SedimentaçãoSedimentação

Universidade Estadual de CampinasUniversidade Estadual de Campinas

Faculdade de Engenharia de AlimentosFaculdade de Engenharia de Alimentos

Disciplina TA 631/633 – Operações Disciplina TA 631/633 – Operações UnitáriasUnitárias

Profª Responsável: Profª Drª Maria Isabel Rodrigues

Aluna PED I: Ana Cláudia Ueda

DefiniçãoDefinição

Processo de separação sólido-Processo de separação sólido-líquidolíquido

Força motriz: gravidadeForça motriz: gravidade

AplicaçõesAplicações Clarificação de sucos, tratamento Clarificação de sucos, tratamento

de resíduos, purificação de água e de resíduos, purificação de água e separação de produtos obtidas via separação de produtos obtidas via fermentação, entre outros.fermentação, entre outros.

ClassificaçãoClassificação

Segundo o objetivo da separação:Segundo o objetivo da separação:

Clarificador – o objetivo é obter um Clarificador – o objetivo é obter um líquido límpido.líquido límpido.

Espessador – o objetivo é obter a lama Espessador – o objetivo é obter a lama decantada.decantada.

ESQUEMA DE UM SEDIMENTADOR CONTÍNUO

Alimentação

Líquido clarificado

Zona de sedimentação

Raspadores rotativos

Escoamento do sedimento

Concentração de sólidos, c

Pos

ição

, z

Mecanismo de sedimentação

z0

1) 2) 3) 4) 5)

B

CDD

A A

B

C

A- zona de líquido límpido

B- zona de concentração uniforme, igual à concentração inicial

C- camada de transição, de espessura constante

D- zona de depósito dos sólidos

TAXA DE SEDIMENTAÇÃO

00

altu

ra d

a in

terf

ace

do lí

quid

o li

mpo

, z (

m)

Tempo, t (s)

Ponto crítico

Período de taxa constante

Altura final

Teste em batelada

a

c

Tempo, t

Alt

ura

da

inte

rfac

e, z

b

período de taxa constante

primeira taxa decrescente ou seção de transição

ponto de compressão

segunda taxa decrescente

IDENTIFICAÇÃO DO PONTO CRÍTICO

log

(alt

ura

da in

terf

ace,

z)

log (tempo)

b

c

b

clo

g (z

-z)

tempotc

zc

Gráfico log-log Método de Roberts

MÉTODO DA BISSETRIZ

a

c

Tempo, t

Alt

ura

da

inte

rfac

e, z

b

f

g

d

e

CONSTRUÇÃO DE OLTMANN E TALMADGE E FITCH

a

c

Tempo, t

Alt

ura

da

inte

rfac

e, z

b

f

gd eC

onstrução de Oltm

ann

Talmadge e Fitchzu

te tg

ALTURA DA ZONA DE COMPRESSÃOALTURA DA ZONA DE COMPRESSÃO

A altura na compressão se calcula como:A altura na compressão se calcula como:

na qual:na qual:

GGCC = fluxo de sólidos no ponto crítico (kg.h = fluxo de sólidos no ponto crítico (kg.h-1-1.m.m-2-2))

ttrr = tempo de residência dos sólidos no sedimentador (h) = tempo de residência dos sólidos no sedimentador (h)

V = volume médio da lama comprimida no teste em V = volume médio da lama comprimida no teste em batelada (mL)batelada (mL)

mmss = massa de sólidos no testes em batelada (g) = massa de sólidos no testes em batelada (g)

s

rccomp m

VtGH

A altura total do sedimentador é A altura total do sedimentador é obtida pela soma das alturas da:obtida pela soma das alturas da:

Zona de compressão (regra dos Zona de compressão (regra dos três pés): máximo de 1mtrês pés): máximo de 1m

Fundo inclinado: 0,3 – 0,6mFundo inclinado: 0,3 – 0,6m Sistema de alimentação: 0,3 – 1mSistema de alimentação: 0,3 – 1m Capacidade de estocagem para Capacidade de estocagem para

permitir variações na descarga: permitir variações na descarga: 0,3 – 0,6m0,3 – 0,6m

Total: 0,9 – 2,2m Total: 0,9 – 2,2m 1,5 m na média1,5 m na média

ExercícioExercícioUm ensaio de decantação foi realizado Um ensaio de decantação foi realizado

em laboratório em um cilindro graduado de em laboratório em um cilindro graduado de 1000 mL, com o fim de fornecer dados para 1000 mL, com o fim de fornecer dados para o projeto de um espessador para 30 t/h de o projeto de um espessador para 30 t/h de uma suspensão contendo 48 g/L de um uma suspensão contendo 48 g/L de um sólido cristalino. Os resultados obtidos são sólido cristalino. Os resultados obtidos são apresentados na Tabela 1.apresentados na Tabela 1.

A altura do cilindro graduado até a A altura do cilindro graduado até a leitura de 1000 mL é 36,1 cm. A leitura de 1000 mL é 36,1 cm. A concentração de saída do decantador concentração de saída do decantador deverá ser a correspondente a 60 minutos deverá ser a correspondente a 60 minutos de decantação.de decantação.

Tabela 1 – Resultados obtidos no ensaio de decantação.

Tempo (min) Leitura no cilindro graduado (mL)

2 960

4 841

6 470

10 560

15 376

20 272

25 233

30 219

40 198

60 185

24 h 175

Resolução pelo Método de Talmadge e Fitch.Resolução pelo Método de Talmadge e Fitch.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 10 20 30 40 50 60 70

tempo (min)

Z (

mL

)

tetc

Zc

Ze

Zi

(a) Cálculo da área do espessador (a) Cálculo da área do espessador pela expressão de Talmadge e pela expressão de Talmadge e Fitch:Fitch:

na qual:na qual:

QQAA = vazão de alimentação = vazão de alimentação

CCAA = concentração de alimentação = concentração de alimentação

ZZ00 = altura inicial da proveta = altura inicial da proveta

CC00 = concentração do ensaio de proveta = concentração do ensaio de proveta

ttEE = tempo dado pelo cruzamento da tangente = tempo dado pelo cruzamento da tangente do ponto crítico com a horizontal Z = Zdo ponto crítico com a horizontal Z = ZEE..

00min CZ

tCQS EAA

Substituindo os valoresSubstituindo os valores

QQAACCAA = 30 t/h = 30 t/h

ttEE = 24 min = 0,4 h = 24 min = 0,4 h

ZZ00 = 0,361 m = 0,361 m

CC00 = 0,048 t/m = 0,048 t/m33

resulta em:resulta em:

ee

DDminmin = 29,7 m = 29,7 m

3min 693

048,0361,0

40,030mS

(b) Cálculo pela expressão de Coe e (b) Cálculo pela expressão de Coe e Clevenger conhecendo a zona Clevenger conhecendo a zona limite.limite.

A leitura correspondente à A leitura correspondente à zona de compressão é tirada da zona de compressão é tirada da Fig.: 580 mL. Portanto, a Fig.: 580 mL. Portanto, a concentração da suspensão concentração da suspensão nesse ponto será dada pela nesse ponto será dada pela seguinte equação aplicada ao seguinte equação aplicada ao ponto crítico:ponto crítico:

30000 /083,0580

048,01000mt

sZ

sCZ

Z

CZC

CCC

A concentração CA concentração CEE pode ser pode ser calculada com Zicalculada com ZiEE.s = Z.s = ZEE.s = 185 .s = 185 mL, pois a curva é praticamente mL, pois a curva é praticamente horizontal nesse trecho:horizontal nesse trecho:

A velocidade uC é dada pela A velocidade uC é dada pela expressão:expressão:

sendo:sendo:ee

3/259,0185

048,01000mtCE

C

CiCC t

ZZu

mZ iC 209,0361,01000

580 mZC 101,0361,0

1000

280

Como tComo tCC = 19,5 min = 0,325 h, = 19,5 min = 0,325 h, resulta:resulta:

Portanto,Portanto,

e e DDminmin = 30,6 m. = 30,6 m.

hmuC /333,0325,0

101,0209,0

3min 738

333,0

259,0

1

083,0

130

mS