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CICLONES

Os separadores ciclônicos são amplamente usados para remoção de partículas do ar ou de

gases de processos. São utilizados também como reator químico, trocador de calor, para secagem de

materiais granulares e combustão de óleo. Em refinarias de petróleo, ele é utilizado para assegurar a

continuidade do processo para obtenção da gasolina, retendo o catalisador impedindo sua emissão

para a atmosfera, evitando a perda e o efeito poluente. Sua grande aplicabilidade deve-se ao seu

baixo custo de operação e fácil manutenção, como também à possibilidade de suportar severas

condições de temperatura e pressão.

Os coletores ciclônicos são usados também para recuperar produtos e como coletor primário

de altos carregamentos de sólidos no controle da poluição. Eles são usados em processos onde o

particulado é pesado o suficiente para ser influenciado pela força centrífuga. O uso de ciclones é

favorável para aplicações onde o pó coletado possui um alto valor agregado.

Um ciclone é um separador versátil e de baixo custo que separa partículas de correntes

gasosas sem usar partes móveis. Uma ampla variedade de unidades está disponível.

O vórtice necessário para separação da partícula é criado pela injeção de gás na seção

cilíndrica com entradas tangenciais ou pelo uso de hélices estacionárias com entradas axiais. A

maioria dos ciclones tem um duplo caminho de vórtice do gás que expele as partículas ao longo das

paredes do cilindro e no ponto em que o vórtice muda de direção. A figura 1 apresenta um exemplo

de um ciclone típico.

Figura 1. Exemplo de um ciclone típico.

O desempenho de separadores do tipo ciclone é primariamente dependente do tamanho da partícula

e o projeto do sistema considera a eficiência de coleta, queda de pressão e tamanho da unidade. A

eficiência de coleta aumenta com uma maior queda de pressão associada com fatores tais como

velocidades de entrada do gás elevadas e características da unidade maiores, como o comprimento

do corpo do ciclone.

A eficiência do ciclone também aumenta com um aumento na densidade da partícula,

número de revoluções do gás, razão entre o diâmetro do corpo e o diâmetro de saída, e

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uniformidade da parede interna do ciclone. A eficiência aumentará com uma queda na viscosidade

do gás, no diâmetro do cilindro, na largura ou área do duto de entrada, e na densidade do gás.

CONFIGURAÇÕES

Os ciclones são geralmente projetados com similaridade geométrica de modo que as razões

das dimensões permaneçam constantes a diâmetros diferentes, e estas dimensões podem ser

expressas em termos do diâmetro do corpo, Dc (Figura 2). Os valores dessas razões determinam se o

ciclone tem proporções do tipo convencional, de alta eficiência ou de alto carregamento (alta

capacidade), conforme valores apresentados nas Tabelas 1, 2 e 3.

As relações entre as dimensões dos ciclones descritas nas Tabelas 1, 2 e 3 foram

desenvolvidas através de medidas experimentais, objetivando obter altas eficiências, e baixas

quedas de pressão. A vantagem de se utilizar esses modelos tradicionais é o grande número de

estudos realizados por vários autores.

Figura 2. Diagrama esquemático dimensional típico de um Ciclone.

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Tabela 1. Características geométricas de ciclones de alta eficiência.

Dimensão Relação Tipo de Ciclone

Dimensional Stairmand Swift Echeverri

Diâmetro do ciclone Dc/Dc 1,0 1,0 1,0

Altura de entrada Hc/Dc 0,5 0,44 0,5

Largura de entrada Bc/Dc 0,2 0,21 0,2

Comprimento do vórtice Sc/Dc 0,5 0,5 0,625

Diâmetro da saída de gás De/Dc 0,5 0,4 0,5

Altura da seção cilíndrica L/Dc 1,5 1,4 1,5

Altura da seção cônica Zc/Dc 2,5 2,5 2,5

Diâmetro da seção de saída das partículas J/Dc 0,375 0,4 0,375

Fator de configuração G 551,22 693,65 585,71

Carga de velocidade na entrada NH 6,4 9,24 6,4

Número de vórtices N 5,5 6,0 5,5

Tabela 2. Características geométricas de ciclones convencionais.

Dimensão Relação Tipo de Ciclone

Dimensional Lapple Swift Peterson-Witby

Diâmetro do ciclone Dc/Dc 1,0 1,0 1,0

Altura de entrada Hc/Dc 0,5 0,5 0,583

Largura de entrada Bc/Dc 0,25 0,25 0,208

Comprimento do vórtice Sc/Dc 0,5 0,5 0,583

Diâmetro da saída de gás De/Dc 0,625 0,6 0,5

Altura da seção cilíndrica L/Dc 2,0 1,75 1,333

Altura da seção cônica Zc/Dc 2,0 2,0 1,837

Diâmetro da seção de saída das partículas J/Dc 0,25 0,4 0,5

Fator de configuração G 402,88 381,8 342,3

Carga de velocidade na entrada NH 8,0 8,0 7,76

Número de vórtices N 6,0 5,5 3,9

Tabela 3. Características geométricas de ciclones de alta capacidade/aplicações gerais.

Dimensão Relação Dimensional Tipo de Ciclone

Stairmand Swift

Diâmetro do ciclone Dc/Dc 1,0 1,0

Altura de entrada Hc/Dc 0,75 0,8

Largura de entrada Bc/Dc 0,375 0,35

Comprimento do vórtice Sc/Dc 0,875 0,85

Diâmetro da saída de gás De/Dc 0,75 0,75

Altura da seção cilíndrica L/Dc 1,5 1,7

Altura da seção cônica Zc/Dc 2,5 2,0

Diâmetro da seção de saída das partículas J/Dc 0,375 0,4

Fator de configuração G 29,79 30,48

Carga de velocidade na entrada NH 8,0 7,96

Número de vórtices N 3,7 3,4

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A Figura 3 mostra o movimento das partículas maiores nas paredes do ciclone, fazendo com

que sejam coletadas pelo mecanismo da impactação inercial gerada pela força centrífuga.

Figura 3. Movimento das partículas em um ciclone, mostrando o princípio de coleta pela

impactação inercial.

A velocidade de entrada deve ser suficientemente elevada para fornecer uma alta eficiência

de separação sem criar turbulência excessiva. Velocidades de entrada típicas estão na faixa de 10 a

25 m/s.

Pode-se dizer que o ciclone é essencialmente uma câmara de sedimentação na qual a

aceleração gravitacional é substituída pela aceleração centrífuga.

EFICIÊNCIA

A eficiência de coleta de um ciclone é definida como a fração da massa de sólidos

alimentados que são retidos pelo ciclone. Em cada tipo de coleta, as forças e a maneira como as

partículas são coletadas dependem do tamanho da partícula, da sua forma e da sua densidade.

Consequentemente, diferentes partículas podem ser coletadas com diferentes graus de eficiência.

Além disso, essa eficiência também varia em função do design do ciclone.

Ela, geralmente, aumenta com: (1) tamanho e/ou densidade da partícula; (2) velocidade de

entrada no duto; (3) comprimento do corpo do ciclone; (4) número de revoluções do gás no ciclone;

(5) razão entre o diâmetro do corpo do ciclone e o diâmetro da saída do gás; (6) carga de pó, e (7)

suavidade da parede interna do ciclone.

A eficiência é influenciada por vários fatores, tais como: as condições de operação, as

propriedades físicas do material sólido alimentado e a geometria do ciclone. O aumento da

velocidade de entrada aumenta a força centrífuga, aumentando a eficiência, mas a queda de pressão

também aumenta nesse caso. A diminuição da viscosidade do gás aumenta também a eficiência,

pois a força de arraste é diminuída. Para um mesmo sólido, diferentes ciclones levam a diferentes

valores de eficiência. Resumindo, a eficiência do ciclone diminuirá com o aumento: (1) da

viscosidade do gás; (2) do diâmetro do corpo; (3) do diâmetro da saída do gás; (4) da área do duto

de entrada do gás, e (5) da densidade do gás. Um fator comum que contribui para a perda de

eficiência nos ciclones é a entrada de ar pela área de saída do pó.

As faixas de eficiência de um ciclone estão baseadas nas três classificações do ciclone, ou

seja, convencional, alta eficiência e alta capacidade.

Para um ciclone convencional, a faixa de eficiência para MP é de 70 a 90%; para MP10 fica

entre 30 e 90%, e para MP2,5 de 0 a 40%.

Ciclones de alta eficiência são projetados para obter maior controle de partículas menores do

que os convencionais. De acordo com Cooper (1994), ciclones de alta eficiência podem remover

partículas de 5 m com até 90% de eficiência, com eficiências maiores para partículas maiores. A

faixa de eficiência para este tipo de ciclone varia entre 80 e 99% para MP, de 60 a 95% para MP10,

5

e 20 a 70% para MP2,5. Entretanto, eficiências maiores implicam em quedas de pressão maiores, o

que requer altos custos de energia para movimentar a corrente gasosa residuária através do ciclone.

O projeto do ciclone é geralmente governado pela limitação devida à queda de pressão especificada

muito mais do que pelo encontro da eficiência especificada (ANDRIOLA, 1999; PERRY, 1994).

De acordo com Vatavuk (1990), ciclones de alta capacidade somente garantem a remoção de

partículas maiores do que 20 m, embora a coleta de partículas menores possa ocorrer em casos

específicos. A faixa de eficiência para este tipo de ciclone é de 80 a 99% para MP, 10 a 40% para

MP10, e 0 a 10% para MP2,5.

Os multiciclones são relatados alcançar de 80 a 95% de eficiência de coleta para partículas

de 5 m (EPA, 1998).

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%. Partículas menores serão coletadas com menos eficiência, e partículas com

diâmetros maiores serão coletadas com maior eficiência. O diâmetro crítico é aquele no qual se

coleta com 100% de eficiência. O ciclone do tipo Lapple tem as dimensões proporcionais ao

diâmetro da parte cilíndrica do ciclone, Dc, mostradas na Tabela 2.

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:

5,0

gpi

c

pc - V N 2

B 9 d

onde

dpc (ou d50) = diâmetro da partícula coletada com 50% de eficiência, m

= viscosidade do gás, kg/ms

Bc = largura da entrada de gás, m

N = número efetivo de voltas do gás

Vi = velocidade de entrada do gás, m/s

p = densidade da partícula, kg/m³

g = densidade do gás, kg/m³

Contudo, na prática, Stairmand (1951) diz que um número considerável de partículas

menores do que o diâmetro de corte é separado 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.

Existem condições de operação recomendadas para cada tipo de ciclone. No caso do ciclone

Lapple o intervalo de velocidades recomendado é entre 6 e 21 m/s; geralmente, trabalhando-se com

velocidades em torno de 15 m/s; já para o ciclone Stairmand, o intervalo está entre 6 e 30 m/s

(Massarani,1997).

O número de voltas do gás pode variar de 0,5 a 10 com um valor esperado de 5 para ciclones

de alta eficiência. O valor N é aproximado pela seguinte expressão:

2

Z L

H

1 N c

c

onde

L = comprimento do cilindro, m

Zc = comprimento do cone, m

Hc = altura de entrada do gás, m

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Assumindo fluxo laminar, uma expressão relaciona a eficiência de coleta aos parâmetros do

ciclone e às condições de operação:

c

i2pp

B 9

V d N

onde

= eficiência

N = número de voltas do gás

p = densidade da partícula, kg/m³

dp = diâmetro da partícula, m

Vi = velocidade de entrada do gás, m/s

= viscosidade do gás, kg/m·s

Infelizmente, a eficiência teórica acima apresentada se correlaciona bem quanto a

determinação do diâmetro de partícula coletada em 50% de eficiência. Para obter dados mais

precisos e razoáveis quanto a eficiência de outros diâmetros de partículas, emprega-se a correlação

de eficiência empírica de Lapple, representada na Figura 4 e ajustada pela seguinte expressão:

2

pi

2

pc

i

)(d

)(d 1

1

Onde

i = eficiência de coleta de partícula com diâmetro i

d50 = diâmetro de uma partícula com eficiência de 50% de remoção

dpi = diâmetro da partícula i

Figura 4. Curva de eficiência de Lapple.

A curva de eficiência de Lapple foi desenvolvida dos dados medidos para ciclone com

dimensões padrões, mostradas na Tabela 2. A curva de eficiência pode ser ajustada para diferentes

dimensões de ciclones industriais através do parâmetro W, relacionado com o coeficiente angular da

curva, conforme a expressão:

Wj

pj

c

d

d 1

1

Onde

W = parâmetro do coeficiente angular, com valor típico entre 2 e 6.

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A Figura 5 ilustra o efeito deste parâmetro (W). Note que quanto maior o valor de W mais

acentuada é a curva. Uma vez que mais massa está associada com partículas maiores, esse formato

mais acentuado implica em uma remoção global de massa maior. A Figura 6 apresenta curvas de

eficiências para várias configurações distintas de ciclones.

Figura 5. Efeito do coeficiente angular, W. Figura 6. Curvas de Eficiência de Ciclones.

PERDA DE CARGA

Os ciclones causam perdas de carga relativamente grandes e que aumentam à medida que

diminui o diâmetro. Seu cálculo é importante para prever e minimizar o consumo de energia.

As perdas e recuperações são as seguintes:

Por atrito no duto de entrada

Por contração e expansão na entrada

Perdas cinéticas no ciclone

Perdas na entrada do tubo de saída

Perdas de pressão estática entre a entrada e a saída

Recuperação no tubo de saída

Sheferd, Lapple e der Linden consideram que as perdas por energia cinética são as mais

importantes dentro do ciclone e que são as únicas que se deveria levar em consideração:

2

cc2

iD

H B vk 0,05

e

gP (4)

Sendo

P = perda de carga (mmH2O)

vi = velocidade do gás na entrada do ciclone (10 a 20 m/s)

Bc = largura da seção de entrada do ciclone (m)

Hc = altura da seção de entrada do ciclone (m)

k = 16 para entrada tangencial do gás sem guia e 7,5 com uma guia

g = densidade do gás (kg/m³)

J = diâmetro do duto de descarga do pó (m)

De acordo com a perda de carga, os ciclones podem ser classificados da seguinte maneira:

Baixa eficiência – perda de carga entre 50 e 100 mmH2O.

Média eficiência – perda de carga entre 100 e 200 mmH2O.

Alta eficiência – perda de carga acima de 200 mmH2O.

8

A queda de pressão é um parâmetro importante porque relaciona diretamente os custos de

operação e a eficiência de controle. Eficiências maiores de controle para um dado ciclone podem ser

alcançadas com altas velocidades de entrada, mas isso também aumenta a queda de pressão. Em

geral, 18,3 m/s (60 ft/s) é considerada a melhor velocidade de operação. Faixas comuns de quedas

de pressão para ciclones são: 0,5 a 1 kPa (2 a 4 inH2O) para unidades de baixa eficiência (alta

capacidade); 1 a 1,5 kPa (4 a 6 inH2O) para os de média eficiência (convencionais), e 2 a 2,5 kPa (8

a 10 inH2O) para unidades de alta eficiência (AWMA, 1992).

RECOMENDAÇÕES GERAIS QUANTO AO DIMENSIONAMENTO

Independentemente da configuração selecionada, deve-se seguir as seguintes

recomendações:

Hc ≤ S - para evitar o curto-circuito dos particulados da seção de entrada ao tubo de saída;

Bc ≤ (D - De)/2 - para evitar uma queda de pressão excessiva;

H ≥ 3 D - para manter a ponta do vórtex formado pelos gases dentro da seção cônica do

ciclone (H = altura total do ciclone, ou seja, altura do corpo cilíndrico mais a do cônico);

O ângulo de inclinação do cone do ciclone deve ser ≈ 7o-8o para garantir um deslizamento

rápido do pó;

De/D ≈ 0,4-0,5; H/De ≈ 8-10, e s/De ≈ 1 - para garantir a operação com máxima eficiência,

P < 2,48 kPa.

Quando alta eficiência (o que requer ciclone de pequeno diâmetro) e grande capacidade são

ambos desejados, um número de ciclones pode ser operado em paralelo. Num ciclone de múltiplos

tubos, a câmara de contenção contém um grande número de tubos com entrada e saída do gás

comuns. O gás entra nos ciclones através de palhetas de entrada axiais que transmitem um

movimento circular (AWMA, 1992). Outra unidade de alta eficiência, o separador ciclônico úmido,

utiliza uma combinação de força centrífuga e jato de água para aumentar a eficiência de controle.

APLICAÇÕES INDUSTRIAIS TÍPICAS

Ciclones são projetados para muitas aplicações. Em geral, não são adequados para atender

regulamentações mais restritivas da poluição do ar, mas servem num importante propósito de pré-

limpadores de dispositivos de controle finais mais caros, tais como filtros de tecido ou

precipitadores eletrostáticos (ESPs). Além deste uso, são empregados em muitos processos, como

por exemplo, na recuperação e reciclagem de produtos alimentícios e de materiais de processo

como catalisadores (COOPER, 1994).

Os ciclones são muito usados, também, após operações de secagem nas indústrias de

alimento e química, e após operações de esmagamento, trituração e calcinação nas indústrias de

mineração e química, para coletar material vendável ou útil. Nas indústrias metalúrgicas ferrosas e

não ferrosas, são empregados muitas vezes como um primeiro estágio no controle de emissão de

MP das fábricas de sinterização, de fornos e fornalhas. O MP do processo de fluido-craqueamento é

removido por ciclones para facilitar a reciclagem do catalisador. As unidades comerciais e

industriais que utilizam combustíveis fósseis e resíduos de madeira para queima usam

multiciclones, que coletam MP fino (< 2,5 m) com maior eficiência do que um único ciclone. Em

alguns casos, as cinzas volantes coletadas são re-injetadas na unidade de combustão para aumentar

9

a eficiência do controle de MP (AWMA, 1992; AVALLONE, 1996; STAPPA/ALAPCO, 1996;

EPA, 1998).

CARACTERÍSTICAS DA CORRENTE DE EMISSÃO

a. Vazão: vazões do gás típicas para um ciclone são de 0,5 a 12 metros cúbicos padrão por segundo

(sm³/s) [1.060 a 25.400 pés cúbicos padrão por minuto (scfm)]. Vazões com o valor mais alto da

faixa e superiores (até aproximadamente 50 sm³/s ou 106.000 scfm) usam ciclones múltiplos em

paralelo (COOPER, 1994). Há unidades com um único ciclone empregados em aplicações

específicas cujas vazões chegam a aproximadamente 30 sm³/s (63.500 scfm) e a valores baixos

como 0,0005 sm³/s (1,1 scfm) (WARK, 1981; ANDRIOLA, 1999).

b. Temperatura: as temperaturas de entrada do gás são somente limitadas pelo material de

construção do ciclone, os quais têm sido operados a temperaturas tão elevadas quanto 540ºC

(1000ºF) (WARK, 1981; PERRY, 1994).

c. Carga de Poluente: as cargas de poluente tipicamente se encontram na faixa de 2,3 a 230 gramas

por metro cúbico padrão (g/sm³) (1,0 a 100 grãos por pé cúbico padrão (gr/scf)) (Wark, 1981). Para

aplicações específicas, as cargas podem ser tão altas quanto 16.000 g/sm³ (7.000 gr/scf), e tão

baixas quanto l g/sm³ (0,44 gr/scf) (AVALLONE, 1996; ANDRIOLA, 1999).

d. Outras Considerações: Ciclones desempenham mais eficientemente com maiores cargas de

poluente, contanto que o dispositivo não entre em colapso. Cargas mais elevadas de poluente estão

geralmente associadas a projetos de alta vazão (ANDRIOLA, 1999).

CUSTOS

Recentemente, a Environmental Protection Agency (EPA), apresentou uma estimativa de

custo (com base no dólar de 2002) para ciclones simples convencionais sob condições típicas de

operação e com eficiência de coleta alcançando 90%. A faixa de vazão considerada foi de 1000 a

10,000 scfm, e a carga de material particulado ficou entre 1 a 100 gr/scf. Notou-se que há uma certa

economia de escala, com unidades menores custando mais (por unidade de volume processado) do

que unidades maiores. Os resultados da EPA mostraram custos de capital na faixa de $2.20/scfm até

$3,50/scfm, e custos de operação e manutenção (O&M) entre $0.70 a $8.50/scfm, anualmente.

Naturalmente, os custos de O&M dependem fortemente da queda de pressão no ciclone e do

custo local de eletricidade para o funcionamento do ventilador.

O parâmetro chave usado para estimar o custo de um sistema de ciclone é a sua área de

entrada. Uma vez que esta é função do diâmetro do corpo cilíndrico do ciclone, se poderia esperar

que o custo fosse diretamente proporcional ao diâmetro, mas por alguma razão, autores no passado

(Neveril, 1978; Vatavuk, 1990) correlacionaram com a área de entrada.

Para um conjunto que consiste de um ciclone em aço carbono com suportes, uma tremonha e

um ventilador para empurrar o gás através do ciclone, o custo de capital pode ser estimado com

base na Equação 01.

Pc = 6520 A0,903 Eq. 01

Onde

Pc = custo do sistema do ciclone, 1998 dólar (f.o.b. fabricante)

A = área de entrada do gás no ciclone, ft² (correlação válida para a faixa 0,20 ≤ A ≥ 2,64 ft²)

10

Normalmente, ciclones devem ter uma válvula rotativa (ou similar) para a descarga do pó na

tremonha, cuja função é impedir a entrada de ar externo, o qual tenderia a ressuspender a poeira

para a corrente gasosa limpa. O custo dessa válvula pode ser significativo e é calculada pela

Equação 2.

Pv = 273 A0,0965 Eq. 01

Onde

Pv = custo da válvula rotativa, 1998 dólar (f.o.b. fabricante)

A = área de entrada do gás no ciclone, ft² (correlação válida para a faixa 0,35 < A > 2,64 ft²)

Desta forma, o custo total do sistema em questão (em dólares de 1998) é a somatória de Pc e

Pv. O custo pode ser corrigido para cotação corrente do dólar empregando-se os índices de custo de

equipamento publicados pela revista científica Chemical Engineering (ver Tabela 1) conforme a

equação a seguir.

Tabela 1. Índices de custo de equipamentos.

Ano CEPCI* Ano CEPCI* Ano CEPCI*

1981 297,0 1992 358,2 2003 402,0

1982 314,0 1993 359,2 2004 444,2

1983 316,9 1994 328,1 2005 468,2

1984 322,7 1995 381,1 2006 499,6

1985 325,3 1996 381,7 2007 525,4

1986 318,4 1997 386,5 2008 575,4

1987 323,8 1998 389,5 2009 521,9

1988 342,5 1999 390,6 2010 550,8

1989 355,4 2000 392,6 2011 585,7

1990 357,6 2001 394,3 2012 584,60

1991 361,3 2002 395,6 2013 567,3 * Chemical Engineering Plant Cost Index (Adaptado dos índices publicados mensalmente na Chemical Engineering).

Os valores abaixo são faixas de custo (expressas em três quartos de dólar de 1995) para um

ciclone convencional operando em condições típicas, desenvolvidas usando uma planilha de

estimativa de custo da EPA (1996), e relativas à vazão volumétrica da emissão atmosférica tratada.

Com o propósito de calcular o custo efetivo, assumiu-se: vazões entre 0,5 e 12 sm³/s (1.060

e 25.400 scfm), carga de entrada de MP de aproximadamente 2,3 a 230 g/sm³ (1,0 to 100 gr/scf) e

eficiência de controle de 90%.

Os custos não incluem a disposição ou transporte do material coletado. Os custos de capital

podem ser maiores do que as faixas apresentadas em aplicações que requerem materiais caros. Via

de regra, unidades menores controlando uma corrente residuária com baixa concentração de MP

será mais cara (por unidade de vazão volumétrica e por quantidade de poluente controlado) do que

uma unidade maior controlando uma corrente residuária com alta concentração de MP.

a. Custo de Capital: $4.200 a $5.100 por sm³/s ($2,00 a $2,40 por scfm)

b. Custo de O & M: $2.400 a $27.800 por sm³/s ($1,10 a $13,10 por scfm), anualmente

c. Custo Anualizado: $2.800 a $28.300 por sm³/s ($1,30 a $13,40 por scfm), anualmente

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d. Custo Efetivo: $0,45 a $460 por tonelada métrica ($0,41 to $420 por short ton), custo anualizado

por tonelada por ano do poluente controlado.

Vazões maiores do que 10 sm³/s (21.200 scfm) até, aproximadamente, 50 sm³/s (106,000

scfm), geralmente empregam multiciclones operando em paralelo. Assumindo a mesma faixa de

carga de poluente e uma eficiência de 90%, as seguintes faixas de custo (expressas em três quartos

de dólar de 1995) foram desenvolvidas para multiciclones, usando uma planilha de estimativa de

custos da EPA (1996) e relativas à vazão volumétrica da corrente residuária tratada.

a. Custo de Capital: $4,100 a $5,000 por sm³/s ($2.00 a $2.40 por scfm)

b. Custo de O & M: $1,600 a $2,600 por sm³/s ($0.75 a $1.20 por scfm), anualmente

c. Custo Anualizado: $2,000 a $3,100 por sm³/s ($0.90 a $1.50 por scfm), anualmente

d. Eficiência do Custo: $0.32 a $50 por tonelada métrica ($0.29 a $46 por short ton), custo

anualizado por tonelada por ano do poluente controlado.

Ainda segundo Vatavuk (1990), o custo de um ciclone (valores de junho de 1990) pode ser

calculado pela seguinte expressão:

CC ($) = 57800 (a x b)0,903

Sendo:

a - Altura da seção de entrada do ciclone;

b - Largura da seção de entrada do ciclone.

Para um multiciclone (valores de junho de 1990) segundo Benitez (1993):

CC ($) = 7000 Nc a b + 72 Nc

Sendo:

Nc - Número de ciclones.

Em ciclones e multiciclones o custo total do investimento (incluindo custos de montagem e

tubulações) é aproximadamente o dobro do custo do equipamento (CC).

VANTAGENS

As vantagens dos ciclones incluem (AWMA, 1992; COOPER, 1994; EPA, 1998):

1. Baixo custo de capital;

2. Não há partes móveis, portanto, pouca necessidade de manutenção e baixos custos de operação;

3. Queda de pressão relativamente baixa (2 a 6 polegadas de coluna d’água), comparada à

quantidade de MP removida;

4. Limitações quanto à temperatura e pressão são somente dependentes dos materiais de construção;

5. Coleta e disposição secas; e

6. Exigências de espaços relativamente pequenos.

DESVANTAGENS

As desvantagens dos ciclones incluem (AWMA, 1992; COOPER, 1994; EPA, 1998):

1. Eficiências de coleta de MP relativamente baixas, particularmente para MP menor do que 10 μm;

2. Incapacidade de manusear materiais pegajosos ou grudentos; e

3. Unidades de alta eficiência podem levar a altas perdas de pressão.

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OUTRAS CONSIDERAÇÕES

Usar multiciclones, tanto em paralelo como em série, para tratar um grande volume de gás

resulta em eficiências maiores, mas ao custo de um aumento significativo da queda de pressão.

Quedas de pressão maiores levam a um maior consumo de energia e custos de operação. Diversos

projetos devem ser considerados para se obter uma combinação ótima de eficiência de coleta e

queda de pressão (Cooper, 1994).

REFERÊNCIAS

ANDRIOLA, 1999. T. Andriola, Fisher-Klosterman, Inc., (502) 572-4000, personal communication

with Eric Albright, October 14, 1999.

AVALLONE, 1996. “Marks’ Standard Handbook for Mechanical Engineers,” edited by Eugene

Avallone and Theodore Baumeister, McGraw-Hill, New York, NY, 1996.

AWMA, 1992. Air & Waste Management Association, Air Pollution Engineering Manual, Van

Nostrand Reinhold, New York, NY, 1992.

COOPER, 1994. David Cooper and F. Alley, Air Pollution Control: A Design Approach, 2nd Edition,

Waveland Press, Prospect Heights, IL, 1994.

EPA, 1996. U.S. EPA, Office of Air Quality Planning and Standards, “OAQPS Control Cost

Manual,” Fifth Edition, EPA 453/B-96-001, Research Triangle Park, NC February, 1996.

EPA, 1998. U.S. EPA, Office of Air Quality Planning and Standards, “Stationary Source Control

Techniques Document for Fine Particulate Matter,” EPA-452/R-97-001, Research Triangle Park,

NC, October, 1998.

PERRY, 1984. “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook,” edited by Robert Perry and Don Green,

6th Edition, McGraw-Hill, New York, NY, 1984.

STAPPA/ALAPCO, 1996. State and Territorial Air Pollution Program Administrators and the

Association of Local Air Pollution Control Officials (STAPPA/ALAPCO), “Controlling Particulate

Matter Under the Clean Air Act: A Menu of Options,” STAPPA/ALAPCO, Washington, DC, July,

1996.

VATAVUK, 1990. W.M. Vatavuk, “Estimating Costs of Air Pollution Control,” Lewis Publishers,

Chelsea, MI, 1990.

WARK, 1981. Kenneth Wark and Cecil Warner, “Air Pollution: Its Origin and Control,” Harper

Collins, New York, NY, 1981.