Uma indústria de alimentos possui uma planta de tratamento do efluente. Os principais componentes dessa planta são:, um tanque de tratamento quimico primário (coagulação/floculação), um decantador cilindrico seguida por um filtro prensa.
a) Explique o principio de funcionamento e as caracteristicas operacionais de cada um desses componentes. (1,5 Pontos)

Passo 1

Beleza, o enunciado pede pra gente explicar como funciona e quais são as características de operação de três etapas de um tratamento de efluente primário:
  1. Tanque de tratamento químico (coagulação/floculação)
  2. Decantador cilíndrico
  3. Filtro prensa
Isso cai na área de tratamento de água/efluentes, mais especificamente em operações unitárias de remoção de sólidos em suspensão. Para resolver, a gente vai precisar entender:
  • O que são coloides e como eles se agregam (coagulação e floculação).
  • O princípio de sedimentação em um decantador circular (lei de Stokes, tempo de detenção hidráulica).
  • O princípio de filtração por pressão (formação de bolo de sólidos entre mantas filtrantes).
A partir do próximo passo, vou explicar cada detalhe na prática, sem pular nada.

Passo 2

Coagulação e Floculação
  • Por que precisamos?
    Os efluentes têm partículas muito pequenas (colóides) que ficam “dançando” na água por causa das cargas elétricas.
  • Princípio de coagulação
    A gente adiciona um coagulante (ex.: Al³⁺ ou Fe³⁺) que neutraliza a carga das partículas. Sem essa repulsão elétrica, as partículas começam a se juntar.
  • Teoria rápida (sem complicar)
    Neutralização de carga → microflocos formados → ainda são pequenos demais pra sedimentar.
  • Floculação
    Depois da mistura rápida, a gente promove uma agitação mais suave pra esses microflocos colidirem e formarem flocos maiores, que a gente chama de flocos de segunda etapa.
  • Características operacionais
    • Dose de coagulante (mg/L)
    • Tempo de mistura rápida (10–60 s) com alta energia de cisalhamento
    • Tempo de floculação (15–30 min) com baixa energia de cisalhamento

Passo 3

Decantador cilíndrico
  • Princípio de sedimentação
    As partículas/grumos (flocos) maiores têm peso maior que a água e sedimentam por gravidade.
  • Lei de Stokes (para partículas esféricas bem pequenas):
    vs = (rhop - rhof),g,d^218,mu
    onde
    t = VQ = velocidade de sedimentação (m/s)
    , = densidades da partícula e do fluido (kg/m³)
    = diâmetro médio da partícula (m)
    = viscosidade do fluido (Pa·s)
  • Tempo de detenção hidráulica
    V = volume do decantador (m³), Q = vazão do efluente (m³/s)
  • Área de decantação
    A gente dimensiona a área superficial de sedimentação para que seja menor que a velocidade ascensional do fluido.
  • Características operacionais
    • Tempo de detenção: 1–2 h
    • Velocidade superficial: 0,5–1,0 m/h
    • Remoção de Sólidos Sedimentáveis: até 90%

Passo 4

Filtro prensa
  • Princípio de filtração por pressão
    A lama (lodo) é bombeada entre placas cobertas por manta filtrante. Aplica-se pressão (ar ou hidráulica) e a água passa, ficando retida na manta e formando um “bolo” sólido.
  • Equação simplificada do fluxo de filtrado (Bola e McCabe):
    dVdt = De
    onde
    = volume de filtrado (m³),
    = pressão aplicada (Pa),
    = área de filtração (m²),
    = viscosidade (Pa·s),
    = resistividade do bolo (m/kg),
    = resistência da manta (m⁻¹).
  • Características operacionais
    • Pressão de operação: 5–20 bar
    • Tempo de filtração: 30 min–2 h (depende da lama)
    • Teor de sólido do bolo final: 15–30%

Resposta

(a)
  1. Tanque de coagulação/floculação: neutraliza cargas elétricas das partículas com coagulante e forma flocos grandes por agitação rápida (coagulação) seguida de lenta (floculação). Parâmetros: dose, tempos e energia de mistura.
  2. Decantador cilíndrico: sedimenta os flocos por gravidade segundo a lei de Stokes; dimensiona-se tempo de detenção e área superficial para garantir que a velocidade de sedimentação supere o escoamento da água.
  3. Filtro prensa: remove água do lodo por pressão entre mantas, formando um bolo filtrado; controla-se , área, resistividade do bolo e resistência da manta para otimizar o fluxo de filtrado.

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