Velocidade de sedimentação

Por velocidade de sedimentação entende-se a velocidade de imersão, de descida ou de deposição com a qual uma partícula sedimenta dentro de uma mistura heterogênea.

Misturas multifases (sólido-líquido, líquido-líquido) permitem a separação mecânica através da força gravitacional (sedimentação). O pressuposto é que os respectivos componentes possuam diferentes densidades e que não sejam solúveis entre si (p.ex. água e óleo).

Quais forças atuam sobre a partícula?

Sobre uma partícula envolta em líquido (p.ex. sólido ou gotículas de gordura na água ou gotículas de água no óleo) atuam três forças (ver a figura):

  • Força do peso FG
  • Força de impulsão FA
  • Força de resistência FW

Contra a força do peso FG (Field Force, Gravity) atuam a força impulsão FA (Buoyant Force) e a força de resistência FW. Se a densidade da partícula for maior ou menor que a da mistura envolvente a ser separada, resulta uma velocidade constante de impulsão ou de descida Vg da partícula.

Cálculo da velocidade de sedimentação

Sob uma suposição simplificada de um fluxo laminar, a velocidade de sedimentação pode ser determinada através da lei de Stokes com base no equilíbrio de forças.

Na centrifugação ou no campo centrífugo resulta a seguinte fórmula para a velocidade de sedimentação:

Parâmetros com influência sobre a velocidade de sedimentação

Com base nesta equação podem ser derivados os parâmetros que têm uma influência substancial sobre a velocidade de impulsão ou de descida:

Diâmetro "d" da partícula: O diâmetro da partícula é representado ao quadrado na fórmula. Quanto maior for o diâmetro (ou raio da partícula), maior será a velocidade de sedimentação da partícula.

Diferença de densidade "Δρ" entre partícula e líquido: Quanto maior for a diferença da densidade da partícula e do líquido, maior será a velocidade da partícula e mais rápida será a sedimentação da mistura.

Viscosidade dinâmica "η" da mistura: Quanto menor for a viscosidade dinâmica do produto, maior será a velocidade de deposição da partícula.

 

Fonte

[1] Klaus Luckert: Handbuch der mechanischen Fest-Flüssig-Trennung,1. Auflage 2004

[2] Horst Kuchling: Taschenbuch der Physik; Fachbuchverlag Leipzig, 16. Auflage1996

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