Prática 07 Sedimentação

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Departamento de Engenharia Química 
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
PRÁTICA 07: SEDIMENTAÇÃO 
(OPERAÇÕES UNITÁRIAS) 
OBJETIVO 
 A partir de um ensaio em batelada de sedimentação dimensionar a área de um sedimentador 
contínuo através do método de Kynch e compará-lo com algum outro método de tratamento de dados de 
sedimentação. 
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
A sedimentação é uma operação unitária de separação de sólido-líquido baseada na ação da força 
gravitacional. Em função das diferentes densidades dos constituintes sólidos como também pela 
diferença do diâmetro das partículas há uma separação gradual entre as fases sólida e líquida. 
A sedimentação industrial ocorre em equipamentos denominados tanques de decantação ou 
decantadores, que podem atuar como espessadores ou clarificadores. Quando o produto é a “lama” se 
trata de espessador, e quando o produto é o líquido límpido temos um clarificador. 
Diversos processos industriais fazem uso do espessador e clarificador. 
O mecanismo da sedimentação pode ser descrito, da melhor forma, através da observação dos 
efeitos que ocorrem num ensaio de sedimentação dos sólidos numa suspensão colocada numa proveta. A 
Figura 1 mostra as diferentes zonas que aparecem em um teste de sedimentação em batelada: 
 
Figura 1. Sedimentação em proveta 
 
Onde: 
A: líquido límpido 
B: suspensão com concentração uniforme igual a inicial 
C: zona de dimensões e concentração variável 
 
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D: zona de compactação (sólidos sedimentados) 
 
No início em t=0, a solução tem uma concentração uniforme ao longo de toda a altura da 
proveta; as partículas de sólido são também quase uniformes. Logo que o processo de sedimentação 
inicia todas as partículas começam a decantar e a zona D de sólidos sedimentados inclui, 
predominantemente, as partículas mais pesadas. 
Numa zona de transição, acima do material sedimentado, existem canais através do qual o fluido 
se eleva. Este fluido é expelido da zona D à medida que esta zona é comprimida. A zona C é uma região 
de distribuição variável de tamanhos e de concentração não-uniforme. A zona B é uma zona de 
concentração uniforme, com aproximadamente a mesma concentração e distribuição que a inicial. No 
topo da região B há uma fronteira acima da qual está a região de líquido límpido, região A. 
Num teste de proveta o chamado ponto crítico ou ponto de compressão é atingido quando as 
fases B e C desaparecem, ficando apenas o líquido clarificado A e a suspensão em compressão D. Num 
sedimentador contínuo as mesmas zonas estão presentes, no entanto, uma vez que tenham atingido o 
estado permanente (quando a suspensão da alimentação é injetada à uma taxa igual a taxa de remoção da 
lama e do líquido límpido do decantador), as alturas de cada zona serão constantes. 
O projeto de um decantador exige a especificação da área da seção reta e a da profundidade. 
Dentre os métodos de dimensionamento da área, citam-se o de Talmadge & Fitch, o de Coe e Clevenger, 
o de Kynch, Yoshioka e Dick, e outros 
Na presente prática usaremos o método de Kynch. 
 Método de Kynch 
Kynch desenvolveu um método que possibilitava fazer o dimensionamento de um espessador 
convencional através de um simples ensaio de sedimentação em bancada. 
Etapas: 
- Após realizar o ensaio na proveta, determinando, ao longo do tempo (t), a altura medida do 
fundo do proveta até o nível inferior (z) do líquido clarificado. 
- Construir a curva z versus t. 
- Obter vários pares de v e C a partir da curva traçando tangentes em diversos pontos da curva. A 
partir dessas tangentes determina-se os valores t, z e zi. 
 Abaixo as equações de cálculo da velocidade (v) e da concentração (c): 
 
𝑣 = −
𝑑𝑧
𝑑𝑡
=
(𝑧𝑖 − 𝑧)
𝑡
 
𝐶 =
𝑧0. 𝐶0
𝑧𝑖
 
 
 
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Onde: 
Co = é a concentração inicial da suspensão usada no ensaio da proveta (kg/m
3
); 
zo = é a altura inicial da suspensão na proveta (m). 
Com a construção gráfica descrita calculam-se os diversos pares de valores de concentração e da 
velocidade de decantação, com os quais são calculados os valores correspondentes da área de seção 
transversal do decantador. O valor máximo obtido corresponde à área mínima do decantador. 
A área de um sedimentador contínuo pode ser dimensionada a partir da equação geral: 
𝐴 =
𝑄0𝐶0 (
1
𝐶 −
1
𝐶𝑠
)
𝑢
 
onde : 
A = área da seção transversal (m²); 
Co = concentração de sólidos na alimentação (kg/m³); 
Cs = concentração de sólidos na lama espessada (kg/m³); 
Qo = vazão volumétrica de alimentação (m³/s); 
u = velocidade de sedimentação na zona limite (m/s); 
C = concentração da suspensão na zona limite (kg/m³) (referente a z e t de cada ponto da curva 
de clarificação). 
Para o cálculo da altura mínima do sedimentador, pode-se utilizar a seguinte equação: 
𝑍𝑚𝑖𝑛 =
𝑧0. 𝐶0
𝐶𝑆
 
E a partir, deste, pode-se determinar graficamente o tempo mínimo de sedimentação para a 
suspensão a ser estudada. 
EXPERIMENTAL 
A) MATERIAIS 
- 220 g de CaCO3 
- 2 Provetas de 1000 mL 
- 2 Bastões para homogeneização 
- 2 Cronômetros 
- 2 Fitas métricas 
 
 
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B) PROCEDIMENTO 
- Preparar duas diferentes suspensões de cal: uma com concentração de 0,10 g/cm³ e a outra de 
0,12 g/cm³, respectivamente, em provetas de 1000 mL; 
- Agitar a suspensão com um bastão de vidro até sua uniformização; 
- Medir a altura da interface inferior do líquido clarificado em função do tempo, num intervalo 
de 30 a 60 segundos até 10 minutos, após esse tempo medir a cada 2 min até 20 min e, por último, medir 
a cada 4 min até uma altura aproximadamente constante entre as 3 medidas finais de tempo; 
- Se possível, anotar o tempo e a altura da interface correspondente ao ponto crítico. 
CÁLCULOS E ANÁLISES DOS RESULTADOS (QUESTIONÁRIO) 
1) Traçar as curvas de altura x tempo e velocidade de sedimentação x concentração para as suspensões 
de CaCO3; 
2) Com os dados obtidos calcular a área dos espessadores contínuos que operam com uma suspensão 
de cal (densidade = 2,2 g/cm³) com cada uma das concentrações de alimentação de 0,10 g/cm³ e 
0,12 g/cm³ e vazão de 250 m³/h, sendo a concentração da lama de 0,25 g/cm³, pelo método de 
Kynch; 
3) Pesquisar sobre outros métodos de cálculo de área do sedimentador, e escolher um deles para 
realizar também os cálculos da área do sedimentador e comparar os valores obtidos com os valores 
calculados pelo método de Kynch. 
4) Estimar (aplicando as considerações que julgar necessárias) a altura do sedimentador utilizando as 
áreas calculadas pelo método Kynch, com os valores encontrados para as duas diferentes 
concentrações utilizadas para esta prática; 
5) Pelo método da bissetriz (explicado pelo método Talmadge & Fitch), determinar o ponto crítico de 
sedimentação para cada uma das soluções trabalhadas; 
6) Estimar a altura mínima do sedimentador e o tempo mínimo de sedimentação; 
7) Analisar e discutir os resultados obtidos. 
BIBLIOGRAFIA 
FOUST, A. S.; CLUMP, C. W.; WENZEL, L. A.; Princípios de Operações Unitárias, 2ª Ed., editora 
LTC, 1992. 
GOMIDE, R. Operações Unitárias, Vols. 1 e 3, Editora FCA, 1983. 
McCABE, W. L.; SMITH, J. C.; HARRIOT, P. Unit Operations of Chemical Engineering, 6
th
 Ed. 
McGraw-Hill, 2001. 
PERRY, R. H.; GREEN, D. W. Perry’s chemical engineers’ handbook, 8
th
 Ed., McGraw-Hill, 2008. 
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