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)
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:
- Tanque de tratamento químico (coagulação/floculação)
- Decantador cilíndrico
- 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):onde
= 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 hidráulicaV = volume do decantador (m³), Q = vazão do efluente (m³/s)
-
Área de decantação
A gente dimensiona a área superficial de sedimentação para queseja 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):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)
- 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.
- 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.
- 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.