Shenzhou Machinery - Fabricante profissional de centrífugas industriais e fornecedor de separadores centrífugos na China.
Princípio de funcionamento de uma centrífuga decantadora
Entrada de material: Os materiais a serem separados (como suspensões ou emulsões) são alimentados continuamente axialmente através do tubo de alimentação para o centro do tambor (uma cavidade cilíndrica horizontal) que gira em alta velocidade.
Função do Campo Centrífugo: O tambor gira em alta velocidade (1500–4500 rpm), gerando força centrífuga (fator de separação Kc=gω²r, tipicamente 1500–5000), cuja intensidade pode atingir milhares de vezes a da gravidade. Sob a ação da força centrífuga, as partículas mais densas (fase sólida ou fase líquida mais densa) se depositam na parede interna do tambor, enquanto as fases líquidas menos densas (fases líquidas mais leves) se concentram no centro do tambor, formando uma estratificação radial.
2. Sedimentação de Sólidos e Transporte por Helicóptero
Processo de Sedimentação: Partículas sólidas vencem a resistência da fase líquida sob a força centrífuga, movendo-se em direção à parede interna do tambor e depositando-se nela para formar uma camada de sedimento (como lodo ou partículas cristalinas). A taxa de sedimentação das partículas está relacionada à força centrífuga, ao tamanho das partículas, à diferença de densidade e à viscosidade do líquido (aplicação ampliada da lei de Stokes).
Movimento diferencial do parafuso:
O transportador helicoidal gira na mesma direção que o tambor, mas a uma velocidade diferente (diferença de velocidade), sendo que o parafuso normalmente gira um pouco mais devagar que o tambor.
A diferença de velocidade cria um movimento relativo entre a rosca e a camada de sedimentos na parede interna do tambor. As pás da rosca empurram os sedimentos ao longo do eixo do tambor em direção à porta de descarga de escória cônica (a direção do empurrão coincide com o eixo do tambor).
Controle do Tempo de Retenção: Uma menor diferença de velocidade significa um maior tempo de retenção dos sólidos no tambor, resultando em uma separação mais completa; uma maior diferença de velocidade aumenta a velocidade de descarga da escória, sendo adequada para materiais com alto teor de sólidos.
3. Transbordamento e descarga de líquidos
Separação da Fase Líquida Leve: A fase líquida separada (líquido leve ou líquido transparente) forma um anel líquido interno, fluindo axialmente ao longo do tambor em direção ao vertedouro cilíndrico da extremidade e descarregando continuamente através do vertedouro (com altura ajustável).
Controle da Espessura da Camada Líquida: A altura do vertedouro determina a espessura do anel líquido (ou seja, o volume de líquido no tambor). Uma espessura menor significa um tempo de retenção mais curto do líquido no tambor, adequado para uma separação rápida; uma espessura maior permite uma separação mais fina.
II. Análise dos principais mecanismos físicos
1. Força motriz da sedimentação centrífuga
Fator de separação Kc: Refletindo diretamente a intensidade da força centrífuga, um Kc maior resulta em uma sedimentação de partículas mais rápida. Por exemplo:
Ao processar partículas finas (por exemplo, 1–10 μm) ou materiais com pequenas diferenças de densidade (por exemplo, misturas de óleo e água), é necessário aumentar a velocidade de rotação para melhorar o Kc.
É necessária uma força centrífuga maior para vencer a resistência do fluido em materiais de alta viscosidade (como pastas de polímeros).
2. Papel da diferença de velocidade do parafuso
Fonte de energia para a descarga de escória: O movimento relativo causado pela diferença de velocidade permite que as pás da rosca exerçam um impulso axial sobre a camada de sedimentos, superando o atrito entre o sedimento e a parede interna do tambor (relacionado à viscosidade do material e à compactação do sólido).
Torque e consumo de energia: Uma diferença de velocidade maior aumenta a velocidade de empurrar o parafuso, mas o torque e o consumo de energia também aumentam; uma diferença de velocidade excessivamente pequena pode causar acúmulo de sedimentos e até mesmo o bloqueio do tambor.
3. Características hidrodinâmicas
Fluxo laminar: A fase líquida no tambor flui em regime laminar (baixo número de Reynolds), reduzindo a interferência da turbulência na eficiência da separação.
Distribuição da Velocidade Axial: A velocidade do fluxo axial da fase líquida no tambor deve corresponder à taxa de sedimentação dos sólidos para evitar que partículas não sedimentadas sejam arrastadas e descarregadas pela fase líquida (ou seja, o fenômeno de "curto-circuito").
III. Principais diferenças em diferentes cenários de separação
1. Separação Sólido-Líquido (Cenário de Fase Líquida Única)
Processo típico:
A fase sólida (como partículas de lodo) deposita-se na parede interna do tambor, formando uma camada de sedimento;
A rosca empurra o sedimento para a porta de descarga de escória na extremidade cônica, e a fase sólida desidratada (com teor de umidade reduzido) é descarregada;
O líquido transparente (fase líquida) é descarregado através da porta de transbordamento.
Controle chave: Equilibrar a vazão e a eficiência de separação ajustando a velocidade de rotação (que afeta a eficiência da sedimentação) e a diferença de velocidade (que afeta a velocidade de descarga da escória). Por exemplo, lodo com alto teor de sólidos requer redução da velocidade de rotação e aumento da diferença de velocidade para evitar o entupimento do tambor.
2. Separação Líquido-Líquido (Duas Fases Líquidas, por exemplo, Separação Óleo-Água)
Mecanismo de estratificação: Devido às diferenças de densidade (ρlíquido pesado > ρlíquido leve), dois líquidos imiscíveis formam anéis líquidos internos e externos sob a ação da força centrífuga:
A fase líquida mais densa (como águas residuais) fica próxima à parede interna do tambor, e a fase líquida menos densa (como óleo) fica próxima ao centro.
Design com Porta de Transbordamento Dupla: A fase líquida mais densa é descarregada pela porta de transbordamento externa, e a fase líquida menos densa pela porta de transbordamento interna. A precisão da separação depende da diferença de densidade entre as duas fases líquidas e da velocidade de rotação (uma diferença de densidade menor requer uma velocidade de rotação maior).
3. Separação trifásica líquido-sólido-líquido (ex.: produção de biodiesel)
Estratificação em três fases:
A fase mais pesada (fase sólida, como resíduos de catalisador) deposita-se na parede interna do tambor e é descarregada pela rosca;
A fase intermediária (fase líquida densa, como o glicerol) e a fase leve (fase líquida pouco densa, como o éster metílico) formam dois anéis líquidos, descarregados através de diferentes portas de transbordamento.
Otimização estrutural: Dispositivos intermediários de coleta da fase líquida ou ajustes nas posições dos vertedouros de transbordamento são necessários para garantir a separação completa das três fases e evitar a mistura.
IV. Principais parâmetros operacionais que influenciam o princípio
Velocidade de rotação (fator de separação): Determina a intensidade da força centrífuga, afetando diretamente a taxa de sedimentação das partículas e a clareza do líquido.
Diferença de velocidade: Controla o tempo de retenção da fase sólida e a eficiência de descarga da escória, exigindo ajuste dinâmico com base na viscosidade e no teor de sólidos do material.
Taxa de alimentação: Uma velocidade de alimentação excessivamente alta resulta em tempo de retenção de líquido insuficiente, fazendo com que partículas não sedimentadas sejam descarregadas com o líquido límpido e reduzindo a eficiência da separação.
Auxílio de floculantes: Para materiais com partículas finas (por exemplo, <1 μm), é necessário adicionar floculantes para promover a aglomeração de partículas, aumentar o tamanho efetivo das partículas e melhorar a velocidade de sedimentação.
V. Casos típicos de aplicação do princípio
Tratamento de águas residuais: O lodo com 95% de umidade é sedimentado por centrifugação, e a rosca sem-fim expulsa os bolos de lama com 75% a 85% de umidade. O líquido clarificado é reutilizado ou submetido a tratamento adicional.
Desidratação do petróleo bruto: Utilizando as diferenças de densidade entre o óleo, a água e o sal (água + sal > óleo), uma alta velocidade de rotação (por exemplo, 3000 rpm) faz com que a fase aquosa se deposite na parede interna do tambor, enquanto a fase oleosa transborda do centro, realizando a dessalinização e a desidratação.
Com base nos princípios acima, a centrífuga decantadora realiza a separação multifásica contínua e eficiente. Sua principal vantagem reside na integração da sedimentação centrífuga e do transporte mecânico em um único dispositivo, equilibrando a vazão e a precisão da separação, com ampla aplicação em cenários industriais de recuperação de sólidos e líquidos e de recirculação de recursos.
