SEDIMENTAODiscente: monique Eva de Jesus TrindadeDisciplina: Operaes Unitrias IDocente: Vanessa Cavalvanti

INTRODUO

A sedimentao uma operao de separao slido-lquido baseada na diferena entre as concentraes das fases presentes na suspenso a ser processada, sujeitas a ao do campo gravitacional.INTRODUOA sedimentao da fase particulada ocorre em tanques cilndricos chamados de sedimentadores ou decantadores.

Tipos de SedimentadoresESPESSADORESCaracterizam-se pela produo de espessados com alta concentrao de partculas.Produto de interesse FASE PARTICULADA

CLARIFICADORESCaracterizam-se pela produo de espessados com baixa concentrao de partculas.Produto de interesse FASE LQUIDA

CLASSIFICAO QUANTO A FINALIDADE

Tipos de SedimentadoresSEDIMENTADOR CLSSICO

Retira tanto o clarificado (overflow) quanto o espessado (underflow).

SEDIMENTADOR LAMELADO

Incrementa-se a regio de compactao sem modificar o dimetro do tanque, tem-se os sedimentadores de alta capacidade.

CLASSIFICAO QUANTO A GEOMETRIA

Princpio da SedimentaoENSAIO DE PROVETASInicialmente, a suspenso apresenta-se homognea e a concentrao da fase particulada constante em todos os pontos ao longe da altura do sedimentador;Aps algum tempo, as partculas mais densas comeam a sedimentar e a formar uma fina camada de partcula no fundo do sedimentador (regio de compactao);Durante a sedimentao, inicia-se a formao de uma regio de lquido clarificado, isenta de slidos.Atinge-se uma situao em que existe apenas a regio de compactao e a de lquido clarificado.A partir de ento a sedimentao consiste em uma compresso lenta da fase particulada, que expulsa o lquido existente entre as partculas para a fase clarificada.

Princpio da Sedimentao

SEDIMENTADORESExemplos de sedimentadores na indstria

FLUIDODINMICA DA SEDIMENTAOModelo de Velocidade Terminal Teoria das Misturas da Mecnica do ContnuoEquaes da Continuidade e do Movimento

HIPTESESA fase fluida comporta-se como um fluido newtoniano e incompressvel;O projeto de um sedimentador tem como base a operao em batelada no que acarreta regime transiente (/t 0);Escoamento unidimensional e em contracorrente das fases fluida e particulada, considerando-se que Vascensional do lquido Vsedimentao, para que no haja particulados no extravasante;A Vsedimentao da fase particulada depende somente da concentrao local de slidos;

TEORIA E HIPTESESDESCARTADAOnde, so constantes empricas.

FLUIDODINMICA DA SEDIMENTAOConsidera-se o modelo da porosidade do meio para o tensor tenso na fase particulada ser funo somente da porosidade do meio (frao de vazios):

Para a regio de sedimentao livre:Para a regio de compactao:

TEORIA E HIPTESES

FLUIDODINMICA DA SEDIMENTAOConsidera-se escoamento de Darcy, de modo que a fora resistiva, m, seja escrita por:

Admite-se que as suspenses no sejam suficientemente concentradas, de modo a desconsiderar o fenmeno da sedimentao impedida, nesse caso, a velocidade relativa, u, pode ser aproximada como:

.As equaes da continuidade e do movimento para a fase particulada podem ser escritas como:TEORIA E HIPTESES

a velocidade intersticial da fase particuladaCORRELAES PARA A PERMEABILIDADE DO MEIOTEORIA E HIPTESES

PROJETO DE UM SEDIMENTADOR CONTNUODeterminar altura e rea transversal do sedimentador.Baseiam-se nos testes de proveta.

Clculo da reaBalano de massa da fase particulada

Balano de massa da fase lquida

Do arranjo dessas equaes tem-se:

Dividindo a equao da fase lquida pela rea:

DIMENSIONAMENTO DE UM SEDIMENTADOR

Clculo da reaPara que no haja particulados no extravasante, considera-se Vascensional Vsedimentao.

Ento,

Rearrumando a equao tem-se que: DIMENSIONAMENTO DE UM SEDIMENTADOR

DIMENSIONAMENTO DE UM SEDIMENTADORO projeto de um sedimentador baseia-se na curva de sedimentao.

HIPTESESMtodo de Coe e Clevenger;Mtodo de Kynch;Mtodo de Biscaia Jr.Obtida atravs de um ensaio de sedimentao com uma amostra a ser clarificada.

Mtodo de Coe e ClevengerPrimeiro procedimento proposto para o projeto de sedimentadores.Fundamentado a partir de testes em batelada e diversas concentraes volumtricas.Considera que a rea de um sedimentador contnuo deve ser suficiente para permitir a decantao de todas as partculas alimentadas.

CONSIDERAESA velocidade de decantao dos slidos em cada zona funo da concentrao local da suspenso: v = f (C); As caractersticas essenciais do slido obtido durante ensaios de sedimentao descontnuos no se alteram quando se passa para o equipamento de larga escala.

O maior valor obtido de rea eleito como o valor de projeto. DIMENSIONAMENTO DE UM SEDIMENTADOR

Mtodo de KynchDesenvolveu uma teoria matemtica para a sedimentao que requer apenas um ensaio que fornea a curva de sedimentao.

DIMENSIONAMENTO DE UM SEDIMENTADOR

CONSIDERAESSedimentao unidimensional.A concentrao aumenta com o tempo no sentido do fundo do sedimentador.A velocidade de sedimentao tende ao valor zero quando a concentrao tende ao seu valor mximo.A velocidade de sedimentao depende somente da concentrao local de partculas.Os efeitos de parede no so considerados.

Mtodo de KynchReescrevendo a equao em termos de velocidade superficial do slido, tem-se:

A partir da hpotese que , tem se:

Possibilitando escrever em que .

Considerando que e tem-se: DIMENSIONAMENTO DE UM SEDIMENTADOR

Movimento de uma nica interfaceMtodo de KynchO volume total de partculas por unidade de rea da seo transversal dado por:

No incio do experimento, a concentrao volumtrica das partculas considerada como distribuda de forma homognea por todo volume do recipiente:

Admitindo que a zona de clarificado no existem partculas:DIMENSIONAMENTO DE UM SEDIMENTADOR

Mtodo de KynchPara calcular a rea do sedimentador obtem-se para cada tangente no ponto (z,t), um valor de zi;Calcula-se a frao volumtrica na interface superior utilizando:

O valor da velocidade de sedimentao da camada limitante, qi , obtido a partir da inclinao de cada reta na regio analisada.Para cada par (qi , i) calcula-se o valor de rea do sedimentador atravs da equao:

O maior valor de rea encontrado considerado o valor de projeto.

DIMENSIONAMENTO DE UM SEDIMENTADOR

Ensaio de proveta na verso Kynch

Mtodo de Biscaia Jr.Props uma simplificao ao procedimento de Kynch e minimizao da relao entre a vazo e rea, baseado no fato de que a curva de sedimentao resulta na combinao de uma reta com uma exponencial.

O valor de tmin o tempo correspondente a:

DIMENSIONAMENTO DE UM SEDIMENTADOR

H = H1 + H2 + H3Altura de espessamento pode ser estimada atravs de um balano de material:

Onde:Rearranjando o resultado obtido tem-se:Para a regio do espessado: DIMENSIONAMENTO DE UM SEDIMENTADOR

Clculo da ALTURAA equao pode ser substituda por resultando em:

Identificando a equao tem-se:

Lembrando que .

A altura no fundo do sedimentador dada por: DIMENSIONAMENTO DE UM SEDIMENTADOR

Clculo da ALTURA

VANTAGENS E DESVANTAGENSSEDIMENTADORES CIRCULARESVantagensMenor tempo de deteno para o lodo decantado;Sistema de coleta mais simples;Manuteno facilitada.DesvantagensMaior propenso a curto circuito;Distribuio desuniforme de cargas de lodo no mecanismo coletor;Maior probabilidade de arraste de lodo com o efluente.

SEDIMENTADORES RETANGULARESVantagensMenor rea ocupada e de custos na construo;Menor possibilidade de curtos-circuitos;Menor facilidade de arrasto de lodo;Melhor efeito e adensamento do lodo no prprio decantador.DesvantagensMaior tempo de deteno para o lodo decantado;Menor eficincia nos casos de carga de slidos muito elevada.APLICAESRemoo de areia: para evitar eroso, depsitos e entupimentos em bombas e instalaes mecnicas; Remoo de partculas sedimentveis finas (sem coagulao): quando se utilizam guas de rios com grande transporte de slido (alta turbidez); Reteno de flocos, decantao aps coagulao: quando se utilizam processos de coagulao para remoo de matria coloidal, cor e turbidez, aps floculao qumica. Industria de minerao: obteno de polpas com concentraes adequada, espessamento de rejeitos, recuperao de gua para reciclo industrial e recuperao de partculas.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICASMASSARANI, G. Fluidodinmica em Sistemas Particulados. 1 Edio. UFRJ, 1997. CREMASCO, M.A. Operaes Unitrias em Sistemas Particulados e Fluidomecnicos. So Paulo. Blucher, 2012.SEDIMENTAO. Disponvel em: , acesso em 26 de fevereiro de 2013.SEDIMENTAO. Disponvel em: , acesso em 26 de fevereiro de 2013.DECANTAO. Disponvel em: , acesso em 26 de fevereiro de 2013.