aula especializacao (ciclones)
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SISTEMAS PARTICULADOS COLETORES INERCIAIS
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁINSTITUTO DE TECNOLOGIAPROCESSOS INDUSTRIAIS
Edilson Marques Magalhães
Belém , Outubro 2011
1-Introdução aos coletores Inerciais (CICLONES E HIDROCICLONES):
2- Configurações;
3-Influência das Variáveis Geométricas e Operacionais no
Desempenho dos Coletores Inerciais;
4-Parâmetros de Projeto (Eficiência de coleta e Queda de Pressão).
Ementa do Curso
BIBLIOGRAFIA
• [1] MASSARANI, G. Fluidodinâmica em Sistemas Particulados, Rio de Janeiro: Editora UFRJ, 1977.
• [2] FOUST, A. Princípios das Operações Unitárias, Editora John Wiley, 1980.
• [3] GEANKOPLIS, C, J. Processos de
Transportes y Operacines Unitárias, 3ª Edição, Editoa CECSA, México, 1998.
• [4] CHEREMISINOFF, P, Handbook of Chemical Processing Equiment, Editora, Butte Wouth Heinemann, New Delhi, 2000.
ROTEIRO DA 1ª AULA (CICLONES)
1- Introdução
2- Classificação, Descrição e Funcionamento de um
Ciclone
4- Influência das Variáveis Operacionais na Classificação
Ciclone
5 - Desempenho de Ciclones
COLETORES INERCIAIS (HIDROCICLONES)
1- INTRODUÇÃO
Ciclones são equipamentos usados há mais de cem anos
para limpeza de gases industriais, separando sólidos de
gases (Cooper e Alley, 1994) e são, provavelmente, os
coletores de sólidos industriais mais comuns (Yuu et al.,
1978).
COLETORES INERCIAIS (HIDROCICLONES)
2- Classificação, Descrição e Funcionamento de um ciclone
2.1- Classificação dos ciclones
São apresentadas na literatura, várias configurações de ciclones.
Estas foram obtidas com a variação das dimensões características de um
ciclone (figura 3.1) e, quase na totalidade das vezes, com o objetivo de
aumento de eficiência ou diminuição da queda de pressão. Dentre estas
configurações, as mais conhecidas são a de Lapple (1950) e a de
Stairmaind (1949), apresentadas na tabela 3.1.
COLETORES INERCIAIS (HIDROCICLONES)
2- Classificação e Descrição de um ciclone
CICLONE LAPLE STAIRMAND
a/D 0,5 0,5b/D 0,25 0,2
De/D 0,5 0,5S/D 0,625 0,5h/D 2,0 1,5H/D 4,0 4,0B/D 0,25 0,375
COLETORES INERCIAIS (HIDROCICLONES)
2- Classificação e Descrição de um ciclone
COLETORES INERCIAIS (HIDROCICLONES)
2- Classificação, Descrição e Funcionamento de um ciclone
2.1- Vantagens e Desvantagens
Suas desvantagens são a baixa eficiência para partículas
menores que 5 μm e a alta queda de pressão.
Suas principais vantagens são baixo custo, ausência de partes
móveis e possibilidade de uso a pressões e temperaturas altas, (Dirgo
e Leith, 1986, Boysan et al., 1982, Fraser et al., 1997).
A primeira e principal aplicação do ciclone foi a limpeza de
gases, removendo o material particulado neles contido (ter Linden,
1949, Stairmand, 1949).
COLETORES INERCIAIS (CICLONES)2.3- Funcionamento de um Ciclone
COLETORES INERCIAIS (HIDROCICLONES)
3- Desempenho de um ciclone
De acordo com Lapple (1951), o desempenho de um ciclone
pode ser especificado em termos do diâmetro de corte, dpc, o qual é o
tamanho de partículas que o ciclone irá coletar com uma eficiência de
50%. O ciclone do tipo Lapple tem a dimensões proporcionais ao
diâmetro da parte cilíndrica do ciclone,
O diâmetro de corte de um ciclone
depende das propriedades do sólido,
das propriedades do gás, do tamanho
do ciclone e das condições operacionais.
Segundo Lapple (1951), esse valor pode
ser calculado pela equação:
1/2
9
2 s g
bdpc
Nev
μ é a viscosidade do gás; b é a largura da entrada do ciclone; Ne é o número de voltas que o gás executa no interior do ciclone, no caso de um ciclone Lapple o valor usado é de 5; v a velocidade de alimentação; ρs e ρg são as densidades do sólido e do gás,
respectivamente.
COLETORES INERCIAIS (CICLONES)
3- Desempenho de um ciclone
Contudo, na prática, Stairmand (1951), diz que um número
considerável de partículas, menores do que o diâmetro de corte, são
separadas junto com as maiores, possivelmente pela colisão entre essas
partículas ou devido a uma agregação destas. Também um número de
partículas maiores que o dpc escapam junto com o gás limpo sendo
carregadas pelo vórtex.
A eficiência de coleta pode ser calculada através da razão:
Su
Sa
m
m Onde: η é a eficiência do ciclone;
msu é a vazão mássica de sólidos na saída
inferior;
msa é a vazão mássica de entrada de sólidos.
COLETORES INERCIAIS (CICLONES)
3- Desempenho de um ciclone
COLETORES INERCIAIS (CICLONES)
3- Desempenho de um ciclone
COLETORES INERCIAIS (CICLONES)
3- Introdução ao Dimensionamento de Ciclones
:
COLETORES INERCIAIS (CICLONES)
3- Introdução ao Dimensionamento de Ciclones
:
3.2. Eficiência de Captação.
Várias expressões teóricas e semi-empíricas tem sido propostas para
prever a eficiência de captação de um ciclone, mas ainda os métodos
experimentais são de maior confiança.
η - Eficiência de coleta
D’= Diâmetro de corte do tamanho de partícula
cuja eficiência de coleta é de 50 % no ciclone
considerado.
Na prática, o que se especifica no
projeto é a eficiência de separação desejada
para partículas de um determinado tamanho D.
COLETORES INERCIAIS (CICLONES)3- Introdução ao Dimensionamento de Ciclones
:
3.3. Equação para o Diâmetro de Corte
Por analogia a expressão para a centrifuga chega-se ao dpc de
ciclones:
B- largura do duto de entradaN- número de voltas feita pelo gás dentro do cicloneV- velocidade de entrada do gás baseada na área de B.H ( recomenda-se 15m/s)µ- viscosidade do gás cpρs- densidade do sólido; g/cm3ρ- densidade do gás; g/cm3
COLETORES INERCIAIS (CICLONES)
3.3. DimensionamentoDas proporções geométricas sabemos que:
Substituindo o valor de B na equação do diâmetro de corte, obtemos:
Se N = 5
COLETORES INERCIAIS (CICLONES)
3.3. Dimensionamento
Marcha de Cálculo :
Depois de estabelecido o percentual da capitação, para as
partículas de diâmetro D especificado da curva de eficiência, tira-se o
valor D/D’.
- Calcula-se D’;
- Calcula-se DC ( equação 02 );
- Especifica-se as demais dimensões : - A altura do duto na entrada :
Q = Vazão de projeto.
v = Velocidade admitida no projeto.
Se H FOR DIFERENTE DE DC/2
REPROJETAR O CICLONE !!!
COLETORES INERCIAIS (CICLONES)
3.3. Dimensionamento
Exemplo 3
Uma corrente de ar a 50 oC e 1 atm arrasta partículas
sólidas de ρS = 1.2 g/cm3 à vazão de 180 m3 / min.
Deseja-se projetar um ciclone para coletar 87 % das
partículas de 50µm em suspensão.