O documento descreve o funcionamento e aplicações de hidrociclones, equipamentos utilizados para separar partículas em suspensão em líquidos através da força centrífuga. Hidrociclones possuem uma parte cilíndrica e outra cônica, com orifícios para descarga do material mais grosso e mais fino. Eles são amplamente usados em processos industriais para clarificação, classificação e concentração de materiais.

1. Hidrociclones
Eng˚ Custódio Filipe.

2. Hidrociclone
Constituído por uma parte cilíndrica e outra cônica e três orifícios
Freqüentemente utilizada
na classificação de sólidos
e separações líquido-
líquido.
Hidrociclone pode ser nomeado como
ciclone hidráulico ou ciclone (sobre-
entendido o trabalho só com polpas)

3. Os hidrociclone existem desde 1890  aproveitada
industrialmente a partir de 1940.
Hidrociclone
Principio do hidrociclone, que foi empregado na concentração
de carvão.

4. Hidrociclone
O hidrociclone é considerado um equipamento padrão em vários processos
industriais nas áreas têxtil, químico, alimentício, metalúrgico, siderúrgico,
beneficiamento mineral, tratamento de águas, ambiental, sendo utilizados em
operações unitárias de separação e/ou concentração de partículas (dependendo das
características da população inicial e do tipo de hidrociclone).
A utilização destes equipamentos estão firmemente estabelecidos na industria como:
- Clarificação de líquidos
- Adensamento e espessamento
- Lavagem de sólidos
- Classificação de sólidos por tamanho de partícula
- Ordenação de sólidos de acordo com a densidade e forma da
partícula
- Medida de partículas fora ou dentro do processo
- Desgaseificação dos líquidos
- Separação líquido-líquido imiscíveis
Seguindo a teoria da classificação, a alimentação dos hidrociclones (ou ciclones) é
feita na forma de polpa  resultando dois produtos: underflow e o overflow.
Underflow  maioria das partículas grossas
Overflow  maioria das partículas finas

5. Hidrociclone
Overflow  maioria das
partículas finas 
descarregado pelo tubo
coaxial chamado VORTEX
FINDER
Vortex finder
Underflow  maioria das
partículas grossas 
descarregado pelo vértice
chamado APEX
Alimentação
Apex

6. Hidrociclone
Basicamente os hidrociclones são separadores em campo centrífugo e
consistem de uma parte cilíndrica seguida de uma parte cônica que
possui, em seu vértice, a abertura, denominada apex para a descarga do
underflow.
A alimentação é introduzida tangencialmente
à seção cilíndrica, em que há o tubo
coaxial (suspiro), denominado vortex
finder para a descarga do overflow.
A energia potencial armazenada na polpa (pelo
bombeamento)  transformada em energia
cinética (pela geometria do ciclone) 
movimento rotacional da polpa.
Suspiro

7. Suspiro

8. Hidrociclone
Regioes internos
Uma região estreita A contra o teto da parede do
cilindro, contem partículas com o tamanho de
distribuição da alimentação (alimentação não
classificada).
A maior seção cônica é preenchida pela região B, uma
região onde as partículas têm essencialmente
uma distribuição grosseira de tamanhos(material
classificado e vai ser descartado no apex).
Estendendo abaixo do vortex finder tem-se a região
estreita C, a qual contem essencialmente
produto de distribuição fina de tamanho(material
completamente classificado a ser descartado no
vortex).
A Quarta região D é um toroide alongado situado entre
C, A e B. Aqui a distribuição de tamanhos é mais
alta no tamanho de partículas intermediárias . A
região é um local ativo de classificação.

9. Mecanismo da classificação
Os hidrociclones utilizam a sedimentação centrífuga como princípio de separação,
em que as partículas em suspensão são submetidas a um campo centrífugo que
provoca sua separação do fluido. A suspensão no duto de alimentação, dotada de
energia de pressão, é injetada tangencialmente no topo da parte cilíndrica do
hidrociclone, induzindo a suspensão a realizar ao longo da trajetória um movimento
rotacional. Esse movimento em seu percurso gera acelerações centrífugas
diretamente atuantes nas partículas presentes no meio, forçando-as a moverem-se
em direção à parede do equipamento.
Na medida em que o líquido adentra a parte cônica do
hidrociclone, maiores são as velocidades da suspensão. A
seção disponível vai se reduzindo em direção ao orifício do
“underflow”, que é relativamente pequeno, o que permite
apenas parte da suspensão inicialmente alimentada no
hidrociclone seja descarregada. Sendo assim, a parcela que
não é descarregada no “underflow” migra para o centro do
eixo do equipamento, formando um vórtice interno
ascendente com movimento rotacional inverso àquele
criado pelo primeiro vórtice, como pode ser observado na
Figura (RIETEMA, 1961; SILVA, 1989). A maior parte da
suspensão de alimentação deixa o hidrociclone através do
tubo de diluído (“overflow”).

10. Hidrociclone - aplicações
Na área de processamento mineral tem um vasto campo de aplicação em:
- Circuitos fechados de moagem (classificação)
- Circuitos de concentração (pre-concentração com ciclones de fundo chato)
- Deslamagem de minérios para a flotação ou para concentração
- Remoção de partículas menores a 10 µm (em deslamagem ou desaguamento)
- Classificação dos rejeitos (para base de barragem e recuperação de médios e
reutilização de água)
- Classificação de produtos (classificação seletiva com hidrociclones em serie)
- Concentração de areias (espessamento ou adensamento)
Destaca-se que os hidrociclones não tiveram maiores modificações a pesar de sua
baixa eficiência e, a classificação ocorre pela mesma ineficiência que acontece
pelos seguintes aspectos:
- Classificação, que depende da trajetória de entrada das partículas e esta é
aleatória
- O curto-circuito, que acontece por um fluxo em retardo da capa limite (fluxo
encostado às paredes interiores do Hidrociclone), que dirige uma porção do fluxo
da alimentação diretamente à descarga inferior (underflow) sem lograr
classificar-se.
- Fuga de material pela descarga inferior ou underflow que não sofre
classificação no interior do Hidrociclone (Fugas não identificadas).

11. Segundo SILVA (1989), no hidrociclone, parte da massa sólida não é separada
devido à ação centrífuga, pois o equipamento também age como um divisor do
escoamento, tal como uma conexão “T” em tubulações, ou seja, a corrente
inicialmente alimentada dá origem às outras correntes: do “underflow” e do
“overflow”. A esse fenômeno dá-se a denominação de “efeito T”, correlacionando-o
diretamente com a razão de líquido (RL). A razão de líquido relaciona a vazão
volumétrica do fluído que sai na corrente do “underflow” e a que entra na corrente de
alimentação, conforme mostra a Equação seguinte:
em que,
RL - razão de líquido, adimensional;
Qu - vazão volumétrica no “underflow”, L s-1;
Qa - vazão volumétrica na alimentação, L s-1;
Cvu - concentração volumétrica no “underflow”, adimensional; e
Cva - concentração volumétrica na alimentação, adimensional.

12. Hidrociclone
Aplicações
Tipo de aplicação Objetivo Objeto da aplicação
Clarificação de águas
turvas
Completa ou parcial clarificação do
fluxo direto ou em bypass
Água de lavagem de minério
Água de lavagem de carvão
Aproveitamento de finos da
perfuratriz
Resíduos líquidos
Pré-sedimentação
antes de bombas, peneiramentos,
filtragens, centrífugas e
sedimentadores, para formação de
ângulos de repouso (barragens),
redução de efluentes e incrementar
a capacidade, reduzir a carga
circulante.
Areias de quartzo, alumina,
resíduos salitrosos, fósforo,
carvão, concentrados.
Pós-sedimentação
Recuperação em efluentes de
peneiramentos, centrifugas e
filtragens.
Precipitados e rejeitos
Classificação
Estabelecer igualdade de tamanhos
em uma faixa de tamanhos finos;
Correção de anômala distribuição de
tamanhos;
Lavagem semi-pesada em
tamanhos grossos.
Deslamagem, leitos de
precipitados, misturas
minerais;
Argilas
Minérios e carvão

13. Hidrociclone
Aplicações – arranjos
Espessamento

14. Características de operação
Vantagens:
- Capacidades elevadas relativas ao volume tratado por área ocupada
- Fácil controle operacional
- Entrada rápida ao regime de trabalho e estabilidade operacional
- Versatilidade na localização dentro do processo e fácil manutenção
- Baixo custo e disponibilidade comercial
- Sem peças moveis  evita desgastes
Desvantagens:
- Eficiência menor que os classificadores espiral ou de rastelos
- Alto custo de operação (bombas, energia, água)
- Não armazena material em processamento (curtos períodos de permanência
das partículas no equipamento)

15. Eficiência da classificação:
Em geral procura-se, avaliar a
eficiência da separação para o
produto do overflow (material fino),
definida como sendo a relação do
peso do undersize no overflow.
uv
ua
a
v
Aa
Vv
En


 *
))(1(
))((
uvaa
uaav
Ef



En = Eficiência nominal
A = peso dos sólidos na alimentação
a = fração abaixo do tamanho de separação na alimentação
V = peso dos sólidos no overflow
v = taxa de undersize no overflow
u = teor de undersize no underflow

16. Hidrociclone
Eficiência total reduzida
(ET’)
Enquanto a eficiência total considera todas as partículas coletadas no “underflow”,
independentemente do que os levou a serem separadas, a eficiência total reduzida
admite apenas aquelas coletadas no “underflow” pelo efeito do campo centrífugo.
Desta forma, a influência da divisão de fluxo (efeito T) deve ser desconsiderada e
subtraída da eficiência total (ET). Para quantificação deste parâmetro utiliza-se a
Equação 3 (SVAROVSKY, 2000).
ET’ - eficiência total reduzida, adimensional;
ET - eficiência total; e
RL - razão de líquido.