reducaotamanho de partícula sólida

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TA 631 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS I TA 631 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS I Aula 16: 18/05/2012 Redução de Redução de tamanho tamanho de partículas de partículas 1

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ReducaoTamanho de partícula sólida

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  • TA 631 OPERAES UNITRIAS I Aula 16: 18/05/2012

    Reduo de tamanho de partculas slidas*

  • Gro de trigoGro de milhoGro de sojaFarinha de trigoFarinha de milho (fub)Farinha de soja*

  • A reduo de tamanho em alimentos ao longo da Historia*

  • Na produo de alimentos, muitos materiais slidos se apresentam em tamanhos muito grandes que exigem sua reduo para ser processados. Os slidos podem ser reduzidos no seu tamanho por vrios mtodos: A compresso (compactao; esmagamento). Geralmente a reduo de tamanho em uma industria exige uma combinao destas operaes em uma certa seqncia . O impacto (choque). O atrito superficial (esfregar). O corte por facas (cisalhamento agudo).Os equipamentos usados para reduzir o tamanho de slidos so chamados de: Esmagadores, Moendas ou Moinhos e Trituradores*

  • Os gros de cereais (trigo, milho, cevada, arroz) so convertidos em farinha usando moinhos (ternos de rolos). Exemplos de reduo de tamanho de matrias-primas na indstria de alimentos:A soja esmagada em cilindros para produzir flocos que sero depois torrados para extrair leo e gerar uma torta protica. Os moinhos de martelo so usados para produzir farinha de batata. A cana-de-acar triturada com moinhos de facas e depois esmagada em ternos de rolos giratrios que espremem as partculas de bagao para retirar o caldo com acar. *

  • 1. Medida do tamanho da partcula Para calcular a potncia dos equipamentos necessrio determinar o tamanho das partculas, e para isso usam-se peneiras vibratrias. Peneiras vibratrias de planta piloto ou pequena indstria Peneiras vibratrias de laboratrio*

  • Sieve clear opening= abertura livreNominal wire diameter= Dimetro do fioMesh = malha (fios por polegada)*

  • Com os dados experimentais se elaboram grficos que permitem: observar a distribuio de tamanho de partcula; calcular o dimetro mdio de partcula; fazer o grfico de distribuio acumulativa Nas operaes de reduo de tamanho, o material slido particulado heterogneo caracterizado pela quantidade que escoa atravs de uma determinada peneira (mesh), diferente de outras operaes unitrias que usam o dimetro mdio calculado atravs da distribuio das fraes que ficam retidas nas peneiras. Peneira mesh Y80% de XDimetro mesh YY deve ser considerado no clculo da potncia de equipamentos em moagemX ton20% de XMoinhoOutro processoProduto finalMatria prima% geralmente utilizada:*

  • Exemplo:Para materiais heterognios, o dimetro (de projeto) do material que vai ser reduzido de tamanho, geralmente estabelecido como aquele em que 80% da massa do material passa por uma peneira. No exemplo ao lado, seria uma peneira de 0,43mm, ou seja, um dimetro de projeto de 0,43mm.100% do material passou pela peneira de 1,0mm89% do material passou pela peneira de 0,5mm*A que MESH corresponde?Mesh 35

    Abertura da peneira em mm% retida% acumulada que passa1.00001000.50011890.25049400.12528120.063840.063 (panela)40

  • 2. Potncia necessria para a reduo de tamanho Precisa-se de energia para vencer a resistncia interna do material e fragment-lo. *A energia necessria para gerar uma fenda (corte ou fratura) no slido depende do tipo de material (tamanho, dureza, umidade, plasticidade, etc.) e do tipo de equipamento de reduo de tamanho.Os parmetros no clculo de reduo de tamanho so: a quantidade de energia usada o tamanho inicial da partcula o tamanho da nova partcula formada

  • Existe um modelo geral para explicar o fenmeno da reduo de tamanho. A partir desse modelo, vrios pesquisadores desenvolveram leis para predizer a potncia requerida pelos moinhos, entre eles: Rittinger, Kick e Bond. A escolha do modelo geral ou da lei particular depende de ensaios prticos. Uma escolha correta resulta em uma aproximao de at 2% na estimativa da potncia necessria.Existem vrios modelos tericos para predizer o valor da energia necessria para reduzir o tamanho de partculas slidas ... porm no so muito confiveis e tem que ser feitos testes prticos para escolher o modelo adequado. Os modelos mais importantes sero discutidos aqui.*

  • Supe-se que a energia necessria (E) para produzir uma modificao dX em uma partcula de tamanho X, uma funo de X elevado a uma certa potncia n.Onde X o dimetro da partcula, n e C so constantes que dependem do tipo de material e do tipo de equipamento de reduo de tamanho. (1) 2.1. Modelo geralA quebra de um material cria um novo tamanho (X).X*

    Grf1

    197.2853642431107.075044993476.3224433483

    194.5064997745104.296180524973.5435788798

    191.3298800419101.119560792270.3669591471

    187.636847147197.426527897566.6739262524

    183.249081645693.038762395962.2861607508

    177.881784373287.671465123656.9188634785

    171.040729468180.830410218450.0778085733

    161.758329643271.548010393540.7954087484

    147.734615579757.524296330126.771694685

    120.962920894830.7526016451-0

    X1

    E

    Triturao de partculas de X1 para X2

    Plan1

    C=100

    N=1.2

    X2=0.0010.0050.010

    X1EEE

    0.10197.285107.07576.322

    0.09194.506104.29673.544

    0.08191.330101.12070.367

    0.07187.63797.42766.674

    0.06183.24993.03962.286

    0.05177.88287.67156.919

    0.04171.04180.83050.078

    0.03161.75871.54840.795

    0.02147.73557.52426.772

    0.01120.96330.753-0.000

    Plan1

    000

    000

    000

    000

    000

    000

    000

    000

    000

    000

    X1

    E

    Triturao de partculas de X1 para X2

    Plan2

    Plan3

    MBD00006B03.unknown

    MBD00007A1B.unknown

  • (2) Onde: X1 o dimetro mdio da matria-prima X2 o dimetro mdio do produto. Integrando (1) Obtm-se a expresso do modelo geral:*

  • (3) Kick assume, devido a observaes experimentais, que n = 1. Substituindo na equao do modelo geral (1) tem-se:onde KK uma constante. Neste caso a energia requerida para reduzir um material de 100 a 50 mm a mesma para reduzir o mesmo material de 50 mm a 25 mm.2.2. Modelo de Kick(1)*

  • Ento com n = 2 obtem-se a equao de Rittinger: (4) KR uma constante. Considera que a quantidade de energia (E) para reduzir um material de 100 mm a 50 mm diferente da requerida para reduzir de 50 a 25 mm. E seria equivalente a reduo do material de 50 mm a 33.3 mm. Rittinger assume que o trabalho proporcional nova superfcie criada, e como a rea proporcional ao quadrado do comprimento, um valor de n = 2 assumido. De (2):2.3. Modelo de Rittinger (2) *

  • Experimentos recentes de Bond sugerem que o trabalho necessrio para moer partculas de tamanho grande proporcional raiz quadrada da razo da rea por volume do produto.

    Isto corresponde a n = 1.5 na Eq. (1): (5) Onde o KB uma constante. Resolvendo-se: 2.4. Modelo de Bond (1) *

  • Posteriormente, Bond modificou a sua lei para incluir Ei (ndice de trabalho), para representar o trabalho necessrio para reduzir as partculas alimentadas com dimetro DF a um produto com dimetro de partcula Dp.P a potncia requerida em [hp]; T a taxa de alimentao ao moinho, em [toneladas/min]; KB = 1,46 EiEi denominado ndice de trabalho, em [kWh/ton]DF o dimetro caracterstico das partculas alimentadas [ft];Dp o dimetro caracterstico das partculas do produto [ft].

    Os valores de Ei (para minerao) podem ser encontrados no Manual do Engenheiro Qumico (Perry e Green) e nos textos de Bond. A equao prtica, em unidades inglesas, : (6) *

  • Tabela. ndice de trabalho para moagem a mido.Observao: para moagem a seco, deve-se multiplicar o Ei por 1,33.H uma carncia de valores de Ei para alimentos!*

    MaterialDensidade, g/cm3ndice de Trabalho, Ei (kWh/ton)Bauxita2,208,78Cimento clinquer3,1513,45Cimento bruto2,6710,51Argila2,516,30Carvo1,4013,00Coque1,3115,13Granito2,6615,13Gesso2,696,73Minrio de ferro3,5312,84Calcrio2,6612,74Rocha fosftica2,749,92Quartzo2,6513,57Trigo1,14,35

  • A. Moinhos quebradores (partculas grossas e finas)1. Triturador de maxila 2. Triturador giratrio3. Moinho de rolosB. Trituradores (tamanho intermedirio e fino)1. Moinho de martelos2. Moinho de rolos de compresso3. Moinhos de discos de atrito4. Moinho com tambor e bolasC. Trituradores Ultrafinos1. Moinho de bolas com classificao interna2. Trituradores que usam fluidos auxiliares3. Moinhos giratriosD. Trituradores de corte 1. Moinho de facas 2. Escova de pinos3. Principais tipos de redutores de tamanho*

  • So usados para grandes volumes, atuam a velocidade baixa. O material alimentado entre duas maxilas pesadas. A maxila balana para frente e para trs. O material esmagado em um espao que se estreita. Esmagadores de maxilaOs esmagadores de maxila so usados principalmente para o esmagamento primrio de materiais duros e normalmente este processo seguido de outro tipo de triturao.http://www.youtube.com/watch?v=yCuHTa-mNOM&feature=relatedVideo:*

  • Esmagadores giratriosA cabea mvel tem a forma de um cone truncado e gira excentricamente dentro de uma cobertura cnica fixa em posio inversa.

    Um eixo faz girar a cabea mvel que esmaga o slido entre ela e o cone fixo exterior.*

  • Moinhos de rolosOs rolos giram em direes opostas e a velocidades diferentes. Podem ter ranhuras. Muitos alimentos so modos em moinhos de rolos ou cilndros.A proporo de reduo varia de 4:1 a 2,5:1http://www.youtube.com/watch?v=ZMeQsSJG0ts&feature=relatedVideo:Tambm existem os rolos nicos que giram contra uma superfcie fixa. Os rolos dentados so bastante usados. Moinho industrial de vrios rolos dentadoshttp://www.youtube.com/watch?v=tbtMJTaiD3g&feature=endscreen&NR=1 *

  • Moinho de marteloSo usados para reduzir o material a tamanhos entre intermedirio a pequeno. O material quebrado pelo impacto dos martelos e pulverizado entre os martelos e a cobertura. O p ento passa por uma grelha ou a tela de arame na descarga. Muitas vezes os produtos obtidos nos esmagadores de maxila e nos trituradores giratrios so processados em moinhos de martelos. *

  • Moinhos giratriosUma carcaa cilndrica ou cnica e um eixo giratrio so usados junto com meios de fratura tais como: bolas (ao, slex, porcelana), facas ou superfcies de atrito. Em alguns casos, dois discos chatos so usados, onde um disco gira e outro fixo e moem por atrito o material que passa entre os discos.http://www.youtube.com/watch?v=WWgBmIA_sNIVideo:*

  • EXEMPLO 1. Moendo cana-de-acar Acar obtido da moagem de cristais. Aps passar por uma moagem primria, para a caracterizao do produto aceitvel que 80% da massa inicial passe por uma peneira de 500 m. Esse produto reduzido de tamanho novamente atravs de um moedor de rolos, onde agora 80% do produto final passa em uma peneira de 88 m. Para a segunda moagem, um motor de 5HP utilizado. Considerando agora, que 80% do produto final passe em uma peneira de 125 m, mas com uma taxa de moagem (vazo mssica) 50% maior que a anterior, verifique se o motor instalado possui potncia suficiente para operar o moedor? Considere a equao de Bond nos clculos.

    Processo #1:Processo #2:Dividindo #2 por #1 tem-se:Assim, o motor possui potncia insuficiente para passar a um aumento de 50% na taxa de carga (vazo mssica), mesmo aumentando o dimetro final do produto para 125m. [Verifique que se a taxa fosse aumentada em 38%, o motor de 5HP seria suficiente para executar o trabalho.]*

  • EXEMPLO 2. Consome-se 30 Hp para moer 140 t/h de um material qualquer, sendo reduzido de 2 mm para 1 mm. Qual a energia necessria para moer 120 t/h do mesmo material, mas sendo reduzido de 1 mm para 0,5 mm ? Utilize o modelo de Bond.Processo #1:Considerando agora o mesmo ndice de trabalho Ei para o Processo #2 tem-se:*

  • EXEMPLO 3. Fazer uma estimativa da potncia necessria para britar 100 ton/h de calcrio, desde um dimetro mdio de 5cm at o dimetro final de 8 Mesh Tyler. Considere: Lei de Bond e britamento a seco.

    RESPOSTA: Potncia estimada 275,6 HP*EXEMPLO 4. A moagem do trigo est sendo realizada numa indstria com um moinho de rolos. Na operao atual, 5HP so consumidos durante o processo de fragmentao de 6,4 ton/h do trigo, desde um dimetro de 3mm a 1mm. Um motor de 7HP est instalado para executar esse trabalho. Verifique se o mesmo motor poderia ser utilizado quando um ajuste no espaamento entre os cilindros, de modo a reluzi-lo na metade, fosse realizado. Considere a lei de Bond.

    RESPOSTA: Potncia necessria 9,897 HP; logo, o motor de 7 HP no ser suficiente.

    *******************