14 - aula_separacao_decantacao_EMG1

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Operações de Separação 
Sólido-Líquido 
 
DECANTAÇÃO/SEDIMENTAÇÃO 
 
 
Prof. Boutros Sarrouh 
 
OPERAÇÕES DE SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
Separação por Decantação 
 
A separação de partículas de um fluido nos processos de 
sedimentação (> 40% v/v de partículas) e decantação (< 
40% v/v) ocorre pela ação da gravidade sobre as 
partículas. 
- Clarificação de líquidos 
- Espessamento de suspensões 
 
Clarificação do líquido: tem-se inicialmente uma 
suspensão com baixa concentração de sólidos 
para obter um líquido com um mínimo de sólidos. 
 
 
 
OPERAÇÕES DE SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
Espessamento da suspensão: inicialmente se tem 
uma suspensão concentrada para obter os sólidos 
com uma quantidade mínima possível de líquido. 
Tipos de Decantação...livre ou retardada 
 
Na decantação livre... as partículas encontram-se bem 
afastadas das paredes do recipiente e a distância 
entre cada partícula é suficiente para garantir que 
uma não interfira na outra. 
OPERAÇÕES DE SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
 
A decantação retardada ou ainda decantação com 
interferência ocorre quando as partículas estão muito 
próximas umas das outras, sendo muito frequente o 
número de colisões 
Pelo lei de Stokes, os fatores que controlam a velocidade de 
decantação do sólido através do meio resistente são: 
 
 
 
 
 
 
Vs é a velocidade de sedimentação das partículas (m/s) 
ρ - densidades do sólido e do líquido (kg/m3); 
R- raio e a forma das partículas (m); 
µ- a viscosidade do fluido (m2/s). 
g – gravidade (m/s2) 
OPERAÇÕES DE SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
Para aumentar a velocidade de decantação: 
 
Aumento da temperatura, pois a viscosidade do 
fluido é influenciada pela temperatura. 
...Porém, o diâmetro e as densidades são 
fatores mais importantes. 
...é possível, antes da decantação, realizar uma 
etapa visando o aumento das partículas. 
OPERAÇÕES DE SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
Aumento do tamanho das partículas : 
 digestão e/ou floculação 
 
A digestão consiste em deixar a suspensão em repouso 
até que as partículas finas sejam dissolvidas enquanto 
as grandes crescem à custa das pequenas. 
 
A floculação consiste em aglomerar as partículas à custa 
de forças de Van Der Waals (força de atração entre as 
moléculas), dando origem a flocos de maior tamanho 
que o das partículas isoladas. 
 
OPERAÇÕES DE SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
O uso de agentes floculantes: 
Objetivo: aumentar a probabilidade dos aglomerados recém-formados 
não se desagregarem espontaneamente, são eles: 
 
Eletrólitos: neutralizam a dupla camada elétrica existente nas 
partículas sólidas em suspensão, eliminando dessa forma as forças 
de repulsão que favorecem a dispersão. 
 
Coagulantes: provocam a formação de precipitados gelatinosos 
capazes de arrastar consigo. Por exemplo na clarificação de usa-se 
sais de alumínio e de ferro. 
 
Agentes tensoativos: arrastam consigo os finos de difícil decantação, 
ex. Amido, gelatina, cola. 
 
Polieletrólitos: são polímeros de cadeias longas com um grande 
número de pontos ativos nos quais as partículas sólidas se fixam, 
formando flocos. 
OPERAÇÕES DE SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
Floculação e Flotação 
A sedimentação industrial pode ser operada 
descontinuamente ou ainda continuamente em 
equipamentos denominados tanques de decantação 
ou decantadores (clarificadores ou espessadores). 
OPERAÇÕES DE SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
Decantadores para Sólidos Grosseiros: 
Esta separação pode ser realizada em tanques de decantação operando em batelada 
ou em processo contínuo. As partículas podem ser retiradas pelo fundo do 
decantador e o fluido um pouco acima, ou ambos pelo fundo, através de manobras 
adequadas. 
Decantador de rastelos  a suspensão 
é alimentada num ponto intermediário de 
uma calha inclinada. Um conjunto de 
rastelos arrasta os grossos (decantados 
facilmente), para a parte superior da 
calha. Devido à agitação moderada 
promovida pelos rastelos, os finos 
permanecem na suspensão que é retirada 
através de um vertedor que existe na 
borda superior da calha. 
Decantador helicoidal  semelhante ao anterior, onde a 
suspensão é alimentada num ponto intermediário de uma 
calha semicircular inclinada. A helicoide arrasta 
continuamente os grossos para a extremidade superior da 
calha. O movimento lento promovido pelo mecanismo 
transportador evita a decantação dos finos, que 
permanecem na suspensão sendo retirada através de um 
vertedor. 
OPERAÇÕES DE SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
Hidrosseparador  o mais 
conhecido é um tanque cilíndrico 
com fundo cônico e equipado com 
rastelos que giram lentamente. 
Esses equipamentos funcionam 
como classificadores ou 
separadores de primeiro estágio, 
pois os finos devem ser retirados 
do líquido em decantadores de 
segundo estágio. 
Adaptado de Von Sperling, 2005 
OPERAÇÕES DE SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
• A decantação de sólidos finos pode ser feita sem 
interferência mútua das partículas (decantação livre) ou 
com interferência (decantação retardada). 
• O tipo de decantação, de modo geral, depende da 
concentração de sólidos na suspensão. 
• A velocidade de decantação pode ser calculada através 
de correlações empíricas para a decantação retardada e 
pelas leis de Stokes e Newton. 
• O projeto de decantadores é baseado em ensaios de 
decantação realizados em laboratório devido ao 
desconhecimento das verdadeiras características das 
partículas... 
OPERAÇÕES DE SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
• Os ensaios de laboratório são conduzidos de 
maneira diferente quando se trata de solução 
diluída ou concentrada, estes experimentos 
permitem a obtenção das curvas de 
decantação da suspensão. 
OPERAÇÕES DE SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO 
Dimensionamento de Decantadores 
 
O projeto de decantadores se baseia na curva de decantação... 
 
 a amostra previamente homogeneizada da suspensão é colocada 
num tubo de vidro graduado de seção constante (proveta) e deixada 
em repouso... 
 depois de um certo tempo, as partículas mais grossas depositam-se 
no fundo do tubo e as mais finas continuam em suspensão... 
 As partículas intermediárias ficam distribuídas em diversas alturas 
de acordo com a sua granulometria. 
 não há uma linha nítida de separação entre a suspensão e o líquido 
clarificado. 
 A única separação nítida é entre o sedimento sólido depositado no 
fundo e o resto da suspensão... 
É a separação de uma suspensão diluída pela ação da força 
do campo gravitacional, para obter um fluído límpido e uma 
“lama”com a maior parte de sólidos. 
CURVAS DE DECANTAÇÃO 
Tipos de lama: 
18 
tempo 
Mecanismo de Decantação 
A- Líquido clarificado: 
B- Suspensão com a mesma concentração inicial 
 
Dimensionamento de Decantadores 
C- Zona de transição: a concentração da suspensão aumenta gradativamente... 
D- Suspensão espessada na zona de compressão: suspensão onde os sólidos 
decantados sob a forma de flocos... 
E- Sólido grosseiro 
 
Dimensionamento de Decantadores 
Dimensionamento de Clarificadores 
A área de decantação S (m2) é obtida a 
partir de dados experimentais podendo 
ser calculada pela equação ... 
 
 
 
 
QA = vazão volumétrica da suspensão alimentada (m3/h) 
u = velocidade de decantação (m/h) 
u
A
Q
S 
Vs 
Vs 
 
A partir da curva de decantação se obtém a 
velocidade de decantação. 
 Durante o ensaio de decantação se mede a 
altura Z da interface do líquido límpido no 
recipiente graduado em diversos instantes e 
traça-se a curva versus Z vs. Ɵ... 
Dimensionamento de Decantadores 
Durante um ensaio de decantação... 
utilizando uma suspensão concentrada 
(superior a 50g/L) mede-se a altura Z da 
superfície de separação entre o líquido 
clarificado e a suspensão. 
 Quando a decantação tem início, a 
suspensão encontra-se a uma altura Zo e 
sua concentração Co é uniforme ... 
Dimensionamento de Decantadores 
 Ensaio de decantação 
 
 
Dimensionamento de Decantadores 
...a velocidadede decantação pode ser 
obtida pela equação... 
 
 
Z = altura da interface do sólido; Ɵ = tempo de 
decantação 
Zo = altura inicial da suspensão na proveta 
Zf = altura dos sólidos depositados no fundo do recipiente 
após o término da decantação 
Ɵf = tempo no final da decantação 
f
fZZ
u



0
Dimensionamento de Decantadores 
Vs 
Dimensionamento de Decantadores 
28 
Mecanismo (fases) da sedimentação 
tempo 
Zona clarificada 
Zona de concentração 
uniforme 
Sólidos sedimentados 
 
Zona de transição 
 
Zona de concentração 
não-uniforme 
 
Pode acontecer em batelada ou 
processo contínuo. A diferença é 
que em processo contínuo, a 
situação mostrada na proveta #3 se 
mantém, permitindo a entrada e 
saídas constantes. 
#3 
Em uma operação descontínua de decantação, 
conforme foi mostrado, as alturas das várias 
zonas variam com o tempo. 
Em um equipamento que opera continuamente, as 
mesmas zonas estão presentes. 
No entanto, uma vez atingido o regime 
permanente as alturas de cada zona serão 
constantes.... 
Dimensionamento de Decantadores 
ESTUDO DE CASO SEDIMENTAÇÃO 
DISCRETA 
► As partículas permanecem com dimensões e velocidades 
constantes ao longo do processo de sedimentação, não 
ocorrendo interação entre as mesmas. 
Decantadores em uma instalação de 
tratamento de esgotos 
30 
t
H
vs 
t
L
BH
t
LBH
Area
Q
v
h


B 
H 
L 
1 
Vh 
Vs 
L
Hv
v h
S
.

Area
Q
vAvQ
hh


 .
Considere o 
decantador horizontal 
ao lado e a trajetória 
da partícula sólida 
(linha tracejada): 
Taxa de escoamento superficial na direção “h”: 
Velocidade média da partícula na direção “s”: 
(velocidade de sedimentação) 
[1] 
[2] 
Isolando “t” de [1] e substituindo em [2] tem-se: 
[3] 
Como a velocidade da partícula na direção “h” é a mesma do fluído, tem-se de [1]: 
[4] 
Cálculos de Projeto t1 t2 t = t2-t1 = t 
31 escoamentodeÁrea
Q
BH
Q
v
h


Substituindo agora [4] em [3] tem-se: 
ãosedimentaçdeArea
Q
BL
Q
L
H
BH
Q
v
S

 [5] 
“vs” = velocidade (vertical) de sedimentação (m/s) 
“vh” = taxa (horizontal) de escoamento superficial (m3/m2/dia) 
escoamentodeÁrea
Q
BH
Q
v
h


ãosedimentaçdeArea
Q
BL
Q
v
S


Equações básicas para sedimentação discreta: 
32 
L
Hv
v h
S
.

BH
Q
v
h


 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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