relatrio final peneiramento

5/14/2018 Relatrio Final Peneiramento - slidepdf.com

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UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA

OPERAÇÕES UNITÁRIAS DA INDÚSTRIA QUÍMICA I

HORÁRIO: 37/ 58-59

PROFESSORA: Dra. Laura B. Gonella

Análise Granulométrica de PolietilenoMoído de Alta Densidade (PEAD)

Daiana Baldo

Daiane Torani

Érico Baroni

Felipe Canabarro

Juliana Zardo

Caxias do Sul, 12 de maio de 2011.



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1.0 Objetivos

1.1. Objetivos gerais:

Caracterizar através de peneiramento mecânico a distribuição

granulométrica de uma amostra de polietileno aglutinado.

1.2 Objetivos específicos:

Através da utilização dos dados obtidos empiricamente, efetuar a Análise

Granulométrica Diferencial (AGD), Análise Granulométrica de Acumulados – AGAR –

AGAF;

Calcular o número total de partículas presentes na amostra.



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2.0. Introdução

A análise granulométrica de amostras consiste na utilização de peneiras para se

efetuar a classificação e a separação de um material em suas diversas frações de

partículas com tamanhos diferentes e a subsequente análise estatística dos dados

obtidos.

Neste peneiramento, existe uma separação, segundo o tamanho geométrico das

partículas, o que leva a obtenção de frações mais homogêneas, facilitando sua utilização

em processos subsequentes e conferindo uniformidade ao peneirado. Usualmente, este

peneiramento segue um padrão de classificação, como as peneiras padrão da Série Tyler

e as peneiras padrão da Série ASTM. No presente trabalho, as peneiras Tyler foram

utilizadas.

Este tipo de classificação tem como unidade de medida o que se conhece por

mesh. O mesh nada mais é do que a razão entre os furos de uma malha da peneira e sua

área superficial, produzindo assim uma relação percentual, onde o mesh define o

tamanho do grão obtido, e assim, a média aritmética das aberturas destas malhas servirá

para caracterizar o tamanho da partícula. Desta forma, o peneiramento utiliza malhas

que são progressivamente menores, retendo em cada peneira partículas com pequena

variação de tamanho, obtendo assim frações mais distintas e menos heterogêneas.

A análise granulométrica é de suma importância em diversos ramos de ciência

e também é amplamente utilizada na indústria. A classificação por geometria não

somente auxilia no acondicionamento, transporte e estocagem de materiais, mas como

também confere uniformidade às matérias-primas, facilitando assim sua utilização

industrial posterior em dissoluções de compostos salinos, fusões de polímeros,

sinterização de metais e cerâmicas, etc., ou sua utilização científica na análise de solos e

bacias hidrográficas, no estudo de nutrição animal, nos estudos de imunologia humana

de fármacos e na otimização de inúmeros processos.

Dentre muitas de suas aplicações, a análise granulométrica de polímeros

permite que seja obtida uma matriz fundida mais uniforme, o que tem por consequência

o menor gasto com matérias-primas, a otimização do processo, a diminuição de falhas

nos produtos industrializados e um melhor controle das condições do sistema durante os

processos de beneficiamento como o sopro, a injeção e a extrusão de polímeros.

O polietileno (PE) é um polímero semicristalino e flexível que possui

diferenciados tamanhos e classificações de sua cadeia carbônica. Por sua matriz



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parafínica, seu alto peso molecular e sua estrutura parcialmente cristalina, apresentam

grande estabilidade química, além de serem atóxicos em condições normais, podendo

assim ser utilizados em indústrias do ramo farmacêutico e alimentício, representando

desta forma um dos polímeros mais importantes no contexto econômico-industrial

devido a sua arraigada utilização e aplicação, constituindo aproximadamente 60% da

demanda mundial de plásticos.

São encontrados no mercado sob cinco diferentes formas:

PE de baixa densidade (PEBD ou LDPE);

PE de alta densidade (PEAD ou HDPE);

PE linear de baixa densidade (PELBD ou LLDPE);

PE de ultra alto peso molecular (PEUAPM ou UHMWPE); e,

PE de ultra baixa densidade (PEUBD ou ULDPE).

Cada uma das formas de apresentação deste polímero é obtida através de

processos produtivos diferentes o que lhes conferem, também, características distintas,

que são amplamente regidas pela fração cristalina que o constitui.

A polimerização sob baixa pressão e com o uso de catalisadores apropriados

origina o PEAD, variedade do polímero que apresenta maior linearidade e uma maior

cristalinidade da matriz polimérica relativamente ao de baixa densidade. Já que neste

processo o empacotamento das cadeias carbônicas é mais eficiente, as forças de

interação intermoleculares serão mais intensas, o que acarreta tanto num incremento na

densidade do material como também em uma maior cristalinidade do polímero, o que

acaba por alterar suas características mecânicas.

O PEAD é utilizado em diversos segmentos da indústria de plásticos, podendo

ser processado pela moldagem a sopro, extrusão e moldagem por injeção, cada uma

delas gerando produtos com diferentes aplicações em uma extensa gama de

possibilidades e mercados:

Injeção – produção de baldes, bacias, bandejas, banheiras infantis,

brinquedos, brinquedos, conta-gotas, jarros, potes, assentos e caixas sanitárias, tampas,

boias, etc.;



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Sopro – confecção de “bombonas”, tanques e tambores de 60 a 250 litros

de capacidade (onde a resistência a queda, aos produtos químicos e ao empilhamento

são fatores decisivos), frascos de 1 a 60 litros onde a resistência ao fissuramento sob

tensão e a resistência por fendilhamento ambiental são mandatárias) e brinquedos

atóxicos;

Extrusão – é aplicado no isolamento de fios telefônicos, sacos para

congelados, revestimento de tubulações metálicas, polidutos, tubos de rede de

saneamento e de distribuição de gás, dutos de minerações e drenagem, barbantes de

costura, redes para embalagens de frutas, fitas decorativas, sacos de lixo e sacolas de

supermercados.



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3.0. Metodologia

Primeiramente, as peneiras da série Tyler de mesh 6, 10, 35, 48 e fundo foram

limpas com pincel macio e pesadas em balança analítica, onde as massas das peneiras

vazias foram registradas.

Na sequência, uma amostra contendo 300 gramas de polietileno de alta

densidade moído de massa específica 0,952 g/mm³, foi acondicionada na peneira

superior, que apresenta uma abertura de malha maior que as seguintes e o sistema de

peneiramento mecânico foi acionado e permaneceu durante 15 minutos com frequência

de vibração máxima. No término do tempo pré-definido para o experimento, as peneiras

foram pesadas e assim foi possível calcular a massa de polímero retida em cada peneira.

A Figura 1 mostra um equipamento de peneiramento similar ao utilizado neste estudo:

Figura 1 – Sistema de peneiramento mecânico série padrão Tyler.

Fonte: http://diqky.blogspot.com/2009/11/sieve-shaker-in-mining-laboratory.html



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Para fins de cálculo, consideraram-se as partículas como esferas perfeitas, ou seja,

esfericidade = 1, logo, parâmetro b = π /6.



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4.0. Resultados e Discussões

A massa de cada uma das peneiras e do fundo utilizadas foi pesada antes da adição

do polietileno moído e após o peneiramento. A Tabela 1 apresenta os valores obtidos.

Tabela 1 - Valores de massa das peneiras antes e após a adição do PE e realização do peneiramento.

Mesh Massa das Peneiras vazias (g) Massa das Peneiras com PE (g)

6 460,90 692,40

06/10 482,08 535,70

10/35 416,22 430,80

35/48 452,74 453,00

48/Fundo 350,55 350,60

A Tabela 2 mostra os valores de acumulado retido (Δφ), ou seja, a fração

percentual de material ficou retida em cada peneira após o peneiramento e alguns

cálculos preliminares necessários para a obtenção do diâmetro médio superficial das

partículas, além de realizar uma estimativa da quantidade de partículas presentes em

300 g de material utilizado.

Tabela 2 – Valores calculados necessários para caracterização dimensional do material analisado.

Mesh Acumulado

retido (g)

Δφ Di

(mm)

Di³

(mm³)

Δφ/Di³

(mm-³)

Δφ/Di

(mm-1)

6 231,5 0,7717 3,3270 36,8263 0,0210 0,2319

06/10 53,62 0,1787 2,4890 15,4197 0,0116 0,0718

10/35 14,57 0,0486 1,0340 1,1055 0,0440 0,0470

35/48 0,26 0,0009 0,3560 0,0451 0,0192 0,0024

48/Fundo 0,05 0,0002 0,1475 0,0032 0,0519 0,0011

Σ=300,00 Σ=1,0000 Σ=0,1477 Σ=0,3543

Com os dados obtidos, pode-se constatar que a maior quantidade de partículas ficou

retida na peneira Tyler de mesh 6, ou seja, a distribuição geométrica das partículas

apresenta diâmetro médio superior a 3,327 mm. Este resultado pode ser observado ao



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analisar-se o Gráfico 1, que apresenta a relação da fração de massa retida com o

diâmetro médio de cada peneira e evidencia o diâmetro da peneira Tyler de mesh 6.

Gráfico 1: Relação entre o diâmetro médio das partículas de polietileno moído com a fração

retida em cada peneira e com a peneira Tyler.

Através da análise do gráfico acima, constata-se que 77,17 % das partículas de

polietileno moído não passaram pela peneira Tyler de mesh 6, apresentando diâmetro

médio superior ao da respectiva peneira.

Através da análise granulométrica não foi possível classificar o material quanto

ao tamanho de partículas, uma vez que não foi definido qual o diâmetro médio das

partículas que ocorre em maior quantidade. Para tal classificação seria necessário

realizar uma nova análise com peneiras de abertura de malha maior, ou seja, inferiores

ao mesh 6, para poder determinar uma faixa de maior incidência de partículas e assim,

poder defini-lo entre os cinco tipos de sólidos particulados existentes.

4.1 Cálculo do Diâmetro Médio Superficial (Ds)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

F r a ç ã o R

e t i d a

Di (mm)

Di x Fração Retida



10

Ds = 1,549 mm

O cálculo do Diâmetro Médio Superficial das partículas é importante, pois se

pode relacionar esta variável com a área superficial total de cada partícula, propriedade

importante em algumas análises, como em sólidos adsorventes, catalisadores, etc.

4.1 Cálculo do Número de Partículas (N)

N = 8,889 x 104 partículas

E, o cálculo do número total de partículas, permite a estimativa da área total

formada pelo particulado, área esta que é de indispensável conhecimento em, por

exemplo, reações catalíticas heterogêneas e em processos fermentativos industriais para

determinação dos parâmetros ótimos e scale-up de processos.



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5.0. Conclusões

Através da análise granulométrica realizada para a amostra de polietileno moído

constatou-se que a maior quantidade de partículas apresenta diâmetro médio maior que

3,327 mm, valor esse, que representa a abertura de malha da peneira Tyler de mesh 6.

Pode-se concluir também que não foi possível realizar a classificação das

partículas quanto ao seu tamanho, sendo necessária a realização do ensaio com peneiras

de abertura de malha maior para uma análise mais efetiva.

E por fim, chegou-se a um número total médio de 8,9 x 104

partículas em 300

gramas de polietileno moído.



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6.0 Referências bibliográficas

BRASKEM. Folha de dados: Propriedades dos produtos. Disponível em:

http://www.braskem.com.br/site/portal_braskem/pt/produtos_e_servicos/folha_dados/fo

lha_dados.aspx?id=1&linha=Poliolefinas&familia=Polietileno (PE). Acesso em:

06/05/11.

GOMIDE, Reynaldo. Análise granulométrica. In: Manual de Operações Unitárias. 2.

ed. São Paulo: R. Gomide, 1991.

PERRY, Robert H.; GREEN, Don W. Perry's chemical engineers' handbook. 7.ed.

New York, N.Y.: McGraw-Hill, 1997. [xvi, 1650] p. (McGraw-Hill Chemical

Engineering Series) ISBN 0070498415.

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