Aula 19 Sedimentação

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Operações Unitárias 
 Sedimentação 
Uniaraxá 
Roney 
 
 
Introdução 
 Denomina-se sedimentação a operação que 
possibilita a separação sólido-líquido em um líquido 
clarificado e um lodo denso que contém uma 
grande concentração de sólidos (BROWN et al., 
1965). 
 Materiais com partículas possuindo 
diâmetros de alguns “μm” sedimentam 
vagarosamente em muitas operações práticas. 
Quando as partículas são aglomeradas ou 
floculadas elas sedimentam mais rapidamente. A 
taxa de sedimentação de partículas pequenas é 
difícil de predizer devido ao grande número de 
fatores envolvidos (SVAROVSKY , 1977). 
 
Sedimentação 
 O mecanismo da sedimentação pode ser descrito por meio da 
observação dos efeitos que ocorrem num ensaio de sedimentação dos sólidos 
de uma suspensão colocada numa proveta. A Figura. 1a mostra uma 
suspensão preparada de modo a ter a concentração uniforme ao longo de 
toda a altura da proveta. Logo que o processo de sedimentação principia, 
todas as partículas começam a sedimentar e, por hipótese, aproximam-se 
rapidamente das respectivas velocidades terminais. Estabelecem-se regiões 
de concentração diferentes. 
 A região C é de sólidos sedimentados que inclui, 
predominantemente, as maiores partículas com sedimentação mais rápida. 
Numa zona de transição, mal definida, acima do material sedimentado, 
existem canais através dos quais o fluido ascende. Este fluido é expelido da 
região D à medida que esta região é comprimida. A região C é uma região de 
distribuição variável de tamanhos e de concentração não uniforme. A região B 
é uma zona de concentração uniforme, com aproximadamente a mesma 
concentração e distribuição inicial. No topo da região B há uma fronteira 
acima da qual está a região de líquido límpido, região A. Se a suspensão 
original consistir de partículas bem uniformes nas dimensões menores, a linha 
entre A e B é bastante nítida (FOUST et al, 1982). 
 À medida que a sedimentação continua a altura de 
cada região varia, conforme está indicado na Fig. 1 b, c e d. 
Observe-se que A e D aumentam, chega-se a um ponto que 
B e C desaparecem, e todos os sólidos estão em D; este é 
conhecido como o ponto de sedimentação crítico (Figura 1e) 
isto é, o ponto em que uma única interface nítida forma-se 
entre o líquido límpido e os sedimentos. O processo de 
sedimentação, daí por diante, consiste na compressão lenta 
dos sólidos, com a expulsão do líquido retido entre os sólidos 
para a zona límpida. As velocidades de sedimentação são 
muito-pequenas nesta lama grossa. A fase final é um caso 
extremo de sedimentação impedida. Na Figura 2 são 
mostradas as regiões de sedimentação em um sistema 
contínuo. A Velocidade de sedimentação depende da 
concentração e do tamanho das partículas. 
 
Sedimentação 
 Após o ponto crítico, quando se estabelece uma 
única interface nítida entre o líquido límpido e os 
sedimentos, o processo de sedimentação, daí por 
diante, consiste na compressão lenta dos sólidos com 
expulsão do líquido retido entre os sólidos para a 
região límpida. A velocidade de sedimentação dos 
sólidos é pequena nesta lama concentrada. 
 Num equipamento que opera continuamente, 
depois de alcançado o estado estacionário (quando a 
suspensão de alimentação é injetada a uma taxa igual 
à taxa de remoção da lama e do líquido límpido do 
decantador) as alturas de cada região serão 
constantes. 
Sedimentação 
 O equipamento decantador é um espessador 
quando o produto desejado é a lama ou o lodo 
decantado, como no caso do tratamento de um minério. 
 O decantador é um clarificador quando a 
operação visa a produção de um líquido límpido, como 
no tratamento de água. 
 A Figura 3 mostra um espessador contínuo. A 
alimentação é realizada no centro do espessador. O lodo 
concentrado que se acumula no fundo do separador é 
descarregado por uma tubulação. 
 O projeto de um decantador exige a especificação 
da área da secção transversal e da altura. No projeto da 
unidade contínua utilizam-se as informações da 
sedimentação descontínua. 
Projeto 
Para realizar o projeto devem ser 
considerados os seguintes fatores: 
1) A área requerida para a clarificação; 
2) A área requerida para o espessamento; 
3) A velocidade de descarga do lodo. 
Geralmente a área requerida para o 
espessamento é maior do que a área 
requerida para a clarificação. 
 A concentração crítica que controla a 
capacidade de processamento do lodo 
concentrado ocorre em uma altura H2 onde a 
concentração é C2. 
 Este ponto é determinado pelas tangentes 
à curva, correspondendo à sedimentação e ao 
espessamento, conforme mostrado na Figura 5. 
No ponto de interseção das tangentes 
determina-se a bissetriz do ângulo formado, 
como se indica na Figura 5. O tempo “tu” pode 
ser quantificado como se indica a seguir: 
Projeto 
1) Construir uma linha horizontal na altura Hu, que 
corresponde à altura na qual os sólidos encontram-se 
na concentração de descarga (underflow), Cu. O valor 
de Hu é quantificado usando a Equação. 
 
 
2) Construir uma tangente á curva de 
sedimentação pelo ponto indicado por C2. 
3) Representar uma perpendicular a partir do 
ponto de interseção das duas linhas 
representadas nas Etapas 1 e 2. 
Na abscissa, eixo de tempo, t, localizar tu. 
A área requerida para o espessamento é 
calculada com uso da Equação (1). 
A área requerida na região de clarificação, 
também, é quantificada. 
 
Profundidade do decantador. 
 
 Numa série de ensaios num decantador contínuo, 
Comings determinou o efeito da vazão da fase pesada sobre a 
capacidade do sedimentador. 
 Em todos os ensaios, o líquido transbordante foi, 
essencialmente, um líquido límpido. A profundidade da zona de 
espessamento aumenta com a diminuição da vazão da face 
pesada. 
 Daí, o autor concluiu que a profundidade da zona de 
espessamento, no caso de lamas incompressíveis, é menos 
importante que o tempo de retenção de partículas no interior 
da unidade. Isto é, a área do sedimentador pode ser prevista, 
com certa segurança, a partir do limite de sedimentação e do 
volume da zona de compressão, determinado para que se 
tenha o tempo de retenção necessário.