Operações Unitárias: Separação de Partículas Sólidas

Operações Unitárias

Operações físicas comuns a inúmeros processos industriais. São pertinentes aos processos separativos que dependem apenas das diferenças de propriedades físicas e não do comportamento químico.

Classificação

Quanto à finalidade: limpeza, seleção, classificação, eliminação, branqueamento.

Quanto à conservação: esterilização, pasteurização, congelamento, refrigeração, evaporação, secagem, fermentação, irradiação.

Quanto à separação: filtração, sedimentação, centrifugação, destilação, adsorção, absorção, extração.

Operações de Separação com Partículas Sólidas

Mecanismos de transferência de quantidade de movimento: sedimentação gravimétrica, sedimentação centrífuga, filtração, ciclonagem, elutriação e peneiramento.

Objetivo: evitar desperdício de materiais de alto valor agregado e controlar a poluição nos mais diversos ambientes (estudo da trajetória da partícula).

Caracterização da Partícula

Fundamental para o estudo de sistemas particulados, pois são regidos pela interação partícula-partícula e partícula-fluido.

Características físicas de uma partícula sólida

Afetam fenômenos moleculares (difusão mássica) que ocorrem no interior e/ou entre partículas: tamanho e forma.

Exemplos de tecnologias com partículas sólidas

• Adsorção: separação de moléculas de um fluido por meio de sua fixação em sólidos adsorventes.
• Ciclone: separação de sólidos de tamanhos distintos por meio da ação centrífuga.
• Elutriação: separação de partículas sólidas a partir da diferença de diâmetro e massa específica.
• Filtração: separação de particulados por diferença de tamanho entre a partícula e os poros ou interstícios do meio filtrante.
• Floculação: aglomeração de material coloidal e em suspensão após coagulação.
• Secagem: remoção de um solvente volátil contido no meio sólido por meio da ação do calor.
• Sedimentação: separação de partículas por meio da deposição do material.

Propriedades das Partículas

Porosidade, tamanho e distribuição dos poros, área superficial e massa específica.

• Porosidade: medida da fração de espaços vazios de uma partícula ou de um aglomerado de partículas.
• Material poroso: massa rígida gerada pela compressão de um pó (os espaços entre as partículas são chamados de volume de vazios).
• Massa específica: massa de um material pelo volume ocupado por ele.
• Área específica: fundamental nos processos de transferência de massa ou calor, pois está associada à área disponível para a troca de energia ou matéria.
• Morfologia: circularidade e arredondamento.
• Esfericidade: mede o afastamento da forma esférica.

Peneiramento

Faz-se passar uma quantidade de material através de uma série de peneiras e, em seguida, pesa-se a massa retida em cada uma. Técnica utilizada para partículas com diâmetro superior a 75 µm.

Sistema Tyler

Permite a classificação conforme a abertura da peneira:

• Sólidos grosseiros: acima de 4# (> 4750 µm)
• Finos: de 4# a 48# (300–4750 µm)
• Ultrafinos: de 48# a 400# (38–300 µm)

Análise Granulométrica

A distribuição estatística de tamanhos é expressa em função da frequência relativa das partículas que possuem determinado diâmetro. No peneiramento, a frequência é dada em função da massa. Pode-se também usar a fração cumulativa de partículas que possuem diâmetro menor ou maior que um valor médio.