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SedimentaçãoSedimentação
Universidade Estadual de CampinasUniversidade Estadual de Campinas
Faculdade de Engenharia de AlimentosFaculdade de Engenharia de Alimentos
Disciplina TA 631/633 – Operações Disciplina TA 631/633 – Operações UnitáriasUnitárias
Profª Responsável: Profª Drª Maria Isabel Rodrigues
Aluna PED I: Ana Cláudia Ueda
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DefiniçãoDefinição
Processo de separação sólido-Processo de separação sólido-líquidolíquido
Força motriz: gravidadeForça motriz: gravidade
AplicaçõesAplicações Clarificação de sucos, tratamento Clarificação de sucos, tratamento
de resíduos, purificação de água e de resíduos, purificação de água e separação de produtos obtidas via separação de produtos obtidas via fermentação, entre outros.fermentação, entre outros.
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ClassificaçãoClassificação
Segundo o objetivo da separação:Segundo o objetivo da separação:
Clarificador – o objetivo é obter um Clarificador – o objetivo é obter um líquido límpido.líquido límpido.
Espessador – o objetivo é obter a lama Espessador – o objetivo é obter a lama decantada.decantada.
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ESQUEMA DE UM SEDIMENTADOR CONTÍNUO
Alimentação
Líquido clarificado
Zona de sedimentação
Raspadores rotativos
Escoamento do sedimento
Concentração de sólidos, c
Pos
ição
, z
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Mecanismo de sedimentação
z0
1) 2) 3) 4) 5)
B
CDD
A A
B
C
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
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TAXA DE SEDIMENTAÇÃO
00
altu
ra d
a in
terf
ace
do lí
quid
o li
mpo
, z (
m)
Tempo, t (s)
Ponto crítico
Período de taxa constante
Altura final
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Teste em batelada
a
c
Tempo, t
Alt
ura
da
inte
rfac
e, z
b
período de taxa constante
primeira taxa decrescente ou seção de transição
ponto de compressão
segunda taxa decrescente
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IDENTIFICAÇÃO DO PONTO CRÍTICO
log
(alt
ura
da in
terf
ace,
z)
log (tempo)
b
c
b
clo
g (z
-z)
tempotc
zc
Gráfico log-log Método de Roberts
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MÉTODO DA BISSETRIZ
a
c
Tempo, t
Alt
ura
da
inte
rfac
e, z
b
f
g
d
e
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CONSTRUÇÃO DE OLTMANN E TALMADGE E FITCH
a
c
Tempo, t
Alt
ura
da
inte
rfac
e, z
b
f
gd eC
onstrução de Oltm
ann
Talmadge e Fitchzu
te tg
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ALTURA DA ZONA DE COMPRESSÃOALTURA DA ZONA DE COMPRESSÃO
A altura na compressão se calcula como:A altura na compressão se calcula como:
na qual:na qual:
GGCC = fluxo de sólidos no ponto crítico (kg.h = fluxo de sólidos no ponto crítico (kg.h-1-1.m.m-2-2))
ttrr = tempo de residência dos sólidos no sedimentador (h) = tempo de residência dos sólidos no sedimentador (h)
V = volume médio da lama comprimida no teste em V = volume médio da lama comprimida no teste em batelada (mL)batelada (mL)
mmss = massa de sólidos no testes em batelada (g) = massa de sólidos no testes em batelada (g)
s
rccomp m
VtGH
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A altura total do sedimentador é A altura total do sedimentador é obtida pela soma das alturas da:obtida pela soma das alturas da:
Zona de compressão (regra dos Zona de compressão (regra dos três pés): máximo de 1mtrês pés): máximo de 1m
Fundo inclinado: 0,3 – 0,6mFundo inclinado: 0,3 – 0,6m Sistema de alimentação: 0,3 – 1mSistema de alimentação: 0,3 – 1m Capacidade de estocagem para Capacidade de estocagem para
permitir variações na descarga: permitir variações na descarga: 0,3 – 0,6m0,3 – 0,6m
Total: 0,9 – 2,2m Total: 0,9 – 2,2m 1,5 m na média1,5 m na média
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ExercícioExercícioUm ensaio de decantação foi realizado Um ensaio de decantação foi realizado
em laboratório em um cilindro graduado de em laboratório em um cilindro graduado de 1000 mL, com o fim de fornecer dados para 1000 mL, com o fim de fornecer dados para o projeto de um espessador para 30 t/h de o projeto de um espessador para 30 t/h de uma suspensão contendo 48 g/L de um uma suspensão contendo 48 g/L de um sólido cristalino. Os resultados obtidos são sólido cristalino. Os resultados obtidos são apresentados na Tabela 1.apresentados na Tabela 1.
A altura do cilindro graduado até a A altura do cilindro graduado até a leitura de 1000 mL é 36,1 cm. A leitura de 1000 mL é 36,1 cm. A concentração de saída do decantador concentração de saída do decantador deverá ser a correspondente a 60 minutos deverá ser a correspondente a 60 minutos de decantação.de decantação.
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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
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Resolução pelo Método de Talmadge e Fitch.Resolução pelo Método de Talmadge e Fitch.
0
200
400
600
800
1000
1200
0 10 20 30 40 50 60 70
tempo (min)
Z (
mL
)
tetc
Zc
Ze
Zi
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(a) Cálculo da área do espessador (a) Cálculo da área do espessador pela expressão de Talmadge e pela expressão de Talmadge e Fitch:Fitch:
na qual:na qual:
QQAA = vazão de alimentação = vazão de alimentação
CCAA = concentração de alimentação = concentração de alimentação
ZZ00 = altura inicial da proveta = altura inicial da proveta
CC00 = concentração do ensaio de proveta = concentração do ensaio de proveta
ttEE = tempo dado pelo cruzamento da tangente = tempo dado pelo cruzamento da tangente do ponto crítico com a horizontal Z = Zdo ponto crítico com a horizontal Z = ZEE..
00min CZ
tCQS EAA
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Substituindo os valoresSubstituindo os valores
QQAACCAA = 30 t/h = 30 t/h
ttEE = 24 min = 0,4 h = 24 min = 0,4 h
ZZ00 = 0,361 m = 0,361 m
CC00 = 0,048 t/m = 0,048 t/m33
resulta em:resulta em:
ee
DDminmin = 29,7 m = 29,7 m
3min 693
048,0361,0
40,030mS
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(b) Cálculo pela expressão de Coe e (b) Cálculo pela expressão de Coe e Clevenger conhecendo a zona Clevenger conhecendo a zona limite.limite.
A leitura correspondente à A leitura correspondente à zona de compressão é tirada da zona de compressão é tirada da Fig.: 580 mL. Portanto, a Fig.: 580 mL. Portanto, a concentração da suspensão concentração da suspensão nesse ponto será dada pela nesse ponto será dada pela seguinte equação aplicada ao seguinte equação aplicada ao ponto crítico:ponto crítico:
30000 /083,0580
048,01000mt
sZ
sCZ
Z
CZC
CCC
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A concentração CA concentração CEE pode ser pode ser calculada com Zicalculada com ZiEE.s = Z.s = ZEE.s = 185 .s = 185 mL, pois a curva é praticamente mL, pois a curva é praticamente horizontal nesse trecho:horizontal nesse trecho:
A velocidade uC é dada pela A velocidade uC é dada pela expressão:expressão:
sendo:sendo:ee
3/259,0185
048,01000mtCE
C
CiCC t
ZZu
mZ iC 209,0361,01000
580 mZC 101,0361,0
1000
280
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Como tComo tCC = 19,5 min = 0,325 h, = 19,5 min = 0,325 h, resulta:resulta:
Portanto,Portanto,
e e DDminmin = 30,6 m. = 30,6 m.
hmuC /333,0325,0
101,0209,0
3min 738
333,0
259,0
1
083,0
130
mS