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Operações Unitárias I
Aula 6 – Separação sólido-líquido
Douglas Richter, M.Sc.
2019
INTRODUÇÃO
Operações Unitárias I
Premissas
• A maioria dos processos industriais é feita a 
úmido
• Remoção de água :
o Métodos mecânicos/naturais
o Métodos térmicos
• Separação sólido-líquido também é feita em 
etapas
Equipamentos
ESPESSAMENTO
Operações Unitárias I
Espessamento
• Separação de um fluxo material em duas 
populações:
o Underflow, com maior porcentagem de sólidos
o Overflow, com menor porcentagem de sólidos
• Espessadores podem receber polpas diluídas 
(5-10% sólidos) ou espessas (65-70%)
• Espessadores não podem estocar material em 
seu interior
Espessador convencional
• Desde 1905
• Apoio do rastelo central
o Coluna: ø > 30 m
o Ponte: até ø 25-30 m
• Apoio do rastelo 
periférico
• Decantação 
concorrente
Características operacionais
• Alimentação feita por gravidade: inclinação 1,0-
1,5%
• Velocidade da polpa: 2,5-3,0 m/s
• Torquímetro: ligado ao rastelo (rake), indica a 
força necessária para espessar a polpa; se 
excessiva, o rake levanta
• Nunca se faz descarga direta do UF: sempre 
bomba
• OF transborda pela calha até tanques: 
bombeamento
Espessador convencional
Espessador convencional
Espessador alta taxa (hi-rate)
• Desenvolvido nos anos 1980
• Redução na área ocupada 
por instalações 
convencionais
• Alimentação entra junto 
com floculante, e é então 
dispersada rapidamente por 
mistura mecânica estagiada 
(processo mais rápido)
• Automação: sensor de nível
• Decantação contra-corrente
(CCD)
Espessador alta taxa (hi-rate)
ENSAIO DE ESPESSAMENTO
Operações Unitárias I
Objetivos de um espessador
• Atender à demanda da unidade: razão de 
espessamento
• Fornecer underflow (UF) com a % sólidos 
adequada: máximo adensamento x reologia 
da polpa
• Fornecer preferivelmente overflow (OF) 
clarificado
• Ideal: ter experiência anterior; do contrário, 
ensaios de laboratório
Ensaio de espessamento
1 – Polpa alimentada
2 – Polpa adensada
3 – Polpa diluída
4 – Água clarificada
Hipóteses (“sedimentação livre”):
- Distribuição granulométrica restrita
- Pequena tendência à floculação
- Polpa alimentada densa
Regimes
Por fase
• Partículas floculam
Por compressão
• Características não 
discerníveis
Fenômenos
• Força da gravidade x empuxo:
o Densidade e viscosidade
o Tamanho, forma, rugosidade, densidade do sólido
o % sólidos, dispersão, pH, coagulantes, floculantes
o Geometria do equipamento
• Sedimentação livre x perturbada
Ensaio de espessamento
• Proveta 2000 ml
• Granulometria e % 
sólidos conhecidos
• Agitação, cronômetro!
• Gráfico altura da interface 
x tempo (24h ou mais)
• Determina-se condições 
ótimas: pH, % sólidos, 
dosagem de floculantes
• Verificar se é possível 
bombear o UF
Ensaio de espessamento
A – Polpa concentrada, floculada ou não
B – Polpa com período de indução
C – Ponto crítico (para cada curva) 
D – Polpa floculada diluída
E – Polpa não floculada, diluída
F – Polpa B, pré-floculada
DIMENSIONAMENTO
Operações Unitárias I
Fatores operacionais
• Inventário de polpa
• Vazão de underflow
• Densidade do underflow
• Nível da interface de sedimentação
• Clareza do overflow
• Dosagem de floculante
Cálculo
• Objetivo: determinar a razão de espessamento
• Coe & Clevenger: razão de espessamento é função 
exclusiva da velocidade de sedimentação na zona de 
sedimentação livre (subdimensionamento)
• Kynch (Talmage & Fitch): razão de espessamento é 
função exclusiva da diluição da polpa 
(superdimensionamento); exige apenas um ensaio
• Regra dos 3 ft: se a altura de compressão (hc) for maior 
que 3 ft, área deve ser recalculada
• Wilhelm & Naide: mais realista, mas não o melhor 
método (não faz parte do escopo do curso)
Cálculo
• Efetuar o balanço ao redor do espessador 
(sólidos, água, polpa, volumes)
• Partir da vazão de sólidos para determinar a 
área base a partir da razão de sedimentação
• Calcular área e altura da zona de compressão
• Determinar área correta a partir da altura
• Determinar volume do espessador
• Determinar altura total do espessador