Relatório Experimento Sedimentação

Relatório Experimento Sedimentação

(Parte 1 de 2)

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA Departamento de Engenharia Química

Laboratório de Processos Químicos Profª. Dra Edinalda Augusta Moreira Profª. Dra Rosineide Gomes da Silva

Fábio Nihari Nogueira RA 296759 Felipe Milhardo dos Santos RA 296937 João Paulo Urbano RA 296902 Lucas Eidi Sasahara RA 296899 Marcelo Almeida Pina RA 297356 Mauro Mileta Menacho RA 271152

São Carlos Maio de 2010

1. INTRODUÇÃO1
2. MATERIAIS E MÉTODOS4
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO5
4. CONCLUSÃO7
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS7
6. MEMORIAL DE CÁLCULOS7

ÍNDICE 7. GRÁFICO ANEXO ..............................................................................................9

1. INTRODUÇÃO

Objetivo Realizar ensaios em proveta utilizando uma suspensão, verificar a influência da concentração no ponto crítico (Zc e θc) e aplicar o Método de Talmadge-Fitch da determinação da área de um sedimentador contínuo.

Fundamentação Teórica

A separação de uma suspensão pela deposição dos sólidos por gravidade até a obtenção de um fluido límpido e uma lama com maior teor de sólidos é denominada de sedimentação. O mecanismo da sedimentação pode ser mostrado em ensaio com suspensão em provetas.

Figura 1 – Zonas durante um experimento de sedimentação em proveta

Na Figura 1, podem-se identificar quatro zonas distintas:

A – Líquido clarificado; B – Suspensão com concentração uniforme, igual à inicial; C – Zona de transição e concentração não-uniforme, aumentando de cima para baixo; D – Zona de compressão, que aumenta com o passar do tempo;

Com o passar do tempo, as alturas de cada zona variam. Ocorre inicialmente uma diminuição de B com um aumento simultâneo de C e D. Passado algum tempo, as zonas B e C desaparecem e todos os sólidos encontram-se na zona D. Esse ponto denomina-se Ponto Crítico ou ponto de compressão. A altura da zona de compressão é denominada Zc e a respectiva concentração é denominada Cc. Deste ponto em diante ocorre a compressão lenta dos sólidos com a suspensão do líquido retido.

Método de Talmadge-Fitch

O método de Talmadge-Fitch (1955) baseia-se na determinação do ponto crítico (Zc, θc) através de análise da curva de sedimentação como mostra a Figura 2:

Figura 2: Método gráfico de Talmadge-Fitch

Onde:

Zc: Altura da interface no ponto crítico θc: Tempo necessário para se atingir o ponto crítico θe: Tempo necessário para o espessamento

Etapas: 1. Traçar a tangente à curva de sedimentação na zona de clarificação; 2. Traçar a tangente à curva de sedimentação na zona de espessamento; 3. Traçar a bissetriz entre as 2 retas; 4. Localizar o ponto crítico; 5. Traçar a tangente à curva de sedimentação passando pelo ponto crítico.

6. Identificar Z1, Zc, e θc.

Lembrando que no ensaio de proveta a massa de sólidos é constantemente que no processo de espessamento ocorre a remoção de uma certa quantidade de líquido para que ocorra a alteração da concentração, têm-se que:

C0.Z0.A = Cc.Zc.A = Ce.Ze.A(1)
Vlíquido = A(Zc – Ze)(2)

θdescarga = θc - θe (3)

Onde C0 e Z0 são a concentração e altura iniciais, Cc e Zc são a concentração e altura no ponto crítico, Ce e Ze são a concentração e altura ao final do período de espessamento, Vlíquido é o volume de líquido expelido durante o espessamento e θdescarga é o tempo necessário para descarga do volume Vlíquido.

A vazão volumétrica de sedimentação pode ser obtida a partir da velocidade Vc, de sedimentação no instante θc:

Em condições de escoamento contínuo, o escoamento ascendente de líquido límpido deve ser igual ao escoamento descendente de sólidos para que seja possível o espessamento. Logo, tem-se Vazão volumétrica de líquido expelido = Vazão volumétrica de sedimentação

A partir dos dados de um ensaio de sedimentação em proveta, a determinação da área mínima de um espessador contínuo se baseia no fato de que de posse de C0, Z0, Ze (a altura final da zona de espessamento), determina-se Ce, pela Eq. (1) e, utilizando-se a

Eq.(6) e Cc e Zc, encontra-se θe. Para a operação estacionária do sedimentador contínuo, a velocidade de sedimentação (massa/tempo) na camada de compressão de sólidos (que é a camada de velocidade de sedimentação mais lenta e que, portanto, requer a maior área do sedimentador) deve ser a mesma vazão mássica de sólidos alimentada, dada por

Sendo que A é a área da seção reta do decantador e Q0 é a vazão volumétrica de alimentação do sedimentador contínuo.

2. MATERIAIS E MÉTODOS No experimento é utilizada uma proveta graduada, cronômetro e uma suspensão composta por KH2PO4, MgSO4.7H2O e CaO, na proporção 3:2:1. O procedimento experimental seguido foi:

1) Homogeneizar bem a suspensão. Em seguida, retirar uma alíquota de 5 mL e transferi-la para uma forma de alumínio previamente pesada. A forma de alumínio contendo a amostra deve então ser colocada em estufa para secagem. 2) Homogeneizar bem a suspensão, disparar o cronômetro e anotar a altura da interface da suspensão na proveta (Z0). 3) Acompanhar o decaimento da altura da interface (Z) formada entre o líquido límpido e a região de lama em deposição com o tempo. Na primeira hora de experimento, anotar o valor de Z em intervalos de 3 minutos. A partir da segunda hora de experimento anotar a altura Z a cada 6 minutos. A obtenção da altura da região de espessamento deve ser realizada 24 horas após o início do experimento. 4) Após o término do experimento, retirar a forma da estufa e pesar e calcular a concentração inicial da suspensão.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Depois de homogeneizar a suspensão, retirou-se uma alíquota de 5 mL para a determinação da concentração inicial, obtendo-se um valor de C0= 40 g/L. Imediatamente após cessar-se a agitação da suspensão, foi observada a altura do líquido límpido ao longo do tempo, revelando a altura da fase concentrada. A altura da fase concentrada foi medida em intervalos de 3 minutos durante a primeira hora, de 6 minutos durante a segunda hora e houve uma última medida passadas cerca de 24 horas do término do experimento. Tabela 1 – Dados obtidos experimentalmente

O último valor da tabela é a altura da região de espessamento Ze = 6,7 cm. Em seguida foi construído o gráfico da altura da interface Z pelo tempo θ. Este gráfico tem por finalidade servir de base para a aplicação do Método de Talmadge- Fitch, para a determinação da área do sedimentador.

Como o experimento em questão consiste em um ensaio de proveta, admite-se que o sedimentador projetado será alimentado a uma vazão de 1,0 m³/h e que o lodo deve ser concentrado até a concentração Ce, correspondente à altura de espessamento experimental Ze = 6,7 cm, proveniente do ensaio. O método de Talmadge-Fitch é gráfico, e, portanto, decidiu-se realizado manualmente. O gráfico com a aplicação do método encontra-se em anexo no final do relatório.

A seguir, plotou-se os valores da tabela de dados experimentais em um gráfico, para evidenciar a curva do comportamento da altura da fase concentrada da suspensão ao longo do tempo e para fins de visualização.

Gráfico 1 – Altura da Interface Z x Tempo

Da aplicação do Método de Talmadge-Fitch pôde-se encontrar o ponto crítico da sedimentação, a partir do qual se inicia a zona de compressão. Da observação da altura passadas 24 horas obteve-se a altura da zona de espessamento. Obteve-se os seguintes valores para as variáveis Zc, θc, Cc, Ce e θe:

Zc = 13,5 cm θc = 43,5 min

Cc = 115,56 g/L Ce = 232,84 g/L θe = 67,6 min Os respectivos cálculos encontram-se no memorial.

Aplicando o valor obtido de θe, juntamente com a vazão Q0 = 1,0 m³/h e a altura inicial da interface Z0 = 39,0 cm, obtém-se o seguinte valor para a área do sedimentador:

A l t ura da I nterface

Z ( cm

Tempo Θ(min)

4. CONCLUSÃO

O método de Talmadge-Fitch mostrou-se eficaz, possibilitando a determinação da área de um sedimentador a partir de um ensaio de proveta.

Partindo de uma suspensão de concentração inicial de 40 g/L, projetou-se a área de um sedimentador de alimentação de 1,0 m³/h, buscando uma concentração final do lodo de 232,84 g/L. Esse sedimentador deve possuir uma área mínima de 2,89 m².

É interessante observar que o Método de Talmadge-Fitch permite que um ensaio de proveta, que é um processo em batelada, permita estimar a área de um sedimentador, que atua em processo contínuo. A diferença fundamental entre as duas situações é que no ensaio a altura das fases é variável com o passar do tempo e já no sedimentador as fases possuem sempre as mesmas alturas.

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS - Procedimento experimental.

- Notas de aula.

6. MEMORIAL DE CÁLCULOS

Cálculo da concentração inicial da solução – C0 Volume da alíquota da suspensão: 5 mL

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