UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLNDIA

FACULDADE DE ENGENHARIA QUMICA

CURSO DE GRADUAO EM ENGENHARIA QUMICA

Centrifugao - Estudo da arte e

Aplicaes de centrfugas na

Indstria Autor: Eduardo Queiroz Barbosa Lima

Uberlndia M.G. 2007

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLNDIA

FACULDADE DE ENGENHARIA QUMICA

CURSO DE GRADUAO EM ENGENHARIA QUMICA

Centrifugao - Estudo da arte e Aplicaes de centrfugas

na Indstria

Eduardo Queiroz Barbosa Lima

Monografia de graduao apresentada Universidade Federal

de Uberlndia como parte dos requisitos necessrios para a

aprovao na disciplina de Projeto de Graduao do curso de

Engenharia Qumica

Uberlndia MG

2007

BANCA EXAMINADORA DA MONOGRAFIA DA DISCIPLINA DE PROJETO DE

GRADUAO DE EDUARDO QUEIROZ BARBOSA LIMA APRESENTADA

FACULDADE DE ENGENHARIA QUMICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE

UBERLNDIA EM 12 DE MARO DE 2007.

BANCA EXAMINADORA:

_____________________________________

Prof. Daniel Tostes de Oliveira

Orientador FEQUI/UFU

_____________________________________

Prof. Miriam Maria de Resende

FEQUI/UFU

_____________________________________

Prof. Cludio Roberto Duarte

FEQUI/UFU

AGRADECIMENTOS

A meus pais que so responsveis pela minha origem.

Em especial a minha me que participou ativamente da minha criao e que

viabilizou todo o meu processo de formao, e que sempre me apoiou nas decises da

minha vida.

A meus amigos que fiz durante o perodo de Faculdade que colaboraram de diversas

formas ao longo do curso.

Aos amigos que tenho e que carrego comigo de tempos anteriores ao da Faculdade,

e que sempre os terei em meu corao.

Ao Programa de Educao Tutorial PET, em especial a professora Dra Lucienne

Lobato Rommanielo, que me acrescentou vrias coisas no s do ponto de vista de

formao acadmica.

Ao Diretrio Acadmico e seus membros, que durante o perodo que tive a

oportunidade de colaborar nas atividades me trouxe um enorme ganho pessoal.

Ao professor MSc. Daniel Tostes de Oliveira pelas orientaes.

A todos que colaboraram direta ou indiretamente na execuo deste trabalho.

SUMRIO

Lista de Figuras..................................................................................................ii

Lista de tabelas..................................................................................................iii

Resumo..............................................................................................................iv

1 INTRODUO..........................................................................................1

2 OBJETIVOS E JUSTIFICATIVAS.........................................................2

3 REVISO BIBLIOGRFICA..................................................................2

3.1 EQUIPAMENTOS PARA CENTRIFUGAO.....................................2

3.1.1 Escolha de Centrfugas...........................................................................2

3.1.1.1 Centrfugas de Cesto...........................................................................4

3.1.1.2 - Centrfugas Peeler................................................................................5

3.1.1.3 Centrfuga Pusher................................................................................5

3.1.1.4 - Centrfugas Decantadoras....................................................................5

3.1.1.5 - Centrfugas de Disco............................................................................6

3.2 CONCEITOS IMPORTANTES...............................................................6

3.2.1 Clculos da centrifugao......................................................................7

3.2.2 Dimetro da partcula de corte...............................................................9

3.2.3 Fator ................................................................................................10

3.3 SEPARAO LQUIDO-LQUIDO.....................................................12

3.3.1 Determinao da Altura dos Vertedores de Sada................................12

3.4 APLICAES DE CENTRFUGAS.....................................................14

3.4.1 - Em Biologia, Bioqumica E Qumica...................................................15

3.4.2 Separao De Diferentes Fases............................................................15

3.4.3 Centrifugao Diferencial....................................................................15

3.4.4 Centrifugao Isopcnica ou de Equilbrio...........................................16

3.4.5 Ultracentrifugao................................................................................17

3.4.6 Em Astronutica...................................................................................17

3.4.7 Na Indstria..........................................................................................18

3.4.7.1 Separao Isotpica...........................................................................18

3.4.7.2 Concentrao de Slidos...................................................................18

3.4.8 Em Casa...............................................................................................19

3.5 TIPOS ESPECFICOS DE CENTRFUGAS.........................................19

3.5.1 Centrfuga de discos ( clarificadora / sedimentadora ).........................19

3.5.2 Centrfuga decantadora de vaso horizontal..........................................20

3.5.3 Centrfuga tubular................................................................................21

3.5.4 Centrfuga de cesta (com parede slida)..............................................22

3.5.5 Centrfuga filtrante de cesta horizontal com raspador para descarga

(peeler)................................................................................................23

3.5.6 - Centrfuga decantadora horizontal de vaso perfurado..........................24

3.5.7 - Centrfuga de bolsa invertida................................................................24

3.5.8 Centrfuga pusher (impulsora, ou com descarga por deslocamento)...25

3.5.9 Centrfuga de parafuso com tela perfurada..........................................27

3.5.10 Centrfuga de cesta vertical................................................................28

3.5.11 - Centrfuga vibratria...........................................................................29

3.5.12 - Centrfuga de tambor..........................................................................29

4 ESTUDO DE CASO.................................................................................30

4.1 A INDSTRIA E O PROCESSO ENVOLVIDO..................................30

4.2 ESCOLHA DA CENTRFUGA ADEQUADA PARA O PROCESSO.30

4.3 RESULTADOS E CONCLUSES........................................................32

5 CONCLUSES........................................................................................33

6 SUGESTES............................................................................................33

7 - REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS....................................................34

ii

LISTA DE FIGURAS

Figura 01 Opes de centrfugas..........................................................................................3

Figura 02 Esquema de centrfuga para separao slido-slido..........................................9

Figura 03 Disposio dos vertedores numa centrfuga tubular (a) na clarificao de um

liquido (b) na separao de 2 lquidos..............................................................13

Figura 04 Centrfuga de discos clarificadora.....................................................................20

Figura 05 Centrfuga de discos com descarga por bocais..................................................20

Figura 06 Centrfuga decantadora de vaso horizontal........................................................20

Figura 07 Centrfuga tubular..............................................................................................22

Figura 08 - Centrfuga de cesta (com parede slida)............................................................22

Figura 09 Centrfuga de descarga automtica aberta, mostrando o raspador no interior da

porta frontal......................................................................................................23

Figura 10 - Centrfuga decantadora horizontal de vaso perfurado........................................24

Figura 11 Detalhes do pisto e do pano filtrante de uma centrfuga de bolsa invertida....25

Figura 12 Centrfuga de bolsa invertida.............................................................................25

Figura 13 - Centrfuga pusher (impulsora, ou com descarga por deslocamento).................26

Figura 14 Esquema e componentes da Centrifuga filtrante desenformadora.....................26

Figura 15 Centrfuga de rosca com tela perfurada.............................................................26

Figura 16 - Centrfuga de parafuso com tela perfurada........................................................27

Figura 17 - Centrfuga de cesta vertical................................................................................29

iii

LISTA DE TABELAS

Tabela 01 Alguns tipos de centrifugas, aplicaes e limitaes..........................................4 Tabela 02 Desempenho comparado de centrifugas............................................................12 Tabela 03 Comparao entre os valores calculados e os fornecidos com os respectivos

desvios..............................................................................................................32

iv

RESUMO

Em vrias indstrias, como a de alimentos, constantemente nos deparamos com

processos que exigem a separao de dois ou mais componentes lquidos e/ou slidos. Para

a realizao desses tipos de processo, diversas so as formas utilizadas de separao e,

sendo uma dessas formas o emprego de centrfugas.

A centrifugao um processo mecnico que tem por funo a separao ou

clarificao de uma mistura, onde seus componentes possuam densidades diferentes.

A centrifugao , portanto, uma tcnica de separao de partculas que se baseia na

velocidade prpria de deslocamento das partculas em um meio lquido ao serem

submetidas a um campo centrfugo.

Quando se centrifuga uma soluo, se rompe a homogeneidade e se processa a

separao do soluto e do solvente. As primeiras partculas a se sedimentar so aquelas de

maior massa.

Palavras-chave: Centrfugas, separao de mistura, campo centrifugo.

1

1 - INTRODUO

Mtodos de separao de mistura so largamente utilizados em processos industriais.

A decantao um processo baseado na separao pela ao da fora da gravidade, no qual

partculas mais pesadas vo para o fundo. No entanto, decantar pode ser um processo

demorado. Sendo assim, em alguns casos que se deseja separar uma mistura de dois ou

mais componentes lquidos e/ou slidos, faz-se necessrio o emprego de outros mtodos de

separao. A centrifugao em muitas ocasies pode ser empregada.

Centrfugas so equipamentos utilizados para separao de mistura liquidas com

remoo simultnea de slidos, clarificao de lquidos, concentrao ou desidratao de

slidos. baseada na densidade das fases em um campo centrifugo em um rotor ou tambor

que eleva a fora da gravidade.

Vrios so os setores de aplicao das centrifugas. Dentre os quais esto as destilarias

(lcool anidro, hidratado e neutro), fecularias (amidos derivados de batata, milho,

mandioca, etc), leos minerais (leo combustvel e lubrificante de motores a diesel para o

setor de transportes navais, processamento de petrleo, leo lubrificante e hidrulico), leos

vegetais, gorduras animais, gelatina, caldos de cozimento, farinha e leo de peixe, laticnios

(desnatamento, clarificao, degerminao, padronizao, produtos derivados do leite),

bebidas (concentrados ctricos, caf, ch, extrato de lpulo, cerveja, champagne, vinho),

qumica (lcool graxo, ltex, corantes naturais, substancias perfumadas e aromticas),

tratamento de efluentes industriais (efluentes urbanos, efluentes em fbrica de papel, de

indstria qumica, gua de lavagem de legumes, lodo excedente da indstria de alimentos),

farmacologia (medicamentos de plantas, antibiticos, sangue humano, insulina, vacinas,

morfina). Outra aplicao de centrfugas que vem sendo bastante discutida em programas

de desenvolvimento nuclear, para fins pacficos ou blicos, no enriquecimento de urnio.

A seleo do equipamento mais adequado para determinada operao depende de uma

srie de variveis, como a porcentagem de slidos presente na mistura, o tamanho das

partculas, a quantidade de mistura a ser separada, e os materiais do equipamento devem ser

compatveis com o ambiente ao qual vo trabalhar.

2

2 OBJETIVOS E JUSTIFICATIVAS

O presente trabalho tem como objetivos:

Realizar uma reviso geral sobre a centrifugao;

Discorrer sobre os tipos de centrfugas normalmente utilizadas na Indstria;

Apresentar um estudo das variveis de importncia para o projeto de centrfugas.

Justifica-se o trabalho visto sua importncia em um grande nmero de pesquisas ligadas

rea da Engenharia Qumica e de Alimentos.

3 - REVISO BIBLIOGRFICA

Nesta parte, que constitui grande parte do trabalho, desenvolvem-se e enumeram-se as

caractersticas do tema proposto. Observam-se casos especficos e conceitos importantes.

3.1 EQUIPAMENTOS PARA A CENTRIFUGAO

3.1.1 - ESCOLHA DE CENTRFUGAS

O crescimento das indstrias de processo e o rpido desenvolvimento de novos

produtos tm proporcionado lquidos com uma ampla gama de propriedades fsicas e

qumicas, cuja separao deve efetuar-se mediante diferentes tcnicas. Isto tem sido um

estmulo para o contnuo aperfeioamento dos equipamentos de centrifugao atualmente

disponveis, e para a introduo de novas tcnicas.

A escolha de centrfugas para determinada operao envolve uma srie de variveis,

como a porcentagem de slidos presente na mistura, o tamanho das partculas, a quantidade

de mistura a ser separada, e os materiais do equipamento devem ser compatveis com o uso

determinado. Uma centrifuga composta basicamente por: carcaa, transmisso, capuz,

tambor, bomba centrpeta e motor de acionamento. O tambor o componente mais

importante da centrfuga.

O objetivo da centrifugao a separao de misturas lquidas com remoo

simultnea de slidos, clarificao de lquidos, concentrao ou desidratao de slidos.

3

baseada na densidade das fases em um campo centrifugo em um rotor ou tambor. A fora

centrfuga gerada quando uma partcula ou conjunto de partculas sujeito a um

movimento circular. De acordo com a segunda lei de Newton, uma partcula em movimento

uniforme linear no perturbada por foras exteriores continuar com este tipo de

movimento. Isto significa que ter uma velocidade constante e uma trajetria retilnea.

Aps ser definido o processo e as caractersticas do produto final, devemos definir o

tipo especfico de centrfuga a ser utilizada para obter as caractersticas desejadas. De um

modo geral, as centrfugas podem ser divididas em centrfugas de filtrao e centrfugas de

sedimentao. A figura a seguir destaca os diferentes tipos de centrifugas.

Figura 01 Opes de centrfugas

Centrfugas industriais geralmente so equipamentos de alto custo, e dependendo do

uso a que sero destinadas, requerem a elaborao de um projeto bem especfico para que a

realizao do trabalho seja adequada. Como exemplo de alguns fabricantes de centrfugas

no Brasil, pode-se citar a Alfa Laval, Pan American, Grisanti e Quimis, sendo esta ltima,

fabricante de centrifugas de bancada ou laboratoriais, enquanto que os outros fabricam

equipamentos industriais.

4

A Pan American e a Grisanti so especialistas na fabricao de trs tipos de

centrfugas, as de cesto, peeler e pusher. J a Alfa Laval especializada na fabricao das

centrfugas decantadoras e de disco.

A seguir, apresentada uma tabela com os diferentes tipos de centrfugas e algumas

caractersticas.

Tabela 01 Alguns tipos de centrifugas, aplicaes e limitaes

Tipos de centrfuga Tamanho de partculas

a separar (micrmetros)

Porcentagem de slidos na

alimentao (% em volume)

Teor de secagem (%

slidos em peso)

Cesto 10 a 10000 10 a 60 85 a 95

Pusher 100 a 50000 20 a 50 85 a 95

Peeler 10 a 10000 10 a 50 85 a 95

Disco 0,5 a 500 at 10 10 a 80

Decantadora 5 a 10000 at 30 30 a 80

Fonte: Jorge Takano

3.1.1.1 CENTRFUGAS DE CESTO

So equipamentos dotados com um cesto, perfurado ou no, que ao girar faz com que

as partculas a serem separadas sejam arremessadas para a sua periferia. Em mdia, elas so

utilizadas quando o tamanho das partculas a serem separadas variam de 10 a 10 mil

micrmetros, com porcentagem de slidos para separao que varia de 10% a 50%.

Dependendo do tamanho das partculas, pode-se instalar um tecido de malha bastante fina

dentro do cesto, no qual elas so retidas.

Conforme a aplicao, os cestos podem ser instalados em eixos verticais ou

horizontais e serem carregados por processos automticos ou manuais. O carregamento

tambm pode ser realizado com a mquina parada ou em movimento, dependendo do caso.

Quando, por exemplo, o teor de slidos for muito elevado, o que prejudica a fluidez da

mistura, o carregamento feito com o cesto parado. Quando for possvel carreg-la em

movimento, lgico, h um grande ganho de produtividade, uma vez que a mistura passa a

ser centrifugada desde o instante em que se inicia o processo de alimentao. As

centrfugas de cesto podem ser aproveitadas em operaes das mais variveis, como a

5

secagem dos cavacos de usinagem e recuperao do leo de corte, a secagem de produtos

qumicos e farmacuticos ou as aes de secagem presentes na produo de acar cristal.

3.1.1.2 - CENTRFUGAS PEELER

So muito utilizadas como hidroextratoras de solues onde se encontram cristais

slidos com tamanhos de 10 a 10 mil micrmetros, em misturas com porcentagem de

slidos a serem separados de 10% a 50%. Com descarga semicontnua, atuam com sistemas

de controle de alimentao, lavagem e descarga dos cristais sem qualquer contato manual

as operaes podem ser feitas de forma automtica ou a partir do comando de um operador.

Possuem uma faca raspadora, que proporciona ao slido separado granulao homognea,

detalhe til de acordo com o interesse dos usurios. Por suas caractersticas, so indicadas

para a secagem de substncias que no podem ser contaminadas, como por exemplo, das

presentes em vrios produtos qumicos, farmacuticos e alimentcios.

3.1.1.3 CENTRFUGA PUSHER

Recomendada para aplicaes onde se requer a separao de partculas maiores (de

100 a 50 mil micrmetros), com porcentagem de slidos a serem separados na faixa de 20%

a 50% e que necessitem de lavagem dos slidos separados aps a operao, as separadoras

pusher contam com um cone alimentador do produto e um pisto hidrulico cuja funo

descarregar os slidos. Por trabalharem em regime de descarga contnua no necessitam do

contato humano para operar, o que as tornam muito aproveitadas em plantas de produtos

txicos ou venenosos.

3.1.1.4 - CENTRFUGAS DECANTADORAS

Indicadas para separar partculas de 5 a 10 mil micrmetros, contm um rotor

horizontal acoplado a uma rosca transportadora com a funo de descarregar continuamente

o slido separado, sendo que o lquido purificado sai por outra extremidade. A rosca, com o

6

auxlio de um redutor pode girar em rotao diferenciada da do rotor. O equipamento tem

grande capacidade de processamento, mas a porcentagem de slidos a serem separados na

mistura no pode ser elevada, sob o risco de ocorrerem entupimentos a concentrao deve

ser de, no mximo, 30%. Entre suas vrias aplicaes, encontram-se a secagem de slidos

de efluentes e a secagem de sais, como alguns exemplos.

3.1.1.5 - CENTRFUGAS DE DISCO

As centrfugas de disco, por sua vez, tambm podem trabalhar em regime contnuo e

so ideais para uma ampla faixa de tarefas de separao para concentraes de slidos

menores (at 10%) e partculas de tamanhos bastante reduzidos (de 0,5 a 500 micrmetros),

inclusive bactrias.

Elas promovem a separao tanto de lquidos e slidos insolveis quanto para dois

lquidos no-miscveis. As tarefas de separao mais difceis realizadas pelas centrfugas de

disco podem envolver at trs fases, em misturas com dois lquidos e partculas slidas

minsculas.

Elas so compostas por um rotor que atinge altssimas rotaes, que acionado por

um motor eltrico. O rotor composto por vrios discos cnicos, que proporcionam uma

rea superficial adicional de sedimentao, acelerando o processo de separao. O design

dos discos um dos segredos do funcionamento das mquinas. Conforme o disco utilizado,

elas realizam operaes de clarificao, purificao ou concentrao. Entre as aplicaes

mais comuns das mquinas de discos encontram-se o tratamento de leos minerais, como

diesel e lubrificantes, tratamento de leos solveis, a centrifugao de produtos das

indstrias alimentcias, como o leite e leos vegetais, por exemplo.

3.2 CONCEITOS IMPORTANTES

Neste tpico, abordam-se conceitos fundamentais para se compreender o processo de

centrifugao.

7

3.2.1 CLCULOS DA CENTRIFUGAO

A equao do movimento para uma partcula slida submetida a um campo centrfugo

pode ser estabelecida a partir do balano das foras (externa, empuxo e arraste) que atuam

sobre uma partcula slida submersa num fluido sob ao do campo gravitacional,

substituindo, na equao genrica abaixo, a acelerao externa pela correspondente

acelerao centrfuga aE = rw2.

m

UCAa

dt

dvDv

S

FS

E 2

2

= (1)

m

UCArw

dt

dvDv

S

FS

2

22

= (2)

Na separao de fases por sedimentao, num campo gravitacional ou num campo

centrfugo, a perfeio da separao est limitada pela velocidade de queda das menores

partculas presentes. Na maioria das vezes as partculas movem-se com velocidades

bastante pequenas para que o escoamento seja laminar e ento CD = 24/Re. Fazendo esta

substituio na Eq. 2 e considerando-se as partculas esfricas, encontra-se:

6

4

4

62

3

PS

P

SP

P

S

P

D

D

D

A

V

A

m

===

E a equao 2 fica:

2

2 18

PSS

FS

Drw

dt

dv

= (3)

Quando as partculas movem-se radialmente num campo centrfugo, a intensidade do

campo altera-se com as respectivas posies. Por isso, a velocidade terminal da partcula

uma funo da posio radial. Nesta deduo uma partcula, em qualquer posio, tem, por

hiptese, esta nica velocidade terminal, caracterstica da sua posio. Assim, em qualquer

8

posio, dv/dt = 0; porm, em qualquer instante do movimento de uma nica partcula,

dv/dr positiva. Ento, considerando uma posio fixa, dv/dt = 0 e a Eq. 3 toma a forma:

18

)( 22PFS

R

Drwt

== (4)

Onde vR a velocidade terminal de queda de uma partcula esfrica de dimetro Dp,

no ponto de raio r num campo centrfugo cuja velocidade angular de rotao w.

A distncia radial percorrida pela partcula pode ser obtida multiplicando-se sua

velocidade radial pelo elemento infinitesimal de tempo, (dt)

dtDrw

drdt PFSR

18

)( 22 == (5)

Integrando,

Q

VDwt

Dw

r

r PFSPFS

18

)(

18

)(ln

2222

1

2 =

= (6)

onde:

V = volume ocupado pelo material na centrifuga

Q = taxa volumtrica de alimentao da centrifuga

V/Q = tempo de residncia de uma partcula no centrifuga

O dimetro que aparece na Eq. 6 o de uma partcula que cai entre r1 e r2 durante o

tempo de residncia que lhe concedido.

O significado desta equao talvez mais facilmente apreendido na forma de uma

equao paralela que vale quando a camada do lquido na centrfuga muito estreita

comparada com o raio. Neste caso, o campo centrfugo considerado constante e a Eq. 5

pode ser escrita diretamente em termos do tempo de residncia (V/Q).

Q

VDrwxt PFS

R

18

)( 22 == (5a)

Onde x a distncia radial percorrida por uma partcula de dimetro Dp durante o

tempo de residncia disponvel.

9

3.2.2 DIMETRO DA PARTCULA DE CORTE

Fazendo a distncia x a ser percorrida na horizontal igual meia-espessura da

camada lquida, (r2 r1)/ 2, a metade das partculas de um certo dimetro Dpc conseguir

sedimentar-se nas paredes, enquanto a outra metade fica em suspenso at o fluido deixar a

centrfuga.

Este dimetro Dpc o "dimetro crtico" ou "dimetro de corte". As partculas com

D > Dpc sedimentaro preferencialmente da fase lquida, e as partculas D < Dpc

permanecero em suspenso e sero arrastadas para fora da centrfuga pelo lquido.

Figura 02 Esquema de centrfuga para separao slido-slido

Resolvendo a equao 5a para Dpc e substituindo x = (r2 r1)/2, :

r

rr

Vw

QD

S

PC

12

2)(

9

=

(7)

r2 r1 = espessura da camada lquida;

Dpc = dimetro de corte das partculas

1

212 ln2r

r

r

rr

ef

=

(8)

A comparao entre esta equao e a Eq. 6 mostra que no caso em que a espessura da

camada lquida suficientemente grande para que se tenha que levar em conta a variao

do campo centrfugo como o raio. Onde (r2 r1/r)ef o valor efetivo de (r2 r1/r) a ser

10

usado na Eq. 7 quando a espessura da camada lquida na centrfuga, r2 r1 no

desprezvel em comparao com r1 ou r2.

3.2.3 FATOR

Um parmetro muito conveniente, caracterstico de cada centrifuga, obtido por uma

pequena manipulao da equao 7 e da lei de Stokes, para sedimentao no campo

gravitacional.

18

)(PSE

Dat

=

=

= .2

)(.

9

)(

12

22

t

PCS

rrg

rVgDQ

. (9)

Explicitando Q na Eq. 7, e multiplicando e dividindo a expresso resultante pela

acelerao da gravidade, Na qual:

)()(

18

)(

12

22

rrg

rVeStokesdelei

gDv PCS

t

=

=

(10)

Onde uma caracterstica da prpria centrfuga e no do sistema que est sendo

separado. Por isso, o fator pode ser usado como um parmetro de comparao entre

centrfugas.

Para que duas centrfugas efetuem a mesma separao, ou seja, tenham desempenhos

semelhantes:

2

2

1

1

=

QQ (11)

Este um critrio confivel para a comparao de centrifugas de geometria e

propores similares que desenvolvem a mesma fora centrfuga. No entanto, deve ser

usado com precauo para ampliaes de escala entre diferentes tipos de centrifugas ou

quando a fora centrfuga varia por um fator maior que 2.[Perry & Chilton, Manual de

Engenharia Qumica, 19-88].

11

O Fator corresponde rea da seo reta de um sedimentador capaz de remover um

certo tamanho de partcula, igual ao dimetro da partcula que uma centrifuga consegue

separar, quando a vazo de alimentao do centrifuga igual vazo de alimentao do

sedimentador.

O parmetro pode ser determinado, nas centrifugas comerciais, embora em alguns

casos sejam necessrios mtodos aproximados.

Para centrifugas tubulares, a Eq. 8 d

2

1

2

2

2

1

2

22

ln

)(

r

r

rr

g

L =

(12)

Onde L a altura do vaso.

Centrifugas de discos, a frmula dada por Ambler [Chem. Eng. Progr. 48, p.150

(1952)] :

=

tan3

)(2 2313

2

g

rrn (13)

Onde:

n = nmero de espaos entre os discos da pilha

r2, r1 = raios externo e interno da pilha de discos

W = ngulo de abertura do cone

A Tabela 2 d os valores que se obtm para diversos tipos de centrifugas, com base

nos clculos de geometria e de dados experimentais de laboratrios e fabricantes. A tabela

mostra os desempenhos relativos de centrifugas e as eficincias das mquinas, comparando-

os com os que se calculam a partir das respectivas geometrias.

12

Tabela 02 Desempenho comparado de centrfugas

importante destacar como a centrifuga de discos muito mais eficiente que qualquer

outra das centrifugas mencionadas. Este efeito conseqncia do elevado tempo de

residncia e da pequena distncia de separao entre os discos nesta mquina.

3.3 SEPARAO LQUIDO-LQUIDO

Nas equaes anteriores o dimetro, Dp, foi definido como o dimetro de uma

partcula slida. Quando se faz a separao entre dois lquidos, o mecanismo no

diferente da separao slido-lquido:

As gotculas do lquido, em lugar das partculas slidas, migram e, atravs da outra

fase lquida, coalescem, formando uma fase lquida contnua, ao invs de

aglomerarem-se como as partculas slidas junto parede.

A velocidade de migrao calculvel pela Eq. 7, devidamente modificada para

adaptar-se a centrifuga que estiver sendo analisada.

3.3.1 DETERMINAO DA ALTURA DOS VERTEDORES DE

SADA

Nas separaes lquido-lquido, a posio dos vertedores de sada torna-se mais

importante do que no caso das separaes entre slidos e lquido, pois, em lugar de

13

controlar somente o volume retido na centrifuga e o dimetro crtico das partculas,

determina tambm se possvel ou no a separao.

A Figura 03 mostra a situao fsica numa centrifuga ajustada para clarificar uma fase

lquida, libertando-a dos slidos arrastados, e a de um outro centrifuga ajustada para a

separao de duas fases lquidas.

Figura 03 Disposio dos vertedores numa centrfuga tubular (a) na

clarificao de um lquido (b) na separao de 2 lquidos

Onde:

r1 = raio do topo da camada do lquido leve

r2 = raio da interface lquido-lquido

r3 = raio da borda externa do vertedor

r4 = raio da superfcie do lquido passando a jusante do vertedor

A localizao da interface determinada pelo equilbrio de foras provocadas pelas

presses hidrostticas das duas camadas lquidas. Exprimindo estas foras pelas presses

que lhes so proporcionais, vem:

===rf

ri c

rf

ri c

rf

ri

rf

ri grl

rldrr

Ag

adm

A

dFdP

)2(

)2)(( 2

Simplificando a expresso:

14

=rf

ri c

rf

ri g

rdrdP

2 (14)

Integrando,

)(2

222

if

c

rrg

rP =

(15)

Aplicando a equao situao esquematizada na Figura 03 b, onde a presso deve ser a mesma em qualquer dos lados da interface lquida em r2, vem:

)17(

)16()(2

)(2

2

1

2

2

2

4

2

2

2

1

2

2

22

4

2

2

2

pesada

leve

c

L

c

P

rr

rr

ou

rrg

rrg

=

=

Para que a centrifuga separe as duas fases lquidas, a interface lquido-lquido deve

estar localizada num raio menor que r3, porm maior que o do topo do vertedor de

transbordamento, r4.

r4 < r < r3

Geralmente, uma fase mais difcil de clarificar do que a outra. Para compensar esta

diferena, o volume desta fase deve ser maior que o volume da fase difcil de clarificar. Isso

se obtm pelo ajuste da altura dos dois vertedores.

Na centrfuga de clarificao (Figura a), somente um vertedor usado com a funo

nica de controlar o volume do lquido mantido na centrifuga.

3.4 APLICAES DE CENTRFUGAS

Em geral, uma centrfuga (por vezes tambm denominada centrifugador) um

equipamento, manual ou eltrico, que fora a rotao de um objeto em torno de um eixo

fixo. Existem diversos tipos de centrfugas, dependendo da sua aplicao.

15

3.4.1 -EM BIOLOGIA, BIOQUMICA E QUMICA

A centrifugao uma tcnica fundamental usada em diversos ramos da Qumica,

Biologia e Bioqumica para a separao de amostras. Em geral, estas so introduzidas em

tubos de diferentes tamanhos, que so dispostos num rotor de centrfuga. As centrfugas

esto normalmente adaptadas para a utilizao de diferentes tipos e tamanhos de rotores,

conforme a velocidade e aplicao desejadas. Enquanto que micro-centrfugas de bancada

podem centrifugar tubos entre os 200 L e os 2 mL de volume, centrfugas de grande porte

podem usar tubos de volume muito varivel, tipicamente at 1 L.

3.4.2 SEPARAO DE DIFERENTES FASES

Uma das aplicaes mais freqentes da centrifugao na separao de diferentes

fases de uma amostra, em especial uma fase slida de uma aquosa. Partculas insolveis

numa amostra sedimentam no fundo do tubo de centrfuga, restando o chamado

sobrenadante (fase lquida) por cima do sedimento. O sobrenadante ento aspirado ou

decantado e o sedimento retirado do tubo.

Esta tcnica usada, por exemplo, na separao de membranas celulares (insolveis

em gua) e citoplasma (solvente celular aquoso) aps ruptura de clulas. Tambm usada

para a separao dos elementos figurados do sangue e o plasma sanguneo, em que as

clulas (eritrcitos, leuccitos, plaquetas) so depositadas no tubo, podendo o plasma ser

separado e analisado.

3.4.3 CENTRIFUGAO DIFERENCIAL

A centrifugao diferencial foi desenvolvida nos anos 60 do sculo XX por

Christopher John Champerline e Juan Burdettee. Consiste em sujeitar uma amostra feita

homognea de um tecido ou rgo (por exemplo, fgado) a repetidas centrifugaes,

aumentando de cada vez a fora centrfuga. Hoje em dia esta tcnica largamente

substituda pela centrifugao isopcnica. Esta tcnica permite a separao de diferentes

organelas celulares de eucariontes, como mitocndrias, ncleo celulares e microssomas

(resduos do retculo endoplasmtico).

16

Usando esta tcnica, as partculas mais densas sedimentam primeiro; nas

centrifugaes subseqentes, as partculas de menor densidade sedimentam ento.

3.4.4 - CENTRIFUGAO ISOPCNICA OU DE EQUILBRIO

A centrifugao isopcnica, tambm chamada centrifugao de equilbrio, usada na

separao de macromolculas recorrendo a gradientes de concentrao da soluo base

usada para a separao das partculas.

Uma das aplicaes deste tipo de centrifugao na separao de molculas de DNA

usando cloreto de csio (CsCl). uma tcnica sensvel, capaz de separar molculas de

DNA de igual dimenso mas diferindo apenas na sua proporo AT/GC (proporo entre as

bases adenina e timina e as bases guanina e citosina). Neste tipo de centrifugao, a

amostra de DNA a separar misturada com CsCl e posta a centrifugar a cerca de 10 000 g

durante um prolongado perodo de tempo (tipicamente entre dois e trs dias). O cloreto de

csio usado numa concentrao em que toma uma densidade muito prxima da do DNA.

Aps este tempo, um gradiente de cloreto de csio ser formado e o DNA separa-se

segundo as suas propores AT/GC em diferentes bandas ao longo do tubo.

Os gradientes de sacarose so utilizados na separao de partculas como organelas

celulares e vrus, sendo uma alternativa centrifugao diferencial. Nestes, um gradiente de

densidade de sacarose obtido adicionando cuidadosamente no tubo de centrfuga,

camadas de solues de sacarose de diferentes concentraes, comeando pela mais alta.

Um gradiente tpico usa 70% a 20% (p/v), com decrementos de 10%, mas estes valores

dependem largamente da amostra a separar. A amostra colocada no topo do tubo e

ultracentrifugada. As partculas migram em direo ao fundo do tubo e estacionam nas

zonas do gradiente com densidade idntica. A amostra assim dividida em diferentes

camadas ao longo do tubo pode ser retirada aspirando cuidadosamente cada camada.

Uma modificao do gradiente de sacarose consiste na utilizao de solues de

apenas 70% e 20%(p/v). A soluo de 70% depositada no fundo do tubo e a de 20%

preenche o restante tubo; a amostra tambm depositada no topo, migrando durante a

centrifugao para a interface com a soluo de 70%. Esta tcnica permite a concentrao

de partculas de uma amostra sem que estas entrem em contacto com a parede do tubo,

evitando um stress mecnico que muitas vezes provoca a desintegrao dessas partculas.

17

3.4.5 ULTRACENTRIFUGAO

O termo ultracentrifugao aplica-se centrifugao que necessita de um tipo

especfico de centrfuga (ultracentrfuga). As velocidades alcanadas pelos rotores nestas

centrfugas so muito elevadas, obtendo-se aceleraes at 500 000 g. Neste tipo de

centrfuga, a cmara onde se situa o rotor refrigerada e encontra-se sob vcuo, para evitar

o sobre-aquecimento por atrito com o ar.

A ultracentrifugao usada para a sedimentao de macromolculas; sob

determinadas condies, acontece tambm uma distribuio no uniforme de molculas de

menores dimenses ao longo do tubo. A sedimentao depende da massa, forma e

densidade das molculas, bem como da densidade do solvente. O rotor e velocidade de

rotao apropriados so usados dependendo da utilizao.

possvel calcular o coeficiente de sedimentao (unidade: Svedberg, S) atravs da

ultracentrifugao. Este coeficiente proporcional massa e densidade da substncia,

dependendo tambm da forma das suas molculas. Assim sendo, partculas de grande

massa molecular e densidade sedimentam mais facilmente, enquanto que partculas com

forma alongada sedimentam mais lentamente (devido ao maior atrito com o solvente). Uma

aplicao clssica deste coeficiente visvel na classificao de subunidades dos

ribossomos que, dependendo do seu tamanho, tm diferentes coeficientes de sedimentao:

por exemplo, a subunidade pequena dos ribossomos bacterianos chamada 16S e a sua

seqncia nucleotdica serve de base em estudos filogenticos.

A ultra-centrfuga foi inventada em 1925 por Theodor Svedberg, que ganhou o prmio

Nobel da Qumica em 1926 pelo seu trabalho em sistemas coloidais, em que usou a sua

inveno.

3.4.6 EM ASTRONUTICA

As centrfugas humanas so usadas por agncias de explorao espacial, como a

NASA e a ESA, para o treino de astronautas. A NASA possui um equipamento que

imprime uma acelerao de at 20 g aos indivduos testados.

Este treino serve para testar a reao e tolerncia dos astronautas ao processo de

descolagem dos vaivens espaciais, em que elevadas foras so sentidas. Os astronautas so

18

colocados nas extremidades do brao da centrfuga e sofrem uma acelerada rotao at

atingir o desejado valor de g's.

Um tipo especial de centrfuga, chamada de raio curto (short radius centrifuge)

usada pela NASA no estudo do efeito teraputico da fora centrfuga aplicada a indivduos

sujeitos a perodos mais ou menos prolongados de micro-gravidade. Os indivduos testados

so sujeitos a um perodo de descanso que mimetiza condies de micro-gravidade e

sujeitos durante curtos perodos a centrifugao (at 2,5 g). Este estudo pretende

estabelecer uma teraputica de combate aos efeitos nocivos do estgio prolongado na

ausncia da gravidade terrestre (atrofia muscular e descalcificao ssea), por exemplo na

preparao de misses tripuladas a Marte.

3.4.7 NA INDSTRIA

3.4.7.1 SEPARAO ISOTPICA

A centrifugao usada em programas de desenvolvimento nuclear, para fins

pacficos ou blicos, no enriquecimento de urnio.

O urnio tem dois istopos principais, 235U e 238U. O gs hexafluoreto de urnio pode

ser centrifugado de modo a separar os dois istopos: o 238U mais pesado e tende a

depositar-se nas paredes da centrfuga, enquanto que o 235U extrado do centro da mesma.

3.4.7.2 - CONCENTRAO DE SLIDOS

Em diversos tipos de indstria, so feitas a concentrao e secagem de slidos que se

encontram suspensos em solventes ou pastas. O slido seco geralmente denominado

"bolo". As centrfugas para este fim so normalmente construdas de modo a ter uma

alimentao contnua da pasta a separar.

Um exemplo encontra-se no tratamento de guas residuais: as lamas resultantes do

tratamento de guas residuais podem ser secas por centrifugao. Outras aplicaes so a

secagem de sal para comercializao e a purificao de reagentes qumicos em larga escala.

19

3.4.8 - EM CASA

A centrifugao usada pelas mquinas de lavar roupa para retirar gua em excesso da

roupa. por isso usada como um dos ltimos passos num programa normal de lavagem. A

gua em excesso escoada pelos orifcios do tambor da mquina, onde a roupa retida.

Este princpio tambm explorado nos secadores de salada, em que os legumes so

colocados num cesto dentro de uma caixa, sendo o cesto girado manualmente com recurso

a uma manivela. A gua escoada para fora do cesto por ao da fora centrfuga.

3.5 TIPOS ESPECFICOS DE CENTRFUGAS

3.5.1 - CENTRFUGA DE DISCOS (clarificadora / sedimentadora)

Neste tipo de centrfuga, o processo de separao realizado num conjunto de pratos

ou discos, que consiste em um grande nmero de peas cnicas colocadas uma sobre a

outra. Com este tipo de arranjo, a cmara de separao fica subdividida em vrios recintos

individuais de acordo com a quantidade de discos, pelos quais o produto escoa em camadas

finas e obtm-se assim, percursos mnimos de sedimentao para as partculas.

A centrfuga do tipo com rotor de discos com vaso slido, opera a velocidades de 3000

a 20000 vezes a gravidade e proporciona um sistema de clarificao contnuo que

satisfatrio para materiais com um contedo de slidos de 1-2% ou menos. projetada para

separao slido/lquido ou duas fases lquidas em base contnua. Os slidos sedimentam

na parede do vaso e so descarregados manualmente ou automaticamente por aberturas

intermitentes do vaso. A pilha de discos aumenta grandemente a rea efetiva de

sedimentao ou clarificao, e as fases lquida e slida movem-se para cima ou para baixo

na superfcie dos discos. O lquido descarrega atravs de um ou mais discos.

20

Figura 4 Centrfuga de discos clarificadora

Figura 05 Centrfuga de discos com descarga por bocais

3.5.2 - CENTRFUGA DECANTADORA DE VASO HORIZONTAL

Decantadores centrfugos consistem em dois elementos giratrios concntricos

horizontais contidos em uma carcaa estacionria, conforme mostrado na figura a seguir.

Figura 06 Centrfuga decantadora de vaso horizontal

21

O cesto (elemento giratrio exterior) afila-se de forma que os slidos descarreguem

em um raio menor que o do licor.

O elemento interno um transportador de parafuso tipo rosca-sem-fim com a

extremidade da lmina ajustada prximo ao contorno da cesta.

A suspenso alimentada no interior do eixo transportador por bombeamento ou por

gravidade, sendo automaticamente acelerada at a velocidade da mquina. A fora

centrfuga impede a suspenso atravs de canais para o interior da cesta giratria, onde os

slidos decantam atravs da camada de licor formada sobre a parede. H uma pequena

diferena de velocidade entre a rotao da cesta e a do transportador, permitindo que os

slidos sejam transportados continuamente ao longo da parede de cesta, para fora da piscina

e em direo zona secante cnica, at as portas de descarga dos slidos. O licor

clarificado descarrega continuamente na direo oposta, atravs de portas de

transbordamento ajustveis.

Quando empregada como classificadora, a centrfuga decantadora de cesto com parede

slida efetua cortes afiados dos slidos em suspenso, e pode ser usada para processar

materiais com tamanho entre 1 - 50 mcron.

3.5.3 - CENTRFUGA TUBULAR

Este tipo de centrfuga consiste em um tubo slido fechado em ambas extremidades, e

que normalmente alimentado com dois lquidos de densidades diferentes, por uma entrada

no fundo. A fase mais pesada se concentra contra a parede do cilindro, enquanto a fase mais

leve flutua sobre ela. As duas fases so separadas por meio de um defletor que as

descarrega em dois fluxos distintos. Se a alimentao do processo for do tipo lquido/slido

ou lquido/lquido/slido, faz-se necessrio uma limpeza regular, mas, se no h a presena

de slidos suspensos, o processo pode ser contnuo.

22

Figura 07 Centrfuga tubular

3.5.4 - CENTRFUGA DE CESTA (com parede slida)

Em geral, agora as centrfugas descontnuas de cesta perfurada so consideradas uma

tecnologia obsoleta. Outras mquinas, como os decantadores de paredes slidas, ganharam

distino por causa dos avanos nos projetos do transportador, permitindo o processamento

de slidos difceis de carrear. Porm h excees, especialmente quando um volume

relativamente pequeno de material deve ser processado e quando o tempo do ciclo no um

fator significante.

Figura 08 - Centrfuga de cesta (com parede slida)

23

3.5.5 - CENTRFUGA FILTRANTE DE CESTA HORIZONTAL COM

RASPADOR PARA DESCARGA (PEELER)

A centrfuga peeler permite tanto a filtrao como a decantao, e particularmente

satisfatria para processar materiais no ambiente ultralimpo das indstrias de qumica fina e

farmacutica.

As mquinas podem ter uma cesta perfurada com membrana filtrante para o processo

de filtrao, ou uma cesta slida para decantao.

A centrfuga tem uma cobertura frontal que abre completamente o que permite a

inspeo segura do interior pelo operador, de acordo co a ilustrao a seguir.

Figura 09 Centrfuga de descarga automtica aberta, mostrando o raspador no

interior da porta frontal

Ela tambm possui um mecanismo automtico de faca raspadora (peeler) para

descarga do bolo, alm de um sistema efetivo de remoo dos resduos - uma caracterstica

que permite reteno completa a cada batelada e reduz o ciclo operacional removendo os

slidos separados a velocidade alta.

As altas foras gravitacionais e o modo acelerado de descarga fazem com que a

centrfuga peeler use tempos de ciclo menores, que podem ser ajustados para assegurar uma

larga faixa de capacidades de lavagem. Este tipo de centrfuga pode ser usado para

aplicaes onde a suspenso tem baixa concentrao de slidos ou flutuante.

24

3.5.6 - CENTRFUGA DECANTADORA HORIZONTAL DE VASO

PERFURADO

Este tipo de decantador operacionalmente semelhante aos decantadores de paredes

slidas, mas projetado para prover uma adicional eficincia de lavagem e aumentar a

remoo de umidade em aplicaes envolvendo materiais cristalinos.

O decantador opera em dois estgios, combinando as vantagens de clarificao e de

sedimentao da centrfuga de parede slida e os benefcios da secagem em uma seo

adicional de tela.

Figura 10 - Centrfuga decantadora horizontal de vaso perfurado

3.5.7 - CENTRFUGA DE BOLSA INVERTIDA

A centrfuga de filtro invertido uma mquina automtica horizontal, e incorpora uma

bolsa de descarga automtica. As paredes dianteira e traseira da cesta so acionadas para

adiante por um pisto hidrulico para descarregar os slidos.

Elas so usadas principalmente na indstria farmacutica e proporcionam a remoo

de resduos depois de cada ciclo, mas limitado a tamanhos menores e capacidades.

O pano filtrante arranjado como um cilindro, com a extremidade traseira presa

parede traseira da cesta e a extremidade dianteira carcaa da cesta na beirada dianteira.

medida que o pisto move-se para adiante, o pano virado ao avesso e os slidos

descarregaram em aglomeraes no compartimento de coleta de slidos.

25

Figura 11 Detalhes do pisto e do pano filtrante de uma centrfuga de bolsa invertida

Figura 12 Centrfuga de bolsa invertida

3.5.8 CENTRFUGA PUSHER (impulsora, ou com descarga por deslocamento)

Este tipo de centrfuga filtrante no s opera continuamente, mas tambm possibilita

tempos de residncia particularmente longos. Os slidos so retidos como um bolo em uma

cesta de arame em forma de cunha donde so transportados por um mecanismo impulsor

oscilante na direo da descarga de slidos. Os slidos alimentados podem ser granulares,

cristalinos ou fibrosos, e relativamente incompressveis. Eles operam com um tamanho de

partcula mdio de 200 mcrons.

26

Figura 13 - Centrfuga pusher (impulsora, ou com descarga por deslocamento)

Figura 14 Esquema e componentes da Centrifuga filtrante desenformadora

Figura 15 Centrfuga de rosca com tela perfurada

27

3.5.9 CENTRFUGA DE PARAFUSO COM TELA PERFURADA

A centrfuga de parafuso com tela (tambm chamada caracol ou rosca-sem-fim)

consiste em um transportador de rosca-sem-fim movido horizontalmente, que revolve a

suspenso a uma velocidade direcional tima dentro de uma cesta cnica giratria. A

separao de slidos do licor-me alcanada pela ao da fora centrfuga, operando a

elevados valores de gravidade, enquanto a descarga acontece devido inclinao da cesta e

a velocidade diferencial do rolo. No ponto de separao, os slidos so carregados para

adiante pelo rolo at descarregar pela extremidade da cesta filtrante, com o filtrado

passando diretamente atravs da tela.

Este tipo de centrfuga pode ser equipado com ajuste automtico da velocidade do rolo

para atender exigncias variveis de processo, o que elimina completamente a interveno

do operador e o tempo de manuteno. Centrfugas de Parafuso com tela perfurada tm

excelente capacidade de lavagem e podem ser usadas para a separao slido-lquido, onde

os materiais alimentados tm partcula de dimetro grande, isto , 50 mcron ou maiores.

Uma caracterstica sem igual sua habilidade para separar tanto os slidos flutuantes como

os sedimentados.

Figura 16 - Centrfuga de Parafuso com tela perfurada

28

3.5.10 CENTRFUGA DE CESTA VERTICAL

Uma seleo das velocidades de alimentao, lavagem, rotao e aragem so

disponveis, ou por alternador eltrico ou comandos hidrulicos, o que faz a moderna

centrfuga filtrante de cesta muito adaptvel ao processo de um grande faixa de suspenses

e composies qumica. Estas mquinas de batelada produzem bolos excepcionalmente

secos e tm duas vantagens principais:

Capacidade para uma lavagem eficiente de bolos slidos usando um mnimo de

lquido de lavagem;

Habilidade para descarregar os slidos separados a baixa velocidade de cesta,

assegurando quebra desprezvel de cristais delicados.

O licor me extrado e o licor de lavagem so segregados facilmente em etapas

separadas do ciclo descontnuo.

Durante a operao, a suspenso alimentada pela abertura no topo da cesta que,

normalmente, opera a uma velocidade reduzida. Dependendo do tipo de suspenso que

tratada e do tipo da mquina, a alimentao ou introduzido diretamente na cesta por um

tubo tangencial ou por um cone distribuidor de 360.

A taxa de alimentao e a velocidade da cesta so ajustadas de forma que a taxa de

alimentao iguale a taxa de filtrao a medida em que a suspenso cobre a parede da cesta

e forma um bolo uniformemente distribudo.

Aps o ciclo de lavagem, a secagem comea com a mquina girando a uma velocidade

muito mais alta. Subseqentemente a isto o bolo descarregado manual ou

automaticamente usando um arado transversal a uma determinada velocidade rotacional.

Dadas as condies corretas de alimentao, velocidade de alimentao e pano

filtrante, a cesta centrifuga seca slidos de tamanhos entre 1 10000 mcron. Eles tambm

podem ser lacrados completamente e purgados para operao segura, e em operao

completamente automtica o operador no entra em contato fsico com o produto.

29

Figura 17 - Centrfuga de cesta vertical

3.5.11 - CENTRFUGA VIBRATRIA

Nesta centrfuga, que pode processar at 350 toneladas/hora, os slidos so retidos por

uma peneira e transportados por vibrao axial maior que a velocidade rotacional da

centrfuga. Elas so altamente satisfatrias para tratar produtos de altas taxas de

processamento altos que so facilmente enxugados (secados) at o teor de umidade exigido.

3.5.12 - CENTRFUGA DE TAMBOR

Centrfuga de tambor de cmaras mltiplas utilizada somente para a clarificao de

lquidos, como por exemplo, leo isento de gua. O tambor dotado de 2 a 8 elementos

cilndricos interno, o que resulta na diviso do tambor em uma srie de cmaras anelares

30

unidas consecutivamente. O produto a ser clarificado entra no tambor pelo centro, escoando

consecutivamente por cada cmara anelar a partir da cmara mais interna. Em cada cmara,

conforme o dimetro vai aumentando a acelerao centrfuga, fazendo o produto escoar por

zonas centrfugas cada vez maiores, at o final do processo.

4 ESTUDO DE CASO

Nesta parte do trabalho, apresentado um estudo comparativo da centrifuga de cesto e

da centrfuga decantadora, para um caso especifico em uma indstria de alimentos.

4.1 A INDSTRIA E O PROCESSO ENVOLVIDO

A planta de tratamento de gua da indstria de alimentos congelados Ore-Idas,

localizada na Pensilvnia (EUA), apresentou uma avaliao sobre alguns problemas que

ocorriam h pouco mais de 30 anos. Um dos problemas apresentados pela empresa foi o de

separao e tratamento do seu efluente. Diferentes mtodos de separao de mistura foram

usados na tentativa de determinar o mais econmico e lucrativo.

O principal alimento processado nessa indstria a batata. No ano de 1984, foram

processadas aproximadamente 700 milhes de libras de batata. Em horrios de pico, mais

de 60000 libras / hora so convertidos em batatas congeladas. O resultado uma enorme

quantidade de restos de batatas, que segue como efluente, e que precisa de sistemas

adequados de tratamento. Dependendo da qualidade da batata alcanada aps o tratamento,

pode ser destinada para venda como suplemento para o gado.

A possibilidade de se vender determinado resto de batata, somado melhoria das

condies ambientais e uma melhor recuperao dos slidos, fez com que em meados dos

anos 70, a Ore-Idas tomasse a deciso de melhorar o sistema de tratamento de efluente.

4.2 ESCOLHA DA CENTRFUGA ADEQUADA PARA O PROCESSO

Foram feitos diversos testes preliminares com diferentes tipos de centrfugas.

Primeiramente, foram utilizadas centrifugas de cesto para engrossar os slidos secundrios,

31

para que eles pudessem ser levados por navios para lugares adequados para o descarte.

Essas centrfugas melhoraram a recuperao de slidos quando comparadas com o sistema

de filtrao usado anteriormente. A recuperao de slidos nessas centrifugas para esse

processo foi de aproximadamente 70% e foi atingida uma porcentagem de 20 30% de

slidos secos. No entanto, foram relatados problemas de manuteno, j que havia

partculas abrasivas presentes nos restos de batata, tais como areia.

Diante do problema de manuteno em funo da existncia de partculas abrasivas,

foram levantadas outras possibilidades para o tratamento desse efluente. A idia de utilizar

centrifuga de disco foi logo descartada, j que ela opera a uma velocidade maior que a da

centrifuga de cesto, o que acentuaria o problema de abraso, alm do fato da centrifuga de

disco geralmente no apresentar bons resultados para partculas grandes.

A Ore-Ida decidiu explorar a utilizao de centrifuga decantadora e para esse

propsito, instalou uma unidade de pequena escala para determinar o potencial das

caractersticas da sua performance no processo de separao em questo. Diversos foram os

parmetros analisados, dentre eles esto a concentrao de insolveis na alimentao, a

porcentagem de volteis na alimentao (o que afeta a recuperao de insolveis) e a

temperatura de operao (que afeta a viscosidade e a separao). Na sada da centrfuga,

foram analisadas a concentrao de insolveis e a porcentagem de descarga de slidos

secos. Foram analisados tambm a dosagem de polmeros (utilizados na remoo de

insolveis), a velocidade da centrifuga e a fora gravitacional aplicada, e finalmente, a

porcentagem de recuperao de insolveis.

Os resultados obtidos com o uso da centrifuga decantadora de pequena escala foram

to positivos que motivaram os engenheiros a instalarem uma grande escala.

Depois de instalada, foram feitas novas anlises com a centrfuga decantadora, tais

como a relao entre a taxa de alimentao e a recuperao de slidos, a relao entre

recuperao de slidos suspensos e os slidos decantados, o efeito de polieletrlito na

recuperao de slidos e a relao entre a velocidade de rotao da centrifuga e a descarga

de slidos. Atravs dessas anlises, foram plotados grficos que traziam as melhores

condies de operao da centrfuga.

32

4.3 RESULTADOS E CONCLUSES

Os resultados obtidos com o uso da centrifuga decantadora foram de extrema

importncia por dois motivos. Um deles a quantidade de material para venda como

suplemento para o gado, que um ganho do ponto vista econmico, e o outro motivo que

foi observado um efluente mais limpo e mais fcil de ser processado em tratamentos

posteriores. H de ressaltar tambm que os problemas de manuteno advindos do uso de

materiais abrasivos foram eliminados.

A tabela a seguir, apresenta os resultados obtidos com o uso da centrifuga de cesto e

da decantadora.

Tabela 03 Comparaes econmicas entre a centrifuga decantadora e a de cesta

Decantadora Cesto

Tratamento primrio

1. Torta

centrfuga

18 22% 10 15%

2. Recuperao 75 80% 60 65%

Tratamento secundrio

1. Torta

centrifuga

5 6% 3 4%

2. Recuperao 95% 50%

Potncia Consumida

1. Primrio 40 Hp 75 HP

2. Secundrio 40 Hp 75 HP

3. Economia de

energia

65,000 $ / ano

Retorno no investimento

1. Primrio 56%

2. Secundrio 36%

Os resultados obtidos com os testes feitos com a centrifuga de cesto e a decantadora,

pode-se concluir que esta ltima mais adequada para o processo em questo, uma vez que

33

elimina os problemas com manuteno devido abraso, apresenta resultados melhores na

recuperao dos slidos e uma significativa economia de energia.

5 - CONCLUSES

O trabalho efetuado permite relacionar as seguintes concluses:

Comprovou-se que a centrifugao em diversos processos de separao pode ser

utilizada, como por exemplo, em processos nos quais a.decantao seria muito

lenta.

Pode-se dizer que dependendo do uso, pode-se utilizar centrifugas das mais comuns

s mais especificas para determinado tipo de trabalho, comprovando assim a sua

vasta aplicao em diversos tipos de indstrias.

Alm disso, foi visto que para obter uma melhor eficincia do equipamento, deve-se

fazer o levantamento das variveis envolvidas no processo, e um estudo

comparativo entre os tipos de centrifugas a fim de fazer a seleo correta do

equipamento.

Por fim, aps um estudo foi visto num caso especifico de utilizao de centrifugas

na indstria de alimentos, que houveram ganhos no s do ponto vista econmico,

como tambm do ponto vista ambiental.

6 - SUGESTES

A anlise do trabalho e dos resultados obtidos permite sugerir:

Que novas pesquisas continuem sendo realizadas para que se desenvolva ainda

mais esse mtodo de separao que se demonstrou eficaz;

Que cada vez mais sejam incentivadas tambm em instituies de ensino superior

pesquisas relacionadas a esse tema;

Que os modelos matemticos sejam tambm priorizados para uma melhor

avaliao de variveis no processo atravs de simulaes.

34

7 - REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

BADGER & BANCHERO, Introduccin a la Ingenieria Qumica. Pg 614 623

Sites pesquisados:

http://www.ufrnet.ufrn.br - Julho 2006 http://www.quimica.com.br - Setembro 2006 http://www.alfalaval.com - Setembro 2006 http://www.turbinave.com.br - Setembro 2006 http://www.quimis.com.br - Setembro 2006 www.callmex.com.br - Setembro 2006 www.elprisma.com - Outubro 2006 http://pt.wikipedia.org/wiki/Centrifuga - Outubro 2006