aula operações unitárias i qi eq sólidos particulados

Slidos particulados

Prof.: Ulisses Magalhes Nascimento

So Lus 2013

UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHO Centro de Cincias Exatas e Tecnologia Departamento de Tecnologia Qumica

Introduo

2 Slidos particulados

O comportamento de um material particulado geralmente descrito por um grande nmero de parmetros. Esses parmetros podem ser importantes para uma aplicao especfica.

Slidos particulados 3

As que dependem da natureza das partculas:

o tamanho, a forma, a dureza, a densidade, o calor especfico e a condutividade. As que dependem do sistema (leito poroso):

a densidade aparente, a rea especfica, a porosidade, o ngulo de repouso, entre outras. Neste caso, a propriedade passa a ser uma caracterstica do conjunto de partculas (leito) e no mais do slido em si.

Propriedades dos slidos particulados


Importncia

O conhecimento das propriedades dos slidos

particulados fundamental para o

estudo de muitas operaes unitrias

como:

Reduo de tamanho

Fluidizao

Transporte Pneumtico

Centrifugao

Decantao Sedimentao

Filtrao


Dimetro equivalente

As partculas so tridimensionais, sendo assim, somente partculas esfricas permitem uma definio simples de tamanho de partcula. Mas na prtica as partculas esfricas so muito raras , por isso usa-se normalmente o conceito de dimetro equivalente, o qual representa o dimetro de uma que se comporta como a partcula real.


Tamanho das partculas

Granulometria o termo usado para caracterizar o

tamanho das partculas de um material.

1 m at 0,5 mm

Slidos Granulares

0,5 a 10 mm

Blocos Pequenos

1 a 5 cm

Blocos Mdios 5 a 15 cm

Blocos Grandes > 15 cm

Ps

Distinguem-se pelo tamanho cinco tipos de slidos

particulados:

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A distribuio de tamanho de partculas pode ser representada por meio tabelas ou histogramas. Em um caso mais simples, a distribuio de tamanho de partculas pode ser divida em intervalos de tamanho.

Distribuio de tamanho


Distribuio de tamanho

Alguns conceito em distribuio de tamanho de partculas: Distribuio acumulativa; Distribuio monomodal; Distribuio bimodal ou multimodal.


1. Com o auxlio de um microscpio;

Distribuio de tamanho (Anlises de tamanho)

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Difrao de raios - X



Por peneiramento: fazer passar por malhas progressivamente menores, at que fique retida a maior poro. O tamanho corresponde ao tamanho da peneira o a mdia das peneiras. Decantao: o material posto numa suspenso que se deixa em repouso durante um certo tempo, findo o qual o nvel dos slidos decantados ter descido. A partir das fraes de massa separadas, calcula-se o tamanho da partcula.



Elutriao: O princpio empregado o mesmo, porm a suspenso mantida em escoamento ascendente atravs de um tubo. Variando-se a velocidade de escoamento, descobre-se o valor necessrio para evitar a decantao das partculas. Esta ser a velocidade de decantao do material. Centrifugao: A fora gravitacional substituda por uma fora centrfuga cujo valor pode ser bastante grande. til principalmente quando as partculas so muito pequenas e, por consequncia, tm uma decantao natural muito lenta.



Neste caso o material ter que ser separado em fraes com partculas uniformes por qualquer um dos mtodos de decantao, elutriao ou centrifugao. O meio mais prtico, no entanto, o tamisamento, consiste em passar o material atravs de uma srie de peneiras com malhas progressivamente menores, cada uma das quais retm uma parte da amostra. Esta operao, conhecida como anlise granulomtrica, aplicvel a partculas de dimetros compreendidos entre 7 cm e 40 m.

Slidos heterogneos



A anlise granulomtrica realizada com peneiras padronizadas quanto abertura das malhas e espessura dos fios de que so feitas. Sries de Peneiras mais Importantes British Standard (BS) Institute of Mining and Metallurgy (IMM) National Bureau of Standards - Washington Tyler (Srie Tyler) A mais usada no Brasil


Sistema de Tyler

O sistema Tyler constitudo de quatorze peneiras e tem como base uma peneira de 200 fios por polegada (200 mesh), feita com fios de 0,053 mm de espessura, o que d uma abertura livre de 0,074 mm. As demais peneiras, apresentam 150, 100, 65, 48, 35, 28, 20, 14, 10, 8, 6, 4 e 3 mesh. Quando se passa de uma peneira para a imediatamente superior (por exemplo da de 200 mesh para a de 150 mesh), a rea da abertura multiplicada por dois e, portanto, o lado da malha multiplicado por .


Procedimento do sistema Tyler

O ensaio consiste em colocar a amostra sobre a peneira mais grossa a ser utilizada e agitar em ensaio padronizado o conjunto de peneiras colocadas umas sobre as outras na ordem decrescente da abertura das malhas. Abaixo da ltima peneira h uma panela que recolhe a frao mais fina que consegue passar atravs de todas as peneiras da srie.


Sistema Tyler


Sistema Tyler

As quantidades retidas nas peneiras e na panela so pesadas. A frao de cada tamanho se calcula dividindo a massa pela massa total da amostra.


Sistema Tyler

Esta frao poder ser caracterizada de dois modos: 1) Como a frao que passou pela peneira i-1 e ficou retida na peneira i. Se estas forem as peneiras 14 e 20, respectivamente, ser a frao 14/20 ou 14+20. 2) A frao ser representada pelas partculas de dimetro igual a mdia aritmtica das aberturas das malhas das peneiras i e i-1. No caso que estamos exemplificando, ser a frao com partculas de tamanho:


Forma e composio das partculas

A forma e composio das partculas determinada pelo sistema cristalino dos slidos naturais e no caso dos produtos industriais pelo processo de fabricao. A forma uma varivel importante.

A) Esfericidade e Dimetro Equivalente

B) Densidade

C) Dureza

D) Fragilidade

E) Aspereza

F) Porosidade (e)

G) Densidade Aparente

Os parmetros mais utilizados so os seguintes:

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Esfericidade

A forma de uma partcula pode ser expressa pela esfericidade (), que mede o afastamento da forma esfrica.

Superfcie da esfera de igual volume da partcula

Superfcie externa da partcula real

Logo = 1 para uma partcula esfrica < 1 para qualquer outra forma

0 1


Esfericidade

Seja uma partcula de volume Vp e rea Ap:

Volume da esfera

p

eq

A

d 2

Por definio:

2

eqpdA


Esfericidade

p

eq

A

d 2


Esfericidade

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Esfericidade

Nmero de partculas Dada uma massa (m) de partculas, de densidade s e Volume Vp, o nmero total de partculas (N) pode ser calculado como:


Esfericidade

Se todas as partculas tm o mesmo volume (Vp) e a mesma forma, a rea total das partculas = nmero de partculas x rea da partcula

Pode ser calculada a rea por unidade de massa (rea especfica) se conhecemos o dimetro equivalente para uma partcula i:

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Densidade

Permite classificar os slidos nas seguintes classes:

- Leves ( 2000 kg/m3) = minrios pesados

- Intermedirios (550<

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Dureza

Esta propriedade costuma ter dois significados. Nos plsticos e metais corresponde a resistncia ao corte, enquanto que no caso dos minerais a resistncia que eles oferecem ao serem riscados por outros minerais. A escala de dureza que se emprega nos minerais a Escala de Mohr, que vai de um a dez e cujos minerais representativos so:

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Fragilidade e aspereza

Fragilidade: Mede-se pela facilidade fratura por toro ou impacto. Muitas vezes no tem relao com a dureza. Os plsticos podem ser pouco duros (moles) mas no so frgeis. Aspereza: Determina a maior ou menor dificuldade de escorregamento das partculas.

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Porosidade

a propriedade da partcula que mais influencia as propriedades do conjunto (leito poroso)

a proporo de espaos vazios. Quanto mais a partcula se afastar da forma esfrica, mais poroso ser o leito.

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a densidade do leito poroso, ou seja, a massa total do leito poroso dividida pelo volume total do leito poroso.

Pode-se calcular por meio de um balano de massa a

partir das densidades do slido e do fluido, que muitas vezes o ar.

a = (1- ).p + .f

Proporo de Slido

Densidade do Slido Porosidade

Densidade do Fluido

Densidade Aparente

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Materiais heterogneos

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Dimetro mdio aritmtico

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o dimetro da partcula de volume mdio.

Multiplicando o volume desta partcula pelo nmero de partculas da amostra, obtm-se o volume total do slido.

O volume desta partcula a mdia aritmtica dos volumes de todas as partculas da amostra. Admite-se uma densidade igual para todas as partculas:

Dimetro mdio volumtrico

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1) Calcule a rea superficial de um anel de Raschig.

Dimetro externo

Espessura

Altura

Volume do cilindro = 2,0 cm3

Esfericidade: 0,577

36.

Vpdeq

Ap

deq2.

Exerccios

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Exerccios

2) Gros de pipoca no estourados possuem dimetro equivalente de 6 mm e esfericidade aproximada de 1. J, os gros de pipoca estourados, apresentam dimetro equivalente de 12 mm e esfericidade de 0,85. Obtenha o volume da partcula para o gro no estourado e para o gro estourado.

36.

Vpdeq

Ap

deq2.

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