CICLONES E HIDROCICLONES

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CENTRO DE ENSINO SUPERIOR DE CONSELHEIRO LAFAIETE – CES-CL 
ENGENHARIA QUÍMICA – 5º PERÍODO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OPERAÇÕES UNITÁRIAS I 
Ciclone e Hidrociclone 
 
 
 
 
 
DENER VIEIRA 
ELIANE OLIVEIRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONSELHEIRO LAFAIETE - MG 
2018 
 
 
DENER VIEIRA 
ELIANE OLIVEIRA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OPERAÇÕES UNITÁRIAS I 
Ciclone e Hidrociclone 
 
 
 
 
 
Trabalho apresentado à disciplina de 
Operações Unitárias I do Centro de Ensino 
Superior de Conselheiro Lafaiete – CES-CL, 
correspondente ao 5º período de Engenharia 
Química. 
Professor: Msc. Vitor Franco 
 
 
 
 
 
 
 
CONSELHEIRO LAFAIETE – MG 
2018 
 
 
SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 4 
2 CICLONES ...................................................................................................................... 5 
2.1 Funcionamento do Ciclone……………………………...………………...…………….5 
2.2 Vantagem do Ciclone………………………………………………………..…………..6 
2.3 Desvantagem de Ciclone……………...…………………………………….…………...6 
2.4 Relação de dimensionamento de um Ciclone…………………………………………..6 
2.5 Dimensionamento de um Ciclone……………………………………………………….7 
3 HIDROCICLONES………………………………………………………..........................8 
 3.1 Funcionamento do Hidrociclone………………………………...…………………..…..8 
 3.2 Vantagem do Hidrociclone…………...……………………………………………..…...9 
 3.3 Desvantagem do Hidrociclone…………………………...………………………..……..9 
 3.4 Dimensionamento de um Hidrociclone………………………………………………..10 
4 CONCLUSÃO……………..………………………………………………………..….....11 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………...………………………….12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
Há mais de um século, as indústrias vêm usando o principio de separação por ciclônicos. Essa 
separação se baseia na geração de um campo centrífugo, atuando de maneira semelhante a 
separadores gravitacionais, porém com uma intensidade dezenas ou centenas vezes maior, 
promovendo a separação de fluídos ou fluídos/sólidos imiscíveis e de diferentes densidades. 
Equipamentos que geram campo centrífugo pelo uso de um corpo rotativo (com necessidade 
de acionamento externo ou motor) são chamados de centrífugas. Esse campo centrífugo é 
formado pelas condições impostas ao escoamento do fluido que passa pelo equipamento, já os 
separadores por ciclone não possuem quaisquer partes móveis. 
Os separadores ciclônicos podem ser classificados em função dos fluidos e/ou sólidos que 
manipulam. Se a fase contínua é um gás ou vapor, o dispositivo é denominado ciclones, 
porém se a fase contínua for um líquido, o dispositivo é denominado de hidrociclones, 
entretando, o principio de funcionamento e as principais características de ambos são muito 
semelhantes. 
Os hidrociclones são muito usados para a separação de sólido/liquido na indústria de 
mineração, e desde então se tornaram um importante processo unitário. 
Os ciclones e hidrociclones são equipamentos tubulares, constítuidos de partes cilíndricas e 
cônicas justapostas, nos quais a dispersão (fluido a sofrer separação) é alimentada por um 
tubo de entrada tangencial cujo eixo é normal ao eixo do equipamento. 
 
 
 
 
5 
 
2 CICLONES 
 
Ciclones podem ser considerados equipamentos relativamente simples, sem partes móveis, 
empregados para remover partículas, especificamente maiores que 5 m, de uma corrente de 
gás. Para separação de líquido, denomina-se de hidrociclones. Eles são utilizados em 
diferentes segmentos industriais, tais como: alimentício, farmacêutico, químico, metalúrgico, 
mineração, entre outros. 
O ciclone é uma câmara de sedimentação na qual o campo gravitacional é substituído pelo 
campo centrífugo de 5 a 2.500 gramas. 
 
2.1 Funcionamento do Ciclone 
 
A corrente de gás contendo particulado entra tangencialmente na câmara do ciclone a alta 
velocidade (6-20 m/s), e devido à centrifugação deste tem-se o estabelecimento de um campo 
centrífugo que proporciona a separação gás-partícula. As partículas percorrem trajetórias 
helicoidais na direção radial e são capturadas quando atingem a superfície da região cônica e 
escorregam até o fundo do trecho cônico, onde são descarregadas. As partículas muito finas 
acabam arrastadas pela corrente de gás e saem pelo topo. 
 
 
Figura 1. Ciclone
6 
 
Velocidades maiores que 20 m/s que entram no ciclone, normalmente são consideradas 
impraticáveis devido à abrasão provocada e a alta perda de carga. 
 
2.2 Vantagens do Ciclone 
 
- Baixo Custo; 
- Não tem peças móveis, ou seja, o custo da manutenção se torna baixo; 
- Operam a seco ou a úmido, tanto a baixas temperaturas e pressões como a temperaturas até 
1.000ºC e pressões altas como 500 atm; 
- A eficiência é muito boa para partículas maiores que 10 microns; 
- Tem melhor desempenho que os separadores do tipo câmaras gravitacionais e inerciais ou de 
impacto. 
 
2.3 Desvantagens do Ciclone 
 
- Apresentam menor eficiência na separação de partículas menores que 5 a 10 ; 
- Para partículas de tamanhos como estes, o ciclone teria de ser muito pequeno o que traria 
alta perda de carga; 
- Para partículas maiores que 200  são menos econômicos que as câmaras gravitacionais; 
- O custo de operação é maior devido a perda de carga que acrescenta. 
Os ciclones são muito usados na indústria para recuperar material arrastado, efetuar limpeza 
de gases e vapores de processo, evitar poluição e por razões de segurança. 
 
2.4 Relação de dimensão de um ciclone 
 
Relação de dimensão de um ciclone convencional: 
 
- L = 2Dc (2.1) 
- z = 2Dc (2.2) 
- Ds = Dc/2 (2.3) 
- J = Dc/4 (2.4) 
- B = Dc/4 (2.5) 
- H = Dc/2 (2.6) 
 Figura 2. Dimensão de um Ciclone 
11 
2.5 Dimensionamento de um ciclone 
 
A velocidade de escoamento no interior do equipamento sofre uma distribuição, de modo que 
a componente tangencial da velocidade (vtR) aumenta com a diminuição do raio, de acordo 
com a seguinte equação: 
 
 
 (2.7) 
 
Para dimensionar o ciclone podemos utilizar a Relação Empírica de Rosin, Rammler e 
Intelmann: 
 
 
 
 (2.8) 
 
Onde: 
D’= Dcorte = diâmetro de corte 
B = Largura do duto de entrada do ciclone 
N = Número de voltas feitas pelo gás no interior do ciclone (igual a 5) 
v = Velocidade de entrada do gás no ciclone baseada na área B.H (recomenda-se usar 15 m/s); 
μ = Viscosidade do gás; 
ρ = Densidade do gás; 
ρp = Densidade do sólido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
n
pp
tR
r
bD
v





18
)(2
)(2
9'





pvN
B
D
8 
 
3 HIDROCICLONES 
 
Hidrociclones são equipamentos versáteis, de capacidade elevada e sem partes móveis é 
extremamente simples. Com um escoamento fortemente tri-dimensional, pois é confinado em 
uma geometria cônica ou cilíndrica, sendo induzida a uma rotação. 
Possuem uma vasta aplicação na área de processamento mineral, nos circuitos fechados de 
moagem, na deslamagem de minérios para a flotação, na remoção de partículas menores que 
10 m, operação de desaguamento. 
 
3.1 Funcionamento do Hidrociclone 
 
Os hidrociclones são alimentados com polpa de minério, resultando como produtos o 
underflow e o overflow. O primeiro contém a maior parte das partículas grossas que foram 
alimentadas e o segundo engloba a maioria das partículas finas. 
Consiste em uma parte cilíndrica seguida de uma parte cônica que possui, em seu vértice, uma 
abertura,denominada apex, pela qual descarrega o underflow. A alimentação é introduzida 
tangencialmente à seção cilíndrica, em que há um tubo coaxial denominado de vortex finder, 
pelo qual é descarregado o overflow. 
A energia potencial armazenada na polpa, em razão do bombeamento é transformada em 
energia cinética, e devido à geometria do hidrociclone, esta produz um movimento rotacional 
da polpa. As partículas de diâmetros maiores tendem a ocupar as regiões mais periféricas do 
cilindro e, consequentemente do cone. As partículas de diâmetros menores são deslocadas 
para a região central do hidrociclones. Desta forma, a região próxima à parede do 
hidrociclones é ocupada, preferencialmente, por polpa com predominância de partículas 
grossas e região central, por polpa com predominância de partículas finas. 
A região central do hidrociclone, na qual ocorre à mudança da seção cilíndrica para a cônica, 
o sentido do escoamento é invertido. Nessa seção cônica ocorre o estrangulamento no apex do 
cone, fazendo com que a maior parte do fluxo, com menor quantidade de partículas, seja 
descarregado no orifício oposto, o vortex finder, de diâmetro relativamente maior que o do 
apex. Isto possibilita a classificação, pois a polpa da região central, descarregada pelo
9 
 
overflow, contém uma população relativamente maior de partículas finas comparada àquela 
descarregada pelo underflow. 
 
 
Figura 3. Hidrociclone 
 
3.2 Vantagens do Hidrociclone 
 
- Apresentam capacidade elevada em relação ao seu volume e área ocupada; 
- Controle operacional relativamente simples; 
- Apresentam pequeno custo de investimento; 
- Elevada disponibilidade, pois tem sempre unidades em stand-by devido ao baixo preço e 
pequeno espaço ocupado. 
 
3.3 Desvantagem do Hidrociclone 
 
- Quando há variações nas condições de alimentação, o controle da não passagem de grosso 
para o overflow fica mais difícil, pois pode ocorrer sobrecarga no ápex e as partículas serem 
rejeitadas; 
- Não apresentam efeito regulador para minimizar oscilações operacionais de curto período na 
alimentação devido ao seu pequeno volume. 
 
 
10 
3.4 Dimensionamento de Hidrociclone 
 
Dentre os modelos empíricos utilizados para o dimensionamento de hidrociclones, o mais 
utilizado é o modelo de Plitt, que foi obtido por meio de um programa de regressão linear 
múltipla que testou diferentes tipos de formas funcionais das variáveis (linear, potencial e 
exponencial) e de suas diferentes combinações, onde apenas variáveis com grau de 
significância maior ou igual a 99% foram incluídas no modelo. As variáveis consideradas são: 
diâmetro de corte, divisão de fluxo, capacidade, eficiência de separação, bem como variáveis 
geométricas e operacionais do hidrociclone. Tal modelo pode ser utilizado sem a necessidade 
da obtenção de dados experimentais adicionais para a predição da operação de hidrociclones 
para uma ampla faixa de condições operacionais, devido ao volume de dados experimentais 
utilizados na validação e pela inclusão das variáveis supracitadas no modelo. Na validação de 
seu modelo, Plitt utiliza 297 ensaios individuais em hidrociclones, dos quais 123 ensaios 
foram realizados por Lynch e Rao em hidrociclones Krebs de 20” de diâmetro, trabalhando 
com lamas e porcentagem de sólido variando de 15% a 70%. 
O diâmetro de corte corrigido (em µm) é dado por: 
 
 (3.1) 
 
 
onde: 
Dc é o diâmetro da parte cilíndrica do hidrociclone [cm]; 
 Di é o diâmetro de alimentação do hidrociclone [cm]; 
 Do é o diâmetro do vórtex [cm]; 
Du é o diâmetro do ápex [cm]; 
 h é a altura livre do hidrociclone, medida desde o ápex até a parte inferior do vórtex finder 
[cm]; 
 Q é a vazão volumétrica de polpa na alimentação [L/min]; 
ρl é a massa especifica da fase líquida (normalmente água) [g/cm3 ]; 
 ρs é a massa especifica do sólido [g/cm3 ]; 
 ϕ é a porcentagem de sólidos em volume na polpa de alimentação [%]. 
 
 
 
10 
4 CONCLUSÃO 
 
Ciclones e Hidrociclones possuem vastas semelhanças, tendo como principal diferença, o 
fluido que passa sobre eles. Se a fase continua é um gás ou vapor, o dispositivo é denominado 
ciclones, porém se a fase continua for um liquido, o dispositivo é denominado de 
hidrociclones, entretanto, o principio de funcionamento e as principais características de 
ambos são muito semelhantes. São equipamentos bem simples que possuem como função a 
separação de sólido-gás ou sólido-líquido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
Ciclones e Funcionamento dos Ciclones. Disponível em: 
<http://www.lscp.pqi.ep.usp.br/disciplinas/pqi2303/arquivos/Apostila%20Particulados%2020
13.pdf> Acesso em 20 de maio de 2018. 
Vantagens e Desvantagens do Ciclone. Disponível em: 
<http://www.saraivavogal.com.br/mudan%C3%A7as/OPERA%C3%87%C3%95ES%20UNI
T%C3%81RIAS/10%20%E2%80%93%20CICLONES.pdf> Acesso em 20 de maio de 2018. 
Hidrociclone e Funcionamento dos Hidrociclones. Disponível em: 
<http://mineralis.cetem.gov.br/bitstream/cetem/1035/1/Cap%207%20Hidrociclone.pdf> 
Acesso em 20 de maio de 2018. 
Hidrociclones. Disponível em <http://www.passeidireto.com/arquivo/48562456/ciclones-e-
hidrociclones-pronto> Acesso em 18 de junho de 2018.