Princípio da entropia máxima aplicado à reologia de suspensões de minério de ferro. - Louzada, Jean Carlo Grijó (2022)
Muitas operações unitárias de processamento mineral são realizadas sob condições hidrodinâmicas turbulentas caracterizadas por valores elevados de taxa de cisalhamento ( > 1000 s-1), os quais não são reprodutíveis em estudos reológicos conduzidos em reômetros convencionais. Os valores de vazão volumétrica e do gradiente de pressão, fornecidos pelos experimentos conduzidos em tubos pressurizados (loops de bombeamento) e realizados em condições muito turbulentas, podem ser convertidos em tensão de cisalhamento () e taxa de cisalhamento () utilizando uma abordagem proposta por Chiu e colaboradores com base no Princípio da Entropia Máxima (PEM). Entretanto, o modelo de Chiu é aplicável a polpas minerais somente quando suas viscosidades aparentes (número de Reynolds) e o modelo reológico do fluido (Bingham, Pseudoplástico e Dilatante) são previamente conhecidos. Para preencher esta lacuna encontrada na literature corrente, esta tese desenvolveu uma metodologia para determinar de polpas minerais em condições altamente turbulentas ( > 1000s-1), juntamente com sua tensão de cisalhamento correspondente (), permitindo a construção de reogramas, desenhando os perfis de velocidade axial em tubos e determinando a viscosidade aparente da polpa sob aquelas condições de alta turbulência. A nova metodologia é amparada pelo modelo de Louzada e colaboradores (LCW), que se baseia no Princípio da Entropia Máxima. O modelo LCW relaciona o fator de atrito (fE) do escoamento da polpa em tubos ao Parâmetro de Entropia (M) a partir da expressão: =32[416,667(1)]11,0028[(1)2( +1)]. A concepção do modelo LCW baseou-se em resultados encontrados na literatura (Mckeon et al 2004), obtidos experimentalmente com gases escoando em tubos rugosos. Foi aplicado ao escoamento de polpas de minério de ferro em dutos pressurizados (loop de bombeamento) cujos resultados obtidos permitiram a avaliação do Parâmetro de Entropia (M) em função de fE. Suspensões preparadas com os minérios de ferro provenientes de Carajás (MC) e da Serra da Serpentina (MSS), exibindo diferentes concentrações de sólidos (35 50% w/w), foram submetidas ao escoamento em um conduto forçado de diâmetro 76,2mm, operando em um aparato de bombeamento em loop. Os resultados (vazão volumétrica e gradiente de pressão da polpa) permitiram a determinação de fE e, consequentemente, o valor de M via modelo LCW. Ademais, o conhecimento da magnitude de M possibilitou o cálculo de , do número de Reynolds do escoamento e da viscosidade aparente da polpa. Os gráficos de versus obtidos a partir dos experimentos conduzidos em reômetro rotacional (em 1450s-1) ou em ensaios de bombeamento (em 740s-1) compuseram os reogramas ampliados, visto que os mesmos abrangem os resultados obtidos, a partir de duas técnicas distintas, em curvas simples (reogramas) com coeficientes de correlação (R2) superioress a 0,995. Os reogramas obtidos com os minérios de ferro de Carajás (MC) e da Serra da Serpentina (MSS) exibiram comportamentos dilatantes dentro da faixa aproximada de taxas de cisalhamento investigada (até 3.844s-1), independentemente do método utilizado para determinar e . Para o minério MC, desvios foram observados em uma faixa de taxa de cisalhamento (740s-1 < < 1250s-1) dentro da qual houve uma falta de turbulência no sistema de bombeamento para promover uma completa mistura/suspensão de partículas.