ApostilaOperações Unitarias nos Processos Industriais I versão 2014

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OPERAÇÕES UNITÁRIAS NOS PROCESSOS 
INDUSTRIAIS I 
APOSTILA - CURSO TÉCNICO EM QUÍMICA - MÓDULO 3° 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROF. SÉRGIO GIACOMASSI - 1° SEMESTRE - 2014
1 
 
CONTEÚDO 
 
1. Introdução às Operações Unitárias...................................................................... 
 
2 
2. Conversão de unidades de medidas do sistema internacional......................... 
 
4 
3. Transporte de sólidos............................................................................................ 7 
 
• Esteira........................................................................................................................ 
 
8 
 
• Caneca....................................................................................................................... 
 
10 
 
• Ar comprimido.......................................................................................................... 
 
 
11 
4. Transporte de líquidos........................................................................................... 15 
 
• bombeamento de líquidos e mecanismos............................................................. 
 
17 
 
• gravidade................................................................................................................... 
 
34 
 
• impulso...................................................................................................................... 
 
36 
 
• força centrifuga........................................................................................................ 
 
38 
 
• quantidade de movimento....................................................................................... 
 
40 
 
• movimento de vapor e gases.................................................................................. 
 
41 
 
• cálculo de vazão, velocidade e equação da continuidade, introdução a 
equação de Bernoulli.................................................................................................. 
 
 
44 
 
• pressão de coluna de líquido, vasos comunicantes, tubo em U, pressão 
absoluta, relativa e manométrica.............................................................................. 
 
 
 
51 
5. Separação de materiais Sólido / Líquido.............................................................. 54 
 
• filtração...................................................................................................................... 
 
54 
• decantação................................................................................................................ 62 
• centrifugação............................................................................................................ 
 
65 
6. Separação de materiais Líquido / Líquido............................................................ 66 
 
• destilação.................................................................................................................. 
 
66 
• decantação................................................................................................................ 
 
68 
7. Extração................................................................................................................... 69 
 
• líquido/líquido........................................................................................................... 
 
69 
• sólido/sólido............................................................................................................. 70 
• sólido/líquido............................................................................................................ 
 
72 
8. Referências Bibliográficas..................................................................................... 74 
2 
 
1. Introdução às Operações Unitárias 
 
Toda indústria química envolve um conjunto de processos: Processo químico, 
Processo de estocagem de materiais, processo de compras, processo de pagamentos, 
etc. As operações unitárias serão importantes para execução dos processos químicos, 
físico-químicos, petroquímicos, etc. 
Um processo químico é um conjunto de ações executadas em etapas, que 
envolvem modificações da composição química, que geralmente são acompanhadas de 
certas modificações físicas ou de outra natureza, no material ou materiais que é (são) 
ponto de partida (matérias primas) para se obter o produto ou os produtos finais (ou 
acabados). 
Cada etapa dentro do processo que tem princípios fundamentais independentes da 
substância (ou substâncias), que está sendo operada e de outras características do 
sistema, pode ser considerada uma operação unitária. 
O engenheiro A. D. Little (1915) apresenta um conceito interessante para as 
operações unitárias: 
 
“Qualquer processo químico, em qualquer escala, pode ser decomposto numa série 
estruturada do que se podem denominar, operações unitárias, como moagem, 
homogeneização, aquecimento, calcinação, absorção, condensação, lixiviação, 
cristalização, filtração, dissolução, eletrólise, etc.” 
 
Desde 1915 foram acrescentadas outras operações unitárias a lista de Little como 
o transporte de fluidos, a transferência de calor, a destilação, a umidificação, a absorção 
de gases, a sedimentação, a classificação, a centrifugação, a hidrólise, a digestão, a 
evaporação, etc. 
As complexidades das Aplicações de engenharia provem da diversidade das 
condições, como temperatura, pressão, concentração, pureza, etc., sob as quais as 
operações unitárias devem ser realizadas nos diversos processos e das limitações e 
exigências aos materiais de construções e de projeto, impostas pelos aspectos físicos e 
químicos das substancias envolvidas. 
Todas as operações unitárias estão baseadas em princípios da ciência que são 
traduzidos nas aplicações industriais em diversos campos de engenharia. O escoamento 
de fluído, por exemplo, é estudado em mecânica dos fluídos, mas interessam muito a 
hidráulica que se liga mais à engenharia civil e a engenharia sanitária. 
Encontram-se, no setor da indústria exemplos de maior parte das operações 
unitárias em aplicações as mais variadas. 
 
 
1.1 Classificação: 
 
As operações unitárias podem ser classificadas de acordo com critérios variados. 
Podemos, por exemplo, classificá-las em grupos de acordo com a sua finalidade dentro 
do processo produtivo. 
 
a) Operações preliminares: São normalmente utilizadas antes de qualquer outra 
operação. Suas funções estão associadas à preparação do produto para posterior 
processamento de melhoria das condições sanitárias da matéria prima. Ex. 
Limpeza, seleção, classificação, eliminação, branqueamento, etc. 
 
b) Operações de conservação: Entre estas podemos citar a esterilização, a 
pasteurização, o congelamento, refrigeração, evaporação, secagem, etc. 
3 
 
c) Operações de transformação: Moagem, mistura, extrusão, emulsificação, etc. 
 
d) Operações de separação: Filtração, cristalização, sedimentação, centrifugação, 
prensagem, destilação, absorção, adsorção, desumidificação, precipitação 
eletrostática, etc. 
 
Uma classificação bem comum é utilizada levando-se em conta o tipo de operação 
envolvida : operações mecânicas, operações envolvendo transferência de calor e 
operações envolvendo transferência de massa , a saber: 
 
1.1.1 Operações Mecânicas 
 
1.1.2 Operações envolvendo sólidos granulares 
 
Fragmentação de sólidos; 
Transporte de sólidos; 
Mistura de sólidos; 
 
1.1.3 Operações com sistemas sólido-fluido 
 
Sólidos de sólido; 
Peneiramento 
Separação hidráulica (arraste – elutriação) 
Sólido de líquidos; 
Decantação 
Flotação (borbulhamento de ar) 
Floculação (sulfato de alumínio – aglutinação – flocos) 
Separação centrífuga 
Filtração 
Sólidos de gases 
Centrifugação (para gases - ciclones) 
Filtração (para gases - filtros manga) 
Líquidos de líquidos 
Decantação 
Centrifugação 
 
1.1.5 Operações envolvendo sistemas fluidos 
 
Bombeamento de líquidos; 
Mistura e agitação de líquidos;1.1.6 Operações com Transferência de Calor 
 
Aquecimento e resfriamento de fluidos 
Evaporação e Cristalização 
Secagem 
 
1.1.7 Operações com Transferência de Massa 
 
Destilação 
Extração líquido-líquido 
Absorção de Gases 
4 
 
2. Conversão de unidades de medidas do sistema internacional 
 
 
2.1 Conceitos Fundamentais: 
 
Alguns conhecimentos são fundamentais para que se possa estudar de forma 
adequada a disciplina denominada Operações Unitárias, como os conhecimentos sobre 
conversão de unidades, unidades que podem ser: 
- medidas lineares, 
- medidas de área, 
- medidas de volume, 
- medidas de massa, 
- medidas de pressão, 
- medidas de temperatura, 
- medidas de energia, 
- medidas de potência. 
 
Outro conceito-base para “Operações Unitárias” é o de Balanço, tanto Balanço 
Material quanto Balanço Energético. 
É necessário conhecer as correlações existentes entre medidas muito utilizadas na 
Indústria Química, como é o caso das medidas de temperatura, de pressão, de energia, 
de massa, de área, de volume, de potência e outras que estão sempre sendo 
correlacionadas. 
 
Alguns exemplos de correlações entre medidas lineares: 
 
1 ft (pé) =12 in (polegada) 
1 in =2,54 cm 
1 m =3,28 ft 
1 m =100 cm = 1.000 mm 
1 km =1.000 m 
 
Alguns exemplos de correlações entre áreas: 
 
1 ft2 = 144 in2 
1 m2 = 10,76 ft2 
1 km2 = 106 m2 
 
Alguns exemplos de correlações entre volumes: 
 
1 ft3 = 28,32 L 
1 ft3 = 7,481 gal 
1 gal = 3,785 L 
1 m3 = 35,31 ft3 
Alguns exemplos de correlações entre massas: 
 
1 kg = 2,2 lb 
1 lb = 454 g 
1 kg = 1.000 g 
1 t = 1.000 kg 
 
 
5 
 
Alguns exemplos de correlações entre pressões: 
 
1 atm = 1,033 kgf/cm2 
1 atm = 14,7 psi (lbf/in2) 
1 atm = 30 in Hg 
1 atm = 10,3 m H2O 
1 atm = 760 mm Hg 
1 KPa = 10-2 kgf/cm2 
 
Algumas observações sobre medições de pressão: 
 
Pressão Absoluta = Pressão Instrumental (manômetro ou vacuômetro) + Pressão 
Atmosférica 
 
Alguns exemplos de correlações entre temperaturas: 
 
tºC = (5/9)(tºF - 32) 
 
tºF = (9/5)(tºC) + 32 
 
t°K = tºC + 273 
 
t°R = tºF + 460 (temperaturas absolutas) 
 
 
 
Fórmulas de conversão de temperaturas para grau Celsius 
Conversão de: Para: Fórmula: 
grau Celsius grau Fahrenheit °F = °C × 1,8 + 32 
grau Fahrenheit grau Celsius °C = (°F − 32) / 1,8 
grau Celsius grau Kelvin K = °C + 273,15 
grau Kelvin grau Celsius °C = K − 273,15 
grau Celsius grau Rankine °R = (°C + 273,15) × 1,8 
grau Rankine grau Celsius °C = (°R ÷ 1,8) – 273,15 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Grau_Fahrenheit
6 
 
 
 
Algumas observações sobre medições de temperatura: 
 
 
Zero absoluto = – 273ºC ou – 460ºF 
 
 
Alguns exemplos de correlações entre potências: 
 
1 HP = 1,014 CV 
1 HP = 42,44 BTU/min 
1KW = 1,341 HP 
1 HP = 550 ft.lbf/s 
1KW = 1 KJ/s 
1 KWh = 3.600 J 
1KW = 1.248 KVA 
 
Alguns exemplos de correlações de energia: 
 
1 Kcal = 3,97 BTU 
1BTU = 252 cal 
1BTU = 778 ft.lbf 
1Kcal = 3,088 ft.lbf 
1Kcal = 4,1868 KJ 
1 cal = 4,18 J 
 
 
 
7 
 
2.2 Noção de Balanço Material e Balanço Energético 
 
2.2.1 Balanço Material : se baseia na Lei de Lavoisier da Conservação das Massas ; na 
natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma. 
 
Igual 
Massa que entra  PROCESSO  Massa que sai 
 
 
2.2.2 Balanço Energético: se baseia nas Leis Termodinâmicas da Conservação de 
Energia. 
 
Igual 
Energia que entra  PROCESSO  Energia que sai 
 
 
3. Transporte de sólidos 
 
Os transportes industriais abrangem 3 tipos distintos de operações unitárias: 
 
 Transporte de sólidos 
 Bombeamento de líquidos 
 Movimentação de gases 
 
Operações de movimentação de sólidos granulares em regimes contínuos para as 
etapas do processo; dentre muitos, pode-se citar os seguintes aspectos sobre a 
importância do transporte de sólidos: 
 
 Grande importância no custo da operação industrial; 
 Automação dos processos, substituindo a mão-de-obra humana; 
 Necessidade de um transporte versátil para os vários tipos de sólidos. 
 
Para caracterizar, ou especificar, o equipamento, leva-se em consideração os 
seguintes aspectos: 
 
 Capacidade: 
 de operação; 
 nominal; 
 de pico; 
 de projeto. 
 
 Distância e desnível entre carga e descarga; 
 Natureza do material transportado; 
 Fatores econômicos. 
8 
 
Pode-se dividir os transportadores em dois grupos: 
 
 Os que se movimentam junto com o sólido no transporte: 
 
 Pás carregadeiras; 
 Vagonetas; 
 Empilhadeiras; 
 Caminhões; 
 Guinchos; 
 Guindastes, etc... 
 
 Os que permanecem fixos no transporte do sólido: 
 
 Carregadores; 
 Arrastadores; 
 Elevadores; 
 Alimentadores; 
 Pneumáticos; 
 
Os equipamentos carregadores são destinados a carregar de forma contínua o 
sólido granular de um ponto a outro dentro da fábrica, os mais comuns são: 
 
 Correia: 
 Esteira 
 Corrente 
 Caçamba 
 
 Vibratório 
 Por gravidade 
 
 
3.1 Transportador de sólidos por esteira (correia): 
 
O transportador de correias consiste em transportar o sólido suportado por uma 
correia sem fim flexível, normalmente de borracha, que se desloca sobre roletes durante 
todo o percurso, nas extremidades encontra-se tambores (polias), que se encontram livres 
no ponto de alimentação e motores (ou motrizes) no ponto de descarga. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
É realizado horizontalmente, podendo ser também inclinado, preferencialmente 
para cima. Podem medir desde poucos metros até muitos quilômetros, trabalhando 
versatilmente em várias velocidades e temperaturas. 
 
 
 
 
 
 
A figura a seguir representa esquematicamente um transportador de correia: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Os roletes de retorno podem ser chamados também de esticadores, 
por terem a função de manter a correia esticada no momento do retorno (quando está 
vazia), desta forma otimizando a potência do equipamento e aumentando a vida útil da 
correia, componente que gera maior manutenção do transportador. 
As correias são mais comumente constituídas por camadas superpostas de 
borracha, para promover a resistência a abrasão e lonas de Nylon ou metálicas, que 
darão resistência mecânica à tração, ao conjunto. 
Conforme a necessidade, as correias podem ser constituídas por outras matérias-
primas, tais como PVC, couro, algodão, amianto, entre outros. 
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3.2- Transportador de sólidos por elevador de canecas (caçambas): 
 
 
 
É realizado para transportes verticais, o transportador de elevador consiste em 
transportar o sólido suportado por caçambas ou canecas, fixadas em correias verticais ou 
em correntes que se movimentam entre uma polia superior (normalmente motora) e outra 
inferior que gira livremente. 
Normalmente são equipamentos estanques, confinados em carenagens de aço ou 
outro material adequado, que impede a perda de materiais para o ambiente. 
O descarregamento pode ser realizado de vários modos, sendo as formas mais 
comuns: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 a b c 
 
11 
 
a) Elevação com descarga centrífuga: 
 Mais comum; 
 Destinado ao transporte de grãos, areia, produtos químicos secos; 
 
b) Elevação com descarga contínua: 
 A descarga é delicada para evitar degradação excessiva do produto; 
 Normalmente é usada para materiais difíceis de trabalhar com descarga 
contínua; 
 Trabalha com materiais finamente pulverizados; 
 
c) Elevação com descarga positiva: 
 Destinado a materiais que tendem a se compactar; 
 Velocidade de transporte é baixa; 
 
 
3.3 - Transportador de sólidos por ar comprimido (Pneumático): 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A maioria das atividades industriais implica na movimentação de produtos em pó 
granulados ou refiles, seja para as necessidades de fabricação ou para remoção de 
resíduos. 
 
O que é o Transporte Pneumático? 
 
O transporte pneumático consiste em movimentar um produto (partículas de 
sólidos)no interior de uma tubulação estanque através de uma corrente de sopro ou 
exaustão, usando ar ou outro gás como fluido transportador. 
O transportador pneumático é um equipamento utilizado em larga escala na 
indústria para movimentação e elevação de sólidos granulados através das mais variadas 
distâncias e tipos de trajeto. 
 
 
12 
 
O sistema de transporte pneumático é constituído basicamente por: 
 
 Tubulação por onde circulam os sólidos e o fluido transportado; 
 Um soprador e/ou bomba de vácuo; 
 Um alimentador de sólidos e; 
 Um separador de fluído e sólidos na parte terminal tais como: 
 ciclones; 
 filtros de limpeza por ar comprimido ou contra-corrente; 
 ou até mesmo descarga direta em silo ou depósito; 
 
A utilização da movimentação do ar para a movimentação de materiais representa 
vantagens a este processo se comparado à movimentação mecânica (elevador, 
transportador helicoidal, etc.); oferece maior segurança ao produto uma vez que o mesmo 
é transportado por meio de tubulações, onde o ar como fluido possibilita o seu 
escoamento até o local desejado; ele se torna útil para transportar sólidos para locais de 
uma planta de processo difíceis ou economicamente invisíveis de serem alcançadas por 
transportadores mecânicos. Usam tanto a pressão positiva como negativa para empurrar 
ou puxar, respectivamente, os materiais através da linha de transporte, em velocidades 
relativamente altas. 
Alguns exemplos de materiais que podem ser manipulados pelos sistemas de 
Transporte Pneumático: 
 
 Açúcar; 
 Amendoim; 
 Argila em Esferas; 
 Cal virgem e Hidratada; 
 Caulim; 
 Cimento; 
 Farinha; 
 Finos de Carvão; 
 Granulados de Aço; 
 Leite em Pó 
 Óxido de Ferro; 
 Sal; 
 Soda; 
 Vidro; entre outros... 
 
 
3.3.1. Vantagens e desvantagens do transporte pneumático considerando outros 
tipos de sistema de transporte: 
 
 Vantagens: 
 
 Sistema totalmente hermético: minimiza o problema de controle de 
emissão de particulados; 
 Eficiente em consumo de energia e mão-de-obra; 
 Confiável devido às poucas partes móveis e menor desgaste do 
sistema; 
 Flexível, permitindo instalações de sistemas completos em espaços 
bem reduzidos; 
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 Desvantagens: 
 
 Alto custo de instalação; 
 Não pode transportar a longas distâncias; 
 Limitação da distância no transporte de materiais frágeis; 
 Limitação no transporte de materiais potencialmente explosivos, deve-
se usar um gás inerte no lugar do ar e evitar fontes de ignição no 
interior da linha de transporte, aumentando os custos. 
 
 
3.3.2. Tipos de transporte pneumático: 
 
Apresentam sub-divisões e classificações conforme sua competência e aplicações: 
 
 Fase fluída ou diluída 
 
 Fase densa 
 
 
3.3.2.1 Fase Fluída ou Diluída: 
 
Sistemas de baixa pressão (inferior a 01 bar) e alta velocidade (10 a 25m/s), 
utilizando uma elevada relação ar / material; 
 
 
 
14 
 
 
 
Operação em fase diluída sob pressão (empurrando os sólidos) 
 
 
3.3.2.2 Fase Densa: 
 
Utilizam pressão positiva para impulsionar os materiais. São sistemas de alta 
pressão (superior a 01 bar) e baixa velocidade (0,25 a 2,5m/s), utilizando uma relação ar / 
material baixa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
15 
 
 
 
O Transporte Pneumático tipo Fase Densa, exige uma baixa demanda de ar, o que 
significa menor exigência de energia. 
A degradação do produto por atrito e a erosão na tubulação, não são problemas 
maiores do que no transporte pneumático em fase diluída, devido às baixas velocidades 
de sólidos. 
 
 
4. Transporte de líquidos 
 
4.1 Introdução 
 
A matéria se apresenta basicamente em três fases de agregação: 
 
 Sólida 
 
 Líquida 
 
 Gasosa 
 
16 
 
As fases líquidas e gasosas, são chamadas de fluidas, pois apresentam a propriedade 
de se deformarem continuamente quando é aplicada sobre elas uma força tangencial, 
denominada “tensão de cisalhamento”, um material fluido é aquele que apresenta a 
propriedade de escoar. 
Para o estudo das Operações Unitárias de transporte e de separação de fluidos, é 
importante o estudo da Mecânica dos Fluídos , ou seja, o estudo do comportamento 
desses fluidos quando submetidos à ação de uma força. 
As características mais importantes para o dimensionamento de equipamentos de 
processos são: viscosidade e pressão do fluido. 
 
4.1.1 Viscosidade 
 
É a propriedade dos fluidos que está associada à maior ou menor resistência que eles 
oferecem ao seu próprio descolamento. 
Esta resistência se explica pelo atrito interno que ocorre entre as moléculas que 
compõe o fluido, movimentando-se umas contras as outras, e por atrito dessas moléculas 
com as paredes do recipiente que as contém. 
Os fluidos com alta viscosidade como o melado ou mel, fluem mais lentamente que 
aqueles com baixa viscosidade como a água. Todos os fluidos, líquidos e gases, têm 
certo grau de viscosidade, alguns materiais, como o piche, que parecem sólidos, são na 
realidade altamente viscosos e fluem muito lentamente. O grau de viscosidade é 
importante em muitas aplicações. Por exemplo: a viscosidade do óleo do motor 
determina o quanto ele pode efetivamente lubrificar as partes de um motor de automóvel. 
 
4.1.2 Pressão do fluido 
 
Podemos definir Pressão sendo uma grandeza física obtida pelo quociente entre a 
intensidade da força (F) e a área (S) em que a força se distribui. 
 
 
 
No caso mais simples a força (F) é perpendicular à superfície (S) e a equação fica 
simplificada: 
 
 
 
17 
 
A unidade de pressão no SI é o N/m2, também chamado de Pascal. 
 
Relação entre unidades muito usadas: 
 
1 atm = 760 mmHg = 105N/m2. 
 
 
4.2 Bombeamento de líquidos e mecanismos 
 
O transporte e armazenamento de fluidos podem ser realizados por: 
 
 Bombas: centrífugas (rotor) e de deslocamento positivo (pistão) 
 Válvulas (controle e bloqueio) 
 Linha de tubulações 
 Medidores de vazão 
 Vasos pressurizados 
 
 
4.2.1 Bombas 
 
Bombas hidráulicas são máquinas motrizes que sugam ou empurram um fluido. 
Existem muitos tipos de bombas, uma bomba hidráulica é um dispositivo que adiciona 
energia aos líquidos, tomando energia mecânica de um eixo, de uma haste ou de um 
outro fluido, ar comprimido e vapor são os mais usuais. As formas de transmissão de 
energia podem ser: aumento de pressão, aumento de velocidade ou aumento de elevação 
– ou qualquer combinação destas formas de energia, como consequência, facilita-se o 
movimento do líquido. É geralmente aceito que o líquido possa ser uma mistura de 
líquidos e sólidos, nas quais a fase líquida prepondera. 
Outras máquinas destinadas a adicionar energia aos fluidos na forma de vapor e 
gases só são chamadas de bombas apenas eventualmente, como exemplos, existe a 
bomba de vácuo, destinada a esgotar ar e gases, e a bomba manual de ar, destinada a 
encher pneumáticos, bolas de futebol, brinquedos e botes infláveis, etc. As máquinas que 
se destinam a manusear ar, gases ou vapores são normalmente chamadas pelos técnicos 
de ventiladores ou ventoinhas, sopradores ou compressores. 
 
 
4.2.1.1 Classificação geral das bombas 
 
As bombas podem ser classificadas em duas categorias: 
 
 Volumétricas ou de Deslocamento Positivo: 
 
São aquelas em que a movimentação do líquido é causada diretamente pela 
movimentação de um dispositivo mecânico da bomba, que induz ao líquido um movimento 
na direção do deslocamento do citado dispositivo, em quantidades intermitentes, de 
acordo com a capacidade de armazenamento da bomba, promovendo enchimentos e 
esvaziamentos sucessivos, provocando, assim, o deslocamento do líquido no sentido 
previsto. 
 
 
 
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ar_comprimido
http://pt.wikipedia.org/wiki/Vapor_d%27%C3%A1gua
http://pt.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_v%C3%A1cuo
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ventilador
http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Soprador&action=edit&redlink=1
http://pt.wikipedia.org/wiki/Compressor
18 
 
 Turbo-Bombas, Hidrodinâmicasou Rotodinâmicas: 
 
São máquinas nas quais a movimentação do líquido é desenvolvida por forças que se 
desenvolvem na massa líquida em consequência da rotação de uma peça interna (ou 
conjunto dessas peças) dotada de pás ou aletas chamada de roto. 
São exemplos de bombas rotodinâmicas as conhecidíssimas bombas centrífugas, 
bombas volumétricas, as de êmbolo ou alternativas e as rotativas (figura abaixo) 
 
 
Esquemas de bombas volumétricas 
 
Resumindo: 
 
Bombas Hidráulicas são máquinas motrizes que recebem energia potencial de um 
motor ou de uma turbina, e transforma parte dessa energia em potência: 
 
 Energia de pressão (força): Bombas de Deslocamento Direto 
 Energia cinética: Bombas Cinéticas 
 
As bombas cedem estas duas formas de energia ao fluido bombeado, para fazê-lo 
recircular ou transportá-lo de um ponto a outro. 
 
 
4.2.1.2 Tipos de bombas hidráulicas 
 
 Bombas volumétricas ou de deslocamento positivo: 
 
São as bombas os quais o órgão fornece energia ao fluido em forma de pressão, 
são as bombas de êmbolo ou pistão e as bombas diafragma. 
 
a) Bombas de Pistão 
 
Funcionam através da ação de um pistão sob uma porção de fluido presa em uma 
câmara. Quando o pistão se move, o fluido é impulsionado para fora, desse modo, a 
energia do pistão é transferida para o fluido. 
 
19 
 
 
 
As bombas de pistão podem ser: 
 
 Um único pistão: Simplex 
 Dois pistãos: Duplex 
 Muitos pistãos 
 
Quando utilizar as bombas de pistão? 
 
 Quando um fluido vaporiza, ou pode eventualmente vaporizar nas condições do 
processo; 
 
 Com altas pressões de descarga, atingindo valores bem acima das bombas 
centrífugas: até 2.000 atm ; 
 
 Como bombas dosadoras 
 
b) Bombas de Diafragma 
 
Funcionam através do movimento hidráulico de um pistão sob uma membrana 
flexível, chamada de diafragma, que serve para reter uma porção de fluido em seu interior 
e expulsá-lo no movimento inverso do pistão, possui válvulas de admissão e de descarga. 
 
 
 
20 
 
Quando utilizar as bombas de diafragma ? 
 
 Quando o fluido é corrosivo, pois simplifica, o material de construção; 
 Com altas pressões de descarga, atingindo valores bem acima das bombas 
centrífugas : até 150 kgf / cm2 ; 
 Como bombas dosadoras. 
 
 
c) Bombas centrífugas 
 
Bombas Centrífugas são bombas hidráulicas que têm como princípio de 
funcionamento a força centrífuga através de palhetas e impulsores que giram no interior 
de uma carcaça estanque, jogando líquido do centro para a periferia do conjunto girante. 
Portanto, funcionam através do movimento rotativo de engrenagens pelos lóbulos, 
palhetas ou fusos, que retém o fluido no espaço formado entre a carcaça e as 
engrenagens. 
 
Descrição: 
 
Constam de uma câmara fechada, carcaça, dentro da qual gira uma peça, o rotor, 
que é um conjunto de palhetas que impulsionam o líquido através da voluta (figura 
abaixo). O rotor é fixado no eixo da bomba, este contínuo ao transmissor de energia 
mecânica do motor. 
A carcaça é a parte da bomba onde, no seu interior, a energia de velocidade é 
transformada em energia de pressão, o que possibilita o líquido alcançar o ponto final do 
recalque, é no seu interior que está instalado o conjunto girante (eixo-rotor) que torna 
possível o impulsionamento do líquido. 
 
 
 
 
21 
 
4.2.1.3 Principais Componentes de uma Bomba Hidrodinâmica: 
 
 Rotor: órgão móvel que fornece energia ao fluido. É responsável pela formação de 
uma depressão no seu centro para aspirar o fluido e de uma sobre pressão na 
periferia para recalcá-lo. 
 
 Difusor: canal de seção crescente que recebe o fluido vindo do rotor e o 
encaminha à tubulação de recalque. Possui seção crescente no sentido do 
escoamento com a finalidade de transformar a energia cinética em energia de 
pressão; são aletas estacionárias que oferecem ao fluido um canal de área 
crescente desde o rotor até a carcaça. 
 
 Voluta: o rotor descarrega fluido num canal de área de seção reta contínua e 
crescente, aumentando a área, a velocidade diminui, reduzindo assim a formação 
de turbilhões. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
22 
 
4.2.1.4 Classificação das Turbo-bombas: 
 
 Quanto à trajetória do fluido dentro do rotor 
 
a) Bombas radiais ou centrífugas: o fluido entra no rotor na direção axial e sai na 
direção radial. Caracterizam-se pelo recalque de pequenas vazões em grandes alturas, a 
força predominante é a centrífuga. 
 
b) Bombas Axiais: o fluido entra no rotor na direção axial e sai também na direção 
axial, caracterizam-se pelo recalque de grandes vazões em pequenas alturas, a força 
predominante é a de sustentação. 
 
 Quanto ao número de entradas para a aspiração e sucção 
 
a) Bombas de sucção simples ou de entrada unilateral: a entrada do líquido se 
faz através de uma única boca de sucção. 
 
b) Bombas de dupla sucção: a entrada do líquido se faz por duas bocas de 
sucção, paralelamente ao eixo de rotação, esta configuração equivale a dois rotores 
simples montados em paralelo. O rotor de dupla sucção apresenta a vantagem de 
proporcionar o equilíbrio dos empuxos axiais, o que acarreta uma melhoria no rendimento 
da bomba, eliminando a necessidade de rolamento de grandes dimensões para suporte 
axial sobre o eixo. 
 
 Quanto ao número de rotores dentro da carcaça 
 
a) Bombas de simples estágio ou unicelular: a bomba possui um único rotor 
dentro da carcaça, teoricamente é possível projetar uma bomba com um único estágio 
para qualquer situação de altura manométrica e de vazão. As dimensões excessivas e o 
baixo rendimento fazem com que os fabricantes limitem a altura manométrica para 100 m. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Corte de uma bomba de monoestágio 
 
b) Bombas de múltiplo estágio: a bomba possui dois ou mais rotores dentro da 
carcaça, é o resultado da associação de rotores em série dentro da carcaça, essa 
associação permite a elevação do líquido a grandes alturas (> 100 m), sendo o rotor 
radial o indicado para esta associação. 
 
23 
 
 
Corte de uma bomba de múltiplo estágio 
 
 Quanto ao posicionamento do eixo 
 
a) Bomba de eixo horizontal: é a concepção construtiva mais comum. 
 
 
Bomba com eixo horizontal 
 
b) Bomba de eixo vertical: usada na extração de água de poços profundos. 
 
 
 
Corte de uma bomba de eixo vertical 
24 
 
 Quanto ao tipo de rotor 
 
a) Rotor aberto: usada para bombas de pequenas dimensões, possui pequena 
resistência estrutural, baixo rendimento, dificulta o entupimento, podendo ser usado para 
bombeamento de líquidos sujos. 
 
b) Rotor semi-aberto ou semi-fechado: possui apenas um disco onde são 
afixadas as palhetas. 
 
c) Rotor fechado: usado no bombeamento de líquidos limpos, possui discos 
dianteiros com as palhetas fixas em ambos lados, evita a recirculação da água, ou seja, o 
retorno da água à boca de sucção. 
 
 
 
 
Esquemas de rotores aberto, semi-aberto e fechado 
 
 Quanto à posição do eixo da bomba em relação ao nível da água 
 
a) Bomba de sucção positiva: o eixo da bomba situa-se acima do nível d’água do 
reservatório de sucção . 
 
b) Bomba de sucção negativa ou afogada: o eixo da bomba situa-se abaixo do nível 
d’água do reservatório de sucção. 
 
 
 a = sucção positiva b = sucção negativa ou afogada 
 
25 
 
 Bombas Rotativas de Deslocamento Positivo 
 
Funcionam através do movimento rotativo de engrenagens (lóbulos, palhetas ou 
fusos), que retém fluido no espaço entre a carcaça e as engrenagens. 
 
 
 
Quando utilizar as bombas rotativas de deslocamento positivo? 
 
 São utilizados para fluidos viscosos quaisquer, desde que não contenham sólidos 
em suspensão. 
 
 A folga entre a carcaça e a ponta da engrenagem (lóbulos, palhetas ou fusos ) é 
mínimo, sendo proibitiva a presença de sólidos em suspensão e utilizando o 
próprio fluido como lubrificante. 
 
 
4.2.1.5 Elementos mecânicos das bombas 
 
 Gaxetas: 
 
São componentes utilizados para avedação das bombas centrífugas, são 
montadas em torno do eixo da bomba e apertadas por um outro componente chamado 
“preme-gaxetas”. 
Não podem ser totalmente apertadas, devendo permitir um vazamento em média 
de 40 a 60 gotas por minuto para a lubrificação e refrigeração. 
 
As gaxetas são fabricadas com: 
 
26 
 
 Fibras vegetais de linho e algodão; 
 Fibras minerais de asbestos; 
 Teflon, utilizadas para produtos corrosivos; 
 Filamentos de grafite, utilizadas em altas temperaturas. 
 
Características: 
 
 São mais simples mecanicamente; 
 Podem ser apertadas em operação; 
 São mais baratas que selos mecânicos; 
 São menos duráveis, mas de fácil manutenção; 
 Desgastam o eixo no ponto de apoio 
 
 
 Selos mecânicos: 
 
São sistemas de selagem utilizados quando não se pode deixar o fluido bombeado 
vazar, permitem vazamento 100 vezes menores que as gaxetas. 
 
 
São formados por componentes mecânicos mais elaborados, requerendo melhor 
eficiência de lubrificação e resfriamento, sendo muitas vezes utilizados outros fluidos 
(água, etilenoglicol), que deve ser limpo, são apertados somente durante a montagem, 
requerendo cuidados especiais de manutenção. 
 
 
Falhas mais comuns que prejudicam a vedação das bombas: 
 
27 
 
 Montagem e ajustes dimensionais deficientes; 
 Quando se usa fluido externo: baixo fluxo ou pressão, acarretando falta de 
lubrificação e refrigeração ; 
 Quando não se usa fluido externo: gaxetas muito apertadas ou entupimento 
nos canais de selagem do próprio fluido bombeado; 
 Golpe de pressão no bombeamento, transmitindo para a caixa de vedação 
tensões paralelas ao eixo da bomba. 
 
 
 Filtros de sucção: 
 
São instalados na sucção das bombas para protegê-las da presença de sólidos 
estranhos, que poderiam danificá-las internamente. 
Com a continuidade operacional os filtros permanentes tendem a limitar o fluxo 
para a bomba, podendo provocar danos mecânicos nas mesmas, para facilitar a limpeza, 
a maior parte dos fabricantes prevê um dreno no ponto mais baixo. 
 
Esquema do filtro de sucção 
 
 Válvulas de Segurança de Pressão 
 
São válvulas que controlam a pressão na tubulação automaticamente pela ação da 
força de uma mola, podem ser para pressões positivas ou para vácuo. 
 
 
28 
 
Sua aplicação está relacionada com as bombas conforme: 
 
 montada na linha de sucção para proteção da bomba contra golpes de pressão; 
 se a bomba for centrífuga, a válvula de segurança na descarga não se faz 
necessária ; 
 se a bomba for de deslocamento positivo, é fundamental haver algum tipo de 
proteção contra alta pressão. 
 
Uma válvula de segurança é projetada para proteger o sistema e não para operar 
permanentemente aberta. 
 
 
4.2.2 Operação de Bombas Hidráulicas 
 
4.2.2.1 Partida: 
 
 Se a bomba estiver partindo pela primeira vez: 
 
 Verificar o nível do lubrificante ; 
 Verificar se o aterramento está conectado ; 
 Verificar se a proteção do acoplamento está instalada ; 
 Verificar se a drenagem da base está desobstruída ; 
 Verificar o sistema de selagem ; 
 Se o trabalho for a quente, abrir o sistema de aquecimento. 
 
 Antes da partida: 
 
 Se o produto tem a tendência de cristalizar ou possui sólidos em suspensão, 
manter abertas as linhas de aquecimento e de resfriamento da selagem por 
uns 15 minutos; 
 Abrir toda a válvula de sucção; 
 Verificar a presença de líquido na bomba; 
 Verificar se existe algum vazamento no selo ; 
 Partir a bomba com a válvula de descarga fechada e observar a elevação da 
pressão (SOMENTE PARA BOMBAS CENTRÍFUGAS) ; 
 Abrir lentamente a válvula de descarga, evitando mantê-la fechada por muito 
tempo (SOMENTE PARA BOMBAS CENTRÍFUGAS) . 
 
 Após a partida : 
 
 verificar se há vazamentos na vedação ; 
 verificar se há ruídos anormais, principalmente na região do selo ; 
 verificar se há vibrações anormais . 
 
Observações: 
 
 Partir com a válvula de sucção fechada danifica a bomba; 
 
 Partir com a válvula de descarga aberta, provoca picos de amperagem, que deve 
desarmar o motor elétrico (SOMENTE PARA BOMBAS CENTRÍFUGAS). 
29 
 
4.2.3 Vazão Mínima de Operação 
 
Para bombas centrífugas, a recomendação é de valores em torno de 50% do BEP 
(Best Efficiency Point - Ponto de Melhor Eficiência), outros fabricantes estabelecem 
valores em torno de 5 a 20% da vazão do BEP . 
Se uma bomba operar continuamente com vazões abaixo dos valores mínimos 
recomendados, haverá danos mecânicos na bomba produzido pela elevação da 
temperatura até a vaporização do fluido. 
 
 
4.2.4 Escorva 
 
As bombas centrífugas não são capazes, normalmente, de aspirar o fluido quando 
esse se encontra abaixo da sua linha, nesse caso é necessário encher a bomba 
manualmente antes da partida, esse procedimento chama-se escorva. 
Para ocorrer a escorva é preciso que exista uma válvula de retenção no início da 
tubulação, se a escorva for aquecida, a bomba não parte. 
 
4.2.5 Pressão de Vapor: 
 
A temperatura na qual um líquido ferve é chamada de Ponto de Ebulição (PE), o 
ponto de ebulição por sua vez, varia com a pressão atmosférica, assim: quanto menor a 
pressão, menor o PE, a fervura de qualquer líquido varia com a pressão atmosférica, 
Exemplo o gráfico da fervura: água, etér etílico e álcool etílico, variando com a pressão: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
30 
 
 Pressão de vapor : é a pressão na qual um líquido ferve. 
 
 Todo líquido tem a sua pressão de vapor que varia com a temperatura. 
 
 
Conclusões: 
 
 Se a pressão de sucção abaixar, o líquido bombeado pode ferver e se tornar vapor; 
 
 Temperaturas baixas evitam a fervura de líquidos. 
 
 
4.2.6 O Fenômeno da Cavitação 
 
Como qualquer outro líquido, a água também tem a propriedade de vaporizar-se 
em determinadas condições de temperatura e pressão, entra em ebulição sob a pressão 
atmosférica local a uma determinada temperatura, por exemplo, a nível do mar (pressão 
atmosférica normal) a ebulição acontece a 100oC, a medida que a pressão diminui a 
temperatura de ebulição também diminui, então, quanto maior a altitude do local menor 
será a temperatura de ebulição. Em consequência desta propriedade pode ocorrer o 
fenômeno da cavitação nos escoamentos hidráulicos. 
Chama-se de cavitação o fenômeno que decorre, nos casos em estudo, da 
ebulição da água no interior dos condutos, quando as condições de pressão caem a 
valores inferiores a pressão de vaporização. No interior das bombas, no deslocamento 
das pás, ocorrem inevitavelmente rarefações no líquido, isto é, pressões reduzidas 
devidas à própria natureza do escoamento ou ao movimento de impulsão recebido pelo 
líquido, tornando possível a ocorrência do fenômeno e, isto acontecendo, formar-se-ão 
bolhas de vapor prejudiciais ao seu funcionamento, caso a pressão do líquido na linha de 
sucção caia abaixo da pressão de vapor originando bolsas de ar que são arrastadas pelo 
fluxo, estas bolhas de ar desaparecem bruscamente condensando-se, quando alcançam 
zonas de altas pressões em seu caminho através da bomba. Como esta passagem 
gasoso-líquido é brusca, o líquido alcança a superfície do rotor em alta velocidade, 
produzindo ondas de alta pressão em áreas reduzidas. Estas pressões podem ultrapassar 
a resistência à tração do metal e arrancar progressivamente partículas superficiais do 
rotor, inutilizando-o com o tempo. 
Quando ocorre a cavitação são ouvidos ruídos e vibrações características, quanto 
maior for a bomba, maiores serão estes efeitos, além de provocar o desgaste progressivo 
até a deformação irreversível dos rotores e das paredes internas da bomba, 
simultaneamente esta apresentará uma progressiva queda de rendimento, caso o 
problema não seja corrigido. 
Nas bombas a cavitação geralmente podem ocorrer devido: 
 
 altura inadequada da sucção (problema geométrico), 
 
 velocidades de escoamento excessivas (problema hidráulico), 
 
 escorvamento incorreto (problema operacional).31 
 
As principais causas da cavitação são: 
 
 Filtro da linha de sucção saturado, 
 Respiro do reservatório fechado ou entupido, 
 Linha de sucção muito longa, 
 Muitas curvas na linha de sucção (perdas de cargas), 
 Estrangulamento na linha de sucção, 
 Altura estática da linha de sucção, 
 Linha de sucção congelada, 
 
 
 
Defeito provocado pela cavitação: Corrosão das palhetas da bomba 
 
 
 Características de uma bomba em cavitação 
 
 Queda de rendimento, 
 Marcha irregular, 
 Vibração provocada pelo desbalanceamento, 
 Ruído provocado pela implosão das bolhas, 
 
 Como evitar a cavitação: 
 
 Primeiramente, elaborando-se um bom projeto para a linha de sucção, 
 Segundo, aplicando-se uma manutenção preventiva. 
 
 
4.2.7 Consumo de energia das bombas 
 
A função de uma bomba é transferir energia para o fluido, logo sua operação 
sempre implica em consumo de energia, então como minimizar o consumo de energia ? 
 Basta operar as bombas considerando e seguindo algumas recomendações: 
 
 
 
32 
 
 Válvulas de sucção sempre abertas; 
 Manter o fluido na temperatura recomendada; temperatura baixa aumenta a 
viscosidade, dificultando o trabalho da bomba ; 
 Evitar o aumento da pressão no tanque de descarga; 
 Minimizar o uso de recirculação; 
 Ajustar a vazão da bomba para o mais próximo possível do BEP ; 
 Manter os filtros limpos; 
 Partir as bombas centrífugas com a descarga fechada. 
 
 
4.2.8 Temperatura de operação 
 
Se a temperatura de operação mudar, haverá mudança na viscosidade do fluido e 
na pressão de vapor. 
 
O que acontece se a temperatura de operação mudar ? 
 
a) Bombas de engrenagens (e outras de deslocamento positivo) 
 
operando em altas temperaturas: 
 A viscosidade será baixa e haverá falta de lubrificação entre as engrenagens, 
produzindo limalhas metálicas de desgaste. 
 
b) Bombas de engrenagens (e outras de deslocamento positivo) 
 
operando em baixas temperaturas: 
A viscosidade será alta, dificultando a movimentação do líquido, forçando 
rolamentos e mancais, desgastando essas peças. 
 
c) Bombas centrífugas operando em temperaturas altas: 
 Risco de cavitação e danos para a bomba. 
 
d) Bombas centrífugas operando em temperaturas baixas: 
 A viscosidade será alta, aumentando o consumo de energia. Se a viscosidade 
subir muito, o bombeamento diminui a vazão e a bomba poderá trabalhar em vazio, 
podendo ser danificada por falta de refrigeração. 
 
 
4.2.9 Associação de Bombas Hidráulicas 
 
Muitas razões, técnicas e econômicas, levam à necessidade de se efetuar a 
associação de bombas por exemplo: 
 
 Inexistência no mercado, de bombas que possam, isoladamente atender a vazão 
de demanda; 
 
 Inexistência no mercado, de bombas que possam, isoladamente atender a altura 
manométrica do projeto; 
 
 Aumento da demanda (vazão) com o decorrer do tempo. 
 
33 
 
4.2.10 Tipos de Associação de Bombas 
 
 Bombas em Série e Bombas em Paralelo 
 
 
4.2.10.1 Bombas em Série: 
 
Quando a altura manométrica for muito elevada, devemos analisar a possibilidade 
do emprego de bombas em série, pois esta solução poderá ser mais viável, tanto em 
termos técnicos como econômicos. Como principal precaução neste tipo de associação, 
devemos verificar se cada bomba a jusante tem capacidade de suporte das pressões de 
montante na entrada e de jusante no interior da sua própria carcaça. Para melhor 
operacionalidade do sistema é aconselhável a associação de bombas idênticas, pois este 
procedimento flexibiliza a manutenção e reposição de peças. 
 
 
 
associação de bombas em série 
 
4.2.10.2 Bombas em Paralelo: 
 
É comum em sistemas de abastecimento de água, esgotamento ou serviços 
industriais, a instalação de bombas em paralelo, principalmente com capacidades 
idênticas, porém não exclusivas. Esta solução torna-se mais viável quando a vazão de 
projeto for muito elevada ou no caso em que a variação de vazão for perfeitamente 
predeterminada em função das necessidades de serviço. 
No primeiro caso o emprego de bombas em paralelo permitirá a vantagem 
operacional de que havendo falha no funcionamento em uma das bombas, não 
acontecerá a interrupção completa e, sim, apenas uma redução da vazão bombeada pelo 
sistema, no caso de apenas uma bomba aconteceria a interrupção total, pelo menos 
temporária, no fornecimento, na segunda situação a associação em paralelo possibilitará 
uma flexibilização operacional no sistema, pois como a vazão é variável poderemos retirar 
ou colocar bombas em funcionamento em função das necessidades e sem prejuízo da 
vazão requerida. 
 
 
associação de bombas em paralelo 
 
34 
 
Em resumo teoricamente temos que: 
 
 Bombas em série somam alturas ou pressão 
 
 Bombas em paralelo somam vazões. 
 
 
4.3 Gravidade 
 
Os escoamentos de fluidos estão sujeitos a condições gerais, leis e princípios, para 
facilitar o estudo, costuma-se agrupar os escoamentos em determinados tipos, de acordo 
com algumas características comuns. 
O escoamento por gravidade ou superfície livre ocorre quando, em qualquer seção 
transversal considerada, o líquido estiver sempre em contato com a atmosfera, é o tipo de 
escoamento que ocorre em rios, córregos e canais, se dá pela ação da gravidade. 
 
seção transversal de um canal 
 
4.3.1 Escoamento em canais 
 
Conceitua-se canal como um conduto longo no qual escoa água ou outro líquido 
em superfície livre, podem ser classificados como: 
 
 Canais naturais: são os cursos d’água existentes na Natureza como os: córregos, 
rios, etc, 
 
 
 
canal natural de um córrego com água 
35 
 
 Canais artificiais: podem ser de seção aberta ou fechada, construídos pelo 
Homem como os canais de irrigação e de navegação, aquedutos, galerias, 
coletores etc. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 transporte de vinhaça transporte de águas pluviais 
 
 
Podem ser classificados ainda como: 
 
 Uniformes ou prismáticos: quando ao longo do comprimento, mantiverem seção 
transversal e declividade constantes. 
 
 Não-uniformes ou não-prismáticos: quando ao longo do comprimento não 
mantiverem seção transversal e declividade constantes 
 
 De uma maneira geral: 
 
 canais naturais = não-uniformes 
 
 canais artificiais = uniformes ou podem ser decompostos em trechos de canais 
uniformes 
 
 
4.3.2 Velocidade dos líquidos nos canais 
 
A distribuição de velocidades no fluido em condutos livres é função principalmente 
da resistência do fundo e das paredes, resistência superficial da atmosfera e vento, 
resistência interna da viscosidade do fluido e da aceleração da gravidade. 
A determinação das velocidades no diferentes pontos das secções transversais dos 
canais de um modo geral só é possível por via experimental. 
Seguem alguns exemplos conforme as figuras abaixo da distribuição de 
velocidades em seções transversais, onde estão representadas as linhas que ligam os 
pontos de iguais velocidades. 
 
 
 
36 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.4 Impulso 
 
4.4.1 Introdução 
 
Os tipos mais comuns das operações unitárias envolvendo transferência de impulsos 
são: 
 
a) Bombeamento de líquidos 
b) Escoamento gravitatório de líquidos 
c) Ventilação (gases) 
d) Compressão (gases) 
e) Decantação 
f) Centrifugação 
g) Agitação de líquido 
h) Mistura de líquidos e líquido-gás 
i) Atomização líquido-gás (aspersão) 
j) Atomização líquido-líquido (homogeneização) 
k) Movimentação de fluidos através de sólidos porosos 
 
A experiência de Reynolds em 1883 demonstrou a existência de dois tipos de 
escoamentos, o escoamento laminar e o escoamento turbulento. O experimento teve 
como objetivo a visualização do padrão de escoamento de água através de um tubo de 
vidro, com o auxílio de um fluido colorido com uso de corante. 
canal triangular 
seção retangular estreita canal trapezoidal 
canalnatural irregular canal circular canal raso 
37 
 
 
 
Experimento de Reynolds 
 
4.4.2 Regimes de Escoamentos de Fluidos 
 
Vamos considerar apenas o que é chamado fluido ideal, isto é, um fluido 
incompressível e que não tem força interna de atrito ou viscosidade, o caminho percorrido 
por um elemento de um fluido em movimento é chamado linha de escoamento. Em 
geral, a velocidade do elemento varia em módulo e direção, ao longo de sua linha de 
escoamento, se cada elemento que passa por um ponto tiver a mesma linha de 
escoamento dos precedentes, o escoamento é denominado estável ou estacionário. 
No início de qualquer escoamento, o mesmo é instável, mas, na maioria dos casos, 
passa a ser estacionário depois de um certo período de tempo. A velocidade em cada 
ponto do espaço, no escoamento estacionário, permanece constante em relação ao 
tempo, embora a velocidade de uma determinada partícula do fluido possa variar ao longo 
da linha de escoamento. 
 
 4.4.3 Tipos de Escoamento 
 
Conforme o experimento de Reynolds, o movimento de fluidos pode se processar, 
fundamentalmente, de duas maneiras diferentes: 
 
a) Escoamento laminar: caracteriza-se pelo movimento ordenado das moléculas do 
fluido, e todas as moléculas que passam num dado ponto devem possuir a mesma 
velocidade, o movimento do fluido pode, em qualquer ponto, ser completamente 
previsto. 
 
 
 
38 
 
b) Escoamento turbulento: é o contrário do escoamento laminar, ou seja, o 
movimento das moléculas do fluido é completamente desordenado; moléculas que 
passam pelo mesmo ponto, em geral, não têm a mesma velocidade e torna-se 
difícil fazer previsões sobre o comportamento do fluido. 
 
 
 
O escoamento turbulento não é interessante devido às desvantagens e perigos que 
sua presença pode acarretar. 
Quando um corpo se move através de um fluido, de modo a provocar turbulência, a 
resistência ao seu movimento é bastante grande, por esta razão, aviões, carros e 
locomotivas são projetados de forma a evitar turbulência. 
 
 
4.5 Força centrífuga 
 
Uma bomba centrífuga na maioria das vezes é o equipamento mais simples em 
qualquer planta de processo, converte a energia de uma fonte motriz principal como motor 
elétrico ou turbina em velocidade ou energia cinética, e então, em energia de pressão do 
fluido que está sendo bombeado de duas partes principais da bomba: 
 
 impulsores: parte giratória que converte a energia do motor em energia cinética. 
 
 
 
 
39 
 
 voluta ou difusor: parte estacionária que converte a energia cinética em energia 
de pressão. 
 
 
 
 voluta difusor 
 
O líquido a ser transportado entra na bomba pelo bocal de sucção e, logo em 
seguida, no centro de um dispositivo rotativo conhecido como impulsor. Quando o 
impulsor gira, ele imprime uma rotação ao líquido situado nas cavidades entre as palhetas 
externas, proporcionando-lhe uma aceleração centrífuga. Cria-se uma área de baixa-
pressão no olho do impulsor, causando mais fluxo de líquido através da entrada, como as 
lâminas do impulsor são curvas, o fluido é impulsionado nas direções radial e tangencial 
pela força centrífuga. 
A figura abaixo mostra um corte lateral de uma bomba centrífuga indicando o 
movimento do líquido. 
 
 
 
A energia criada pela força centrífuga é energia cinética. A quantidade de energia 
fornecida ao líquido é proporcional à velocidade na extremidade, ou periferia, da hélice do 
impulsor, quanto mais rápido o impulsor move-se, ou quanto maior é o impulsor, maior 
será a velocidade do líquido na hélice, e tanto maior será a energia fornecida ao líquido. 
 
 
40 
 
4.6 Quantidade de movimento 
 
4.6.1 Introdução 
 
Tendo em vista a imensa quantidade de equipamentos industriais existentes no 
mercado e sua equivalência funcional, para entender seu funcionamento o critério são as 
operações unitárias, os tipos mais comuns das operações unitárias envolvendo a 
quantidade de movimento são: 
 
a) Fluidização 
b) Transporte pneumático 
c) Transporte hidráulico 
d) Decantação de sólidos 
e) Filtração 
f) Ultra-filtração 
g) Centrifugação sólido-líquido 
h) Separação com ciclones 
i) Mistura líquido-sólido 
j) Prensagem 
k) Fluxo a granel (sólidos particulados) 
l) Peneiração 
m) Decantação sólido-sólido 
n) Mistura sólido-sólido 
o) Moagem, trituração, desfibração de sólidos 
p) Compactação de sólidos 
q) Aglomeração de partículas sólidas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
41 
 
4.7 Movimento de vapor e gases 
 
4.7.1 introdução 
 
Segundo a legislação vigente, Norma Regulamentadora N°13 (NR-13), Portaria 
3.214 de 08/06/78, do Ministério do Trabalho, ítem 13.1.1: 
“Caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor 
sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, 
executando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de 
processo” 
No inicio de sua invenção, serviu para mover máquinas e turbinas para geração de 
energia e locomotivas, com advento da necessidade industrial passou a ser utilizada em 
cozimentos, higienização, fabricação de alimentos com constante evolução, utilizamos o 
vapor principalmente em lacticínios, fábricas de alimentos, curtumes, frigoríficos, 
indústrias de vulcanização, usinas de açúcar e álcool, tecelagem, fabricas de papel e 
celulose entre outras. 
 
4.7.2 Classificação das caldeiras conforme tipo: 
 
 Flamotubulares ou Fogotubulares; 
 Aquatubulares 
 
4.7.3 Caldeiras Flamotubulares ou Fogotubulares 
 
Caldeira em que os gases quentes passam por dentro de tubos, ao redor dos quais 
está a água a ser aquecida e evaporada, os tubos são montados à maneira dos feixes de 
troca de calor, com um ou mais passos dos gases quentes através do mesmo, 
empregadas apenas para pequenas capacidades e quando se quer apenas vapor 
saturado de baixa pressão. 
 
 
 
4.7.4 Caldeiras Aquatubulares 
 
Caldeira em que há circulação de água por dentro dos tubos e os gases quentes 
envolvendo-os, são as mais empregadas e mais usadas para instalações de maior porte 
e na obtenção de vapor superaquecido. 
 
 
42 
 
 
 
4.7.5 Vantagens e Desvantagens das Caldeiras Flamotubulares ou Fogotubulares: 
 
 
4.7.5.1 Vantagens 
 
• custo de aquisição mais baixo; 
• exigem pouca alvenaria; 
• atendem bem a aumentos instantâneos de demanda de vapor. 
 
4.7.5.2 Desvantagens 
 
• baixo rendimento térmico; 
• partida lenta devido ao grande volume interno de água; 
• limitação de pressão de operação (máx. 15 kgf/cm²); 
• baixa taxa de vaporização (kg de vapor / m². hora); 
• capacidade de produção limitada; 
• dificuldades para instalação de economizador, superaquecedor e pré-aquecedor. 
 
4.7.6 Principais componentes 
 
Encontramos nas caldeiras, geralmente, os seguintes componentes: 
 
• Câmara de combustão: região onde se dá a queima do combustível, com 
produção dos gases de combustão que fornecem calor à água. 
 
• Tubos: servem para a circulação de vapor e água dentro da caldeira a fim de 
permitir a troca de calor entre os gases quentes de combustão e a água ou vapor. 
 
• Coletores: peças cilíndricas, às quais chegam e saem conjuntos de tubos, cuja 
finalidade, como o próprio nome indica, é coletar água ou vapor. 
 
• Tubulão: tambor horizontal, situado no ponto mais alto do corpo principal da 
caldeira. 
 
43 
 
• Superaquecedor: consiste de um ou mais feixes tubulares, destinados a 
aumentar a temperatura do vapor gerado na caldeira. 
 
• Pré-aquecedor de ar: aquece o ar de combustão para a seguir introduzi-lo na 
fornalha, graças ao aproveitamento do calor sensível dos gases da combustão. 
 
• Economizado: a água de alimentação passa por uma serpentina ou feixe 
tubular, a fim de aproveitar também o calor dos gases residuais da combustão, manda ao 
tubulão já pré-aquecido, o que representa uma economia de energia 
 
• Alvenaria (refratários): paredes da caldeira revestidas internamentede tijolos 
refratários, resistentes a altas temperaturas, protegem as partes metálicas estruturais da 
caldeira contra deterioração por alta temperatura e produzem homogeneização da 
temperatura por reflexão do calor das chamas. 
 
• Ventiladores: têm a finalidade de movimentar o ar de combustão até os 
queimadores na câmara de combustão e os gases da câmara de combustão até a 
chaminé. 
 
• Chaminé: parte que conduz os gases de combustão à atmosfera. 
 
• Válvulas: têm como função interromper ou regular a passagem de um fluido. 
 
• Válvulas de segurança: válvulas especiais cuja finalidade é dar saída ao vapor 
no caso deste atingir uma pressão superior a um máximo admitido pelas condições de 
segurança operacional. 
 
• Pressostatos: dispositivos de segurança que comandam o regime de trabalho 
das caldeiras, de acordo com a pressão de vapor. 
 
• Visor de nível: tubo de vidro colocado no tambor de vapor, serve para dar ao 
operador a noção exata da altura onde se encontra a água da caldeira. 
 
• Alarme de Falta d’água: sinal sonoro e luminoso que dispara quando o nível de 
água da caldeira está muito baixo. 
 
• Indicadores de Pressão (manômetros): instrumentos utilizados para medir a 
pressão de líquidos, gases e vapores. 
 
 
44 
 
4.7.6 Combustíveis 
 
Os diversos tipos de combustíveis podem ser de origem fóssil, residuais e 
renováveis, dividem-se em três categorias: sólidos, líquidos ou gasosos, sendo que os 
combustíveis sólidos podem ser queimados em grelha, suspensão (pulverizados) ou em 
leito fluidizado, quanto aos combustíveis líquidos (atomizados) e gasosos são sempre 
queimados em suspensão, também existem a as caldeiras elétricas, porém restritas. 
 
Sólidos Líquidos Gasosos 
Carvão 
Pó de cortiça 
Biomassa 
Lixos 
Serragem 
Fuelóleo 
Óleos usados 
Álcool de cana 
Gasóleo 
Licor negro (celuloses) 
Gás natural 
Gás de alto forno 
Biogás 
Gás de forno de coque 
Gás de refinaria 
 
 
4.8 Cálculo de Vazão, Velocidade e Equação da Continuidade, Introdução à Equação 
de Bernoulli 
 
 
4.8.1 Vazão e velocidade 
 
O conceito de vazão é fundamental praticamente para todos os estudos dos 
fluidos, seja para uma instalação hidráulica de abastecimento, seja para o estudo de 
drenagem, seja para o estudo de geração de energia através de turbina, para todos estes 
estudos o parâmetro inicial a ser conhecido é a vazão. 
 
 Conceito de Vazão em Volume ou Simplesmente Vazão (Q ) 
 
Vazão é a quantidade em volume de fluido que atravessa uma dada seção do 
escoamento por unidade de tempo. 
 
 
Q = V / t Onde: V = Volume 
 t = tempo 
 
 
 Conceito de Vazão em Massa (Qm) 
 
Vazão em massa é a quantidade em massa do fluido que atravessa uma dada 
seção do escoamento por unidade de tempo. 
 
 
 Qm = m / t Onde: m = Massa 
 t = Tempo 
 
Nota: O conceito de vazão em massa é fundamental para o estudo de escoamentos 
onde a variação de temperatura não é desprezível. 
 
 
 
 
45 
 
 Conceito de Vazão em Peso (QG ) 
 
Vazão em peso é a quantidade de peso do fluido que atravessa uma dada seção 
do escoamento por unidade de tempo. 
 
 
 QG = G / t Onde: G = Peso 
 t = Tempo 
 
 
 Unidades de QG, Qm e Q 
 
 SI MK*S CGS 
QG N/s Kgf/s dina/s 
Qm Kg/s utm/s g/s 
Q m3/s m3/s cm3/s 
 
Outras unidades muito usadas: (L/s) e (m3/h). 
 
 
 Cálculos da vazão 
 
Se tivermos num condutor um fluido em escoamento uniforme, isto é, o fluido 
escoando com velocidade constante, a vazão poderá ser calculada multiplicando-se a 
velocidade (v) do fluido, em dada seção do condutor, pela área (A) da seção 
considerada, ou seja: 
 
Q = A .v onde: Q = vazão 
 A = área 
 v = velocidade 
 
Para demonstrar, suponha-se um condutor de seção constante: 
 1 2 
 
 
O volume escoado entre as seções (1) e (2) de área A é igual : 
 
V = A . L onde : V = volume 
 A= área 
 L = distância 
 
 
46 
 
Sabendo-se que L = v.t (movimento uniforme ), tem-se que : 
 
V = A .v.t onde : V = volume 
 A= área 
 v = velocidade 
 t = tempo 
 
Como Q = 
t
V
 , Q = A. 
t
v
.t tem-se : Q = A . v 
 
 Exemplos práticos 
 
Um condutor de 20 cm2 de área de secção reta despeja gasolina num reservatório. A 
velocidade de saída da água é de 60 cm3/s. 
 
a) Qual será a vazão do fluido escoado? 
 
 
 
Resolução: 
 
Sabemos que a vazão Q é dada por Q = V/T ou Q = Av 
Neste caso, torna-se evidente que devemos usar a relação: 
 Q = Av, porque conhecemos a velocidade do fluido e a área da secção reta do 
condutor. 
 
V = 60 cm3/s e A = 20 cm2 
Q = A.v 
Q = 20 x 60 
 
Q = 1.200 cm3/s 
 
Suponha que, no exemplo acima, o reservatório tenha 1.200.000 cm3 de 
capacidade. 
 
a) Qual será o tempo necessário para enchê-lo? 
 
Resolução: 
 
Temos V = 1.200.000 cm3 
Q = 1.200 cm3/s 
T = ? 
Aplicando a relação Q = V/ t, tiramos t = V/Q 
47 
 
t = 1.200.000 / 1.200 t = 1.000 segundos 
 
t = 16 minutos 40 s 
 
4.8.2 Equação da Continuidade 
 
Dizemos que um fluido encontra-se escoando em regime permanente quando a 
velocidade, num dado ponto, não varia com o tempo. 
 
Assim, considerando vários pontos quaisquer no interior de um fluido, estes estarão 
em regime permanente, desde que toda partícula que chegue a cada um desses pontos, 
passe com a mesma velocidade e na mesma direção, não necessariamente as 
velocidades devem ser sejam iguais em todos os pontos, o importante é que toda 
partícula que passe por cada um deles isoladamente tenha a mesma velocidade. 
Se unirmos os pontos da figura acima, teremos trajetória de qualquer partícula que 
tenha passado pelo ponto mais baixo da curva, esta trajetória é conhecida pelo nome de 
Linha de Corrente. 
Suponha-se, agora, um fluido escoando em regime permanente no interior de um 
condutor de secção reta variável. 
 
 
 
A velocidade do fluido no ponto A1 é V1, e no ponto A2 é V2. 
A1 e A2 são áreas da secção reta do tubo nos dois pontos considerados. 
 
Já foi visto que Q = V/ t e Q = Av, portanto pode-se escrever que: 
 
V/ t = A.v 
 
V = A. v. t 
48 
 
Sabe-se, ainda, que a massa específica é definida pela relação: 
 
μ = m / V 
 
m = μV 
 
m = μAvt 
 
Pode-se, então, dizer tendo em vista esta última equação, que a massa de fluido 
passando através da secção A1 por segundo é m = μ1.A1.v1; e que a massa de fluido 
que atravessa a secção A2, em cada segundo é igual a m = μ2.A2.v2. 
 
Está sendo supondo aqui que a massa específica do fluido varia ponto a ponto no 
interior do tubo. A massa de fluido, porém, permanece constante, desde que nenhuma 
partícula fluida possa atravessar as paredes do condutor. 
Portanto, é possível escrever: 
 
μ1.A1.v1 = μ2.A2.v2 
 
Esta é a Equação da Continuidade nos escoamentos em regime permanente. Se 
o fluido for incompressível, não haverá variação de volume e, portanto, μ1 = μ2 e a 
Equação da Continuidade toma uma forma mais simples, qual seja: 
 
 A1.v1 = A2.v2 
 
ou 
 
Q1 = Q2 
 
Esta relação mostra que onde a área da secção do condutor for maior, a 
velocidade de escoamento da massa fluida é menor e vice-versa. 
 
 Exemplos práticos 
 
Um duto de secção retangular possui um estreitamento cuja área de secção é de 
100 cm2. Certo líquido flui no duto à razão de 90 litros/min. 
 
a) Calcular a velocidadedo líquido no estreitamento. 
 
Resolução: 
 
O problema fornece vazão do líquido no interior do duto em sua parte mais larga, 
sabe-se que: 
 
Q1 = Q2 
Q1 = A2.v2 
Logo, v2 = Q1 / A2 
 
Deve-se estar atentos para as unidades, trabalhemos no sistema CGS. 
 
Q1 = 90 L / min = 90 dm3/ 60s = 90.000 cm3/ 60s 
Q1 = 1.500 cm3/ s v2 = Q1 / A2 
49 
 
V2 = 1.500 cm3/s 
 100 cm2 
 
V2 = 15 cm/s 
 
b) Calcular a velocidade do fluido na parte mais larga do condutor: 
 
 v1 = 5 ,0 cm v2 = ? 
 
 A1 = 40 cm2 A2 = 150 cm2 
 
 
Aplicando-se a Equação da Continuidade temos: 
 
A1.v1 = A2 . v2 => v2 = 2
1.1
A
vA
 
 
=> v2 = 150
540x
 => v2 = 150
200
 = 1,3 cm / s 
 
 
 
4.9 Introdução a Equação de Bernoulli 
 
O Princípio de Bernoulli, Equação de Bernoulli, Trinômio de Bernoulli, ou 
ainda Teorema de Bernoulli descreve o comportamento de um fluido movendo-se ao 
longo de uma linha de corrente e traduz para os fluidos o principio da conservação da 
energia. 
Foi exposto por Daniel Bernoulli em sua obra Hidrodinâmica (1738) e expressa que 
num fluido ideal (sem viscosidade nem atrito) em regime de circulação por um conduto 
fechado, a energia que possui o fluido permanece constante ao longo de seu percurso. A 
energia de um fluido em qualquer momento consta de três componentes: 
 
1. Cinética: é a energia devida à velocidade que possua o fluido. 
 
2. Potencial gravitacional: é a energia devida à altitude que um fluido possua. 
 
3. Energia de fluxo: é a energia que um fluido contém devido à pressão que possui. 
 
A seguinte equação conhecida como “Equação de Bernoulli” (Trinômio de 
Bernoulli) consta destes mesmos termos. 
 
 
 
 
50 
 
Onde: 
 
 V = velocidade do fluido na seção considerada. 
 g = aceleração gravitacional 
 z = altura na direção da gravidade desde uma cota de referência. 
 P = pressão ao longo da linha de corrente. 
 ρ = densidade do fluido 
 
Para aplicar a equação deve realizar as seguintes suposições: 
 
 Viscosidade (atrito interno) = 0, considera que a linha de corrente sobre a qual se 
aplica encontra em uma zona ‘não viscosa’ do fluido. 
 Caudal constante 
 Fluxo incompressível, onde ρ é constante. 
 A equação se aplica ao longo de uma linha de corrente ou em um fluxo 
irrotacional. 
Sob determinadas condições, é possível fazer a simplificação da Equação de 
Bernoulli, chegando-se a Equação de Torricelli, aplicada ao escoamento de fluidos 
através de pequenos orifícios: 
 
v = 
gH2
 
 
 Exemplos práticos: 
 
Qual a velocidade da água através de um furo na lateral de um tanque, se o desnível 
entre o furo e a superfície livre é de 2 m ? 
 
 
Resolução: 
 
Utilizando a equação de Bernoulli simplificada e considerando z1(H) = 2 m e g = 9,81 
m/s2, podemos calcular a velocidade da água pela equação a seguir: 
 
 
51 
 
v = 
gH2
 
 
V = 12gz 
 
V = 2.81,9.2 
 
V = 6,26 m / s 
 
 
4.10 Pressão de coluna de líquido, vasos comunicantes, tubo em U, pressão 
absoluta, relativa e manométrica. 
 
 
4.11 Pressão de coluna de líquido 
 
A pressão que um líquido de densidade µ, altura h, num local onde a aceleração da 
gravidade é g exerce sobre o fundo de um recipiente é chamada de pressão hidrostática e 
é dada pela expressão: 
 
 
 
 
Se houver dois ou mais líquidos não miscíveis, teremos: 
 
 
 
52 
 
4.12 Vasos comunicantes 
 
Para entender esse sistema, é importante pensar em um recipiente que possui 
alguns ramos que são capazes de se comunicar entre si: 
 
 
 
Como podemos observar na figura acima, o recipiente está cheio com apenas um 
líquido em equilíbrio, portanto podemos concluir que: 
 
1- A superfície que estiver sem líquido, será horizontal e irá atingir a mesma altura 
de h. 
2- Quando os pontos do líquido estiverem na mesma altura z, a pressão do mesmo 
será igual. 
 
Portanto: P1 = P2 = P3, pode-se concluir que esses fatos são denominados 
Princípio dos Vasos Comunicantes. 
 
4.13 Tubo em U 
 
 Os medidores de pressão podem ser classificados de acordo com os seus princípios 
de funcionamento, entre os quais podemos citar: 
 
1) Equilíbrio de uma força produzida sobre uma área conhecida com a tensão 
atuante num meio elástico. 
 
 
 
Exemplo: Manômetro de Bourdon 
 
 
53 
 
2) Equilíbrio com uma coluna de líquido de densidade conhecida. 
 
 
Exemplo: Tubo em U com mercúrio para a medida do valor da pressão manométrica. 
 
 
4.13.1 Medida de pressão manométrica do ar 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A figura ilustra a situação em que a “pressão do ar dentro da garrafinha é maior 
que a pressão atmosférica” ou seja: Par > Patm pois o nível B está acima do nível A do 
ramo do tubo que está conectado à garrafa. 
 
 A pressão manométrica (Pman) é dada em função da diferença de nível (H) 
existente entre A e B : 
 
Pman = + H (cmH2O) 
 
Assim, se H = 14 cm, Pman = 14 cm de água. 
 
54 
 
Outras situações possíveis: 
 
I) Se nível de A = nível de B → H = 0 → Pman = 0 → Par = Patm. 
 
II) Se nível A estiver 5 cm acima do nível de B → Par < Patm o que implica que 
Pman = - 5 cm de água (pressão manométrica negativa). 
 
 
4.14 Pressão Absoluta, Relativa e Manométrica 
 
A pressão mede a “força por unidade de área” que atua perpendicularmente 
sobre uma superfície. 
 Ela pode ser expressa em diversas unidades, tais como: 
 
 mmHg (milímetros de mercúrio); 
 mH20 (metro de água); 
 psi (libras por polegada quadrada); 
 kgf/cm2 (quilograma-força por centímetro quadrado); 
 Pascal (N/m2), 
 
Lembramos que: 
 
 Pressão Absoluta: mede a pressão positiva a partir do vácuo completo. 
 
 Pressão relativa ou manométrica: mede a diferença entre a pressão 
desconhecida e a pressão atmosférica local. 
 
Ou 
 
 Pressão Absoluta = Pressão Instrumental (lida em manômetro ou vacuômetro) + 
Pressão Atmosférica 
 
 
5. Separação de materiais: Sólido / Líquido 
 
5.1 Introdução 
 
A etapa de separação sólido-líquido está entre as operações unitárias mais 
importantes que hoje são empregadas em indústrias químicas, têxteis, farmacêuticas, no 
beneficiamento de minério, bem como no processamento de alimentos, tratamento de 
água e resíduos, entre outras, pois muitos dos produtos industriais são suspensões de 
sólidos em líquidos. 
Dentre os processos de separação sólido-líquidos destacamos os principais 
métodos: Filtração, Decantação e Centrifugação. 
 
 
5.2 Filtração 
 
A filtração é uma das aplicações mais comuns do escoamento de fluidos através de 
leitos compactos. A operação industrial é análoga às filtrações realizadas em um 
laboratório que utilizam papel de filtro e funil. 
55 
 
O termo filtração pode ser utilizado para processos de separação dos sólidos de 
suspensões líquidas e, também para separação de partículas sólidas de gases, como por 
exemplo, a separação das poeiras arrastadas pelos gases utilizando tecidos. 
O objetivo da operação é separar mecanicamente as partículas sólidas de uma 
suspensão líquida com o auxílio de um leito poroso. Quando se força a suspensão 
através do leito, o sólido da suspensão fica retido sobre o meio 
filtrante, formando um depósito que se denomina torta e cuja espessura vai 
aumentando no decorrer da operação. O líquido que passa através do leito é 
chamado de filtrado, seu campo específico é: 
 
 separação de sólidos relativamente puros de suspensão diluídas; 
 clarificação total (e às vezes até o branqueamento simultâneo) de 
produtos líquidos encerrando pouco sólido; 
 eliminação total do líquido de uma lama já espessada. 
 
A filtração industrial difere da filtração de laboratório somente no volume 
de material operado e na necessidade de ser realizada a baixo custo. 
A escolha do filtro depende em grande parte da economia do processo, porém as 
vantagens econômicassão variáveis de acordo com o seguinte: 
 
 Viscosidade, densidade e reatividade química do fluido; 
 Dimensões da partícula sólida, tendência à floculação e deformabilidade; 
 Concentração da suspensão de alimentação; 
 Quantidade do material que deve ser operado; 
 Valores absolutos e relativos dos produtos líquido e sólido; 
 Grau de separação que se deseja realizar; 
 Custos relativos da mão-de-obra, do capital e da energia. 
 
5.2.1 Princípio de funcionamento do filtro: 
 
 
 Conforme figura acima, há um suporte do meio filtrante sobre o qual vai se 
depositando a torta à medida que a suspensão passa através do filtro. A força propulsora 
da operação varia de um modelo de filtro para outro, podendo ser: 
56 
 
 próprio peso da suspensão, como no caso da figura; 
 pressão aplicada sobre o líquido; 
 vácuo; 
 força centrífuga. 
 
Os poros do meio filtrante não precisam ser necessariamente menores do que o 
tamanho das partículas. De fato, os canais do meio filtrante são tortuosos, irregulares e 
mesmo que seu diâmetro seja maior do que o das partículas, quando a operação começa 
algumas partículas ficam retidas por aderência e tem início a formação da torta, que é o 
verdadeiro leito poroso promotor da separação, as primeiras porções do filtrado são 
geralmente turvas. 
 
5.2.2 Auxiliares de filtração 
 
Os auxiliares de filtração são bastante utilizados para acelerar a filtração ou ainda 
para possibilitar a coleta mais completa das partículas mais finas da suspensão, os mais 
comuns são: terras de infusórios; terra fuller; areia fina; diatomita ou kieselguhr; polpa de 
celulose; carbonato de cálcio; gesso; amianto; perlita; carvão. 
A quantidade a empregar varia com uma série de fatores, recomenda-se 1 a 2 kg 
de auxiliar de filtração por kg de contaminante, mas há uma quantidade ótima. 
Quantidades menores aumentam o ciclo, porque o meio filtrante entope, enquanto que 
maiores quantidades contribuem para aumentar a perda de carga através da torta sem 
remover o contaminante. 
 
5.2.3 Meio filtrante 
 
Existem muitas variedade de meios filtrantes utilizados industrialmente que seu tipo 
serve como critério de classificação dos filtros: leitos granulares 
soltos, leitos rígidos, telas metálicas, tecidos e membranas. 
 Leitos granulares: feitos de areia, pedregulho, carvão britado, escória, 
 calcário, coque e carvão de madeira, prestando-se para clarificar suspensões diluídas. 
 Leitos rígidos: feitos sob a forma de tubos porosos de aglomerados de quartzo ou 
alumina (para a filtração de ácidos), de carvão poroso (para soluções de soda e líquidos 
amoniacais) ou barro e caulim cozidos a baixa temperatura (usados na clarificação de 
água potável). Seu grande inconveniente é a fragilidade, não podendo ser utilizados com 
diferença de pressão superiores a 5 kg/cm2. 
 Telas metálicas: instalados nas tubulações de condensado que ligam os 
purgadores às linhas de vapor e que se destinam a reter ferrugem e outros detritos 
capazes de atrapalhar o funcionamento do purgador. 
 Tecidos : utilizados industrialmente e ainda são os meios filtrantes mais comuns. 
Há tecidos vegetais, como o algodão, a juta (para álcalis fracos), o cânhamo e o papel; 
tecidos de origem animal, como a lã e a crina (para ácidos fracos); minerais: amianto, lã 
de rocha e lã de vidro, para águas de caldeira; plásticos: polietileno, polipropileno, PVC, 
nylon, teflon e tergal, a duração de um tecido é limitada pelo desgaste e apodrecimento. 
 Membranas semi-permeáveis: papel pergaminho e bexigas animais, são 
utilizadas em operações parecidas com a filtração, mas que na realidade são operações 
de transferência de massa: diálise e eletro-diálise. 
Os critérios de escolha do meio filtrante devem incluir: 
 capacidade de remoção da fase sólida; 
 possibilidade de uma elevada vazão de líquido para uma dada queda 
de pressão; 
57 
 
 resistência mecânica; 
 inércia química frente a suspensão a ser filtrada e a qualquer líquido 
 de lavagem. 
 
Como é natural, cada uma destas considerações deve ser contra balanceada com os 
aspectos econômicos, de modo que o operador do filtro 
escolha o meio filtrante que satisfaça aos padrões da filtração e que resulte em um custo 
global da operação o mais baixo possível. 
 
 
5.2.4 Tipos de filtro 
 
Diversos são os fatores que devem ser considerados para especificar um filtro dentre 
eles: 
 
 Fatores associados com a suspensão: vazão, temperatura, tipo e concentração 
dos sólidos, granulometria, heterogeneidade, e forma das partículas. 
 Características da torta: quantidade, compressibilidade, valor unitário, 
propriedades físico-químicas, uniformidade e estado de pureza desejado. 
 Fatores associados com o filtrado: vazão, viscosidade, temperatura, pressão de 
vapor e grau de clarificação desejado. 
 Problema dos materiais de construção. 
 
O tipo mais indicado para uma dada operação é aquele que, além de satisfazer aos 
requisitos de operação, também satisfaz quanto ao custo total de operação, a 
classificação dos diversos modelos pode ser feita com base nos seguintes critérios: 
 
 Força propulsora: gravidade, pressão (com ar ou bomba), vácuo, vácuo-pressão 
e força centrífuga; 
 Material que constitui o meio filtrante: areia, tela metálica, tecido, meio poroso 
rígido, papel; 
 Detalhes construtivos: filtros de areia, placas e quadros, lâminas e 
rotativos; 
 Regime de operação: batelada e contínuos; 
 
Adotando os detalhes construtivos como critério principal e fazendo a combinação dos 
outros critérios, os modelos seguem a distribuição abaixo: 
 
 
1. Filtros de leito poroso granular 
 
São os mais simples, constituídos por uma ou mais camadas de sólidos particulados, 
suportados por um leito de cascalho sobre uma grade, através do qual o material a ser 
filtrado flui por gravidade ou por pressão, empregados geralmente para retirar pequenas 
quantidades de sólidos de grandes volumes de líquidos, nas quais nem o sólido nem o 
líquido possuem alto valor unitário, e quando o produto sólido não deve ser recuperado. 
 
 
58 
 
 
Filtro de meio filtrante granulado, construído para operar sob pressão. 
 
2. Filtros prensa 
 
Os filtros-prensa são formados por várias câmaras justapostas e a filtração é 
realizada sob a ação de uma pressão exercida sobre a suspensão no interior das 
câmaras. A suspensão é bombeada diretamente para os compartimentos do filtro onde a 
torta é recolhida, modelos comerciais utilizam um tecido chamado lona, ao invés de 
papéis. 
 
 
2.1 Filtros prensa de câmara 
 
Os filtros-prensa de câmaras possuem placas rebaixadas na parte central e 
formam câmaras quando justapostas, cada placa tem um furo central, quando a prensa 
está montada os furos formam um canal através do qual a suspensão é alimentada nas 
diversas câmaras. Cada placa tem uma torneira, de modo que, se o filtrado de uma dada 
placa sair turvo, a torneira correspondente poderá ser fechada e essa placa deixará de 
funcionar. 
 
Filtro-prensa de câmaras 
 
 
2.2 Filtros prensa de placas 
 
O filtro-prensa de placas e quadros é o dispositivo de filtragem mais comum na 
indústria, possuem as vantagens e desvantagens: 
 
59 
 
Vantagens: 
 Construção simples, robusta e econômica; 
 Grande área filtrante por unidade de área de implantação; 
 Não têm partes móveis; 
 Os vazamentos são detectados com grande facilidade; 
 Trabalham sob pressões até 50 kg/cm2; 
 A manutenção é muito simples e econômica: apenas substituição 
periódica das lonas. 
 
Desvantagens: 
 Operação intermitente, filtração deve ser interrompida, o mais tardar, 
quando os quadros estiverem cheios de torta; 
 O custo da mão-de-obra de operação, montagem e desmontagem é 
elevado; 
 A lavagem da torta, pode durar várias horas e será tanto mais demorada quanto 
mais densa for a torta, partículas finas tendem a produzir tortas de lavagem difícil. 
 
 
Filtro-prensa de placas e quadros 
 
 
2. Filtros de Lâminas 
 
São