Yaratıcı Örgüt Kültürü Oluşturmanın Önündeki Engeller

A separação de sólidos grosseiros de uma suspensão é uma operação mais simples de conduzir do que a de partículas finas. Essa separação pode ser realizada em tanques de decantação operando em batelada ou em processo contínuo. As partículas podem ser retiradas pelo fundo do decantador e o fluido um pouco acima, ou ambos pelo fundo, através de manobras adequadas. Esses equipamentos, entretanto, não permitem a classificação dos sólidos pelo tamanho.

A sedimentação de sólidos finos pode ser feita sem interferência mútua das partículas (sedimentação livre) ou com interferência (sedimentação retardada). O tipo de sedimentação, de modo geral, depende da concentração de sólidos na suspensão, como visto na tabela 3.3. A velocidade de sedimentação pode ser calculada através de correlações empíricas para a decantação retardada e pelas leis de Stokes e Newton, como visto anteriormente.

Tabela 3.3 – Classificação dos tipos de sedimentação (SPOTTISWOOD, 1989).

Descrição da Polpa Descrição da Sedimentação Exemplos Métodos de

Teste

Diluída (clarificação)

Partículas ou flocos inicialmente sedimentam independentemente, sem interface. A sedimentação depende muito do tamanho da partícula ou floco, mas também da concentração.

Água turva, silte e

rejeito tratado Proveta

Intermediário (clarificação)

Acima da zona de subsidência, independente da partícula e abaixo da zona de subsidência coletiva. Não existe interface clara neste caso.

Lamas de tratamentos químicos e metalúrgicos, sedimentos brutos Proveta e curvas de fluxo de Kynch Concentrado (espessamento)

O material sedimenta com interface clara. A taxa de sedimentação é função somente da concentração. Na prática, a taxa inicial de sedimentação pode aumentar segundo a formação do flóculo e decair à medida que atravessa a interface. Lamas de tratamentos químicos e metalúrgicos, lamas ativadas. Curvas de fluxo de Kynch. Compressíveis (espessamento)

Sedimentação inicialmente com interface clara. Camada de lama não ideal. Depende da espessura da camada.

Particularmente suspensões floculadas

Curvas de fluxo de Kynch.

De forma geral, utilizam-se dois critérios para especificar um equipamento de sedimentação: área de superfície e profundidade (embora seja motivo de controvérsia se o último precisa ou não ser avaliado com critério). Como já mencionado, a área de superfície precisa ser determinada e necessita ser grande o suficiente para garantir que a velocidade ascendente do líquido não seja maior que a velocidade de sedimentação da partícula mais lenta a ser recuperada.

Fluidização e sedimentação podem ser tratadas juntamente como uma extensão de uma camada estacionária de sólidos. A diferença é que, neste caso, as partículas estão pressionadas umas contra as outras, enquanto na fluidização e na sedimentação isso não é verdade. Hidrodinamicamente existe pouca diferença entre as duas e ambas podem ser consideradas camadas estacionárias em que as partículas são livres para se movimentarem para camadas diferentes. Fluidização e sedimentação são distinguíveis na forma que se dá essa movimentação do sólido ou do fluido.

Sedimentação, ou afundamento conturbado, essencialmente representa o oposto da fluidização. Geralmente as partículas são pequenas o suficiente para acelerarem

rapidamente, igualando as forças ascensionais, e se depositarem ao fundo com a chamada velocidade terminal, porém podem existir casos de clarificação em que o sólido apresenta fases diferentes e produz interfaces importantes na determinação da velocidade de sedimentação, conforme mostrado na figura 3.16.

A velocidade terminal é a velocidade em que as forças que atuam sobre a partícula atingem um equilíbrio e a mesma começa a sedimentar com velocidade constante. O comportamento de um sólido se movendo por fluido pode ser analisado levando em consideração a massa e a componente aceleração da partícula. O produto dessas duas variáveis será a somatória das forças existentes no sistema, ou seja, se a componente aceleração for nula, a somatória de forças será zero e a partícula terá atingido sua velocidade terminal. Isso quer dizer que, se uma partícula estiver se movendo sobre a ação de uma força externa, como a gravitacional, existirão forças como o empuxo e a força exercida pelo líquido ascendente que irão contrabalancear a resultante.

Se uma polpa composta por partículas de mesmo tamanho e densidade for colocada em um cilindro e deixada para sedimentar, como ilustrado na figura 3.16a, essas partículas provavelmente serão pequenas o suficiente para atingirem a velocidade terminal, produzindo uma interface descendente entre o líquido clarificado A e a polpa. Enquanto as partículas chegam ao fundo, surge uma interface entre o sólido sedimentado e os em processo de sedimentação. É importante ressaltar que, durante o processo, a concentração de sólidos na fase B permanece inalterada. Eventualmente, as duas interfaces se encontrarão no ponto crítico e depois a fase D passará a sofrer os efeitos da compressão.

Se uma pequena distribuição de partículas estiver presente, o processo será descrito pela figura 3.16b, a fase D terá uma alta proporção e uma alta taxa de crescimento enquanto a zona C é uma fase de variada distribuição granulométrica e concentração de sólidos, porém de difícil visualização.

Quando se tem uma alta variedade de tamanhos, o comportamento da sedimentação é descrito na figura 3.16c, em que a zona C forma-se imediatamente, sem que, para isso, a zona B precise existir. No entanto, para altas concentrações de sólidos, presumindo que tenham a mesma densidade, os espaços deixados entre as partículas maiores podem ser

muito pequenos, o suficiente para formar uma camada que previne a sedimentação das partículas menores e o comportamento é semelhante ao primeiro caso. Geralmente, quanto mais irregular o formato das partículas, menor a densidade da polpa e maior a probabilidade desse evento ocorrer. É chamado de travamento interno e estudos mais recentes indicam que é causado por fatores mecânicos, mas regidos por hidrodinâmicos.

Na prática, esse teste não fornece uma indicação muito precisa para o dimensionamento de espessadores, nem mesmo para seu desempenho, uma vez que falha ao não considerar a distribuição granulométrica das partículas. Uma das dificuldades encontradas no projeto de sedimentadores contínuos é a determinação da velocidade de sedimentação das partículas. KYNCH (1952) apresentou uma teoria da sedimentação, até hoje utilizada para o projeto de sedimentadores, principalmente para sedimentos pouco compressíveis. B A B D A B D A D A D B A B D C A B D C A D C A D A D C A D C A D A D (a) Partículas de tamanho e densidade uniforme

(b) Faixa estreita de distribuição granulométrica

(c) Ampla faixa de distribuição granulométrica

Figura 3.16 – Teste para o comportamento de sedimentação (WILLS, 1997)

A simplicidade desse método (Figura 3.17) tem induzido pesquisadores a encontrar um método similar, baseado na teoria de Kynch, adaptando-o a sedimentos compressíveis, como é a maioria dos sedimentos encontrados industrialmente. Por outro lado, na

maioria das vezes a taxa de sedimentação obtida no ensaio de sedimentação em batelada é inferior à obtida no sedimentador contínuo. Faz-se necessário, portanto, identificar as variáveis que afetam a velocidade de sedimentação nos ensaios de sedimentação em batelada.

Figura 3.17 – Teste de sedimentação em batelada (KYNCH, 1952)

A teoria de sedimentação é baseada na teoria das misturas, que assume que o sistema particulado é composto por duas médias contínuas e sobrepostas, obedecendo às seguintes restrições:

- a partícula sólida é pequena e possui a mesma densidade, formato e tamanho; - o sólido e o fluido são incompressíveis;

- não há transferência de massa entre componente; - a gravidade não é a única força atuante.

A teoria de misturas colocou uma fronteira de atuação entre os testes de batelada e sedimentação contínua. THACKER e LAVELLE (1977) usaram a mesma teoria para as soluções incompressíveis. Após este limite, os testes de batelada passam a fornecer valores sempre maiores que os dos equipamentos industriais. Sendo assim, respeitando essa fronteira, passamos a utilizar as curvas de fluxo de Kynch para determinação da área do espessador. Na tabela 3.4, têm-se diversos valores de áreas unitárias para um grande número de materiais diferentes.