Sedimentação

Sedimentação é um processo de separação em que a mistura de dois líquidos ou de um sólido suspenso num líquido é deixada em repouso (sedimentação em batch) ou adicionada continuamente em uma unidade de sedimentação

 fase mais densa, por ação da gravidade deposita-se no fundo do recipiente, ou seja, sedimenta. Sedimentologia é a disciplina que estuda as partículas de sedimentos derivados da erosão de rochas ou de materiais biológicos que podem ser transportados por um fluido, levando em conta os processos hidroclimatológicos, com ênfase à relação água-sedimento, ou outros aspéctos geológicos.

Um dos principais motivos de sua importância, na engenharia hidráulica, é devido ao fato dos sedimentos serem prejudiciais a projetos e operações de obras hidráulicas, bem como conservação das terras e recursos hídricos .

Um dos pioneiros no estudo da sedimentologia foi o engenheiro hidráulico Hans Albert Einstein, filho do famoso físico Albert Einstein. Sua tese foi sobre o estudo dos fenômenos de transporte de materiais sólidos (sedimentos) nos rios que resultou num modelo matemático conhecido como Método de Einstein para cálculo de transporte sólido nos rios, muito utilizado em Hidrologia e em Sedimentologia , posteriormente modificado por outros hidráulicos e hidrólogos, entre os quais o russo Kalinsky e o português Veiga da Cunha do LNEC, em Lisboa.

Sobre o relacionamento com o pai, Albert Einstein, ele declarou ao New York Times em 1973: "Provavelmente o único projeto do qual ele desistiu fui eu. Ele tentou me dar conselhos, mas logo descobriu que eu era cabeça-dura demais e que ele estava apenas perdendo tempo." Um dos conselhos do pai foi para que ele desistisse de estudar os fenômenos de transporte sólido nos rios e se dedicasse a física quântica, "pois este era assunto menos complicado do que a sedimentologia dos rios" . Alguns hidráulicos brasileiros trabalharam com modelos físicos de sedimentologia em Laboratórios de Hidráulica Fluvial, entre os quais Díocles Rondon, Jorge Paes Rios e Alfredo Ribeiro da Costa.

No Brasil o estudo dos sedimentos tem grande importância por causa de inteferências antrópicas, como por exemplo, mau uso do solo, causando diversos problemas pela erosão, voçorocas, transporte de sedimentos nos rios, depósitos em locais indesejáveis e assoreamento das barragens.

A deposição de sedimentos em reservatórios é um grande problema no país, pois a maioria da energia consumida vem de usinas hidroelétricas. No caso da Usina hidrelétrica de Tucuruí, por exemplo, foi calculado em 400 anos o tempo necessário para o assoreamento total do reservatório da barragem.

Separação dos componentes de misturas heterogêneas

- Flotação ou sedimentação fracionada

No processo de flotação, é utilizado um líquido com densidade intermediária às dos outros componentes, fazendo com que o componente com menor densidade na mistura flutue, e o mais denso não flutuem, isso tudo sem modificar a estrutura dos componentes dessa mistura, por exemplo, água e serragem. 

A flotação é bastante comum no processo de separação de areia e mineral, esses minerais para que possam se tornam menos densos que a areia, ficam envolvidos em óleo. 


água e serragem

Sedimentação em batelada.

1. Introdução

Este relatório descreve as atividades desenvolvidas pelo grupo G9 no âmbito da aula prática sobre ensaio de sedimentação em bateladas As atividades foram realizadas no Laboratório de Polímeros, sob a supervisão do professor Samuel Luporini. Está organizado em sete partes: introdução, objetivo, fundamentação teórica, materiais e métodos, resultados, conclusão e referências.

2. Objetivo

Medir e interpretar dados de um ensaio de sedimentação em batelada (teste de sedimentação em proveta). Utilizar os dados obtidos para dimensionar a área de um sedimentador contínuo.

3. 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 espessador 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 (ver figura 1a) 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 espessador contínuo a zona limite é a camada através da qual ocorre ao menor capacidade de passagem de sólidos.

A área de um espessador contínuo pode ser dimensionalisada a partir da equação geral:

Onde:

A = área da seção transversal (m2)

CO = concentração de sólidos na alimentação (kg/m3)

CL = concentração de sólidos na lama espessada (kg/m3)

QO = vazão volumétrica de alimentação (m3/s)

u = velocidade de sedimentação na zona limite (m/s)

C = concentração da suspensão na zona limite (kg/m3)

Dentre os métodos de dimensionamento da área, citam-se o de Coe & Clevenger, o de Kynch, Yoshioka e Dick, e outros.

Outros métodos:

Trata-se da separação de dois líquidos ou de um líquido e um sólido aproveitando-se de sua diferença de densidade. Para separar um líquido de um sólido de maior densidade, deixa-se a mistura repousar durante um certo tempo para que o sólido se deposite no fundo do recipiente. Se as partículas sólidas forem muito pequenas, a decantação pode durar vários dias. Quando estiver completa, inclina-se o recipiente com cuidado para verter o líquido sem que o sólido o acompanhe.

Extração

Para separar um dos componentes de uma solução líquida, é possível recorrer a um solvente mais apropriado que não se misture com uma das substâncias misturadas. O iodo, por exemplo,se dissolve em álcool (tintura de iodo), mas a dissolução é melhor em benzeno. O álcool e o benzeno, porém, são líquidos que não se misturam. Quando estão juntos num recipiente, o álcool, menos denso, fica na parte superior, e o benzeno, na inferior. Agitando-se tintura de iodo e benzeno num funil de decantação, o iodo, que estava dissolvido no álcool, passa para o benzeno. Depois de repousar, a solução de benzeno e iodo fica na parte inferior do recipiente e pode ser separada do álcool usando-se uma torneira.

Centrifugação

Numa mistura de sólidos e líquidos, se os sólidos forem muito pequenos, a filtragem e a decantação não serão suficientes para separar as substâncias. Partículas sólidas diminutas obstruem os poros do filtro, tornando o processo muito lento, mesmo que se tente acelerá-lo usando uma bomba para produzir vácuo dentro do recipiente. Partículas muito pequenas tornam a decantação ineficaz porque são retidas pelo líquido, prolongando muito o tempo de deposição. Nesse caso, a centrifugação é a melhor alternativa. A mistura é colocada em tubos de ensaio que, dentro de uma centrífuga, giram em posição quase horizontal em grande velocidade. O procedimento aumenta a rapidez da deposição do sólido no fundo do tubo. Para completar a separação, basta verter o líquido.

Centrífugação manual

Existem centrífugas industriais de grande valor e eficácia que giram a mais de 20.000 rotações por minuto. Nos laboratórios, porém, ainda se usam centrífugas pequenas, de baixo preço e fácil manejo, que servem para trabalhos simples, que não precisam de altas velocidades ou de muitos minutos de centrifugação. 

Diferenças importantes:

A decantação ocorre de forma espontânea, simplesmente pela ação da força da gravidade que puxa as partículas pesadas para baixo. Já a sedimentação pode ser "forçada", com o uso de centrífugas, por exemplo.

Fatores:

Densidade:

A densidade está diretamente ligada a sedimentação pois é através da diferenças de densidades que os materiais vão ser sedimentados e depositados em partes diferentes do meio aquoso.

Tensão superficial:

Se tratando de líquidos imiscíveis (que não misturam) existe u outro fator que influencia na separação dos materiais que é a sua propriedade química sua estrutura, que é incompatível com a de outros líquidos e por isso tendem a não se misturar.