Centrifugação - Estudo da arte e Aplicações de centrífugas na Indústria

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA Centrifugação - Estudo da arte e Aplicações de centrífugas na Indústria Autor: Eduardo Queiroz Barbosa Lima Uberlândia M.G. 007

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA Centrifugação - Estudo da arte e Aplicações de centrífugas na Indústria Eduardo Queiroz Barbosa Lima Monografia de graduação apresentada à Universidade Federal de Uberlândia como parte dos requisitos necessários para a aprovação na disciplina de Projeto de Graduação do curso de Engenharia Química Uberlândia MG 007

BANCA EXAMINADORA DA MONOGRAFIA DA DISCIPLINA DE PROJETO DE GRADUAÇÃO DE EDUARDO QUEIROZ BARBOSA LIMA APRESENTADA À FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA EM 1 DE MARÇO DE 007. BANCA EXAMINADORA: Prof. Daniel Tostes de Oliveira Orientador FEQUI/UFU Prof. Miriam Maria de Resende FEQUI/UFU Prof. Cláudio Roberto Duarte FEQUI/UFU

AGRADECIMENTOS A meus pais que são responsáveis pela minha origem. Em especial a minha mãe que participou ativamente da minha criação e que viabilizou todo o meu processo de formação, e que sempre me apoiou nas decisões da minha vida. A meus amigos que fiz durante o período 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 coração. Ao Programa de Educação Tutorial PET, em especial a professora Dra Lucienne Lobato Rommanielo, que me acrescentou várias coisas não só do ponto de vista de formação acadêmica. Ao Diretório Acadêmico e seus membros, que durante o período que tive a oportunidade de colaborar nas atividades me trouxe um enorme ganho pessoal. Ao professor MSc. Daniel Tostes de Oliveira pelas orientações. A todos que colaboraram direta ou indiretamente na execução deste trabalho.

SUMÁRIO Lista de Figuras...ii Lista de tabelas...iii Resumo...iv 1 INTRODUÇÃO...1 OBJETIVOS E JUSTIFICATIVAS... 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA... 3.1 EQUIPAMENTOS PARA CENTRIFUGAÇÃO... 3.1.1 Escolha de Centrífugas... 3.1.1.1 Centrífugas de Cesto...4 3.1.1. - Centrífugas Peeler...5 3.1.1.3 Centrífuga Pusher...5 3.1.1.4 - Centrífugas Decantadoras...5 3.1.1.5 - Centrífugas de Disco...6 3. CONCEITOS IMPORTANTES...6 3..1 Cálculos da centrifugação...7 3.. Diâmetro da partícula de corte...9 3..3 Fator...10 3.3 SEPARAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO...1 3.3.1 Determinação da Altura dos Vertedores de Saída...1 3.4 APLICAÇÕES DE CENTRÍFUGAS...14 3.4.1 - Em Biologia, Bioquímica E Química...15 3.4. Separação De Diferentes Fases...15

3.4.3 Centrifugação Diferencial...15 3.4.4 Centrifugação Isopícnica ou de Equilíbrio...16 3.4.5 Ultracentrifugação...17 3.4.6 Em Astronáutica...17 3.4.7 Na Indústria...18 3.4.7.1 Separação Isotópica...18 3.4.7. Concentração de Sólidos...18 3.4.8 Em Casa...19 3.5 TIPOS ESPECÍFICOS DE CENTRÍFUGAS...19 3.5.1 Centrífuga de discos ( clarificadora / sedimentadora )...19 3.5. Centrífuga decantadora de vaso horizontal...0 3.5.3 Centrífuga tubular...1 3.5.4 Centrífuga de cesta (com parede sólida)... 3.5.5 Centrífuga filtrante de cesta horizontal com raspador para descarga (peeler)...3 3.5.6 - Centrífuga decantadora horizontal de vaso perfurado...4 3.5.7 - Centrífuga de bolsa invertida...4 3.5.8 Centrífuga pusher (impulsora, ou com descarga por deslocamento)...5 3.5.9 Centrífuga de parafuso com tela perfurada...7 3.5.10 Centrífuga de cesta vertical...8 3.5.11 - Centrífuga vibratória...9 3.5.1 - Centrífuga de tambor...9 4 ESTUDO DE CASO...30 4.1 A INDÚSTRIA E O PROCESSO ENVOLVIDO...30 4. ESCOLHA DA CENTRÍFUGA ADEQUADA PARA O PROCESSO.30 4.3 RESULTADOS E CONCLUSÕES...3

5 CONCLUSÕES...33 6 SUGESTÕES...33 7 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...34

LISTA DE FIGURAS Figura 01 Opções de centrífugas...3 Figura 0 Esquema de centrífuga para separação sólido-sólido...9 Figura 03 Disposição dos vertedores numa centrífuga tubular (a) na clarificação de um liquido (b) na separação de líquidos...13 Figura 04 Centrífuga de discos clarificadora...0 Figura 05 Centrífuga de discos com descarga por bocais...0 Figura 06 Centrífuga decantadora de vaso horizontal...0 Figura 07 Centrífuga tubular... Figura 08 - Centrífuga de cesta (com parede sólida)... Figura 09 Centrífuga de descarga automática aberta, mostrando o raspador no interior da porta frontal...3 Figura 10 - Centrífuga decantadora horizontal de vaso perfurado...4 Figura 11 Detalhes do pistão e do pano filtrante de uma centrífuga de bolsa invertida...5 Figura 1 Centrífuga de bolsa invertida...5 Figura 13 - Centrífuga pusher (impulsora, ou com descarga por deslocamento)...6 Figura 14 Esquema e componentes da Centrifuga filtrante desenformadora...6 Figura 15 Centrífuga de rosca com tela perfurada...6 Figura 16 - Centrífuga de parafuso com tela perfurada...7 Figura 17 - Centrífuga de cesta vertical...9 ii

LISTA DE TABELAS Tabela 01 Alguns tipos de centrifugas, aplicações e limitações...4 Tabela 0 Desempenho comparado de centrifugas...1 Tabela 03 Comparação entre os valores calculados e os fornecidos com os respectivos desvios...3 iii

RESUMO Em várias indústrias, como a de alimentos, constantemente nos deparamos com processos que exigem a separação de dois ou mais componentes líquidos e/ou sólidos. Para a realização desses tipos de processo, diversas são as formas utilizadas de separação e, sendo uma dessas formas o emprego de centrífugas. A centrifugação é um processo mecânico que tem por função a separação ou clarificação de uma mistura, onde seus componentes possuam densidades diferentes. A centrifugação é, portanto, uma técnica de separação de partículas que se baseia na velocidade própria de deslocamento das partículas em um meio líquido ao serem submetidas a um campo centrífugo. Quando se centrifuga uma solução, se rompe a homogeneidade e se processa a separação do soluto e do solvente. As primeiras partículas a se sedimentar são aquelas de maior massa. Palavras-chave: Centrífugas, separação de mistura, campo centrifugo. iv

1 - INTRODUÇÃO Métodos de separação de mistura são largamente utilizados em processos industriais. A decantação é um processo baseado na separação pela ação da força da gravidade, no qual partículas mais pesadas vão 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 líquidos e/ou sólidos, faz-se necessário o emprego de outros métodos de separação. A centrifugação em muitas ocasiões pode ser empregada. Centrífugas são equipamentos utilizados para separação de mistura liquidas com remoção simultânea de sólidos, clarificação de líquidos, concentração ou desidratação de sólidos. É baseada na densidade das fases em um campo centrifugo em um rotor ou tambor que eleva a força da gravidade. Vários são os setores de aplicação das centrifugas. Dentre os quais estão as destilarias (álcool anidro, hidratado e neutro), fecularias (amidos derivados de batata, milho, mandioca, etc), óleos minerais (óleo combustível e lubrificante de motores a diesel para o setor de transportes navais, processamento de petróleo, óleo lubrificante e hidráulico), óleos vegetais, gorduras animais, gelatina, caldos de cozimento, farinha e óleo de peixe, laticínios (desnatamento, clarificação, degerminação, padronização, produtos derivados do leite), bebidas (concentrados cítricos, café, chá, extrato de lúpulo, cerveja, champagne, vinho), química (álcool graxo, látex, corantes naturais, substancias perfumadas e aromáticas), tratamento de efluentes industriais (efluentes urbanos, efluentes em fábrica de papel, de indústria química, água de lavagem de legumes, lodo excedente da indústria de alimentos), farmacologia (medicamentos de plantas, antibióticos, sangue humano, insulina, vacinas, morfina). Outra aplicação de centrífugas que vem sendo bastante discutida é em programas de desenvolvimento nuclear, para fins pacíficos ou bélicos, no enriquecimento de urânio. A seleção do equipamento mais adequado para determinada operação depende de uma série de variáveis, como a porcentagem de sólidos presente na mistura, o tamanho das partículas, a quantidade de mistura a ser separada, e os materiais do equipamento devem ser compatíveis com o ambiente ao qual vão trabalhar. 1

OBJETIVOS E JUSTIFICATIVAS O presente trabalho tem como objetivos: Realizar uma revisão geral sobre a centrifugação; Discorrer sobre os tipos de centrífugas normalmente utilizadas na Indústria; Apresentar um estudo das variáveis de importância para o projeto de centrífugas. Justifica-se o trabalho visto sua importância em um grande número de pesquisas ligadas à área da Engenharia Química e de Alimentos. 3 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Nesta parte, que constitui grande parte do trabalho, desenvolvem-se e enumeram-se as características do tema proposto. Observam-se casos específicos e conceitos importantes. 3.1 EQUIPAMENTOS PARA A CENTRIFUGAÇÃO 3.1.1 - ESCOLHA DE CENTRÍFUGAS O crescimento das indústrias de processo e o rápido desenvolvimento de novos produtos têm proporcionado líquidos com uma ampla gama de propriedades físicas e químicas, cuja separação deve efetuar-se mediante diferentes técnicas. Isto tem sido um estímulo para o contínuo aperfeiçoamento dos equipamentos de centrifugação atualmente disponíveis, e para a introdução de novas técnicas. A escolha de centrífugas para determinada operação envolve uma série de variáveis, como a porcentagem de sólidos presente na mistura, o tamanho das partículas, a quantidade de mistura a ser separada, e os materiais do equipamento devem ser compatíveis com o uso determinado. Uma centrifuga é composta basicamente por: carcaça, transmissão, capuz, tambor, bomba centrípeta e motor de acionamento. O tambor é o componente mais importante da centrífuga. O objetivo da centrifugação é a separação de misturas líquidas com remoção simultânea de sólidos, clarificação de líquidos, concentração ou desidratação de sólidos. É

baseada na densidade das fases em um campo centrifugo em um rotor ou tambor. A força centrífuga é gerada quando uma partícula ou conjunto de partículas é sujeito a um movimento circular. De acordo com a segunda lei de Newton, uma partícula em movimento uniforme linear não perturbada por forças exteriores continuará com este tipo de movimento. Isto significa que terá uma velocidade constante e uma trajetória retilínea. Após ser definido o processo e as características do produto final, devemos definir o tipo específico de centrífuga a ser utilizada para obter as características desejadas. De um modo geral, as centrífugas podem ser divididas em centrífugas de filtração e centrífugas de sedimentação. A figura a seguir destaca os diferentes tipos de centrifugas. Figura 01 Opções de centrífugas Centrífugas industriais geralmente são equipamentos de alto custo, e dependendo do uso a que serão destinadas, requerem a elaboração de um projeto bem específico para que a realização do trabalho seja adequada. Como exemplo de alguns fabricantes de centrífugas no Brasil, pode-se citar a Alfa Laval, Pan American, Grisanti e Quimis, sendo esta última, fabricante de centrifugas de bancada ou laboratoriais, enquanto que os outros fabricam equipamentos industriais. 3

A Pan American e a Grisanti são especialistas na fabricação de três tipos de centrífugas, as de cesto, peeler e pusher. Já a Alfa Laval é especializada na fabricação das centrífugas decantadoras e de disco. A seguir, é apresentada uma tabela com os diferentes tipos de centrífugas e algumas características. Tabela 01 Alguns tipos de centrifugas, aplicações e limitações Tipos de centrífuga Tamanho de partículas Porcentagem de sólidos na Teor de secagem (% a separar (micrômetros) alimentação (% em volume) sólidos em peso) Cesto 10 a 10000 10 a 60 85 a 95 Pusher 100 a 50000 0 a 50 85 a 95 Peeler 10 a 10000 10 a 50 85 a 95 Disco 0,5 a 500 até 10 10 a 80 Decantadora 5 a 10000 até 30 30 a 80 Fonte: Jorge Takano 3.1.1.1 CENTRÍFUGAS DE CESTO São equipamentos dotados com um cesto, perfurado ou não, que ao girar faz com que as partículas a serem separadas sejam arremessadas para a sua periferia. Em média, elas são utilizadas quando o tamanho das partículas a serem separadas variam de 10 a 10 mil micrômetros, com porcentagem de sólidos para separação que varia de 10% a 50%. Dependendo do tamanho das partículas, pode-se instalar um tecido de malha bastante fina dentro do cesto, no qual elas são retidas. Conforme a aplicação, os cestos podem ser instalados em eixos verticais ou horizontais e serem carregados por processos automáticos ou manuais. O carregamento também pode ser realizado com a máquina parada ou em movimento, dependendo do caso. Quando, por exemplo, o teor de sólidos for muito elevado, o que prejudica a fluidez da mistura, o carregamento é feito com o cesto parado. Quando for possível carregá-la em movimento, é lógico, há um grande ganho de produtividade, uma vez que a mistura passa a ser centrifugada desde o instante em que se inicia o processo de alimentação. As centrífugas de cesto podem ser aproveitadas em operações das mais variáveis, como a 4

secagem dos cavacos de usinagem e recuperação do óleo de corte, a secagem de produtos químicos e farmacêuticos ou as ações de secagem presentes na produção de açúcar cristal. 3.1.1. - CENTRÍFUGAS PEELER São muito utilizadas como hidroextratoras de soluções onde se encontram cristais sólidos com tamanhos de 10 a 10 mil micrômetros, em misturas com porcentagem de sólidos a serem separados de 10% a 50%. Com descarga semicontínua, atuam com sistemas de controle de alimentação, lavagem e descarga dos cristais sem qualquer contato manual as operações podem ser feitas de forma automática ou a partir do comando de um operador. Possuem uma faca raspadora, que proporciona ao sólido separado granulação homogênea, detalhe útil de acordo com o interesse dos usuários. Por suas características, são indicadas para a secagem de substâncias que não podem ser contaminadas, como por exemplo, das presentes em vários produtos químicos, farmacêuticos e alimentícios. 3.1.1.3 CENTRÍFUGA PUSHER Recomendada para aplicações onde se requer a separação de partículas maiores (de 100 a 50 mil micrômetros), com porcentagem de sólidos a serem separados na faixa de 0% a 50% e que necessitem de lavagem dos sólidos separados após a operação, as separadoras pusher contam com um cone alimentador do produto e um pistão hidráulico cuja função é descarregar os sólidos. Por trabalharem em regime de descarga contínua não necessitam do contato humano para operar, o que as tornam muito aproveitadas em plantas de produtos tóxicos ou venenosos. 3.1.1.4 - CENTRÍFUGAS DECANTADORAS Indicadas para separar partículas de 5 a 10 mil micrômetros, contêm um rotor horizontal acoplado a uma rosca transportadora com a função de descarregar continuamente o sólido separado, sendo que o líquido purificado sai por outra extremidade. A rosca, com o 5

auxílio de um redutor pode girar em rotação diferenciada da do rotor. O equipamento tem grande capacidade de processamento, mas a porcentagem de sólidos a serem separados na mistura não pode ser elevada, sob o risco de ocorrerem entupimentos a concentração deve ser de, no máximo, 30%. Entre suas várias aplicações, encontram-se a secagem de sólidos de efluentes e a secagem de sais, como alguns exemplos. 3.1.1.5 - CENTRÍFUGAS DE DISCO As centrífugas de disco, por sua vez, também podem trabalhar em regime contínuo e são ideais para uma ampla faixa de tarefas de separação para concentrações de sólidos menores (até 10%) e partículas de tamanhos bastante reduzidos (de 0,5 a 500 micrômetros), inclusive bactérias. Elas promovem a separação tanto de líquidos e sólidos insolúveis quanto para dois líquidos não-miscíveis. As tarefas de separação mais difíceis realizadas pelas centrífugas de disco podem envolver até três fases, em misturas com dois líquidos e partículas sólidas minúsculas. Elas são compostas por um rotor que atinge altíssimas rotações, que é acionado por um motor elétrico. O rotor é composto por vários discos cônicos, que proporcionam uma área superficial adicional de sedimentação, acelerando o processo de separação. O design dos discos é um dos segredos do funcionamento das máquinas. Conforme o disco utilizado, elas realizam operações de clarificação, purificação ou concentração. Entre as aplicações mais comuns das máquinas de discos encontram-se o tratamento de óleos minerais, como diesel e lubrificantes, tratamento de óleos solúveis, a centrifugação de produtos das indústrias alimentícias, como o leite e óleos vegetais, por exemplo. 3. CONCEITOS IMPORTANTES Neste tópico, abordam-se conceitos fundamentais para se compreender o processo de centrifugação. 6

3..1 CÁLCULOS DA CENTRIFUGAÇÃO A equação do movimento para uma partícula sólida submetida a um campo centrífugo pode ser estabelecida a partir do balanço das forças (externa, empuxo e arraste) que atuam sobre uma partícula sólida submersa num fluido sob ação do campo gravitacional, substituindo, na equação genérica abaixo, a aceleração externa pela correspondente aceleração centrífuga a E = rw. dv dt dv dt ρ S ρ F Av ρcdu = a E ρ (1) m S ρ ρ A ρc U S F v D = rw ρ () m S Na separação de fases por sedimentação, num campo gravitacional ou num campo centrífugo, a perfeição da separação está limitada pela velocidade de queda das menores partículas presentes. Na maioria das vezes as partículas movem-se com velocidades bastante pequenas para que o escoamento seja laminar e então C D = 4/Re. Fazendo esta substituição na Eq. e considerando-se as partículas esféricas, encontra-se: m A P ρ SV = A P π 3 DPρ S = 6 π DP 4 4ρ S D = 6 P E a equação fica: dv dt ρ S ρ F 18µν = rw ρ (3) ρ D S S P Quando as partículas movem-se radialmente num campo centrífugo, a intensidade do campo altera-se com as respectivas posições. Por isso, a velocidade terminal da partícula é uma função da posição radial. Nesta dedução uma partícula, em qualquer posição, tem, por hipótese, esta única velocidade terminal, característica da sua posição. Assim, em qualquer 7

posição, dv/dt = 0; porém, em qualquer instante do movimento de uma única partícula, dv/dr é positiva. Então, considerando uma posição fixa, dv/dt = 0 e a Eq. 3 toma a forma: ν R rw νt = ( ρ ρ ) D S F 18µ = (4) P Onde v R é a velocidade terminal de queda de uma partícula esférica de diâmetro Dp, no ponto de raio r num campo centrífugo cuja velocidade angular de rotação é w. A distância radial percorrida pela partícula pode ser obtida multiplicando-se sua velocidade radial pelo elemento infinitesimal de tempo, (dt) rw ( ρ S ρ F ) DP ν dt = dr = dt (5) R 18µ Integrando, r ln r 1 w ( ρ S ρ F ) DP w ( ρ S ρ F ) DP V = t = (6) 18µ 18µ Q onde: V = volume ocupado pelo material na centrifuga Q = taxa volumétrica de alimentação da centrifuga V/Q = tempo de residência de uma partícula no centrifuga O diâmetro que aparece na Eq. 6 é o de uma partícula que cai entre r 1 e r durante o tempo de residência que lhe é concedido. O significado desta equação é talvez mais facilmente apreendido na forma de uma equação paralela que vale quando a camada do líquido na centrífuga é muito estreita comparada com o raio. Neste caso, o campo centrífugo é considerado constante e a Eq. 5 pode ser escrita diretamente em termos do tempo de residência (V/Q). rw ( ρ ρ ) D S F P V ν Rt = x = (5a) 18µ Q Onde x é a distância radial percorrida por uma partícula de diâmetro Dp durante o tempo de residência disponível. 8

3.. DIÂMETRO DA PARTÍCULA DE CORTE Fazendo a distância x a ser percorrida na horizontal igual à meia-espessura da camada líquida, (r r 1 )/, a metade das partículas de um certo diâmetro Dpc conseguirá sedimentar-se nas paredes, enquanto a outra metade fica em suspensão até o fluido deixar a centrífuga. Este diâmetro Dpc é o "diâmetro crítico" ou "diâmetro de corte". As partículas com D > Dpc sedimentarão preferencialmente da fase líquida, e as partículas D < Dpc permanecerão em suspensão e serão arrastadas para fora da centrífuga pelo líquido. Figura 0 Esquema de centrífuga para separação sólido-sólido Resolvendo a equação 5a para Dpc e substituindo x = (r r 1 )/, : D PC = ( ρ S 9µ Q r r1 ρ) w V r (7) r r 1 = espessura da camada líquida; Dpc = diâmetro de corte das partículas r r r 1 = ln ef r r 1 A comparação entre esta equação e a Eq. 6 mostra que no caso em que a espessura da camada líquida é suficientemente grande para que se tenha que levar em conta a variação do campo centrífugo como o raio. Onde (r r 1 /r) ef é o valor efetivo de (r r 1 /r) a ser (8) 9

usado na Eq. 7 quando a espessura da camada líquida na centrífuga, r r 1 não é desprezível em comparação com r 1 ou r. 3..3 FATOR Um parâmetro muito conveniente, característico de cada centrifuga, é obtido por uma pequena manipulação da equação 7 e da lei de Stokes, para sedimentação no campo gravitacional. a ρ ρ ν E ) D S t = 18µ ( P ( ρ S ρ) gdpc Vϖ r Q =. = ν. Σ. (9) t 9µ g( r r ) 1 Explicitando Q na Eq. 7, e multiplicando e dividindo a expressão resultante pela aceleração da gravidade, Na qual: v t ( ρ S = ρ) gd 18µ PC ( lei de Stokes) e Σ = Vϖ r g( r r ) 1 (10) Onde Σ é uma característica da própria centrífuga e não do sistema que está sendo separado. Por isso, o fator pode ser usado como um parâmetro de comparação entre centrífugas. Para que duas centrífugas efetuem a mesma separação, ou seja, tenham desempenhos semelhantes: Q Σ 1 1 Q = Σ Este é um critério confiável para a comparação de centrifugas de geometria e proporções similares que desenvolvem a mesma força centrífuga. No entanto, deve ser usado com precaução para ampliações de escala entre diferentes tipos de centrifugas ou quando a força centrífuga varia por um fator maior que.[perry & Chilton, Manual de Engenharia Química, 19-88]. (11) 10

O Fator Σ corresponde à área da seção reta de um sedimentador capaz de remover um certo tamanho de partícula, igual ao diâmetro da partícula que uma centrifuga consegue separar, quando a vazão de alimentação do centrifuga é igual à vazão de alimentação do sedimentador. O parâmetro Σ pode ser determinado, nas centrifugas comerciais, embora em alguns casos sejam necessários métodos aproximados. Para centrifugas tubulares, a Eq. 8 dá L ( r r g r ln r 1 Σ = πϖ (1) 1 ) Onde L é a altura do vaso. (195)] é: Centrifugas de discos, a fórmula dada por Ambler [Chem. Eng. Progr. 48, p.150 3 3 nπ ( r r1 ) ϖ Σ = 3g tan Ω (13) Onde: n = número de espaços entre os discos da pilha r, r 1 = raios externo e interno da pilha de discos W = ângulo de abertura do cone A Tabela dá os valores que se obtêm para diversos tipos de centrifugas, com base nos cálculos de geometria e de dados experimentais de laboratórios e fabricantes. A tabela mostra os desempenhos relativos de centrifugas e as eficiências das máquinas, comparandoos com os que se calculam a partir das respectivas geometrias. 11

Tabela 0 Desempenho comparado de centrífugas É importante destacar como a centrifuga de discos é muito mais eficiente que qualquer outra das centrifugas mencionadas. Este efeito é conseqüência do elevado tempo de residência e da pequena distância de separação entre os discos nesta máquina. 3.3 SEPARAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO Nas equações anteriores o diâmetro, Dp, foi definido como o diâmetro de uma partícula sólida. Quando se faz a separação entre dois líquidos, o mecanismo não é diferente da separação sólido-líquido: As gotículas do líquido, em lugar das partículas sólidas, migram e, através da outra fase líquida, coalescem, formando uma fase líquida contínua, ao invés de aglomerarem-se como as partículas sólidas junto à parede. A velocidade de migração é calculável pela Eq. 7, devidamente modificada para adaptar-se a centrifuga que estiver sendo analisada. 3.3.1 DETERMINAÇÃO DA ALTURA DOS VERTEDORES DE SAÍDA Nas separações líquido-líquido, a posição dos vertedores de saída torna-se mais importante do que no caso das separações entre sólidos e líquido, pois, em lugar de 1

controlar somente o volume retido na centrifuga e o diâmetro crítico das partículas, determina também se é possível ou não a separação. A Figura 03 mostra a situação física numa centrifuga ajustada para clarificar uma fase líquida, libertando-a dos sólidos arrastados, e a de um outro centrifuga ajustada para a separação de duas fases líquidas. Figura 03 Disposição dos vertedores numa centrífuga tubular (a) na clarificação de um líquido (b) na separação de líquidos Onde: r 1 = raio do topo da camada do líquido leve r = raio da interface líquido-líquido r 3 = raio da borda externa do vertedor r 4 = raio da superfície do líquido passando a jusante do vertedor A localização da interface é determinada pelo equilíbrio de forças provocadas pelas pressões hidrostáticas das duas camadas líquidas. Exprimindo estas forças pelas pressões que lhes são proporcionais, vem: rf rf dp = = = ri ri df A rf ri adm g A c rf ri ρ( rϖ )(πrldr ) (πrl ) g c Simplificando a expressão: 13

rf rf dp = ri ri ρϖ rdr g c (14) Integrando, r P = ϖ ( r r ) (15) f i g c Aplicando a equação à situação esquematizada na Figura 03 b, onde a pressão deve ser a mesma em qualquer dos lados da interface líquida em r, vem: ρ ϖ P g ou r r c r r ( r 4 1 r 4 ρ = ρ leve pesada ) = ρ ϖ L g c ( r r 1 ) (17) (16) Para que a centrifuga separe as duas fases líquidas, a interface líquido-líquido deve estar localizada num raio menor que r 3, porém maior que o do topo do vertedor de transbordamento, r 4. r 4 < r < r 3 Geralmente, uma fase é mais difícil de clarificar do que a outra. Para compensar esta diferença, o volume desta fase deve ser maior que o volume da fase difícil de clarificar. Isso se obtém pelo ajuste da altura dos dois vertedores. Na centrífuga de clarificação (Figura a), somente um vertedor é usado com a função única de controlar o volume do líquido mantido na centrifuga. 3.4 APLICAÇÕES DE CENTRÍFUGAS Em geral, uma centrífuga (por vezes também denominada centrifugador) é um equipamento, manual ou elétrico, que força a rotação de um objeto em torno de um eixo fixo. Existem diversos tipos de centrífugas, dependendo da sua aplicação. 14

3.4.1 -EM BIOLOGIA, BIOQUÍMICA E QUÍMICA A centrifugação é uma técnica fundamental usada em diversos ramos da Química, Biologia e Bioquímica para a separação de amostras. Em geral, estas são introduzidas em tubos de diferentes tamanhos, que são dispostos num rotor de centrífuga. As centrífugas estão normalmente adaptadas para a utilização de diferentes tipos e tamanhos de rotores, conforme a velocidade e aplicação desejadas. Enquanto que micro-centrífugas de bancada podem centrifugar tubos entre os 00 µl e os ml de volume, centrífugas de grande porte podem usar tubos de volume muito variável, tipicamente até 1 L. 3.4. SEPARAÇÃO DE DIFERENTES FASES Uma das aplicações mais freqüentes da centrifugação é na separação de diferentes fases de uma amostra, em especial uma fase sólida de uma aquosa. Partículas insolúveis numa amostra sedimentam no fundo do tubo de centrífuga, restando o chamado sobrenadante (fase líquida) por cima do sedimento. O sobrenadante é então aspirado ou decantado e o sedimento retirado do tubo. Esta técnica é usada, por exemplo, na separação de membranas celulares (insolúveis em água) e citoplasma (solvente celular aquoso) após ruptura de células. Também é usada para a separação dos elementos figurados do sangue e o plasma sanguíneo, em que as células (eritrócitos, leucócitos, plaquetas) são depositadas no tubo, podendo o plasma ser separado e analisado. 3.4.3 CENTRIFUGAÇÃO DIFERENCIAL A centrifugação diferencial foi desenvolvida nos anos 60 do século XX por Christopher John Champerline e Juan Burdettee. Consiste em sujeitar uma amostra feita homogênea de um tecido ou órgão (por exemplo, fígado) a repetidas centrifugações, aumentando de cada vez a força centrífuga. Hoje em dia esta técnica é largamente substituída pela centrifugação isopícnica. Esta técnica permite a separação de diferentes organelas celulares de eucariontes, como mitocôndrias, núcleo celulares e microssomas (resíduos do retículo endoplasmático). 15

Usando esta técnica, as partículas mais densas sedimentam primeiro; nas centrifugações subseqüentes, as partículas de menor densidade sedimentam então. 3.4.4 - CENTRIFUGAÇÃO ISOPÍCNICA OU DE EQUILÍBRIO A centrifugação isopícnica, também chamada centrifugação de equilíbrio, é usada na separação de macromoléculas recorrendo a gradientes de concentração da solução base usada para a separação das partículas. Uma das aplicações deste tipo de centrifugação é na separação de moléculas de DNA usando cloreto de césio (CsCl). É uma técnica sensível, capaz de separar moléculas de DNA de igual dimensão mas diferindo apenas na sua proporção AT/GC (proporção entre as bases adenina e timina e as bases guanina e citosina). Neste tipo de centrifugação, a amostra de DNA a separar é misturada com CsCl e posta a centrifugar a cerca de 10 000 g durante um prolongado período de tempo (tipicamente entre dois e três dias). O cloreto de césio é usado numa concentração em que toma uma densidade muito próxima da do DNA. Após este tempo, um gradiente de cloreto de césio será formado e o DNA separa-se segundo as suas proporções AT/GC em diferentes bandas ao longo do tubo. Os gradientes de sacarose são utilizados na separação de partículas como organelas celulares e vírus, sendo uma alternativa à centrifugação diferencial. Nestes, um gradiente de densidade de sacarose é obtido adicionando cuidadosamente no tubo de centrífuga, camadas de soluções de sacarose de diferentes concentrações, começando pela mais alta. Um gradiente típico usa 70% a 0% (p/v), com decrementos de 10%, mas estes valores dependem largamente da amostra a separar. A amostra é colocada no topo do tubo e ultracentrifugada. As partículas migram em direção ao fundo do tubo e estacionam nas zonas do gradiente com densidade idêntica. A amostra assim dividida em diferentes camadas ao longo do tubo pode ser retirada aspirando cuidadosamente cada camada. Uma modificação do gradiente de sacarose consiste na utilização de soluções de apenas 70% e 0%(p/v). A solução de 70% é depositada no fundo do tubo e a de 0% preenche o restante tubo; a amostra é também depositada no topo, migrando durante a centrifugação para a interface com a solução de 70%. Esta técnica permite a concentração de partículas de uma amostra sem que estas entrem em contacto com a parede do tubo, evitando um stress mecânico que muitas vezes provoca a desintegração dessas partículas. 16

3.4.5 ULTRACENTRIFUGAÇÃO O termo ultracentrifugação aplica-se à centrifugação que necessita de um tipo específico de centrífuga (ultracentrífuga). As velocidades alcançadas pelos rotores nestas centrífugas são muito elevadas, obtendo-se acelerações até 500 000 g. Neste tipo de centrífuga, a câmara onde se situa o rotor é refrigerada e encontra-se sob vácuo, para evitar o sobre-aquecimento por atrito com o ar. A ultracentrifugação é usada para a sedimentação de macromoléculas; sob determinadas condições, acontece também uma distribuição não uniforme de moléculas de menores dimensões ao longo do tubo. A sedimentação depende da massa, forma e densidade das moléculas, bem como da densidade do solvente. O rotor e velocidade de rotação apropriados são usados dependendo da utilização. É possível calcular o coeficiente de sedimentação (unidade: Svedberg, S) através da ultracentrifugação. Este coeficiente é proporcional à massa e à densidade da substância, dependendo também da forma das suas moléculas. Assim sendo, partículas de grande massa molecular e densidade sedimentam mais facilmente, enquanto que partículas com forma alongada sedimentam mais lentamente (devido ao maior atrito com o solvente). Uma aplicação clássica deste coeficiente é visível na classificação de subunidades dos ribossomos que, dependendo do seu tamanho, têm diferentes coeficientes de sedimentação: por exemplo, a subunidade pequena dos ribossomos bacterianos é chamada 16S e a sua seqüência nucleotídica serve de base em estudos filogenéticos. A ultra-centrífuga foi inventada em 195 por Theodor Svedberg, que ganhou o prêmio Nobel da Química em 196 pelo seu trabalho em sistemas coloidais, em que usou a sua invenção. 3.4.6 EM ASTRONÁUTICA As centrífugas humanas são usadas por agências de exploração espacial, como a NASA e a ESA, para o treino de astronautas. A NASA possui um equipamento que imprime uma aceleração de até 0 g aos indivíduos testados. Este treino serve para testar a reação e tolerância dos astronautas ao processo de descolagem dos vaivens espaciais, em que elevadas forças são sentidas. Os astronautas são 17

colocados nas extremidades do braço da centrífuga e sofrem uma acelerada rotação até atingir o desejado valor de g's. Um tipo especial de centrífuga, chamada de raio curto (short radius centrifuge) é usada pela NASA no estudo do efeito terapêutico da força centrífuga aplicada a indivíduos sujeitos a períodos mais ou menos prolongados de micro-gravidade. Os indivíduos testados são sujeitos a um período de descanso que mimetiza condições de micro-gravidade e sujeitos durante curtos períodos a centrifugação (até,5 g). Este estudo pretende estabelecer uma terapêutica de combate aos efeitos nocivos do estágio prolongado na ausência da gravidade terrestre (atrofia muscular e descalcificação óssea), por exemplo na preparação de missões tripuladas a Marte. 3.4.7 NA INDÚSTRIA 3.4.7.1 SEPARAÇÃO ISOTÓPICA A centrifugação é usada em programas de desenvolvimento nuclear, para fins pacíficos ou bélicos, no enriquecimento de urânio. O urânio tem dois isótopos principais, 35 U e 38 U. O gás hexafluoreto de urânio pode ser centrifugado de modo a separar os dois isótopos: o 38 U é mais pesado e tende a depositar-se nas paredes da centrífuga, enquanto que o 35 U é extraído do centro da mesma. 3.4.7. - CONCENTRAÇÃO DE SÓLIDOS Em diversos tipos de indústria, são feitas a concentração e secagem de sólidos que se encontram suspensos em solventes ou pastas. O sólido seco é geralmente denominado "bolo". As centrífugas para este fim são normalmente construídas de modo a ter uma alimentação contínua da pasta a separar. Um exemplo encontra-se no tratamento de águas residuais: as lamas resultantes do tratamento de águas residuais podem ser secas por centrifugação. Outras aplicações são a secagem de sal para comercialização e a purificação de reagentes químicos em larga escala. 18

3.4.8 - EM CASA A centrifugação é usada pelas máquinas de lavar roupa para retirar água em excesso da roupa. É por isso usada como um dos últimos passos num programa normal de lavagem. A água em excesso é escoada pelos orifícios do tambor da máquina, onde a roupa é retida. Este princípio é também explorado nos secadores de salada, em que os legumes são colocados num cesto dentro de uma caixa, sendo o cesto girado manualmente com recurso a uma manivela. A água é escoada para fora do cesto por ação da força centrífuga. 3.5 TIPOS ESPECÍFICOS DE CENTRÍFUGAS 3.5.1 - CENTRÍFUGA DE DISCOS (clarificadora / sedimentadora) Neste tipo de centrífuga, o processo de separação é realizado num conjunto de pratos ou discos, que consiste em um grande número de peças cônicas colocadas uma sobre a outra. Com este tipo de arranjo, a câmara de separação fica subdividida em vários recintos individuais de acordo com a quantidade de discos, pelos quais o produto escoa em camadas finas e obtêm-se assim, percursos mínimos de sedimentação para as partículas. A centrífuga do tipo com rotor de discos com vaso sólido, opera a velocidades de 3000 a 0000 vezes a gravidade e proporciona um sistema de clarificação contínuo que é satisfatório para materiais com um conteúdo de sólidos de 1-% ou menos. É projetada para separação sólido/líquido ou duas fases líquidas em base contínua. Os sólidos sedimentam na parede do vaso e são descarregados manualmente ou automaticamente por aberturas intermitentes do vaso. A pilha de discos aumenta grandemente a área efetiva de sedimentação ou clarificação, e as fases líquida e sólida movem-se para cima ou para baixo na superfície dos discos. O líquido descarrega através de um ou mais discos. 19

Figura 4 Centrífuga de discos clarificadora Figura 05 Centrífuga de discos com descarga por bocais 3.5. - CENTRÍFUGA DECANTADORA DE VASO HORIZONTAL Decantadores centrífugos consistem em dois elementos giratórios concêntricos horizontais contidos em uma carcaça estacionária, conforme mostrado na figura a seguir. Figura 06 Centrífuga decantadora de vaso horizontal 0

O cesto (elemento giratório exterior) afila-se de forma que os sólidos descarreguem em um raio menor que o do licor. O elemento interno é um transportador de parafuso tipo rosca-sem-fim com a extremidade da lâmina ajustada próximo ao contorno da cesta. A suspensão é alimentada no interior do eixo transportador por bombeamento ou por gravidade, sendo automaticamente acelerada até a velocidade da máquina. A força centrífuga impede a suspensão através de canais para o interior da cesta giratória, onde os sólidos decantam através da camada de licor formada sobre a parede. Há uma pequena diferença de velocidade entre a rotação da cesta e a do transportador, permitindo que os sólidos sejam transportados continuamente ao longo da parede de cesta, para fora da piscina e em direção à zona secante cônica, até as portas de descarga dos sólidos. O licor clarificado descarrega continuamente na direção oposta, através de portas de transbordamento ajustáveis. Quando empregada como classificadora, a centrífuga decantadora de cesto com parede sólida efetua cortes afiados dos sólidos em suspensão, e pode ser usada para processar materiais com tamanho entre 1-50 mícron. 3.5.3 - CENTRÍFUGA TUBULAR Este tipo de centrífuga consiste em um tubo sólido fechado em ambas extremidades, e que normalmente é alimentado com dois líquidos 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 são separadas por meio de um defletor que as descarrega em dois fluxos distintos. Se a alimentação do processo for do tipo líquido/sólido ou líquido/líquido/sólido, faz-se necessário uma limpeza regular, mas, se não há a presença de sólidos suspensos, o processo pode ser contínuo. 1

Figura 07 Centrífuga tubular 3.5.4 - CENTRÍFUGA DE CESTA (com parede sólida) Em geral, agora as centrífugas descontínuas de cesta perfurada são consideradas uma tecnologia obsoleta. Outras máquinas, como os decantadores de paredes sólidas, ganharam distinção por causa dos avanços nos projetos do transportador, permitindo o processamento de sólidos difíceis de carrear. Porém há exceções, especialmente quando um volume relativamente pequeno de material deve ser processado e quando o tempo do ciclo não é um fator significante. Figura 08 - Centrífuga de cesta (com parede sólida)

3.5.5 - CENTRÍFUGA FILTRANTE DE CESTA HORIZONTAL COM RASPADOR PARA DESCARGA (PEELER) A centrífuga peeler permite tanto a filtração como a decantação, e é particularmente satisfatória para processar materiais no ambiente ultralimpo das indústrias de química fina e farmacêutica. As máquinas podem ter uma cesta perfurada com membrana filtrante para o processo de filtração, ou uma cesta sólida para decantação. A centrífuga tem uma cobertura frontal que abre completamente o que permite a inspeção segura do interior pelo operador, de acordo co a ilustração a seguir. Figura 09 Centrífuga de descarga automática aberta, mostrando o raspador no interior da porta frontal Ela também possui um mecanismo automático de faca raspadora (peeler) para descarga do bolo, além de um sistema efetivo de remoção dos resíduos - uma característica que permite retenção completa a cada batelada e reduz o ciclo operacional removendo os sólidos separados a velocidade alta. As altas forças gravitacionais e o modo acelerado de descarga fazem com que a centrífuga peeler use tempos de ciclo menores, que podem ser ajustados para assegurar uma larga faixa de capacidades de lavagem. Este tipo de centrífuga pode ser usado para aplicações onde a suspensão tem baixa concentração de sólidos ou é flutuante. 3

3.5.6 - CENTRÍFUGA DECANTADORA HORIZONTAL DE VASO PERFURADO Este tipo de decantador operacionalmente é semelhante aos decantadores de paredes sólidas, mas é projetado para prover uma adicional eficiência de lavagem e aumentar a remoção de umidade em aplicações envolvendo materiais cristalinos. O decantador opera em dois estágios, combinando as vantagens de clarificação e de sedimentação da centrífuga de parede sólida e os benefícios da secagem em uma seção adicional de tela. Figura 10 - Centrífuga decantadora horizontal de vaso perfurado 3.5.7 - CENTRÍFUGA DE BOLSA INVERTIDA A centrífuga de filtro invertido é uma máquina automática horizontal, e incorpora uma bolsa de descarga automática. As paredes dianteira e traseira da cesta são acionadas para adiante por um pistão hidráulico para descarregar os sólidos. Elas são usadas principalmente na indústria farmacêutica e proporcionam a remoção de resíduos depois de cada ciclo, mas é limitado a tamanhos menores e capacidades. O pano filtrante é arranjado como um cilindro, com a extremidade traseira presa à parede traseira da cesta e a extremidade dianteira à carcaça da cesta na beirada dianteira. À medida que o pistão move-se para adiante, o pano é virado ao avesso e os sólidos descarregaram em aglomerações no compartimento de coleta de sólidos. 4

Figura 11 Detalhes do pistão e do pano filtrante de uma centrífuga de bolsa invertida Figura 1 Centrífuga de bolsa invertida 3.5.8 CENTRÍFUGA PUSHER (impulsora, ou com descarga por deslocamento) Este tipo de centrífuga filtrante não só opera continuamente, mas também possibilita tempos de residência particularmente longos. Os sólidos são retidos como um bolo em uma cesta de arame em forma de cunha donde são transportados por um mecanismo impulsor oscilante na direção da descarga de sólidos. Os sólidos alimentados podem ser granulares, cristalinos ou fibrosos, e relativamente incompressíveis. Eles operam com um tamanho de partícula médio de 00 mícrons. 5

Figura 13 - Centrífuga pusher (impulsora, ou com descarga por deslocamento) Figura 14 Esquema e componentes da Centrifuga filtrante desenformadora Figura 15 Centrífuga de rosca com tela perfurada 6

3.5.9 CENTRÍFUGA DE PARAFUSO COM TELA PERFURADA A centrífuga de parafuso com tela (também chamada caracol ou rosca-sem-fim) consiste em um transportador de rosca-sem-fim movido horizontalmente, que revolve a suspensão a uma velocidade direcional ótima dentro de uma cesta cônica giratória. A separação de sólidos do licor-mãe é alcançada pela ação da força centrífuga, operando a elevados valores de gravidade, enquanto a descarga acontece devido à inclinação da cesta e a velocidade diferencial do rolo. No ponto de separação, os sólidos são carregados para adiante pelo rolo até descarregar pela extremidade da cesta filtrante, com o filtrado passando diretamente através da tela. Este tipo de centrífuga pode ser equipado com ajuste automático da velocidade do rolo para atender exigências variáveis de processo, o que elimina completamente a intervenção do operador e o tempo de manutenção. Centrífugas de Parafuso com tela perfurada têm excelente capacidade de lavagem e podem ser usadas para a separação sólido-líquido, onde os materiais alimentados têm partícula de diâmetro grande, isto é, 50 mícron ou maiores. Uma característica sem igual é sua habilidade para separar tanto os sólidos flutuantes como os sedimentados. Figura 16 - Centrífuga de Parafuso com tela perfurada 7

3.5.10 CENTRÍFUGA DE CESTA VERTICAL Uma seleção das velocidades de alimentação, lavagem, rotação e aragem são disponíveis, ou por alternador elétrico ou comandos hidráulicos, o que faz a moderna centrífuga filtrante de cesta muito adaptável ao processo de um grande faixa de suspensões e composições química. Estas máquinas de batelada produzem bolos excepcionalmente secos e têm duas vantagens principais: Capacidade para uma lavagem eficiente de bolos sólidos usando um mínimo de líquido de lavagem; Habilidade para descarregar os sólidos separados a baixa velocidade de cesta, assegurando quebra desprezível de cristais delicados. O licor mãe extraído e o licor de lavagem são segregados facilmente em etapas separadas do ciclo descontínuo. Durante a operação, a suspensão é alimentada pela abertura no topo da cesta que, normalmente, opera a uma velocidade reduzida. Dependendo do tipo de suspensão que é tratada e do tipo da máquina, a alimentação ou é introduzido diretamente na cesta por um tubo tangencial ou por um cone distribuidor de 360. A taxa de alimentação e a velocidade da cesta são ajustadas de forma que a taxa de alimentação iguale a taxa de filtração a medida em que a suspensão cobre a parede da cesta e forma um bolo uniformemente distribuído. Após o ciclo de lavagem, a secagem começa com a máquina girando a uma velocidade muito mais alta. Subseqüentemente a isto o bolo é descarregado manual ou automaticamente usando um arado transversal a uma determinada velocidade rotacional. Dadas as condições corretas de alimentação, velocidade de alimentação e pano filtrante, a cesta centrifuga seca sólidos de tamanhos entre 1 10000 mícron. Eles também podem ser lacrados completamente e purgados para operação segura, e em operação completamente automática o operador não entra em contato físico com o produto. 8

Figura 17 - Centrífuga de cesta vertical 3.5.11 - CENTRÍFUGA VIBRATÓRIA Nesta centrífuga, que pode processar até 350 toneladas/hora, os sólidos são retidos por uma peneira e transportados por vibração axial maior que a velocidade rotacional da centrífuga. Elas são altamente satisfatórias para tratar produtos de altas taxas de processamento altos que são facilmente enxugados (secados) até o teor de umidade exigido. 3.5.1 - CENTRÍFUGA DE TAMBOR Centrífuga de tambor de câmaras múltiplas é utilizada somente para a clarificação de líquidos, como por exemplo, óleo isento de água. O tambor é dotado de a 8 elementos cilíndricos interno, o que resulta na divisão do tambor em uma série de câmaras anelares 9

unidas consecutivamente. O produto a ser clarificado entra no tambor pelo centro, escoando consecutivamente por cada câmara anelar a partir da câmara mais interna. Em cada câmara, conforme o diâmetro vai aumentando a aceleração centrífuga, fazendo o produto escoar por zonas centrífugas cada vez maiores, até o final do processo. 4 ESTUDO DE CASO Nesta parte do trabalho, é apresentado um estudo comparativo da centrifuga de cesto e da centrífuga decantadora, para um caso especifico em uma indústria de alimentos. 4.1 A INDÚSTRIA E O PROCESSO ENVOLVIDO A planta de tratamento de água da indústria de alimentos congelados Ore-Ida s, localizada na Pensilvânia (EUA), apresentou uma avaliação sobre alguns problemas que ocorriam há pouco mais de 30 anos. Um dos problemas apresentados pela empresa foi o de separação e tratamento do seu efluente. Diferentes métodos de separação de mistura foram usados na tentativa de determinar o mais econômico e lucrativo. O principal alimento processado nessa indústria é a batata. No ano de 1984, foram processadas aproximadamente 700 milhões de libras de batata. Em horários de pico, mais de 60000 libras / hora são convertidos em batatas congeladas. O resultado é uma enorme quantidade de restos de batatas, que segue como efluente, e que precisa de sistemas adequados de tratamento. Dependendo da qualidade da batata alcançada após o tratamento, pode ser destinada para venda como suplemento para o gado. A possibilidade de se vender determinado resto de batata, somado à melhoria das condições ambientais e uma melhor recuperação dos sólidos, fez com que em meados dos anos 70, a Ore-Ida s tomasse a decisão de melhorar o sistema de tratamento de efluente. 4. ESCOLHA DA CENTRÍFUGA ADEQUADA PARA O PROCESSO Foram feitos diversos testes preliminares com diferentes tipos de centrífugas. Primeiramente, foram utilizadas centrifugas de cesto para engrossar os sólidos secundários, 30

para que eles pudessem ser levados por navios para lugares adequados para o descarte. Essas centrífugas melhoraram a recuperação de sólidos quando comparadas com o sistema de filtração usado anteriormente. A recuperação de sólidos nessas centrifugas para esse processo foi de aproximadamente 70% e foi atingida uma porcentagem de 0 30% de sólidos secos. No entanto, foram relatados problemas de manutenção, já que havia partículas abrasivas presentes nos restos de batata, tais como areia. Diante do problema de manutenção em função da existência de partículas abrasivas, foram levantadas outras possibilidades para o tratamento desse efluente. A idéia de utilizar centrifuga de disco foi logo descartada, já que ela opera a uma velocidade maior que a da centrifuga de cesto, o que acentuaria o problema de abrasão, além do fato da centrifuga de disco geralmente não apresentar bons resultados para partículas grandes. A Ore-Ida decidiu explorar a utilização de centrifuga decantadora e para esse propósito, instalou uma unidade de pequena escala para determinar o potencial das características da sua performance no processo de separação em questão. Diversos foram os parâmetros analisados, dentre eles estão a concentração de insolúveis na alimentação, a porcentagem de voláteis na alimentação (o que afeta a recuperação de insolúveis) e a temperatura de operação (que afeta a viscosidade e a separação). Na saída da centrífuga, foram analisadas a concentração de insolúveis e a porcentagem de descarga de sólidos secos. Foram analisados também a dosagem de polímeros (utilizados na remoção de insolúveis), a velocidade da centrifuga e a força gravitacional aplicada, e finalmente, a porcentagem de recuperação de insolúveis. Os resultados obtidos com o uso da centrifuga decantadora de pequena escala foram tão positivos que motivaram os engenheiros a instalarem uma grande escala. Depois de instalada, foram feitas novas análises com a centrífuga decantadora, tais como a relação entre a taxa de alimentação e a recuperação de sólidos, a relação entre recuperação de sólidos suspensos e os sólidos decantados, o efeito de polieletrólito na recuperação de sólidos e a relação entre a velocidade de rotação da centrifuga e a descarga de sólidos. Através dessas análises, foram plotados gráficos que traziam as melhores condições de operação da centrífuga. 31