SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS EQA 5313 – Turma 645 Op. Unit. de Quantidade de Movimento

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS A separação de partículas de um fluido nos processos de sedimentação e decantação ocorre pela ação da gravidade sobre as partículas. EXEMPLOS... A remoção de sólidos de resíduos líquidos... A decantação de cristais de magmas... A deposição de partículas sólidas de alimentos líquidos... Separação da borra em processos de extração sólido-líquido (extração de óleo). As partículas podem ser : partículas sólidas ou líquidos em gotas. O fluido pode ser um líquido ou um gás que podem estar em repouso ou em movimento....

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS Remover a poeira do ar é necessário para... Reduzir a exposição dos trabalhadores ao pó. Cumprir normas de saúde e segurança na emissão de ar. Reduzir os danos e exposição à poeira a vizinhança. Recuperar produtos valiosos a partir do ar

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS In 1851, George Gabriel Stokes derived an expression, now known as Stokes' law...George Gabriel Stokes Sempre que uma partícula move-se em um fluido um número de forças irá atuar sobre ela.

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS Considerando uma partícula rígida em movimento num fluido, existem três forças que irão atuar: a força da gravidade (Fg) atuando para baixo, a força de empuxo (Fb) atuando para cima a força de arraste (FD) na direção da velocidade relativa entre o fluido e a partícula.

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS Da teoria do movimento dos corpos livres temos.... A força F resultante no corpo: F = F g – F b – F D

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS força da gravidade... F g = m. g força de empuxo... força de arraste... C D = Coeficiente de Arraste A = ?

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS Substituindo na equação temos... Caso a partícula seja liberada da posição de repouso podem ser observados dois períodos. Inicialmente um período de queda acelerada e seqüencialmente o período de queda a velocidade constante.

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS Para determinar a velocidade terminal faz- se dv/dt=0.... para partículas esféricas temos....

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS velocidade terminal... O coeficiente de arraste (C D ) para esferas rígidas é uma função do número de Reynolds...

Coeficiente de arraste x N Re

O Coeficiente de Arraste (C D ) para esferas rígidas na região Laminar, chamada região da Lei de Stokes (NRe < 10)... Dp = Diâmetro da esfera ; μ = viscosidade do fluido; ρ = densidade do fluido

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS Substituindo na equação da velocidade terminal temos a LEI DE STOKES.

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS Para a região turbulenta... N Re : 1000 a 2,0 x C D = 0,44 Quando um grande número de partículas está presente usa-se o fator... ε 2 ψ P Onde

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS Separação de sólidos e líquidos de gases Os principais objetivos em processos são... -Limpeza de gases. Ex. gotículas em evaporadores, reatores e colunas de absorção. -Controle da poluição. Ex. Poeira, fumaça. -Segurança. Ex.Partículas inflamáveis ou explosivas (silos). -Recuperação de material arrastado. Ex. Secagem em spray dryer

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS Equipamentos Câmaras gravitacionais Ciclones A escolha do equipamento depende do tamanho das partículas, da concentração, da densidade, da vazão, temperatura e características físico-químicas do gás.

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS Câmaras gravitacionais

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS O funcionamento da câmara pode ser melhorado incluindo-se chicanas ou telas, permitindo o aumento da velocidade. O sólido é recolhido em funis do fundo da câmara. A velocidade do gás na câmara deve ser pequena para evitar a redispersão das partículas deve ficar na faixa de 0,02-0,6 m/s até 1,5-3,0 m / s Relação L/H = 1

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS Dimensionamento......as partículas decantarão com velocidade v t. O tempo de queda das partículas (t) em função da velocidade terminal (v t ) é dado por:

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS Se Q é a vazão volumétrica do gás logo a velocidade média na horizontal será descrita por....

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS Tempo que a partícula irá gastar para atravessar a câmara...tempo de residência t res > t  a partícula fica retida Se t res < t  a partícula é arrastada pelo gás para fora da câmara

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS A dimensão C da câmara é determinada igualando-se o tempo de queda da partícula com o tempo de residência...

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS eficiência de coleta fracional (  )

SEPARAÇÃO DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS Utilizando a expressão de Stokes... e desprezando a densidade do gás... temos

1)Projetar uma câmara gravitacional para tratar m 3 / h de ar contendo partículas com diâmetro de 50 μm ( ρs = 2.65 g / cm 3 ). Considere uma velocidade do ar na câmara de 0,4 m/s. T = 50 o C ; μ = 1,96 x10 -5 Pa.s; ρ = 1,085 kg/m 3 Dimensões L, H e C ?? Supor L=H

Exercícios sugeridos. Ref 1 : a Geankoplis CHAPTER 10 MECHANICAL SEPARATIONS Exemplo 1 – Unit Operations in Food Process. EQUIPAMENTOS (DUST COLLECTORS) Sugestão de termos de busca "gravitational dust collector"