Hidrociclones

Hidrociclones hindustriais po Custodio Filipe

1. Hidrociclones Eng ˚ Cust ód io Filipe.

2. Hidrociclone Constituído por uma parte cilíndrica e outra cônica e três orifícios Freqüentemente utilizada na classificação de sólidos e separações líquido-líquido. Hidrociclone pode ser nomeado como ciclone hidráulico ou ciclone (sobre-entendido o trabalho só com polpas)

3. Os hidrociclone existem desde 1890  aproveitada industrialmente a partir de 1940. Hidrociclone Principio do hidrociclone , que foi empregado na concentração de carvão.

4. Hidrociclone O hidrociclone é considerado um equipamento padrão em vários processos industriais nas áreas têxtil, químico, alimentício, metalúrgico, siderúrgico, beneficiamento mineral, tratamento de águas, ambiental, sendo utilizados em operações unitárias de separação e/ou concentração de partículas (dependendo das características da população inicial e do tipo de hidrociclone ). A utilização destes equipamentos estão firmemente estabelecidos na industria como: Clarificação de líquidos Adensamento e espessamento Lavagem de sólidos Classificação de sólidos por tamanho de partícula Ordenação de sólidos de acordo com a densidade e forma da partícula Medida de partículas fora ou dentro do processo Desgaseificação dos líquidos Separação líquido-líquido imiscíveis Seguindo a teoria da classificação, a alimentação dos hidrociclones (ou ciclones) é feita na forma de polpa  resultando dois produtos: underflow e o overflow. Underflow  maioria das partículas grossas Overflow  maioria das partículas finas

5. Hidrociclone Overflow  maioria das partículas finas  descarregado pelo tubo coaxial chamado VORTEX FINDER Vortex finder Underflow  maioria das partículas grossas  descarregado pelo vértice chamado APEX Alimentação Apex

6. Hidrociclone Basicamente os hidrociclones são separadores em campo centrífugo e consistem de uma parte cilíndrica seguida de uma parte cônica que possui, em seu vértice, a abertura, denominada apex para a descarga do underflow . A alimentação é introduzida tangencialmente à seção cilíndrica, em que há o tubo coaxial (suspiro), denominado vortex finder para a descarga do overflow. A energia potencial armazenada na polpa (pelo bombeamento)  transformada em energia cinética (pela geometria do ciclone)  movimento rotacional da polpa. Suspiro

7. Suspiro

8. Hidrociclone Regioes internos Uma região estreita A contra o teto da parede do cilindro, contem partículas com o tamanho de distribuição da alimentação (alimentação não classificada). A maior seção cônica é preenchida pela região B , uma região onde as partículas têm essencialmente uma distribuição grosseira de tamanhos(material classificado e vai ser descartado no apex ). Estendendo abaixo do vortex finder tem-se a região estreita C , a qual contem essencialmente produto de distribuição fina de tamanho(material completamente classificado a ser descartado no vortex ). A Quarta região D é um toroide alongado situado entre C, A e B. Aqui a distribuição de tamanhos é mais alta no tamanho de partículas intermediárias . A região é um local ativo de classificação.

9. Mecanismo da classificação Os hidrociclones utilizam a sedimentação centrífuga como princípio de separação, em que as partículas em suspensão são submetidas a um campo centrífugo que provoca sua separação do fluido. A suspensão no duto de alimentação, dotada de energia de pressão, é injetada tangencialmente no topo da parte cilíndrica do hidrociclone , induzindo a suspensão a realizar ao longo da trajetória um movimento rotacional. Esse movimento em seu percurso gera acelerações centrífugas diretamente atuantes nas partículas presentes no meio, forçando-as a moverem-se em direção à parede do equipamento. Na medida em que o líquido adentra a parte cônica do hidrociclone , maiores são as velocidades da suspensão. A seção disponível vai se reduzindo em direção ao orifício do “ underflow ”, que é relativamente pequeno, o que permite apenas parte da suspensão inicialmente alimentada no hidrociclone seja descarregada. Sendo assim, a parcela que não é descarregada no “ underflow ” migra para o centro do eixo do equipamento, formando um vórtice interno ascendente com movimento rotacional inverso àquele criado pelo primeiro vórtice, como pode ser observado na Figura (RIETEMA, 1961; SILVA, 1989). A maior parte da suspensão de alimentação deixa o hidrociclone através do tubo de diluído (“overflow”).

10. Hidrociclone - aplicações Na área de processamento mineral tem um vasto campo de aplicação em: Circuitos fechados de moagem (classificação) Circuitos de concentração ( pre -concentração com ciclones de fundo chato) Deslamagem de minérios para a flotação ou para concentração Remoção de partículas menores a 10 µm (em deslamagem ou desaguamento) Classificação dos rejeitos (para base de barragem e recuperação de médios e reutilização de água) Classificação de produtos (classificação seletiva com hidrociclones em serie) Concentração de areias (espessamento ou adensamento) Destaca-se que os hidrociclones não tiveram maiores modificações a pesar de sua baixa eficiência e, a classificação ocorre pela mesma ineficiência que acontece pelos seguintes aspectos: Classificação, que depende da trajetória de entrada das partículas e esta é aleatória O curto-circuito, que acontece por um fluxo em retardo da capa limite (fluxo encostado às paredes interiores do Hidrociclone ), que dirige uma porção do fluxo da alimentação diretamente à descarga inferior ( underflow ) sem lograr classificar-se. - Fuga de material pela descarga inferior ou underflow que não sofre classificação no interior do Hidrociclone (Fugas não identificadas).

11. Segundo SILVA (1989), no hidrociclone , parte da massa sólida não é separada devido à ação centrífuga, pois o equipamento também age como um divisor do escoamento, tal como uma conexão “T” em tubulações, ou seja, a corrente inicialmente alimentada dá origem às outras correntes: do “ underflow ” e do “overflow”. A esse fenômeno dá-se a denominação de “efeito T”, correlacionando-o diretamente com a razão de líquido (RL). A razão de líquido relaciona a vazão volumétrica do fluído que sai na corrente do “ underflow ” e a que entra na corrente de alimentação, conforme mostra a Equação seguinte: em que, RL - razão de líquido, adimensional; Qu - vazão volumétrica no “ underflow ”, L s-1; Qa - vazão volumétrica na alimentação, L s-1; Cvu - concentração volumétrica no “ underflow ”, adimensional; e Cva - concentração volumétrica na alimentação, adimensional.

12. Hidrociclone Aplicações Tipo de aplicação Objetivo Objeto da aplicação Clarificação de águas turvas Completa ou parcial clarificação do fluxo direto ou em bypass Água de lavagem de minério Água de lavagem de carvão Aproveitamento de finos da perfuratriz Resíduos líquidos Pré-sedimentação antes de bombas, peneiramentos, filtragens, centrífugas e sedimentadores, para formação de ângulos de repouso (barragens), redução de efluentes e incrementar a capacidade, reduzir a carga circulante. Areias de quartzo, alumina, resíduos salitrosos, fósforo, carvão, concentrados. Pós-sedimentação Recuperação em efluentes de peneiramentos, centrifugas e filtragens. Precipitados e rejeitos Classificação Estabelecer igualdade de tamanhos em uma faixa de tamanhos finos; Correção de anômala distribuição de tamanhos; Lavagem semi-pesada em tamanhos grossos. Deslamagem, leitos de precipitados, misturas minerais; Argilas Minérios e carvão

13. Hidrociclone Aplicações – arranjos Espessamento

14. Características de operação Vantagens: Capacidades elevadas relativas ao volume tratado por área ocupada Fácil controle operacional Entrada rápida ao regime de trabalho e estabilidade operacional Versatilidade na localização dentro do processo e fácil manutenção Baixo custo e disponibilidade comercial Sem peças moveis  evita desgastes Desvantagens: Eficiência menor que os classificadores espiral ou de rastelos Alto custo de operação (bombas, energia, água) Não armazena material em processamento (curtos períodos de permanência das partículas no equipamento)

15. Eficiência da classificação: Em geral procura-se, avaliar a eficiência da separação para o produto do overflow (material fino), definida como sendo a relação do peso do undersize no overflow. En = Eficiência nominal A = peso dos sólidos na alimentação a = fração abaixo do tamanho de separação na alimentação V = peso dos sólidos no overflow v = taxa de undersize no overflow u = teor de undersize no underflow

16. Hidrociclone Eficiência total reduzida (ET’) Enquanto a eficiência total considera todas as partículas coletadas no “ underflow ”, independentemente do que os levou a serem separadas, a eficiência total reduzida admite apenas aquelas coletadas no “ underflow ” pelo efeito do campo centrífugo. Desta forma, a influência da divisão de fluxo (efeito T) deve ser desconsiderada e subtraída da eficiência total (ET). Para quantificação deste parâmetro utiliza-se a Equação 3 (SVAROVSKY, 2000). ET’ - eficiência total reduzida, adimensional; ET - eficiência total; e RL - razão de líquido.