diana kaue artigo4
TRANSCRIPT
Teste de P roveta
A L T U R A , z ( cm )
0
10
20
30
40
50
60
70
T E M P O (s )
10 100 1.000 1e+04
Universidade Federal do Pampa - Campus BagéCurso de Engenharia Química
Disciplina de Laboratório de Engenharia Química I (BA00232)
SEDIMENTAÇÃO EM CONTÍNUO
D.R. LIMA1, G. V. BRIÃO1, K. L. BUENO1, M. F. HERNANDES1, R. R. DE LIMA1
Universidade Federal do Pampa, Curso de Engenharia Química
1e-mail: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
RESUMO – A sedimentação é uma das operações unitárias mais utilizadas na indústria química. Nela, as fases sólida e líquida são separadas devido à diferença de peso. Para o caso de partículas sólidas muito pequenas, a eficiência de separação diminui drasticamente, inviabilizando a separação com padrões aceitáveis, tornando-se então necessária a pesquisa de métodos para otimização da eficiência de separação. Uma maneira de contornar tal situação consiste na adição de agentes floculantes, cuja ação consiste em produzir estruturas complexas (flocos) com os quais as partículas sólidas interagem e podem ser adsorvidas. Um exemplo de utilização da sedimentação na industria química e os projetos de estações de tratamento de água,que têm sido baseados em critérios empíricos, muitos dos quais são consequência de critérios racionais aplicados a algumas instalações que deram bons resultados e, então, erroneamente tomados como critérios de projetos de uso geral. Com o objetivo de entender o processo de sedimentação contínua, evitando o uso de métodos empíricos, fez-se o dimensionamento anterior a prática experimental para saber a vazão necessária de solução alcalina, sulfato de alumínio e polímero aniônico, reagentes responsáveis pela floculação, e assim obter o rendimento de clarificação obtido.
INTRODUÇÃO
A operação de sedimentação baseia-se no fenômeno de transporte da partícula para o
fundo de um equipamento, onde a partícula sólida em suspensão sofre ação das forças: gravidade, empuxo e resistência ao movimento (Benvindo et al. 2002).
O processo de sedimentação para a remoção de partículas sólidas em suspensão é um dos mais comuns no tratamento da água.
A sedimentação é uma operação de separação sólido-líquido que se baseia na diferença entre concentrações das fases da suspensão a ser processada, sujeitas a um campo gravitacional (CREMASCO, 2012).
Para buscar uma esfericidade maior e um diâmetro maior das partículas presentes na suspensão, características que influenciam a sedimentação, promove-se a aglomeração da fase particulada por meio da técnica da coagulação ou floculação (MCCABE, 2005).
Segundo Richter (1991), normalmente a água contém materiais finamente divididos, no estado coloidal ou em solução, que não são removidos por sedimentação, sendo necessário o processo de filtração.
O comportamento hidráulico dos sedimentadores pode ser analisado a partir da teoria de Hazen (1904), que admite: regime de fluxo laminar na zona de sedimentação; fluxo perfeitamente uniforme na zona de sedimentação; a concentração de partículas é uniforme; não há suspensão de sólidos já sedimentados.
De acordo com Netto (1998), na prática nem sempre a vazão de entrada é igual a vazão de saída, ocorrendo o que se denomina de distribuição em marcha, ou seja, existem diversas derivações ao longo de seu percurso, onde a água vai sendo consumida e de cada um desses pontos para jusante a vazão é menor que anteriormente.
Durante a sedimentação é possível perceber zonas de concentração. Estas zonas, na sedimentação em batelada e contínua, são apresentadas pelas figuras 1 e 2, respectivamente.
Figura 1: Sedimentação em Proveta.
Fonte: GEANKPLIS, 1998.
Figura 2: Sedimentação Contínua.
Fonte: FOUST, 2008.
O projeto de um decantador exige que a especificação da área da seção reta e da profundidade. É possível a partir das informações da sedimentação descontínua projetar uma unidade capaz de produzir, de maneira contínua, um produto com características especificadas (FOUST, 2008).
MATERIAIS E MÉTODOS
O inicio da operação de sedimentação continua, se dá ajustando as melhores condições de operação e dosagem dos agentes floculantes;essa etapa é realizada a partir do bombeamento da suspensão de carbonato de cálcio para um um conjunto de vasos comunicantes, onde o primeiro recebe suspensão de carbonato de Cálcio e o hidróxido de sódio sendo que o ultimo, objetivava ajustar o pH da suspensão, logo que esse se comunica com o próximo vaso inicia-se a injeção de sulfato de alumínio na suspensão deste,logo, havendo comunicação entre o segundo e o terceiro vaso, inicializa-se a injeção do Polímero Aniônico;ressaltando que ambos os vasos eram mantidos sobre agitação constante. Foi respeitado o tempo para formação de flocos com granulometria, visualmente satisfatória,ao se obter esta libera-se o fluxo de suspensão ajustada nos vasos com os agentes floculantes para o sedimentador;logo após o enchimento do sedimentador deve ser acionado o motor do raspador para evitar o acúmulo de sedimento na base do equipamento. Após 30 minutos de operação do sedimentador e a obtenção de um determinado volume de sedimento, aciona-
se uma válvula de pistão pneumático que liberará uma mostra de lodo, do sedimentador, por 5 milésimos de segundo e o liquido clarificado é direcionado para o filtro de carvão e ativado e areia, sendo coletado em um reservatório para posterior comparação entre a amostra inicial de suspensão,o lodo espessado o liquido clarificado sem filtração;uma pequena alíquota desses foi colocado em estufa a 105°C por 24 horas objetivando conhecer a concentração das amostras.As vazões, de suspensão de carbonato de cálcio, utilizada experimentalmente,foram dentro da faixa de segurança,entre 0,3 e 0,6 L/min, de operação do sedimentador e as do agentes floculantes foram as que apresentaram o melhor volume sedimento.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
O comportamento da curva obtida não corresponde ao encontrado na literatura, visto que a sedimentação ocorreu de forma inadequada, apresentando disparidades com o modelo teórico proposto. O excesso de pontos na fase intermediária reflete anomalias na formação dos sedimentos, pois sedimentaram sempre devagar, quando na verdade, deviam cair, primeiramente, de forma mais rápida do que ao final da sedimentação onde haveria efeito populacional, o que dificultou a observação da interface de sedimentação. Este comportamento é claramente demonstrado na Figura 3, curva da taxa de sedimentação.
Teste de P roveta
A L T U R A , z ( cm )
0
10
20
30
40
50
60
70
T E M P O (s )
10 100 1.000 1e+04
Figura 3: Curva da altura pelo tempo do teste de proveta.
A Tabela 1 mostra as concentrações da suspensão original, de clarificado e de lodo, onde esta é 8,4 vezes maior que a concentração inicial da suspensão.
Tabela 1: Valores de concentração e massa específica.
Zona Concentração (g/mL)
Massa especifica (g/
mL)Suspensão 0,004365 -----------Clarificado 0,00256 -----------
Lodo 0,03666 1,02
Por método de tentativa e erro, obtiveram-se as quantidades de reagentes para serem utilizados no teste de proveta. Os resultados visuais dos testes estão dispostos na Figura 4, onde observa-se, que com 24 e 26 mL de floculante, não há tanta diferença no volume de sedimento, então optou-se por utilizar 24 mL, para economizar reagente já que os resultados são muito próximos. Já para o teste com polímero aniônico, observa-se que somente o teste com 3 mL demostrou um clarificado satisfatório.
Figura 4: teste jarros para quantidade de floculante (A) e de polímero aniônico (B).
Os resultados dos testes de jarro estão descritos pela Tabela 2.
Tabela 2: Quantidade de floculante, auxiliar e solução alcalina obtida pelo teste de jarros.
Reagente Volume (mL)Solução Alcalina 5
Floculante 24Floculante Auxiliar 3
Pela Equação 01, pode-se dimensionar a vazão necessária da suspensão para o processo de sedimentação em contínuo, a partir disto por multiplicação direta obteve-se as vazões dos reagente. Este resultados são apresentados pela Tabela 3.
Tabela 3: Vazão de floculante, auxiliar e solução alcalina para sedimentação em contínuo.
Reagente Vazão (mL/min)Solução Alcalina 6
Floculante 28,8Floculante Auxiliar 3,6
Suspensão 1200
Levando em consideração, que a bomba utilizada no processo contínuo trabalha em uma faixa de vazões de 300 a 1300 ml/min, observa-se que o resultado obtido está muito próximo da capacidade máxima. A margem de trabalho segura é entre 300 e 600 ml/min. Logo, a discrepância entre o resultado obtido e o esperado se dá devido a curva da Figura 03 não estar de acordo com apresentado teoricamente pela Figura 2.
CONCLUSÃO
A operação de sedimentação de suspensões leva a formação de lodo, resultando na variação de concentração da fase particulada, no volume da proveta e no tempo de operação. Desta forma, é possível afirmar que, através dos dados obtidos pelo teste de proveta, o dimensionamento do processo de sedimentação contínua é eficaz. Uma vantagem no uso deste teste é a possibilidade trabalhar em pequena escala com resultados precisos, tornando-o técnica e economicamente viável.
NOMENCLATURA
p Massa específica [M]/[L]3Concentração do Lodo [M]/[L]3
Concentração da Alimentação [M]/[L]3Q Vazão [L]3/[T]zo Altura inicial [L]zi Altura instantânea [L]
REFERÊNCIAS
CREMASCO, M. A. Operações Unitárias em Sistemas Particulados e Fluidomecânicos. Blucher, São Paulo, 2012.
FOUST, A. S.; WENZEL, L. A.; CLUMP, C. W.; MAUS, L.; ANDERSEN, L. B. Princípios das Operações Unitárias. 2 ed. LTC, Rio de Janeiro, 2008.
MCCABE, W. L.; SMITH, J. C. Operaciones unitarias en Ingenieria Quimica. 7 ed. New York: McGraw-Hill, 2005.
GEANKOPLIS, Christie J. Procesos De Transporte y Operaciones Unitarias. 3ed. México, 1998.