SEPARAÇÃO DESSIMÉTRICA DE PLÁSTICOS RESIDUÁRIOS

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1 SEPARAÇÃO DESSIMÉTRICA DE PLÁSTICOS RESIDUÁRIOS Sebastião Roberto Soares (1) Engenheiro Sanitarista. Doutor em gestão e tratamento de resíduos pelo Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (França). Professor visitante do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina. FOTO Andréia Orsi Castanhel Graduanda do curso de Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina. Bolsista de Iniciação científica do CNPq/Projeto "Otimização de procedimentos de gestão e tratamento de resíduos". Marcelo Fiúza Graduando do curso de Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina. Bolsista de Iniciação científica do CNPq/Projeto Otimização de procedimentos de gestão e tratamento de resíduos". Endereço (1) : Universidade Federal de Santa Catarina - Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental - Campus Universitário - Florianópolis - SC - CP CEP: Tel: (048) Fax: (048) RESUMO A implantação de um programa eficiente de reciclagem e reutilização de plásticos residuários sofre os obstáculos da heterogeneidade dos materiais recuperados e da dificuldade de separálos convenientemente. Os processos de segregação utilizados atualmente, restringem-se sobretudo a operações manuais reconhecidamente de baixo desempenho (qualitativo quantitativo). Este trabalho fornece subsídios para aumentar o rendimento da operação de separação, baseando-se nas diferentes densidades dos polímeros imersos em um fluído de suporte. Os resultados obtidos são relativos a um experimento piloto que visa estabelecer o controle das variáveis intervenientes no processo. PALAVRAS-CHAVE: Resíduo Sólido, Plástico, Separação, Densidade. INTRODUÇÃO As matérias plásticas rejeitadas representam um dos principais problemas na gestão de resíduos sólidos urbanos, contribuindo com cerca de 7% da massa total (16% do volume) produzida no país, havendo ainda claras tendências de ampliação desta participação. Estes materiais residuários são compostos sobretudo por Polietileno alta e baixa densidade PEad e PEbd (37% 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1796

2 massa), Polietileno Tereftalato PET (21% massa), Policloreto de Vinila PVC (14% massa) e Polipropileno PP (10% massa). Os demais plásticos constituem os 18 % restante (IPT, 1995). Após a recuperação, os termoplásticos citados são reutilizados (inclusão do resíduo em um ciclo diferente ao que lhe deu origem) na elaboração de produtos que em geral apresentam qualidade inferior aos originais. Esta situação é causada pela heterogeneidade dos constituintes, que por sua vez deve-se à dificuldade de segregação dos mesmos. Do mesmo modo, os processos de reciclagem (inclusão do resíduo no mesmo ciclo que lhe deu origem) tornam-se comprometidos, visto que a manutenção da qualidade está diretamente associada a homogeneidade dos polímeros. No Brasil, os processos de separação de plásticos, depois de recuperados, recorrem à triagem manual ou à triagem mecânica. O primeiro procedimento apresenta um baixo rendimento quantitativo e qualitativo por razões evidentes. No que se refere aos processos mecânicos, a eficiência não é satisfatória, devido a pouca variação relativa da massa específica dos diferentes plásticos (de 0,9 a 1,4 kg/litro) e sobretudo, devido ao baixo grau de investigação científica adotado nos equipamentos atualmente em uso. METODOLOGIA APLICADA 1. Modelagem matemática, a partir da equação 1 (lei de Stokes): U 2 2a? (??? ) (Equação 1) 9? s f U = velocidade da esfera em relação ao fluído a = raio da esfera? s = peso específico da esfera? f = peso específico do fluído? = viscosidade do fluído 2. Definição e dimensionamento teórico das variáveis de projeto;? Diâmetro equivalente das partículas de plásticos ;? Viscosidade dos fluídos de transporte que ressalte a sedimentação das partículas;? Velocidade de transporte, que corresponde à velocidade horizontal de entrada da partícula. Esta velocidade deve entretanto garantir um regime laminar ao sistema.? Dimensões das câmaras de decantação para permitir a decantação diferenciada de cada tipo de plástico. Com os estudos preliminares sobre a Lei de Stokes, foi possível estabelecer a equação 2, base para a otimização do protótipo que define que toda partícula com diâmetro superior a d será retida no tanque de sedimentação (figuras 1, 2 e 3). 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1797

3 d? Hv 18? L (?s -?f)g (Equação 2) 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1798

4 onde: d = diâmetro equivalente mínimo de retenção (m) H = profundidade de sedimentação (m) L = comprimento do tanque de sedimentação (m) v = velocidade horizontal de sedimentação (m/s)? = viscosidade do fluído (Pa.s)? = massa específica do sólido (s) e do fluído (f) (kg/m 3 ) g = aceleração da gravidade (m/s 2 ) v p H Figura 1: Esquema do Tanque de decantação Na seqüência, através de um processo iterativo, dimensionou-se as diferentes variáveis do piloto, primeiramente utilizando água como suporte e em seguida álcool (ver tabelas 1 e 2). As constantes utilizadas são apresentadas nas tabelas 3 e 4. Tabela 1: Decantação em água. Valores de entrada L Distâncias calculadas para sedimentação (m) H (m) d (m) v (m/s) L PET L PVC 0,5 0,004 0,2 0,03 0,04 0,4 0,004 0,2 0,02 0,03 0,4 0,002 0,2 0,09 0,12 0,4 0,002 0,3 0,14 0,18 0,4 0,002 0,4 0,18 0,24 0,35 0,002 0,4 0,16 0,21 Tabela 2: Decantação em álcool. Valores de entrada Distâncias calculadas para sedimentação (m) H (m) d (m) v (m/s) L PET L PVC L PEAD L PEBD L PP 0,5 0,004 0,2 0,03 0,04 0,11 0,14 0,16 0,4 0,004 0,2 0,03 0,03 0,09 0,11 0,13 0,4 0,002 0,2 0,10 0,12 0,37 0,44 0,52 0,35 0,002 0,2 0,18 0,21 0,64 0,78 0,91 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1799

5 0,4 0,002 0,3 0,15 0,18 0,55 0,67 0,78 0,4 0,002 0,4 0,20 0,24 0,73 0,89 1,04 Tabela 3: Características dos Materiais. Material Massa específica média -? s (kg/m 3 ) PET 1400 PVC 1300 PEAD 960 PEBD 930 PP 910 Tabela 4: Características do fluído de suporte. Fluído Álcool Etílico Água Massa Específica,? s (kg/m 3 ) Viscosidade,? (Pa.s) 1,7x10-3 1,0x10-3 Por razões experimentais, o piloto foi composto de duas unidades de decantação independentes. A primeira, utilizando água a 20 o C como fluído de sustentação, permitiu a segregação, do PET e do PVC (figura 2); a segunda unidade, utilizando um fluído de menor densidade (álcool etílico) garantiu a separação do PEad, PEbd e PP (figura 3). H (m) 0,4 PET PVC 0,18 0,24 L (m) Figura 2: Decantação em Água. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1800

6 H (m) 0,4 PET PVC PEAD PEBD PP 0,2 0,24 0,73 0,89 1,0 Figura 3: Gráfico da Decantação em Álcool. L (m) 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1801

7 3. Montagem do piloto; Consistiu em montar uma mini-estação de decantação de partículas de polímeros a partir de valores em negrito apresentados nas tabelas 2 e Aferição dos resultados (quantidade e qualidade); Algumas condições experimentais não são consideradas pela formulação teórica : efeito de forma da partícula, turbulências parasitas do tanque, variação da velocidade de acesso, tensão superficial do líquido sobre as partículas, etc.. 5. Variação dos parâmetros de projeto e adaptação do piloto; Etapa de estabelecimento das condições de contorno do sistema. 6. Otimização final das características do piloto; CONCLUSÕES Os resultados obtidos em laboratório são promissores e demonstraram que o princípio de separação dessimétrica é potencialmente indicado para a melhoria das operações de valorização de plásticos residuários. A reprodutibilidade dos resultados está intimamente ligada às condições operacionais. O efeito da escala, por exemplo, amplifica a interferência de alguns parâmetros:? A tensão superficial pode em alguns casos dificultar ou mesmo impedir a decantação. A utilização de tensoativos junto as partículas plásticas, garante a redução da influência desta variável sobre o processo;? A homogeneidade da velocidade do líquido (e por conseqüência das partículas) no canal de acesso é fortemente influenciada pela rugosidade deste último. Este efeito pode ser amenizado pelo emprego de materiais lisos e homogêneos (vidro) e pela utilização de misturadores na saída do canal;? O efeito de turbulência parasita pode ser atenuado pelo aumento das dimensões do tanque e pela utilização de elementos de perda de carga no interior destes;? A variação da temperatura e por conseqüência da viscosidade e da massa específica do líquido. Outros fatores de otimização de projeto devem ser ainda considerados:? quanto maior a profundidade do tanque, maior percurso da partícula, porém mais eficaz será a separação dos diferentes polímeros (maior a distância entre os pontos de decantação).? a distância percorrida pela partícula é inversamente proporcional ao quadrado de seu diâmetro; uma pequena variação deste influencia significativamente a distância percorrida pelas partículas. Evidentemente em uma aplicação prática os diâmetros para os diferentes materiais devem ser considerados como idênticos. A seqüência deste trabalho consistirá em aplicar os princípios descritos para partículas não esféricas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1802

8 1. Lixo Municipal - Manual de Gerenciamento Integrado. Instituto de Pesquisas Tecnológicas. IPT, São Paulo, o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1803

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