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Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Campus Londrina
Engenharia Ambiental
Operações Unitárias
Profa. Dra Lisandra Ferreira de Lima
SEDIMENTAÇÃO ZONAL
Introdução
Pode-se definir sedimentação como sendo o deslocamento das partículas solidas em suspensão em um fluido, quando os sólidos possuem densidade superior a do fluido e o deslocamento decorre da ação da gravidade.
Objetivos
Medir e interpretar dados de um ensaio de sedimentação em batelada (teste de sedimentação em proveta). Utilizar os dados obtidos para dimensionar um sedimentador contínuo.
Fundamentação Teórica 
As zonas típicas que aparecem num teste de sedimentação em batelada e em um espessador contínuo são mostradas na figura 1.
Figura 1. Esquema da sedimentação em proveta e da sedimentação continua.
Num ensaio feito em proveta, a uma dada posição, a concentração de sólidos e a velocidade de decantação variam continuamente ao longo do tempo, até que a interface A-B passe por esta posição. Num espessador continuo, operado em regime permanente, a uma dada posição a concentração de sólidos e a velocidade de decantação são constantes ao longo do tempo. Então, a um ponto deste espessador continuo correspondem às condições de um ponto na proveta, a um dado instante.
Num decantador continuo distinguem-se duas regiões: a de sedimentação livre, onde a velocidade de decantação é função apenas da concentração de sólidos local, e a região de espessamento, onde a velocidade de decantação depende da concentração de sólidos e da profundidade. Na primeira, os resultados de um teste em batelada podem ser usados para obter a função velocidade de decantação x concentração de sólidos; a segunda, não se aplica os resultados de um teste simples de proveta. A região de sedimentação livre define a área necessária num espessador continuo, e a região de espessamento ou de compressão define a altura requerida.
Num teste de proveta o chamado ponto crítico ou ponto de compressão é atingido quando as fases B e C desaparecem, ficando apenas o líquido clarificado A e a suspensão em compressão D.
Sob condições operacionais estabelecidas num sedimentador contínuo a zona limite é a camada através da qual ocorre ao menor capacidade de passagem de sólidos.
A área de um sedimentador contínuo pode ser dimensionada a partir da equação geral:
Onde:
S	= área da seção transversal (m2)
CO 	= concentração de sólidos na alimentação (kg/m3)
Ce 	= concentração de sólidos na lama espessada (kg/m3)
QO 	= vazão volumétrica de alimentação (m3/s)
vs = velocidade de sedimentação na zona limite (m/s)
C 	= concentração da suspensão na zona limite (kg/m3)
Dentre os métodos de dimensionamento da área estudados em sala estão de Coe & Clevenger, o de Kynch, Roberts, Talmadge & Fich
Método de Kynch
1. Realizar um ensaio de proveta, determinando, ao longo do tempo (t), a altura medida do fundo da proveta até o nível inferior (z) do liquido clarificado.
2. Construir a curva z versus t.
3. Obter vários pares de v e C a partir da curva, conforme mostrado abaixo:
Onde Co é a concentração de sólidos na suspensão inicial usada no ensaio de proveta e zo é a altura inicial da suspensão na proveta.
4. Conhecendo a relação entre concentração e velocidade terminal, calcular a área superficial do sedimentador.
Método de Talmadge & Fitch:
1. Realizar um ensaio de proveta, medindo z em função de t.
2. Construir o gráfico z versus t.
3. Identificar o ponto crítico pelo método da bissetriz, mostrado abaixo.
4. Calcular zS = zOCO/CL, sendo zO e CO já definidos, e zS é a altura correspondente à situação em que a zona de espessamento atinge o valor da lama espessada CL desejada no espessador continuo.
5. Calcular tL a partir da tangente à curva z versus t no ponto crítico.
6. Calcular a área do espessador A = QACAtL/(zOCO). 
Método de Roberts:
1. Realizar um ensaio de proveta, medindo z em função de t.
2. Construir o gráfico z versus t.
3. Identificar o ponto crítico pelo método contrução de uma gráfico monolog.
4. Calcular zS = zOCO/CL, sendo zO e CO já definidos, e zS é a altura correspondente à situação em que a zona de espessamento atinge o valor da lama espessada CL desejada no espessador continuo.
5. Calcular tL a partir da tangente à curva z versus t no ponto crítico.
6. Calcular a área do espessador A = QACAtL/(zOCO).
4. Materiais e Métodos
	a. Prepara-se a suspensão na concentração estabelecida (concentração de entrada do sedimentador em uma proveta de 1000 ml).
b. Agita-se a suspensão dentro da proveta até uniformização.
c. Mede-se a altura da interface inferior do líquido clarificado em função do tempo, a cada 2 min.
d. Anota-se se possível, o tempo e a altura da interface correspondente ao ponto crítico (quando há somente uma interface visível).
e. Continuar a medir altura da interface em função do tempo até 2 h de experimento.
f. Anota-se as concentrações iniciais das suspensões.
6. Resultados 
Traçar a curva de Altura x Tempo.
Utilizar o método de Kynch para calcular a área do sedimentador.
Utilizar o Método de Roberts para calcular a área do sedimentador.
Utilizar o método de Talmadge & Fitch para calcular a área do sedimentador.
Comparar e comentar os resultados sobre a área do sedimentador.
Estimar a altura do sedimentador.
Resolver os exercícios em anexo.
7. Bibliografia
http://www.enq.ufsc.br/disci/eqa5313/Decantacao.htm
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_pdf&pid=S1413-41522005000300002&lng=en&nrm=iso&tlng=pt
8. Lista de Exercícios adicional
Uma suspensão com 167g de sólidos / kg de água deve ser espessada até uma concentração final de 893 g/kg, dando um líquido perfeitamente clarificado. Cinco ensaios foram realizados em laboratório obtendo-se os resultados da tabela abaixo. Calcular o diâmetro que deverá ter o decantador para uma vazão de sólidos de 40 t/h.
	Ensaio
	Concentração (t de sólidos / m 3)
	Velocidade de decantação (m/h)
	1
	0,167
	0,665
	2
	0,202
	0,363
	3
	0,250
	0,262
	4
	0,285
	0,236
	5
	0,333
	0,186
50 t/h da suspensão de um minério de densidade 4,5 g/ml em água devem ser espessadas desde uma concentração de 210 g/l até 1300 g/l. Os resultados de um ensaio piloto de decantação em batelada com uma suspensão encerrando 186 g/l são apresentados abaixo. Calcular as dimensões que deverá ter o espessador.
	 (min)
	0
	5
	15
	30
	45
	60
	120
	240
	Z (cm)
	91,4
	60,7
	42,7
	27,4
	20,7
	14,3
	7,6
	3,1
Uma indústria dispõe de um sedimentador contínuo ocioso que pode ser utilizado na sedimentação de uma suspensão aquosa de hidróxido de cálcio. O sedimentador tem 26 m2 de área e 1 m de altura. Calcular a capacidade do sedimentador (alimentação e lama) em m3/h para as seguintes condições de operação: 50,6 g/l a concentração de sólidos na alimentação e 420 g/l a concentração de sólidos no lodo. A massa específica do sólido é 2,2 g/cm3. O teste de proveta com esta suspensão nos leva aos seguintes resultados:
	 (min)
	0
	4
	6
	8
	10
	12
	14
	16
	18
	20
	22
	24
	26
	Z (cm)
	40,1
	20
	11,8
	8,8
	7,0
	6,1
	5,6
	5,3
	5,0
	4,8
	4,7
	4,65
	4,6
Determine a área de um sedimentador para que se tenha uma concentração de fase densa igual a 10.000 mg/l, a partir de uma suspensão com 2000 mg/l de sólidos suspensos. A vazão de alimentação no espessador é de 1 x106 gal/dia, com uma vazão de lama de 0,2 x106 gal/dia. Os dados de sedimentação em proveta com essa suspensão forneceram os seguintes dados:
	 (min)
	0
	5
	15
	30
	45
	60
	Z (cm)
	1,52
	1,19
	0,58
	0,34
	0,29
	0,24