAprojectoA
Ensaio 1 diatmprojectoA //224/34,1)25,01(07,1)(
Ensaio 2 diatmprojectoA //224/79,0)25,01(63,0)(
Ensaio 3 diatmprojectoA //224/42,0)25,01(34,0)(
c) Tabela resumo
d) Cálculo da altura do espessador
S/
floculante Área
Altura
sólido + m2/t/dia
Vol. Altura Vol. Polpa Dose Conc.
Em peso Em vol. (ml) (mm) (ml) (mm) mg/kg (%)
1 12,5 8,06 974,97 345 115,92 41 131,35 344 50 1 6,6 6,08 0,055
2 16,7 10,93 1011,7 358 163,99 58 178,15 344 50 1 8,9 7,44 0,032
3 25 16,93 966,42 342 254,46 90 278,71 344 50 1 13,8 7,56 0,017
Vel. Sedim.
(m/h)
% SólidosAltura
interface (mm) Vol. (ml)
Proveta
POLPA ESPESSADADados sobre o
floculantePOLPA A ENSAIAR (com floculante)
Sólidos na
Proveta
(g)
Tempo de
compactação
(h)
Volume
clarificado (cm3)
Diluição
Teste
Diluição
média
Densidade
média
Massa
sólidos na
polpa zona 1 zona 2 zona 3
0,013888889 19,79203372 2,92852 Tempo de retenção (h) 0,002778 0,011111 0,005556
2,26444 1,23230309 0,3774925 Massa sólidos (t/h/m2) 2,34916 2,34916 2,34916
0,016666667 387,3583742 1,600367 Carga sólidos (t/m2) 0,006525 0,026102 0,013051
1,22746 1,38173375 0,6203173 Massa de sólidos (t/m3) 0,377493 0,620317 1,770286
0,027777778 593,7610115 0,854558 Altura da zona (m) 0,017286 0,042078 0,007372
0,64001 1,60059449 0,975966
0,033333333 712,5132138 0,425463 Altura total 1,266737 m
0,033333333 966,9822188 -0,49403 0,18027 2,08940663 1,7702858
Altura Total (cm) 34,2
Raio Proveta 3
Secção 28,27433
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6. Conclusão
O cálculo da altura do espessador, bem como o processo mostrou-se um pouco complexo
quanto a transferência da escala laboratorial a industrial, para tal utilizou-se ainda um
coeficiente de segurança de 25% para melhor aproximar os resultados.
No final do trabalho laboratorial a partir dos resultados obtidos determinou-se para os ensaios
1, 2, e 3 as áreas de sedimentação unitária de 0,05, 0,032 e 0,017 m2/t/dia e as diluições da
polpa foram 8,05, 10,92 e 16,67% e para a percentagem de sólidos superior calculou-se a
altura do espessador igual 1,27 metros.
7. Bibliografia
Fiúza, A. (2010) – “HIDROMINERALURGIA”, Departamento de Minas, FEUP, Porto;