Relatório de Hidrociclonagem

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

OPERAÇÕES UNITÁRIAS A

RELATÓRIO DA PRÁTICA DE HIDROCICLONAGEM

Professora: Kátia Cecília

Alunas: Alice Cançado

          Caroline Miranda

          Gabriela Duarte

          Maria Carolina Louzada

          Silvana Amaral^[a]

1. INTRODUÇÃO

• Hidrociclones

Os Hidrociclones, também conhecidos pelos nomes de ciclone hidráulico, ciclone de líquido, cones de separação e separadores centrífugos, constituem uma classe importante de equipamentos destinados principalmente à separação de suspensões de sólidos, apesar de também poderem ser usados para a separação de sólido-sólido, líquido-líquido e gás-líquido. [1]

O Hidrociclone, ilustrado na figura 1, compõe-se de uma parte cônica ligada a uma cilíndrica, na qual existe uma entrada tangencial para a suspensão de alimentação (duto de alimentação). A parte superior do Hidrociclone apresenta um tubo para saída da suspensão diluída (duto do overflow) e na parte inferior há um orifício de saída da suspensão concentrada (duto do underflow). [1]

[pic 1]

Figura 1: Desenho esquemático de um Hidrociclone

Os Hidrociclones apresentam normalmente diâmetros da parte cilíndrica variando de 1 a 250 cm, operando com vazões de alimentação que variam de 0,1 a 7.200 m3/ h e queda de pressão de 30 a 600 kPa.

• Princípio de separação dos Hidrociclones

Os Hidrociclones utilizam a sedimentação centrífuga como princípio de separação, em que as partículas em suspensão são submetidas a um campo centrífugo que provoca sua separação do fluido. A suspensão no duto de alimentação é injetada sob pressão, tangencialmente no topo da parte cilíndrica do Hidrociclone, induzindo a suspensão a realizar ao longo da trajetória um movimento rotacional. Esse movimento em seu percurso gera acelerações centrífugas nas partículas presentes no meio, forçando-as a moverem-se em direção à parede do equipamento. [2]

Quanto mais o líquido adentra a parte cônica do hidrociclone, maiores são as velocidades da suspensão. A seção disponível vai se reduzindo em direção ao orifício pequeno do underflow, o que permite que apenas parte da suspensão inicialmente alimentada no hidrociclone seja descarregada. Sendo assim, a parcela que não é descarregada no underflow migra para o centro do eixo do equipamento, formando um vórtex interno ascendente com movimento rotacional inverso àquele criado pelo primeiro vórtex, como pode ser observado na figura 2. A maior parte da suspensão de alimentação deixa o hidrociclone através do tubo de diluído (overflow), carregando as partículas mais leves.

Assim, a separação sólido-sólido em um hidrociclone pode ocorrer por dois fatores: diferença de densidade das partículas - comum quando se quer separar dois componentes de uma lama; e diferença de tamanho das partículas - comum quando o objetivo é a separação por granulometria das partículas de um mesmo material. Ambos os fatores sempre atuam na separação, porém um deles é, em geral, preponderante. [2]

[pic 2]

Figura 2: Trajetória do fluido no interior do Hidrociclone

1. OBJETIVO

Separação por hidrociclonagem de uma amostra de minério de ferro.

1. MATERIAS E METODOLOGIA

• Materiais

- Hidrociclone;

- Baldes graduados;

- Bomba;

- Peneiras;

- Recipiente metálico graduado;

- Balão volumétrico;

- Balança;

- Amostra de minério de ferro.

• Metodologia

1. Foi medida a densidade do minério de ferro, usando um balão volumétrico e uma balança^[b].
2. O volume do hidrociclone foi medido usando o recipiente metálico graduado.
3. Uma suspensão 4% em massa do minério foi preparada, usando uma proveta e uma balança.
4. O hidrociclone foi alimentado com a suspensão e os produtos do underflow e do overflow foram coletados em baldes graduados. Usando um cronômetro, mediram-se as vazões volumétricas do under e do overflow. A massa contida nos baldes foi medida e com isso foram calculadas as vazões mássicas.
5. As correntes do under e do overflow foram deixadas na estufa durante alguns dias para secagem completa. Após a secagem, a distribuição granulométrica das duas saídas foi determinada usando um conjunto de peneiras vibratórias. As densidades de cada saída foram determinadas usando um balão volumétrico e uma balança.

1. RESULTADO E DISCUSSÃO

1. A densidade da amostra foi calculada da seguinte forma:

[pic 3]

A densidade da água foi considerada como 1g/cm³.

• M1 = Massa do balão vazio
• M2 = Massa do balão com água
• M3 = Balão com amostra
• M4 = Balão com água e amostra
• ρ = Densidade da suspensão

Para a suspensão de entrada tem-se que:

• M1 = 155g
• M2 = 650g
• M3 = 255g
• M4 = 725g

O valor obtido foi: ρ = 4 g·ml-1

1. O volume medido do sistema foi de 14 litros.

1. A suspensão 4% em massa de minério foi preparada, considerando que a densidade da água vale 1 g·ml-1. Foram usados 583g de minério para tal.

X       –     4%

14 kg – 100%

1. O hidrociclone foi alimentado com a amostra. Os fluidos que saiam do under e do overflow foram coletados em baldes graduados separados, cronometrando-se os tempos de coleta. As massas dos baldes vazios foi previamente medida. As massas dos baldes com as suspensões de saída foram medidas e os volumes das suspensões foram medidos nas graduações dos baldes.

• Overflow

[pic 4]

[pic 5]

Onde:

M overflow = 3,725 kg

M balde = 0,440 kg

t overflow = 19,7s

V overflow = 3,330 L

• Underflow

[pic 6]

[pic 7]

Onde:

M underflow = 1,580 kg

M balde = 0,440 kg

t underflow = 19,7s

V underflow = 1,050 L

Considerando regime permanente, tem-se que a taxa mássica e volumétrica de entrada é igual à soma das taxas de saída no underflow e no overflow.