ESTUDO SOBRE CICLONES, HIDROCICLONES E CENTRÍFUGAS E SUAS APLICAÇÕES NA INDÚSTRIA QUÍMICA

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Disciplina: Operações Unitárias 
Docente: Alcivan Almeida Evangelista Neto 
Discente: Wigna Élen de Oliveira 
Curso: Biocombustíveis (4.8427.1V) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESTUDO SOBRE CICLONES, HIDROCICLONES E CENTRÍFUGAS E SUAS 
APLICAÇÕES NA INDÚSTRIA QUÍMICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Apodi – RN 
Novembro de 2020
 
SUMÁRIO 
 
1. CICLONES .......................................................................................................................... 3 
1.1. TIPOS DE CICLONES ..................................................................................................... 5 
1.1.1. Ciclone tipo Lapple ................................................................................................... 6 
1.1.2. Ciclone tipo Stairmand ............................................................................................. 6 
1.2. CICLONES EM SÉRIE E EM PARALELO ..................................................................... 6 
1.2.1. Ciclones em paralelo ................................................................................................. 6 
1.2.2. Ciclones em série ....................................................................................................... 6 
2. HIDROCICLONES ............................................................................................................ 7 
2.1. TIPOS DE HIDROCICLONES ........................................................................................ 8 
3. CENTRÍFUGAS .................................................................................................................. 9 
3.1. CENTRÍFUGAS FILTRANTES .................................................................................... 10 
3.2. CENTRÍFUGAS SEDIMENTADORAS ........................................................................ 10 
4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................ 12 
 
 
 
 
3 
 
1. CICLONES 
De acordo com Lacerda (2007), os ciclones são equipamentos usados desde o 
século XIX com o objetivo de resgatar materiais particulados – até maiores do que 5µm, 
tamanho considerado relativamente grande – inseridos em uma corrente de gás, isto é, em 
um sistema sólido-fluido. Tais máquinas podem operar em diversos tipos de indústrias 
(como nas químicas, para recuperar partículas úteis de alguns produtos; nas ambientais, 
para retirar fragmentos contaminadores do gás; e nas alimentícias, para separar alimentos) 
e, além disso, contam com diversas vantagens, por exemplo: têm fácil operação, 
manutenção barata, alta eficiência, ocupam pouco espaço, possuem grande durabilidade, 
operam individualmente ou em conjunto com outros ciclones, podem ser empregados 
como reatores químicos, como trocadores de calor etc. 
Conforme mostra a Figura 01, no que diz respeito à estrutura, os ciclones são 
formados por uma parte cilíndrica conectada à uma parte com formato de cone, na qual a 
parte de baixo é chamada de underflow e a de cima é chamada de overflow. Ademais, os 
ciclones possuem, também, algumas dimensões geométricas que são essenciais aos 
cálculos que envolvem esse tipo de equipamento: Dc – diâmetro da parte cilíndrica; Lc – 
altura da parte cilíndrica; Do – diâmetro do duto de saída do gás do overflow; Du – 
diâmetro do underflow; Zc – altura da parte cônica; Sc – comprimento do tubo de saída do 
gás no interior do ciclone; Hc – altura do duto de entrada da alimentação e, por fim, Bc – 
largura do duto de entrada da alimentação (LACERDA, 2007). 
Figura 01: Estrutura de um ciclone e suas principais dimensões 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: LACERDA, 2007 
4 
 
No interior do ciclone ocorre a disjunção das partículas de um meio gasoso. Para 
que isso aconteça, o fluido (gás), inicialmente, entra no equipamento – assim como está 
demonstrado na Figura 02 – e começa a realizar um forte movimento giratório, o qual fica 
estendido entre a abertura de cima e a de baixo do ciclone. Com a ação do campo 
centrífugo, o material particulado inserido no fluido passa a mover-se rumo à parede do 
equipamento, perdendo velocidade devido ao atrito e, posteriormente, sendo recolhido no 
underflow. Já o gás, que resta após a retirada das partículas, volta em direção à abertura 
na parte superior do ciclone, saindo da máquina (LACERDA, 2007). 
 
Figura 02: Vista da trajetória do fluido no interior de um ciclone 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Adentrando na parte de cálculos, começando pela equação geral do ciclone, tem-
se que: 
𝐷𝑝𝑐
𝐷𝑐
 = 𝐾 × √
𝜇𝐷𝑐
𝑄(𝑆 − 𝑓)
 
onde Dpc é o diâmetro de corte; Dc é o diâmetro da parte cilíndrica; K é o parâmetro do 
equipamento (que depende do tipo de ciclone); Q é a vazão volumétrica; ρs é a densidade 
dos sólidos e ρf é a densidade do fluido. 
Já para os cálculos da eficiência do ciclone, tem-se a seguinte equação: 
Ƞ = 
1
1 + (
𝐷𝑝𝑐
𝐷𝑐 )
2
 
onde ƞ é a eficiência do ciclone e Dp é o diâmetro da partícula. 
Fonte: LACERDA, 2007 
5 
 
1.1. TIPOS DE CICLONES 
Dentre diversos tipos de ciclones existentes, dois se destacam: o Lapple e o 
Stairmand, ambos com suas particularidades geométricas (expostas na Tabela 01). 
Tabela 01: Relações geométricas dos principais tipos de ciclones 
Dimensões Tipo Lapple Tipo Stairmand 
Bc/Dc 0,25 0,20 
Do/Dc 0,50 0,50 
Hc/Dc 0,50 0,50 
Lc/Dc 2,00 1,50 
Sc/Dc 0,62 0,50 
Zc/Dc 2,00 2,50 
Du/Dc 0,25 0,37 
Inclinação 0 0 
 
 
Os valores das dimensões dos ciclones tipos Lapple e Stairmand foram elaborados 
com base em inúmeros estudos e experimentos realizados, tudo isso com o intuito de 
atingir eficiências elevadas e quedas de pressão pequenas (SILVA, 2006). 
Alguns dados importantes a se saber sobre esses dois tipos de ciclones são os 
seguintes, expostos na Tabela 02, na qual K é o parâmetro do equipamento, β é o 
parâmetro que depende da geometria do ciclone e u é a velocidade linear. 
Tabela 02: Faixa de velocidade para cada tipo de ciclone 
Tipo de ciclone K β Faixa de velocidade 
Lapple 0,095 315 5 m/s ≤ u ≥ 20 m/s 
Stairmand 0,040 400 10 m/s ≤ u ≥ 30 m/s 
 
 
Para calcular β, tem-se a equação abaixo, na qual ΔP é a queda de pressão, 𝜌𝑓 é a 
densidade do fluido e uc é a velocidade na parte cilíndrica do ciclone: 
β = 
−ΔP

𝑓
 
𝑢𝑐2
2
 
Fonte: LACERDA, 2007 (Adaptado) 
Fonte: Elaborada pela autora, 2020 
6 
 
 1.1.1. Ciclone tipo Lapple 
As dimensões desse modelo de ciclone são equivalentes ao Dc e, além disso, seu 
funcionamento pode ser descrito em termos do Dpc, que diz respeito ao tamanho do 
material particulado que o ciclone irá recuperar (SILVA, 2006). 
Para realizar o cálculo da velocidade linear no ciclone tipo Lapple, utiliza-se a 
seguinte equação: 𝑢 = 
8𝑄
𝐷𝑐2
 . 
1.1.2. Ciclone tipo Stairmand 
Nesse modelo de ciclone, um número aceitável de material particulado com 
tamanho inferior ao Dpc, é desagregado juntamente com as partículas de tamanho maior 
e, ademais, um número de material particulado maior do que o Dpc sai junto com o gás 
limpo (SILVA, 2006). 
Para realizar o cálculo da velocidade linear no ciclone tipo Stairmand, utiliza-se a 
seguinte equação: 𝑢 = 
10𝑄
𝐷𝑐2
 . 
1.2. CICLONES EM SÉRIE E EM PARALELO 
Os ciclones são equipamentos capazes de operar tanto de maneira individual, 
quanto de maneira agrupada a outros ciclones – nesse caso, existe o método em paralelo 
e o em série. Em ambos os casos, o ΔP é calculado da seguinte maneira: ΔP = 4×ρf×𝑢2. 
1.2.1. Ciclones em paralelo 
Utilizando um exemplo com três ciclones, tem-se o seguinte esquema: 
 
 
 
1.2.2. Ciclones em série 
Ainda utilizando três ciclones como exemplo, no método em série, tem-se o 
seguinte: 
 
 
 
ΔP1 
Q 
 
ΔP2 
ΔP3 
Ƞp = Ƞ = 
1
1+(
𝐷𝑝𝑐
𝐷𝑐
)2
 ΔP1 = ΔP2 = ΔP3 = ΔPT 
 = 
Q Q Q Q 
ΔP1 ΔP2 ΔP3 
P0 P1 P1 P2 P2 P3 
ΔPT = ΔP1 + ΔP2 + ΔP3 
ΔPT = P1 – P0 + P2 – P1 + P3 – P2 
ΔPT = P3 –P0 
 
7 
 
2. HIDROCICLONES 
Assim como os ciclones, os hidrociclones tratam-se de máquinas que são 
utilizadas para separar material particulado inseridas em um fluido, o qual, nesse caso, é 
a água. Segundo Cruz e Carvalho (2018), os hidrociclones vêm sendo cada vez mais 
empregados nos ramos da engenharia, tornando-se um grande e promissor substituto de 
outros equipamentos/processos de separação, isso porque possui várias vantagens – como 
a manutenção simples, o custo barato e a segurança para a realização de procedimentos, 
por exemplo. 
Os hidrociclones possuem dimensões específicas (expostas na Figura 03), sendo 
Dc o diâmetro do hidrociclone; Di o diâmetro interno do duto de alimentação; Do o 
diâmetro interno do duto da suspensão diluída; Du o diâmetro interno do duto de 
suspensão concentrada; L a altura do hidrociclone; I a altura interna do duto de suspensão 
diluída e L1 a altura do corpo cilíndrico (ARRUDA, 2008). 
Figura 03: Estrutura de um hidrociclone e suas principais dimensões 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Em minérios, por exemplo, os hidrociclones são utilizados para recuperar 
partículas valiosas. O processo de separação do material particulado acontece, 
basicamente, quando há a introdução da polpa de minério (sólido) pelo duto de 
alimentação, juntamente com a água (fluido) (CRUZ; CARVALHO, 2018). Portanto, o 
que ocorre no interior de um hidrociclone é muito semelhante ao que ocorre em um 
ciclone, sendo a única diferença o fluido, que é água ao invés de gás. 
Fonte: ARRUDA, 2008 
8 
 
Para a realização de cálculos, começando pela equação geral do hidrociclone, tem-
se o seguinte: 
Dpc
Dc
 = K√
μDc
Q (
𝑆
 − 
𝑓
)
 f(RL) ∙ g(Cv) 
 
onde Dpc é o diâmetro de corte; Dc é o diâmetro da parte cilíndrica; K é o parâmetro do 
equipamento (que depende do tipo de hidrociclone); Q é a vazão volumétrica; 
𝑆
 é a 
densidade dos sólidos, 
𝑓 
é a densidade do fluido; f é o fator de correção que leva em 
consideração uma fração de material particulado colhido no underflow; RL é o fator do 
hidrociclone; g é o fator de correção que leva em consideração a concentração 
volumétrica de sólidos e Cv é a fração mássica de sólidos. 
 
 
2.1. TIPOS DE HIDROCICLONES 
Dentre alguns tipos de hidrociclones, os mais estudados são o de Reitema e o de 
Bradley. Ambos os modelos possuem semelhança em suas geometrias, conforme mostra 
a Tabela 03 (ARRUDA, 2008). 
Tabela 03: Relações geométricas para hidrociclones das famílias Reitema e 
Bradley. 
Relações Geométricas Modelo Reitema Modelo Bradley 
Di/Dc 0,28000 0,14 
Do/Dc 0,34000 0,20 
L/Dc 5,00000 -- 
L1/Dc -- 0,50 
Para calcular RL: 
RL = B (
Du
Dc
)
C
 
Para calcular f: 
𝑓 = 1 + 1,73 RL 
 
 
 
Para calcular g(Cv): 
g(Cv) = 
1
[4,8(1 − Cv)2 − 3,8(1 − Cv)]0,5
 
 
 
 
Para calcular Cv: 
Cv =
Vsólidos
Vtotal
 
 
Para calcular Vtotal: 
Vtotal = Vsólidos + Vlíquido 
 
Para calcular uc: 
Uc = 
Q
πDc
2 ÷ 4
 
 
Para calcular Re: 
Re = 
DC ∙ Ucρf
μ
 
 
9 
 
I/Dc 0,40000 0,33 
θ 20,0º 9,0º 
 
 
Tabela 04: Parâmetros de configurações de hidrociclones e condições operacionais 
recomendadas: 
Configuração K B C β Re Du/Dc 
Reitema 0,039 145 4,75 1200 3x103<Re<5x104 0,1-0,3 
Bradley 0,016 55,3 2,63 7500 3x103<Re<2x104 0,07-0,15 
 
 
3. CENTRÍFUGAS 
As centrífugas tratam-se de equipamentos utilizados em processos de separação 
nos quais mais de dois componentes (líquidos e/ou sólidos), com densidades distintas, 
estão, inicialmente, misturados. Para que ocorra a disjunção dos elementos da mistura, 
existem alguns tipos específicos de centrífugas – dos quais deve-se escolher o que for 
mais compatível com as particularidades almejadas ao fim do processo de separação. 
Resumidamente, as centrífugas podem ser classificadas em: centrífugas filtrantes e 
centrífugas sedimentadoras – conforme mostra a Figura 04 (AMÉRICO; OLIVEIRA; P., 
2011). 
Figura 04: Opções de centrífugas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: ARRUDA, 2008 (Adaptado) 
Fonte: AMÉRICO; OLIVEIRA; P., 2011 
10 
 
3.1. CENTRÍFUGAS FILTRANTES 
As centrífugas filtrantes (Figura 05) funcionam quando há a inserção da mistura 
pelo tubo de alimentação, que se encontra na parte de cima do equipamento. Quando o 
processo de separação se inicia, em razão de uma força centrífuga, a parte líquida e a 
sólida da mistura começam a se desagregar. Os sólidos, após se separarem do líquido, 
ficam depositados nos arredores do tambor e, constantemente, são postos para fora da 
centrífuga por meio de um processo hidráulico de destampamento. 
Figura 05: Imagem de uma centrífuga filtrante 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Esse tipo de centrífuga pode ser empregado em diversos âmbitos industriais, nos 
quais seja essencial o processo de separação de duas partes líquidas – com densidades 
distintas – e uma parte sólida. A título de exemplo, uns dos ramos em que esse 
equipamento pode ser utilizado são: purificação de óleo lubrificante e hidráulico, 
separação de plasma de sangue, produção de óleos vegetais etc. 
 
3.2. CENTRÍFUGAS SEDIMENTADORAS 
As centrífugas sedimentadoras (Figura 06) são utilizadas para desagregar, 
principalmente, algum líquido no qual exista sólidos suspensos (em concentração 
pequena). O processo de separação sólido-líquido que ocorre nesse equipamento tem 
início quando a o mesmo é alimentado. Posteriormente, o tambor giratório – com formato 
de cilindro – entra em ação e, em suas paredes internas, a fase mais pesada da mistura 
Fonte: NUNES, 2012 
11 
 
(sólido) fica depositada, a qual, constantemente, é colocada para fora da centrífuga por 
meio da rosca interna. 
Figura 06: Imagem de uma centrífuga sedimentadora 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Esse tipo de centrífuga, assim como o tipo anterior (filtrantes), pode ser 
empregado em diversos âmbitos industriais, como: indústrias químicas, onde acontece a 
geração de poliestireno, de uréia, de óxido de titânio e recuperação de sulfato de alumínio; 
indústrias do ramo alimentício, onde ocorrem fabricações variadas (de vinho, de amido, 
de óleo vegetal, de café solúvel etc.); usinas de álcool e açúcar, onde ocorre a recuperação 
do açúcar e produção de açúcar líquido; e refinarias. Além disso, as centrífugas 
sedimentadoras podem ser usadas em estações de tratamento de esgotos (ETE), em 
separações de sólidos do chorume, entre outras muitas aplicações na área de proteção 
ambiental. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
AMÉRICO, Ivail; OLIVEIRA, Regina Ap. de; P., Alex de Souza. Centrífugas. 2011. 
Disponível em: https://www.docsity.com/pt/centrifuga-33/4767010/. Acesso em: 26 nov. 
2020. 
ARRUDA, Aziel Alves de. Otimização de um hidrociclone utilizado na separação de 
uma mistura líquido-líquido. 2008. 47 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Mestrado 
em Desenvolvimento de Processos Ambientais, Universidade Católica de Pernambuco, 
Recife, 2008. Cap. 1. Disponível em: 
http://tede2.unicap.br:8080/bitstream/tede/915/2/dissertacao_aziel_alves_arruda.pdf. 
Acesso em: 26 nov. 2020. 
CRUZ, Andreza de Faria Alves; CARVALHO, Fernanda Raquel. Hidrociclones: Uma 
Revisão Bibliográfica e a Importância de Suas Aplicações em Processos De 
Separação. 2018. 6 f. Viçosa, 2018. Disponível em: 
https://academico.univicosa.com.br/revista/index.php/RevistaSimpac/article/viewFile/1
028/1265. Acesso em: 26 nov. 2020. 
LACERDA, Aderjane Ferreira. Estudo dos efeitos das variáveis geométricas no 
desempenho de ciclones convencionais e filtrantes. 2007. 100 f. Tese (Doutorado) - 
Curso de Engenharia Química, Departamento Faculdade de Engenharia Química, 
Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2007. Cap. 01e 02. Disponível em: 
https://repositorio.ufu.br/bitstream/123456789/15085/1/AFLacerdaDISS1PRT.pdf. 
Acesso em: 24 nov. 2020. 
NUNES, Gisele. Centrifugação. Minas Gerais, 2012. 29slides, color. Disponível em: 
http://www.tecquimica.cefetmg.br/galerias/arquivos_download/Centrifugaxo_-
_Gisele_-_CEFET_2012.pdf. Acesso em: 26 nov. 2020. 
SILVA, Marcela Kotsuka da. Estudo de Modelagem Numérica Tridimensional de 
Ciclones do Tipo Lapple para Separação Gás-Sólido. 2006. 91 f. Dissertação - Curso 
de Engenharia Química, Departamento de Engenharia Química e Engenharia de 
Alimentos, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2006. Cap. 02. 
Disponível em: 
https://www.docsity.com/pt/centrifuga-33/4767010/
http://tede2.unicap.br:8080/bitstream/tede/915/2/dissertacao_aziel_alves_arruda.pdf
https://academico.univicosa.com.br/revista/index.php/RevistaSimpac/article/viewFile/1028/1265
https://academico.univicosa.com.br/revista/index.php/RevistaSimpac/article/viewFile/1028/1265
https://repositorio.ufu.br/bitstream/123456789/15085/1/AFLacerdaDISS1PRT.pdf
13 
 
https://repositorio.ufsc.br/bitstream/handle/123456789/89536/226538.pdf?sequence=1. 
Acesso em: 25 nov. 2020. 
 
https://repositorio.ufsc.br/bitstream/handle/123456789/89536/226538.pdf?sequence=1