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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO JOO DEL-REI
CAMPUS ALTO PARAOPEBA
CURSO DE GRADUAO EM ENGENHARIA QUMICA
Desenvolvimento de Processos Qumicos II
Relatrio Final
Projeto e estudo da eficincia de um Hidrociclone de
geometria Rietema.
Ana Lusa Saraiva
Marcelo Cardoso
Pedro Galvo
Raula Resende
Ouro Branco - MG
Junho de 2015
-
Universidade Federal de So Joo Del-Rei
Campus Alto Paraopeba
Relatrio Final
Projeto e estudo da eficincia de um Hidrociclone de
geometria Rietema.
Ana Lusa Saraiva
Marcelo Cardoso
Pedro Galvo
Raula Resende
Ouro Branco - MG
Junho de 2015
Relatrio apresentado como parte das
exigncias da disciplina Desenvolvimento de
Processos Qumicos II sob responsabilidade do
Prof. Marcelo Batista, Prof. Jorge Alguiar e da
Prof. Dalila Silveira.
-
II
RESUMO
Neste trabalho foi construdo um hidrociclone, seguindo a geometria recomendada por
Rietema (1961), para avaliao da eficincia de separao de areia em gua. O objetivo foi
analisar o seu funcionamento a partir do clculo da Eficincia Total e da anlise
granulomtrica da alimentao, underflow e overflow. Foi estudado tambm no mesmo
hidrociclone a separao de partculas de carvo em gua, partculas estas que apresentavam
uma maior distribuio granulomtrica em relao a areia para uma comparao da eficincia
granulomtrica. As suspenses foram mantidas num tanque de alimentao com agitao via
mangueira que era controlada manualmente, para completa homogeneizao. O hidrociclone
foi alimentado por meio de uma bomba centrfuga. Amostras foram coletadas no underflow e
overflow para posterior determinao da concentrao de todas as misturas. A eficincia
global do hidrociclone para a mistura de areia e gua foi bem satisfatria, considerando no
ter quase nada de slido no overflow, a separao ocorreu de forma muito eficiente. J para a
mistura de carvo e gua, o hidrociclone no foi to eficaz tanto quanto a mistura anterior,
mas apresentou uma faixa significativa de separao, principalmente relacionado diferena
granulomtrica das partculas.
Palavras Chave: Hidrociclone. gua e areia. Separao de partculas. Carvo e gua.
Eficincia.
-
III
SUMRIO
RESUMO .................................................................................................................................. II
LISTA DE FIGURAS .............................................................................................................. IV
LISTA DE TABELAS .............................................................................................................. V
1. INTRODUO .................................................................................................................. 1
2. OBJETIVO .......................................................................................................................... 3
3. CRONOGRAMA ................................................................................................................ 3
4. DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA ............................................................................ 5
3.1. Materiais ...................................................................................................................... 5
3.2. Equipamentos ............................................................................................................... 6
3.3. Usinagem ..................................................................................................................... 6
3.4. Sistema de Homogeneizao ....................................................................................... 6
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .............................................................................. 8
4.1. Montagem do equipamento ......................................................................................... 8
4.2. Preparao da mistura .................................................................................................. 8
4.2.1. Areia + gua ........................................................................................................ 8
4.2.2. Carvo + gua ...................................................................................................... 9
4.3. Execuo ...................................................................................................................... 9
4.3.1. Determinao da Vazo mssica de areia........................................................... 10
4.3.2. Determinao da Vazo mssica de carvo ........................................................ 10
4.4. Analise Granulomtrica ............................................................................................. 10
5. CUSTOS............................................................................................................................ 11
6. RESULTADOS E DISCUSSO ...................................................................................... 12
6.1. Utilizao do hidrociclone para separao de areia e gua ........................................ 13
6.2. Utilizao do hidrociclone para separao de carvo e gua ..................................... 16
7. CONCLUSO .................................................................................................................. 17
8. SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS ............................................................ 18
9. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .............................................................................. 19
ANEXO .................................................................................................................................... 20
-
IV
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Esquema tpico de um hidrociclone.
Figura 2 - Trajetria do fluido no interior de um hidrociclone.
Figura 3 Aparato construdo.
Figura 4 Dimenses do hidrociclone.
Figura 5 Sistema da mangueira acoplada em funcionamento.
Figura 6 Sistema de agitao gerada pela mangueira em funcionamento.
Figura 7 Areia lavada e pesada para ser adicionada ao sistema.
Figura 8 Coletas das amostras das correntes do underflow e overflow.
Figura 9 Grfico da areia coletada em kg/h versus a vazo em L/h.
Figura 10 Grfico da Eficincia Total versus concentrao.
Figura 11 Grfico da granulometria da areia.
Figura 12 Grfico da granulometria da areia.
Figura 13 Grfico da granulometria do carvo.
Figura 14 Grfico da granulometria do carvo.
-
V
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Propores geomtricas de famlias de hidrociclones.
Tabela 2 Cronograma do projeto.
Tabela 3 Custos Previstos do projeto.
Tabela 4 Custos reais do projeto.
Tabela 5 Dados Coletados e Eficincia total separao da areia.
Tabela 6 Dados coletados e granulometria da areia nas correntes de entrada e sada.
Tabela 7 Dados Coletados e Eficincia total separao do carvo.
Tabela 8 Dados coletados e granulometria do carvo nas correntes de entrada e sada.
Tabela 9 Coleta de Dados para determinao da vazo.
-
1
1. INTRODUO
Hidrociclones so equipamentos que usam campos centrfugos para promover a
separao. Esses equipamentos podem produzir eficincias elevadas com pequenos tempos de
residncia e ocupando uma pequena rea, podendo ser utilizada inclusive uma bateria de
hidrociclones para aumentar a eficincia de separao.
De uma forma geral, o hidrociclone separa a fase dispersa da fase contnua (lquido)
com base na diferena de densidades entre as fases, sendo esta separao muito influenciada
pelo tamanho da partcula.
Os hidrociclones, tambm conhecidos pelos nomes de ciclone hidrulico, ciclone de
lquido, cones de separao e separadores centrfugos, constituem uma classe importante de
equipamentos destinados principalmente separao de suspenses slido-lquido (SOCCOL,
OLVIO).
O hidrociclone compe-se de uma parte cnica ligada a uma cilndrica, na qual existe
uma entrada tangencial para a suspenso de alimentao (Duto de alimentao). A parte
superior do hidrociclone apresenta um tubo para sada da suspenso diluda (Duto do
overflow) e na parte inferior h um orifcio de sada da suspenso concentrada (Duto do
underflow) (SOCCOL, OLVIO).
Figura 1 - Esquema tpico de um hidrociclone.
-
2
Os hidrociclones apresentam normalmente dimetros da parte cilndrica variando de 1
a 250 cm, operando com vazes de alimentao que variam de 0,1 a 7.200 m3 h-1 e queda de
presso de 30 a 600 kPa (ALMEIDA, FREDERICO).
Os hidrociclones so agrupados em famlias. Uma famlia de hidrociclone consiste de
um conjunto especfico de separadores que mantm entre si uma proporo constante e
exclusiva de suas principais dimenses geomtricas com o dimetro da parte cilndrica. Essa
proporcionalidade existente entre as dimenses geomtricas importante no processo de
separao, pois est diretamente relacionada com a capacidade de separao destes
equipamentos. Dentre as famlias clssicas podem ser citadas: Rietema, Bradley,
Krebs, Demco, Mosley, Akw, dentre outros (ALMEIDA, FREDERICO).
As principais relaes geomtricas referentes a algumas famlias de hidrociclones so
apresentadas na Tabela 1.
Tabela 1 - Propores geomtricas de famlias de hidrociclones.
Hidrociclone Da/Dc Do/Dc I/Dc L/Dc
RIETEMA 0,280 0,340 0,400 5,000 15,0-20,0
BRADLEY 0,133 0,200 0,330 6,850 9,0
KREBS 0,267 0,159 - 5,874 12,7
Onde,
Dc=Dimetro da regio cilndrica;
Da=Dimetro do duto de alimentao;
Do=Dimetro do duto do overflow;
I= Comprimento do duto do overflow no interior do equipamento;
L= Comprimento total do hidrociclone;
= ngulo da regio cnica.
Os hidrociclones utilizam a sedimentao centrfuga como princpio de separao, em
que as partculas em suspenso so submetidas a um campo centrfugo que provoca sua
separao do fluido. A suspenso no duto de alimentao, dotada de energia de presso,
-
3
injetada tangencialmente no topo da parte cilndrica do hidrociclone, induzindo a suspenso a
realizar ao longo da trajetria um movimento rotacional. Esse movimento em seu percurso
gera aceleraes centrfugas diretamente atuantes nas partculas presentes no meio, forando-
as a moverem-se em direo parede do equipamento. Na medida em que o lquido adentra a
parte cnica do hidrociclone, maiores so as velocidades da suspenso. A seo disponvel vai
se reduzindo em direo ao orifcio do underflow, que relativamente pequeno, o que
permite apenas parte da suspenso inicialmente alimenta da no hidrociclone seja
descarregada. Sendo assim, a parcela que no descarrega da no underflow migra para o
centro do eixo do equipamento, formando um vrtice interno ascendente com movimento
rotacional inverso quele criado pelo primeiro vrtice, como pode ser observado na Figura 2
(SOCCOL, OLVIO).
A maior parte da suspenso de alimentao deixa o hidrociclone atravs do tubo de
diludo (overflow).
Figura 2 - Trajetria do fluido no interior de um hidrociclone.
2. OBJETIVO
Construir um hidrociclone, e analisar o seu funcionamento a partir do clculo da
Eficincia total e da anlise granulomtrica dos produtos recolhidos no Underflow e
Overflow.
3. CRONOGRAMA
Ao longo do projeto desenvolvido na disciplina DPQ2 realizamos uma srie de
-
4
atividades, organizadas em um cronograma para que estas fossem apresentadas e avaliadas.
Consistindo em etapas para a construo de um hidrociclone de famlia Rietema, para
avaliao de sua eficincia. O cronograma elaborado com metas e datas limites est
representado na Tabela 2. Um desenho esquemtico do aparato construdo est representado
na Figura 3.
Tabela 2 Cronograma do projeto.
Data Meta Descrio
16/0
3
Testar a bomba; Conferir o funcionamento da bomba, sua vazo
mxima com a mistura gua/areia e fazer
granulometria da areia a ser separada.
Fazer a granulometria da
areia.
23/0
3 Apresentao do molde do
hidrociclone.
Apresentar um molde a ser usado para a construo
do hidrociclone com as medidas predefinidas.
06/0
4
Construo do hidrociclone. Apresentao do hidrociclone construdo.
13/0
4 Montagem da bancada
experimental.
Montagem e conexo das tubulaes e montagem do
suporte para o hidrociclone, conexo do hidrociclone
ao conjunto motobomba e ao reservatrio.
27/0
4 Verificar se o equipamento
est apto ao funcionamento.
Testar com gua e areia o funcionamento do
equipamento pronto. Verificar possveis vazamentos
e se a granulometria da areia escolhida a ideal para
o projeto.
04/0
5 Apresentar o equipamento
funcionando.
Apresentao do equipamento funcionando em uma
determinada vazo.
11/0
5
Coleta de dados.
Coleta das amostras do underflow e overflow com o
hidrociclone funcionando em uma determinada vazo
e apresentao dos dados coletados.
18/0
5
Coleta de dados.
Coleta das amostras do underflow e overflow com o
hidrociclone funcionando nas diferentes vazes e
apresentao dos dados coletados.
-
5
01/0
6
Anlise de dados.
Gerar os grficos, calcular a eficincia de separao
obtida pelas diferentes vazes e granulometria do
underflow e overflow.
08/0
6
Entrega do relatrio final.
Elaborar o relatrio final detalhado de todas as etapas
do desenvolvimento do projeto, os resultados, suas
discusses e nossa concluso.
Figura 3 Aparato construdo.
4. DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA
3.1. Materiais
Hidrociclone em ao galvanizado com altura de 37,5 cm;
Tubulao com joelhos, vlvulas e redutores;
Mangueira;
Suporte de ferro para o hidrociclone;
Caixa dgua de 100L (litros).
-
6
3.2. Equipamentos
Bomba centrfuga de 1 (um) HP.
3.3. Usinagem
O hidrociclone foi fabricado em ao galvanizado utilizando-se duas partes, uma
cmara cilndrica, com um dimetro de 7,5 cm, interno ao revestimento, acoplada a um cone
invertido, equipado com uma entrada tangencial de alimentao, denominada inlet, com um
dimetro 2,1 cm e duas sadas, uma localizada no centro e no topo da parte cilndrica, que
chamado vortex finder, de dimetro 2,55 cm; e outra no fundo do cone, denominado apex e
com dimetro 1,5 cm. A distncia compreendida entre as extremidades inferior do vortex
finder e superior do apex caracteriza outra dimenso denominada altura livre 3 cm. O
comprimento da seo cilndrica 9,75 cm e o comprimento total do ciclone, 37,5 cm.
Figura 4 Dimenses do hidrociclone.
3.4. Sistema de Homogeneizao
O processo de homogeneizao da mistura foi um gargalo para o desenvolvimento do
projeto, medida que a proposta inicial era a utilizao de um agitador de ps disponvel no
Laboratrio de Engenharia Qumica da UFSJ/CAP, porm aps realizar o procedimento
-
7
proposto verificou-se que este no seria eficiente devido ao seu alcance mximo ser inferior
ao que era necessrio para que a mistura ficasse em constante agitao. Com isso foi adotado
um novo mtodo para a agitao, utilizando uma mangueira, a qual removia parte da gua que
entrava pela corrente de alimentao e esta era jogada para dentro do reservatrio gerando a
agitao necessria.
A proposta inicial tambm foi modificada devido potncia da bomba disponvel para
a utilizao no projeto ser muito maior que a necessria. Logo, a construo de uma outra
sada de escape para a alta vazo que a bomba possua foi necessria. Diante disso, optou-se
por diminuir esta vazo com o uso da mangueira, o que geraria a agitao necessria para o
sistema.
Figura 5 Sistema da mangueira acoplada em funcionamento.
-
8
Figura 6 Sistema de agitao gerada pela mangueira em funcionamento.
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
4.1. Montagem do equipamento
As tubulaes so conectadas por vlvulas, joelhos e redutores, no qual antes de todos
os experimentos, utiliza-se veda rosca para evitar vazamentos. Essas tubulaes so
conectadas a bomba e ao hidrociclone que colocado no suporte e este colocado sobre o
reservatrio. A mangueira de agitao que tambm ligada a tubulao encaixada em um
suporte no reservatrio. Para que o reservatrio fique na altura ideal para as tubulaes e
hidrociclone, necessrio que este seja colocado sobre uma mesa. Assim, a mistura a ser
preparada poder ser adicionada no sistema, e o equipamento colocado em funcionamento.
4.2. Preparao da mistura
Para a mistura ser adicionada ao equipamento necessrio que haja uma preparao
antes.
4.2.1. Areia + gua
A areia dever ser lavada e peneirada para que as partculas de maior granulometria
sejam retiradas e evitar que haja entupimento. Em seguida, so pesados 2,5 Kg de areia e esta
misturada em 50L de gua. Esse procedimento foi repetido para 5 Kg de areia e 7,5 Kg de
areia, ambos em 50L de gua.
-
9
Figura 7 Areia lavada e pesada para ser adicionada ao sistema.
4.2.2. Carvo + gua
O carvo vegetal foi macerado de forma que ele se reduziu um p fino. Em seguida,
so pesados 150 gramas deste carvo em p e este misturado em 50L de gua.
4.3. Execuo
Os ensaios experimentais seguiram aos seguintes procedimentos: inicialmente o
sistema era acionado pela bomba centrfuga. Esperava-se a vazo entrar em regime
permanente, realizava-se uma boa agitao com a mangueira e iniciava-se a tomada dos dados
de vazo volumtrica das correntes de overflow e underflow. A vazo foi medida com o uso
de proveta de 500 mL e cronmetro. As medidas de vazo volumtrica eram realizadas em
triplicata. A vazo volumtrica da corrente de alimentao foi determinada pela soma das
correntes do underflow e overflow.
Uma vez encerrada a leitura de vazo procedia-se coleta de amostras do overflow e
underflow, simultaneamente, para posterior anlise.
Para os ensaios com areia e carvo, imediatamente aps a coleta dos dados de vazo
volumtrica eram coletadas amostras da suspenso das correntes do underflow e overflow em
provetas para posterior determinao da massa seca. Os testes foram realizados em triplicata.
A quantificao da concentrao de areia (g.L-1
) e a concentrao de partculas de
carvo em (g.L-1
) foram feitas por secagem utilizando a estufa a 110C.
-
10
Figura 8 Coletas das amostras das correntes do underflow e overflow.
4.3.1. Determinao da Vazo mssica de areia
A separao de partculas foi avaliada atravs da quantificao da massa seca. Foram
coletadas amostras simultneas do underflow e overflow dos experimentos realizados com 2,5
Kg | 5,0 Kg | 7,5 Kg de areia em 50L de gua. O sobrenadante foi descartado e a sua massa
decantada foi seca em estufa a 110C durante 3 horas.
Assim, pelo tempo de coleta das amostras, expressou-se a vazo mssica de areia na
alimentao e no underflow em (Kg.min-1
) necessrios para o clculo da eficincia.
4.3.2. Determinao da Vazo mssica de carvo
A separao das partculas de carvo foi avaliada atravs da quantificao da massa
seca da amostra coletada em cada fluxo (overflow, underflow) do sistema. Foram coletadas
amostras do experimento realizado com 150 g de carvo em 50L de gua. O sobrenadante foi
descartado e a massa de carvo decantada foi seca em estufa a 110C durante 3 horas.
Assim, pelo tempo de coleta das amostras, expressou-se a vazo mssica de carvo na
alimentao e no underflow em (Kg.min-1
) necessrios para o clculo da eficincia.
4.4. Analise Granulomtrica
Foi realizada a anlise granulomtrica para o estudo da separao de partculas de
diferentes dimetros pelo hidrociclone. Foi coletada amostras do Underflow, Overflow e
Alimentao para as misturas de areia e de carvo, os dados foram apresentados em uma
tabela e a analise granulomtrica apresentada em grficos de massa retida por peneira versus
abertura da peneira e massa acumulada nas peneiras versus abertura da peneira.
-
11
5. CUSTOS
A Tabela 3 e 4 apresentam os custos previstos na disciplina de Desenvolvimento de
Processos Qumicos I e os gastos efetivos do projeto em Desenvolvimento de Processos
Qumicos II. Dos materiais previstos no foi necessria compra do rotmetro, pois o alto
preo disponvel no mercado inviabilizava o desenvolvimento do projeto, assim, a vazo foi
medida manualmente com o auxlio de um cronmetro que exerce a mesma funo no projeto.
Tabela 3 Custos Previstos do projeto.
Custos Previstos (R$)
Bomba Centrfuga Doao
Rotmetro 150,00
Hidrociclone de ao galvanizado 8,00
Tubulao e conexes 30,00
Agitador LEQ
Areia 20,00
Caixa dgua 99,00
Balana LEQ
Estufa LEQ
Total 307,00
Tabela 4 Custos reais do projeto.
Custos Reais (R$)
Bomba Centrfuga Doao
Rotmetro No foi utilizado
Hidrociclone de ao galvanizado 50,00
Agitador No foi utilizado
Areia 20,00
leo 15,00
Carvo 15,00
Mangueira 18,00
Tubulaes e conexes 125,00
Caixa dgua Doao
Total 243,00
-
12
6. RESULTADOS E DISCUSSO
O modelo de hidrociclone da famlia Rietema foi testado com diferentes vazes
volumtricas de alimentao, overflow e underflow. Para encontrar as vazes em que o
equipamento atinge a melhor separao, foram realizados testes com a mistura de gua e
areia.
Os testes foram realizados adequando a abertura da vlvula que regula a alimentao
do fluido no reservatrio, posicionando a de maneira em que o intervalo entre as vazes gere
uma curva satisfatria considerando que a vazo mxima atingida quando a vlvula est
totalmente aberta, e a vazo mnima o ponto mnimo atingido pela bomba para que o
equipamento consiga realizar separao.
A curva gerada pelos testes de cinco vazes est apresentada na figura 9 a seguir.
Figura 9 Grfico da areia coletada em kg/h versus a vazo em L/h.
Considerando que o balano de massa global no hidrociclone sem acmulo dentro do
mesmo dado por:
y = 64,966ln(x) - 378,3 R = 0,9829
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
180,00
200,00
0,00 1.000,00 2.000,00 3.000,00 4.000,00 5.000,00 6.000,00 7.000,00
Are
ia c
ole
tad
a (K
g/h
)
Vazo L/h
Areia coletada X vazo
-
13
Em que a vazo volumtrica da corrente de alimentao, a vazo volumtrica da
corrente do overflow, a vazo volumtrica da corrente do underflow, concentrao
volumtrica da suspenso na corrente de alimentao, a concentrao volumtrica da
suspenso na corrente do overflow e a concentrao volumtrica da suspenso na
corrente do underflow. Sendo que concentrao vezes a vazo volumtrica igual a vazo
mssica de slidos na corrente (W).
Analisando que a eficincia total de separao do hidrociclone definida como sendo a
razo entre a massa total de slidos coletados no concentrado e a massa total de slidos na
alimentao.
A partir de uma fundamentao terica e desta anlise de dados, sabemos que os
hidrociclones funcionam com o aumento do campo centrfugo para afetar a separao entre
slidos e lquidos, slidos ou lquidos de diferentes tamanhos, e a caracterstica fundamental
para isso a substituio da fora gravitacional que atua sobre as partculas por uma fora
centrfuga de maior intensidade que pode ser aumentada nossa convenincia aumentando-se
a rotao.
Com isso, determinado que a vazo que apresenta melhor eficincia e
consequentemente melhor separao o ltimo ponto do grfico, sendo esta 101,54 L/min. O
grfico indica tambm que a partir de uma determinada vazo, essa separao se tornar
constante, assim a vazo deixaria de ser um parmetro determinante. Esta confirmao no foi
testada na prtica, pois a bomba inviabiliza os testes limitando o processo numa vazo de
110L/min, em contrapartida isto pde ser confirmado pela literatura.
6.1. Utilizao do hidrociclone para separao de areia e gua
Depois de determinada a melhor vazo para realizao dos testes, a varivel do
experimento foi a quantidade de massa no sistema, sendo estas 2,5Kg | 5,0Kg | 7,5Kg, e a
partir disso foram coletadas amostras do underflow, overflow e alimentao, seguindo para o
clculo da Eficincia Total de separao e anlise granulomtrica da separao. Os dados
coletados esto apresentados na tabela 5 e 6 em anexo.
-
14
Os grficos a seguir apresentam a Eficincia Total para diferentes concentraes e a
granulometria de cada amostra coletada em cada corrente do hidrociclone.
Figura 10 Grfico da Eficincia Total versus concentrao.
Figura 11 Grfico da granulometria da areia.
97
97,5
98
98,5
99
99,5
100
0.05 (Kg/L) 0.1 (Kg/L) 0.15 (Kg/L)
Efic
ien
cia
Concentrao
Eficiencia Total X Concentrao
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
1.400 0,500 0,300 0,250 0,150 0,075 Fundo
% M
assa
Ret
ida
Abertura Peneira (mm)
Granulometria Areia
Alimentao Underflow Overflow
-
15
Figura 12 Grfico da granulometria da areia.
Com a vazo mssica de areia, foi feito o clculo de eficincia total de separao pela
equao 2, como houve diferena significativa entre a massa seca do underflow e overflow, a
eficincia encontrada foi quase total. Ento, de acordo com os resultados da quantificao de
massa seca de areia, pode-se concluir que o hidrociclone estudado eficiente para a separao
de areia e gua.
A alta eficincia de separao se d a nfase dada a anlise da distribuio
granulomtrica da areia presentes nas suspenses da alimentao e do concentrado serem
compatveis com o dimensionamento do hidrociclone de geometria Rietema, o que
justificado por representar uma etapa fundamental no desenvolvimento do trabalho. No
menos importante, outro parmetro tambm foi avaliado, o aumento de concentrao de areia
em suspenso e mostrou no ter influncia no desempenho do hidrociclone. O estudo em
maiores concentraes de areia no foi possvel por no possuir uma bomba especifica para
slidos em suspeno e pelo grupo determinar que em altas concentraes outro mtodo de
separao seria mais eficiente com menos gasto de energia como por exemplo a decantao.
Pode-se perceber tambm pela analise granulomtrica que o hidrociclone apresenta um
dimetro de corte para o seu funcionamento, ou seja a partir de determinado dimetro de
partcula no h uma eficincia satisfatria na separao. Em todo equipamento de separao
por campo centrifugo isso pode ser observado, estes funcionam em uma determinada faixa
granulomtrica. Em um hidrociclone o normal que durante a hidrociclonagem ocorra uma
classificao granulomtrica das partculas no qual se obtem duas classes granulomtricas.
0
20
40
60
80
100
120
1.400 0,500 0,300 0,250 0,150 0,075 Fundo
% M
assa
Acu
mu
lad
a
Abertura Peneira (mm)
Granulometria Areia
Alimentao Underflow Overflow
-
16
Teoricamente, o material transbordado seria composto apenas por partculas de menor
dimetro e o material afundado apenas por partculas de maior dimetro. Na prtica, contudo,
tal partio no ocorre perfeitamente e o material transbordado pode conter uma alta
porcentagem de partculas grossas e o material afundado uma alta porcentagem de partculas
finas. Na anlise da granulometria, pode-se perceber que o dimetro de corte est prximo de
0,25mm, ou seja, no overflow h uma grande quantidade de partculas com dimetro menor
que esse comparado ao underflow, no havendo uma separao dessas partculas. Porem
como pode tambm ser observado pela analise granulomtrica da alimentao, que na areia
usado no experimento, mais de 80% das partculas possuem dimetro maior que 0,25mm e
por isso a eficincia to alta. Para complementar foi feito um estudo em uma mistura que
no apresenta partculas com dimetros to uniformes, e o resultado est apresentado no
tpico a seguir.
6.2. Utilizao do hidrociclone para separao de carvo e gua
Para justificar a alta eficincia encontrada na separao de areia e o dimetro de corte
encontrado pela granulometria de separao da areia, foi realizado outro estudo usando o
mesmo hidrociclone na separao de carvo e gua.
Os dados colhidos nas amostras do underflow, overflow e alimentao para o clculo
da eficincia total e analise granulomtrica esto apresentados na tabela 7 e tabela 8 em anexo
e os grficos para a anlise esto apresentados nas figuras a seguir.
Figura 13 Grfico da granulometria do carvo.
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
1,400 0,500 0,300 0,250 0,150 0,075 Fundo
% M
assa
Ret
ida
Abertura Peneira (mm)
Granulometria Carvo
Alimentao Underflow Overflow
-
17
Figura 14 Grfico da granulometria do carvo.
A Eficincia total foi calculada pela Equao 2, e o valor encontrado foi de 65%. Essa
eficincia muito menor que a separao entre agua e areia. O hidrociclone no foi projetado
para separar agua e carvo, mas poderia sim ser usado para tal, desde que o comportamento
granulomtrico do carvo fosse como o da areia. Analisando o perfil do dimetro das
partculas do carvo pela granulometria na alimentao observa-se que 65% das partculas
possuem dimetro maior que 0,25 mm, esto maior que o dimetro de corte e vo apresentar
uma boa eficincia na separao, e os outros 35% esto distribudos em dimetros menores
que 0,25mm, e a cada vez que ficam menores, pior a separao. Essa distribuio no to
uniforme na granulometria apresentada na figura 13 justifica o fato da eficincia total ser
menor com o carvo.
Pelo estudo granulomtrico das correntes overflow e underflow observa-se tambm
que as partculas de dimetro menor tenderam a sair pelo overflow e as de dimetro maior a
sair pelo underflow.
7. CONCLUSO
Pela anlise dos resultados experimentais apresentados e para as condies especficas
de trabalho, temos as concluses para a construo e otimizao do hidrociclone estudado.
0
20
40
60
80
100
120
1,400 0,500 0,300 0,250 0,150 0,075 Fundo
% M
assa
Acu
mu
lad
a
Abertura Peneira (mm)
Granulometria Carvo
Alimentao Underflow Overflow
-
18
A anlise dos dados obtidos ao longo dos experimentos resultou em ferramentas teis
para o clculo e estudo de nosso hidrociclone, permitindo a possibilidade de estimar a sua
eficincia de separao para dois sistemas, gua - areia, e gua - carvo, todos em soluo.
Atravs dos testes constatou-se que para ambos os sistemas submetidos, o hidrciclone
apresenta melhor eficincia e consequentemente melhor separao para uma vazo de 101,54
L/min.
O sistema de mistura gua|areia, alcanou uma eficincia de separao de
aproximadamente 99%, j a mistura gua|carvo alcanou uma eficincia da separao de
aproximadamente 65%, apesar da porcentagem em separao do sistema gua|carvo ter sido
menor comparando ao da mistura gua|areia, no significa que o valor de sua eficincia seja
ineficaz, apenas possuiu um valor inferior devido as suas caractersticas.
Deste modo mediante aos valores finais das anlises de eficincia de separao
chegou-se a concluso que o hidrociclone operou de forma extremamente satisfatria para o
sitema gua|areia, para o qual este foi dimensionado e projetado.
8. SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS
No desenvolver do projeto notou-se que algumas mudanas poderiam ser realizadas
para melhorar a eficincia do hidrociclone assim como o manejo do equipamento.
A agitao foi feita atravs de uma mangueira conectada a uma sada lateral ao fluxo
ascendente, no entanto, acredita-se que ao se programar um agitador com uma capacidade
ideal de agitao para o sistema proposto, a mistura seria mais bem homogeneizada de forma
a evitar uma suco de material particulado exagerado, possibilitando uma coleta de dados
com menores erros.
A utilizao de um rotmetro na entrada do hidrociclone evitaria que as medies das
vazes durante os experimentos fossem realizadas manualmente, deste modo ganharamos
tempo, diminuindo repeties e esforo fsico.
Uma vlvula na suco tambm seria fundamental para reparos na bomba e
desmontagem do equipamento sem o descarte da soluo a ser testada.
Utilizao de uma bomba prpria para slidos em suspeno, pois permitiria o teste de
concentraes cada vez maiores de areia sem danificar a bomba.
Construo de um suporte para coleta de amostras onde a amostra do underflow e
overflow seria coletada ao mesmo tempo, no dependendo do manuseio manual.
-
19
9. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
[1] SOCCOL, O. J. Construo e Avaliao de Hidrociclone para pr-filtragem da gua
de irrigao, Piracicaba, 2003. 89p. Dissertao (D.S.) Escola Superior de Agricultura Luis
de Queiroz/USP.
[2] CREMASCO, M.A., Fundamentos de Transferncia de Massa. UNICAMP, 2.ed.,
2002.
[3] Bombas centrfugas: Conceitos bsicos de operao e manuteno. Disponvel em:
. Acesso em 25 de
abril de 2015.
[4] ALMEIDA R, FREDERICO CARVALHO.; Estudo do hidrociclone cilndrico de uma
unidade de flotao centrfuga com auxlio de fluidodinmica computacional.
UFRJ/EQ/TPQB, 2008.
[5] CREMASCO, MARCO AURLIO.; Operaes unitrias em sistemas particulados e
fluidomecnicos. So Paulo: Blucher, 2012.
[6] MOREIRA, VINCIUS DA SILVA.; Modelagem e Simulao da Hidrociclonagem da
Usina do Projeto Mangans do Azul. UFPA, 2011.
[7] ALVES, JOO VICTOR BARBOSA.; Hidrociclone para a Separao do leo
Residual de gua em Refinarias / Joo Victor Barbosa Alves. Rio de Janeiro: UFRJ/EQ,
2011.
[8] MELO, CLARISSA HADAD DE.; Modelagem de Classificao de Minrio de Ferro
em Hidrociclones. Rio de Janeiro, UFRJ/DEEM, 2010.
[9] ANDRADE, VVIAN TAVARES DE.: Construo e avaliao de modelos de
hidrociclone para tratamento de gua residuria. Campinas, SP: [s.n.], 2007.
-
20
ANEXO
Tabela 5 Dados Coletados e Eficincia total separao da areia.
Mistura Tempo (s)
Massa recolhida(g) Vazo Mssica(Kg/min)
Eficincia Overflow Underflow Overflow Underflow Alimentao
2.5Kg/50L 1.94 0.63 66.80 0.0195 2.066 2.08546 99.06
5.0Kg/50L 3.00 5.3 639.05 0.1060 12.781 12.8870 99.17
7.5Kg/50L 1.93 4.48 476.05 0.1393 14.799 14.9388 99.06
Tabela 6 Dados coletados e granulometria da areia nas correntes de entrada e sada.
Peneira (mm)
Alimentao Underflow Overflow
Massa (g)
% Massa (g) % Massa (g) %
Retida Acumulada
Retida Acumulada
Retida Acumulada
1,400 0 0.00 0 0 0.00 0 0 0.00 0 0,500 26.04 32.19 32.19 17.41 21.38 21.38 0.97 9.63 9.63
0,300 40.02 49.47 81.67 37.67 46.27 67.65 3.53 35.05 44.69
0,250 7.33 9.06 90.73 10.16 12.48 80.13 1.41 14.00 58.69
0,150 5.6 6.92 97.65 12.42 15.25 95.38 2.14 21.25 79.94
0,075 1.66 2.05 99.70 3.43 4.21 99.59 1.8 17.87 97.82
Fundo 0.24 0.30 100.00 0.33 0.41 100.00 0.22 2.18 100.00 Total 80.89 100
81.42 100
10.07 100.00
-
21
Tabela 7 Dados Coletados e Eficincia total separao do carvo.
Concentrao
Inicial
Tempo
(s)
Massa recolhida(g) Vazo Mssica(Kg/min) Eficincia
Overflow Underflow Overflow Underflow Alimentao
150g/50L 2.97 5.54 10.57 0.1119 0.214 0.32545 65.61142148
Tabela 8 Dados coletados e granulometria do carvo nas correntes de entrada e sada.
Peneira (mm)
Alimentao Underflow Overflow
Massa (g)
% Massa
(g) %
Massa (g)
%
Retida Acumulada
Retida Acumulada
Retida Acumulada
1,400 0 0.00 0 0 0.00 0 0 0.00 0
0,500 6.41 40.62 40.62 5.42 53.61 53.61 0.99 17.46 17.46
0,300 3.99 25.29 65.91 2.55 25.22 78.83 1.44 25.40 42.86
0,250 1.2 7.60 73.51 0.71 7.02 85.86 0.49 8.64 51.50
0,150 1.79 11.34 84.85 0.57 5.64 91.49 1.22 21.52 73.02
0,075 1.46 9.25 94.11 0.55 5.44 96.93 0.91 16.05 89.07
Fundo 0.93 5.89 100.00 0.31 3.07 100.00 0.62 10.93 100.00
Total 15.78 100
10.11 100
5.67 100.00
Tabela 9 Coleta de Dados para determinao da vazo.
Vazao (L/min) Vazo (L/h) Areia coletada
23,8138 1428,829626 93,4100
45,6430 2738,580000 132,2400
70,0900 4205,400000 169,3000
74,8298 4489,786172 172,1100
101,5417 6092,503448 182,1900
