Aula Sedimentação 2018 al

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Operações Unitárias
Profa. Dra. Virginia A. S. Moris
UFSCar - Campus Sorocaba
Curso de Engenharia de Produção
Aula: Sedimentação
Sedimentação
Projeto do Sedimentador: Cálculo da Área e Altura
Esses cálculos baseiam-se classicamente nos testes de proveta.
Se a solução for “bem comportada” (partículas de tamanho 
uniforme=homogênea) aparecem na proveta 4 regiões distintas.
Região clarificada
Região de concentração constante
Região de concentração variável 
Região de sedimento
* Região 3 normalmente não aparece em sedimentador contínuo
Cálculo da Área do Sedimentador
F – vazão de alimentação, [L3/T]
 – tempo de sedimentação [T]
L – vazão de suspensão descendente, em um nível qualquer do 
sedimentador, [L3/T]
V – vazão de líquido ascendente, em um nível qualquer do 
sedimentador, [L3/T]
U – vazão de lama que deixa o sedimentador, [L3/T]
c – concentração de sólidos, [L3 sólido/L3 suspensão]
c0 – concentração inicial na alimentação
ce – concentração na lama espessa
A – área da seção transversal do sedimentador, [L2]



 
e
0
c
1
c
1
A
c.F
v 




eccv
cFA 11. 0ou(7) (8)
No caso de ser dado a vazão mássica a eq(8) fica da seguinte forma:
 e
f
o
ww
v
mA 
.
(9)
Fazendo os balanços de massa e todas as operações, chega-se na seguinte 
Equação para o cálculo da área de um sedimentador:
Onde:
 m – vazão mássica da alimentação, [M/T]
 f – densidade da suspensão, [M/L3]
 v - velocidade de ascensão do líquido [L/T]
 w – concentração de sólidos, [M suspensão/M sólido]
w0 – concentração inicial na alimentação
we – concentração na lama espessa
 A – área da seção transversal do sedimentador, [L2]
Para que o overflow saia límpido é necessário que a velocidade de
ascensão do líquido, v, não exceda a velocidade de sedimentação do
sólido. Assim, considera-se v como a velocidade de sedimentação.
Os valores de A devem ser calculados para toda a gama de
concentrações presentes e o projeto deve se basear no maior valor de A
obtido.
Classicamente, c em função de v e é determinado através de teste de
proveta- em laboratório.
Algumas Observações:
Sedimentação em Proveta
Após o ponto de sedimentação crítico: processo de compressão lenta 
dos sólidos, com a expulsão do líquido retido para a região límpida.
Zona D: partículas mais pesadas: sedimentação mais rápida
Zona C: distribuição variável de tamanho e concentração não uniforme
Zona B: concentração uniforme proporcional a concentração inicial 
(divisão nítida, quando as partículas são uniformes)
Zona A: Líquido límpido.
Métodos
O dimensionamento da área de um sedimentador pode ser feito por 
vários métodos:
a) COE e CLEVENGER
b) KYNCH
c) TAHMADGE E FITCH
d) ROBERTS
Os mais clássicos e utilizados são KYNCH e COE e CLEVENGER
a) Versão Coe e Clavenger
Testes de provetas a diferentes concentrações iniciais, c, medindo-se a 
velocidade de sedimentação, v. 
Aula laboratório.
Exercício 1
Uma suspensão de CaCO3 contendo 5 lb H2O/lb sólido
deve ser espessada em uma lama contendo 1,5 lb H2O/lb
sólido. Ensaios com provetas em laboratório
fornecem:[versão Coe e Clavenger]
Concentração
Inicial
(lbH2O/lbsólido)
5,0 4,2 3,7 3,1 2,5
Veloc.sedim.
(ft/h)
2,0 1,2 0,94 0,7 0,5
Calcule a área necessária do sedimentador para produzir
4800 lb/h de sólido.
Cálculo da Altura do Sedimentador
A altura do sedimentador está intimamente relacionada com a
capacidade de compactação. É feita uma “estimativa” da região de
compactação do sedimentador contínuo.
A
líquidos volumesólidos volumeH  (na região de compactação)






flodo
fs0
A
tFc.
3
4H
fator de correção
Resta obter o tempo de residência t, desde o início da compactação até que
se atinja a concentração final.
Procedimento sugerido por Coulson & Richardson:
A altura total do sedimentador é normalmente tomada como sendo 2xH.
Determinação do ponto crítico através do gráfico logz x log
Exemplo 2
Calcular a altura e o diâmetro do seguinte sedimentador com as seguintes 
características:
Área da seção transversal = 240 ft2
Vazão de sólidos = 4.800lb/h
Conc. Lama espessa = 1,5 lb H2O/ lb sólido
Tempo de compactação = 3h
s = 2,7 g/cm3 e f = 1,0 g/cm3
lodo= 1,34 g/cm3
Unidades: 1cm3=3,53.10-5 ft3
1g=2,20.10-3 lb