Sedimentação Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Engenharia de Alimentos Disciplina TA 631/633 – Operações Unitárias Sedimentação Profª Responsável: Profª Drª Maria Isabel Rodrigues Aluna PED I: Ana Cláudia Ueda

Definição Aplicações Processo de separação sólido-líquido Força motriz: gravidade Aplicações Clarificação de sucos, tratamento de resíduos, purificação de água e separação de produtos obtidas via fermentação, entre outros.

Classificação Segundo o objetivo da separação: Clarificador – o objetivo é obter um líquido límpido. Espessador – o objetivo é obter a lama decantada.

ESQUEMA DE UM SEDIMENTADOR CONTÍNUO Alimentação Líquido clarificado Zona de sedimentação Raspadores rotativos Escoamento do sedimento Concentração de sólidos, c Posição, z

Mecanismo de sedimentação 1) 2) 3) 4) 5) B C D A z0 A- zona de líquido límpido B- zona de concentração uniforme, igual à concentração inicial C- camada de transição, de espessura constante D- zona de depósito dos sólidos

TAXA DE SEDIMENTAÇÃO Período de taxa constante altura da interface do líquido limpo, z (m) Ponto crítico Altura final Tempo, t (s)

Teste em batelada a Altura da interface, z b c Tempo, t período de taxa constante primeira taxa decrescente ou seção de transição ponto de compressão segunda taxa decrescente

IDENTIFICAÇÃO DO PONTO CRÍTICO Gráfico log-log Método de Roberts log (altura da interface, z) log (tempo) b c log (z-z) tempo tc zc

MÉTODO DA BISSETRIZ a c Tempo, t Altura da interface, z b f g d e

CONSTRUÇÃO DE OLTMANN E TALMADGE E FITCH Tempo, t Altura da interface, z b f g d e Construção de Oltmann Talmadge e Fitch zu te tg

ALTURA DA ZONA DE COMPRESSÃO A altura na compressão se calcula como: na qual: GC = fluxo de sólidos no ponto crítico (kg.h-1.m-2) tr = tempo de residência dos sólidos no sedimentador (h) V = volume médio da lama comprimida no teste em batelada (mL) ms = massa de sólidos no testes em batelada (g)

A altura total do sedimentador é obtida pela soma das alturas da: Zona de compressão (regra dos três pés): máximo de 1m Fundo inclinado: 0,3 – 0,6m Sistema de alimentação: 0,3 – 1m Capacidade de estocagem para permitir variações na descarga: 0,3 – 0,6m Total: 0,9 – 2,2m 1,5 m na média

Exercício Um ensaio de decantação foi realizado em laboratório em um cilindro graduado de 1000 mL, com o fim de fornecer dados para o projeto de um espessador para 30 t/h de uma suspensão contendo 48 g/L de um sólido cristalino. Os resultados obtidos são apresentados na Tabela 1. A altura do cilindro graduado até a leitura de 1000 mL é 36,1 cm. A concentração de saída do decantador deverá ser a correspondente a 60 minutos de decantação.

Leitura no cilindro graduado (mL) Tabela 1 – Resultados obtidos no ensaio de decantação. Tempo (min) Leitura no cilindro graduado (mL) 2 960 4 841 6 470 10 560 15 376 20 272 25 233 30 219 40 198 60 185 24 h 175

Resolução pelo Método de Talmadge e Fitch.

(a) Cálculo da área do espessador pela expressão de Talmadge e Fitch: na qual: QA = vazão de alimentação CA = concentração de alimentação Z0 = altura inicial da proveta C0 = concentração do ensaio de proveta tE = tempo dado pelo cruzamento da tangente do ponto crítico com a horizontal Z = ZE.

Substituindo os valores QACA = 30 t/h tE = 24 min = 0,4 h Z0 = 0,361 m C0 = 0,048 t/m3 resulta em: e Dmin = 29,7 m

(b) Cálculo pela expressão de Coe e Clevenger conhecendo a zona limite. A leitura correspondente à zona de compressão é tirada da Fig.: 580 mL. Portanto, a concentração da suspensão nesse ponto será dada pela seguinte equação aplicada ao ponto crítico:

A concentração CE pode ser calculada com ZiE. s = ZE A concentração CE pode ser calculada com ZiE.s = ZE.s = 185 mL, pois a curva é praticamente horizontal nesse trecho: A velocidade uC é dada pela expressão: sendo: e

Como tC = 19,5 min = 0,325 h, resulta: Portanto, e Dmin = 30,6 m.