controle de poluição (precipitador)

7/24/2019 Controle de Poluio (Precipitador)

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Controle da Poluio Atmosfrica ENS/UFSC

Cap. VII 1

Henrique de Melo LisboaWaldir Nagel Schirmer

UNIDADE VII

MontrealPrimeira verso - Novembro Outubro 2007

CONTROLE DAPOLUIO

ATMOSFRICA

METODOLOGI

DE CONTROLE

D POLUIO

TMOSFRIC


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Cap. VII 2

SUMRIO

7.1 INTRODUO ........................................................................................................................................................37.2 MTODOS DE CONTROLE DA POLUIO DO AR....................................................................................... 3

7.2.1 MEDIDAS INDIRETAS .....................................................................................................................................47.2.2 MEDIDAS DIRETAS..........................................................................................................................................5

7.3 CLASSIFICAO DOS EQUIPAMENTOS DE CONTROLE DA POLUIO DO AR...............................67.3.1 EQUIPAMENTOS DE CONTROLE DE MATERIAL PARTICULADO....................................................67.3.2 EQUIPAMENTOS DE CONTROLE PARA GASES E VAPORES...............................................................7

7.4 CONCEITOS BSICOS PARA OS EQUIPAMENTOS DE CONTROLE DA POLUIO DO AR.............77.4.1 EFICINCIA DOS EQUIPAMENTOS ............................................................................................................77.4.2 EFICINCIA GLOBAL DE COLETA.............................................................................................................77.4.4 EFICINCIA FRACIONADA - T(x)................................................................................................................. 87.4.5 PRINCIPAIS PRINCPIOS PARA A DEPURAO DO AR........................................................................ 97.4.6 MECANISMOS DE COLETA .........................................................................................................................10

7.5. CLASSIFICAO DOS EQUIPAMENTOS DE CONTROLE DE MATERIAL PARTICULADO............137.5.1 COLETORES SECO.....................................................................................................................................13

7.5.1.1 CMARA DE SEDIMENTAO GRAVITACIONAL .............................................................................137.5.1.2 CICLONES.....................................................................................................................................................177.5.1.3 FILTROS DE TECIDO ..................................................................................................................................287.5.1.4 PRECIPITADORES ELETROSTTICOS .................................................................................................... 37

7.5.2 COLETORES MIDOS...................................................................................................................................437.6 EQUIPAMENTOS PARA REMOO DE GASES E VAPORES...................................................................48

7.6.1 ABSORVEDORES ............................................................................................................................................ 487.6.2 ADSORVEDORES ............................................................................................................................................ 58

7.6.3 INCINERADORES DE GASES E VAPORES...............................................................................................667.6.4 PROCESSOS BIOLGICOS DE TRATAMENTO DE GASES E VAPORES..........................................787.6.5 CONDENSAO PARA TRATAMENTO DE GASES E VAPORES........................................................85

7.7 FATORES A SEREM VERIFICADOS NA SELEO DE EQUIPAMENTOS DE CONTROLE DAPOLUIO DO AR.............................................................................................................................................................877.8 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS..................................................................................................................91


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Cap. VII 3

7.1 INTRODUO

De acordo com DE NEVERS (1995) e SEINFELD (1995) o processo de poluio do ar seresume a trs momentos: (1) emisso de poluentes para a atmosfera; (2) transporte, diluio emodificao qumica ou fsica dos poluentes na atmosfera; (3) imisso dos poluentes - Figura 7. 1.

Figura 7. 1 - Processo de poluio do ar. Fonte: Mauricy Kawano.

Fases do processo de poluio do ar:

7.2 MTODOS DE CONTROLE DA POLUIO DO AR

H dois mtodos bsicos pelos quais se pode controlar a emisso de gases (e odores de modogeral) nos processos industriais. Estas tcnicas so divididas em dois grupos: a) Mtodos indiretos, taiscomo modificao do processo e/ou equipamento; b) Mtodos diretos ou tcnicas de tratamento.

EMISSOAspecto ambiental

IMISSOImpacto ambiental

TRANSPORTEVentos, Gradiente trmico

Gerao de

poluio

Emisso na

atmosfera

Transp./difuso

(disperso) Recepo


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Cap. VII 4

7.2.1 MEDIDAS INDIRETAS

Este grupo classificado como mtodo indireto de controle de gases, uma vez que tal controle

conseguido atravs da modificao do equipamento/processo, alterao de matrias primas por outrasecologicamente mais adequadas, manuteno dos equipamentos e operao dos mesmos dentro da sualimitao, etc, sempre com o objetivo de prevenir o escape ou formao dos gases. So, em grandeparte, chamadas de Tecnologias Limpas.Eis algumas destas medidas:

Impedir gerao do poluente:

Substituio de matrias primas e reagentes:. enxofre por soda na produo de celulose. eliminao da adio de chumbo tetraetila na gasolina. uso de resina sinttica ao invs de borracha na fabricao de escovas de pintura

Mudanas de processos ou operao:. utilizao de operaes contnuas automticas. uso de sistemas completamente fechados. condensao e reutilizao de vapores (indstria petrolfera). processo mido ao invs de processo seco. processo soda ou termoqumico ao invs de processo KRAFT na produo de celulose (soda reduz

emisso de gs sulfdrico)

Diminuir a quantidade de poluentes geradas:

Operar os equipamentos dentro da capacidade nominalBoa operao e manuteno de equipamentos produtivosAdequado armazenamento de materiais pulverulentosMudana de comportamentos (educao ambiental)Mudana de processos, equipamentos e operaes:

. forno cubil por forno eltrico de induo

. fornos leo por fornos eltricos de induo (fundies)

. umidificao (pedreiras)

. utilizao de material sinterizado em alto-fornos

. evaporao de contato direto por evaporao de contato indireto na recuperao do licor negrona produo de celulose. controle da temperatura de fuso de metais. operao de equipamentos com pessoal treinado. reduo da oxidao de SO2 SO3pela reduo do excesso de ar (menor que 1%) quando daqueima de leos combustveis

Mudana de combustveis. combustvel com menor teor de enxofre (leo BPF por BTE). combustvel lquido por combustvel gasoso. combustvel slido por combustvel lquido ou gasoso. substituio de combustveis fsseis por energia eltrica


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Cap. VII 5

Diluio atravs de chamins elevadas : Figura 7. 2.

Fatores a serem considerados:

Relacionados com o processo: quantidade emitidatemperatura de emissoestado dos poluentesconcentraodistrib. de tamanho das partc.propr. qumicas e toxicolgicas

dos poluentes

Relacionados com a fonte: altura e dimetro da chaminvelocidade dos gases na chaminrelao da chamin com as demais

Meteorolgicas: direo e velocidade dos ventostemperaturaestabilidade atmosfricaaspectos topogrficos

Mascaramento do poluente:

. Eliminao da percepo nasal humana de um odor pela superposio de outro odor.

Localizao seletiva Fonte/Receptor (planejamento territorial)

Adequada construo (lay-out) e manuteno dos edifcios industriais:

. armazenamento de produtos

. adequada disposio de resduos slidos e lquidos

7.2.2 MEDIDAS DIRETAS

As medidas ou mtodos diretos de controle incluem tcnicas destrutivas como incinerao ebiofiltrao, e tcnicas recuperativas, como absoro, adsoro e condensao (KHAN e GHOSHAL,2000; SCHIRMER e LISBOA, 2003). Na seqncia ser apresentado uma breve descrio de cadauma destas tcnicas. Maiores detalhes, parmetros de projeto, etc., podem ser encontrados em literaturaespecfica. Estas tcnicas passam por duas etapas:

Concentrao dos poluentes na fonte para tratamento efetivo antes do lanamento naatmosfera:

sistemas de ventilao local exaustora: Ver Captulo 6 - Figura 7. 3.

Figura 7. 2 - Diluio atravs dechamins elevadas.


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Cap. VII 6

Figura 7. 3 -Sistemas de ventilao local exaustora

Reteno do poluente aps gerao atravs deequipamentos de controle de poluio do ar(ECP) - Figura 7. 4.

Figura 7. 4 - Equipamentos decontrole da poluiodo ar.

7.3 CLASSIFICAO DOS EQUIPAMENTOS DE CONTROLE DAPOLUIO DO AR

Os equipamentos de controle so classificados primeiramente em funo do estado fsico dopoluente a ser considerado. Em seguida a classificao envolve diversos parmetros como mecanismode controle, uso ou no de gua ou outro lquido, etc.

7.3.1 EQUIPAMENTOS DE CONTROLE DE MATERIAL PARTICULADO

Coletores secos:

. coletores mecnicos inerciais e gravitacionais

. coletores mecnicos centrfugos (ex.: ciclones)

. precipitadores dinmicos secos

. filtro de tecido (ex.: o filtro-manga)

. precipitador eletrosttico seco

Coletores midos:

. torre de spray (pulverizadores)

. lavadores com enchimento


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Cap. VII 7

. lavador ciclnico

. lavador venturi

. lavadores de leito mvel

7.3.2 EQUIPAMENTOS DE CONTROLE PARA GASES E VAPORES

AbsorvedoresAdsorvedoresIncinerao de gs com chama diretaIncineradores de gs catalticos

Ver: Equipamentos de controle Apostilas do curso de engenharia ambiental na indstria. Faculdadede Sade Pblica/USP:

01.Mecanismo de coleta de partculas (Armando Luiz de Souza Mesquita)02.Lavadores (Joo Baptista Galvo Filho)03.Coletores centrfugos secos ciclone (Paulo T . Hasegawa)04.Filtros de tecidos sumrio das especificaes (idem)05.Precipitadores eletrostticos (Ernesto R. Lima)

7.4 CONCEITOS BSICOS PARA OS EQUIPAMENTOS DE CONTROLE

DA POLUIO DO AR7.4.1 EFICINCIA DOS EQUIPAMENTOS

onde,A = carga de entrada (concentrao)B = carga de sada

7.4.2 EFICINCIA GLOBAL DE COLETANa prtica existem muitos casos de utilizao de equipamentos de controle em srie, como por

exemplo, um ciclone seguido de um lavador. Nesse caso define-se a Eficincia Global de Coleta

7.4.3 PENETRAO, FATOR DE DESPOLUIO E NDICE DE DESPOLUIO

Usada para coletores com eficincia extremamente alta

( )

( )A

BA =

100%

= 100P

( )( ) ( )[ ]( ) g i= 1 1 1 1 1001 2 ...


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Cap. VII 8

Onde, P = penetrao

para

O logaritmo em base 10 do FD (Fator de Despoluio) conhecido como o ndice dedespoluio ID. Para o caso acima ID = 5

Exemplo: Determinar a eficincia global de coleta, a penetrao e a quantidade encontrada apscontrole, para um sistema de controle de poluio do ar composto de 3 equipamentos em srie, numa

fonte de material particulado. Dados:. quantidade inicial de material particulado presente no efluente: 10.000 kg/h. eficincia de controle do equip. 1: 40%. eficincia de controle do equip. 2: 60%. eficincia de controle do equip. 3: 90%

Soluo:

P = 2,4%

Emisso aps controle (Ef)

Quantidade coletada = 10.000-240Qc= 9760 Kg

7.4.4 EFICINCIA FRACIONADA - T(x)

Quando a eficincia expressa por tamanho de partculas. Um exemplo mostrado na Tabela7. 1 para vrios tipos de coletores e na Figura 7. 5.

==

1001

1

B

AFD

510999,99 == FD

%6,97=g

024,0976,011: === PPenetrao

( )== 1iif EPEE 024,0000.10 = hkg

hkgEf 240=

( ) ( ) ( )[ ]( )g= 1 1 0 4 1 0 6 1 0 9 100, , ,

( ) ( ) ( )[ ]( )Eficiencia g: = 1 1 1 1 1001 2 3


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Cap. VII 9

Tabela 7. 1 Eficincia fracionada de coletores de material particulado em funo dadistribuio de tamanho das partculas (em porcentagens). Fonte:CETESB, 1987.

Dimetro (m)Tipo de equipamento1

0 5 5 10 10 20 20 44 >44

Cmara de sedimentao (comchicanas)

7,5 22,0 43,0 80,0 90,0

Ciclone de baixa presso 12,0 33,0 57,0 82,0 91,0

Ciclone de alta presso 40,0 79,0 92,0 95,0 97,0

Multiciclone 25,0 54,0 74,0 95,0 98,0

Filtro de tecido 99,0 100,0 100,0 100,0 100,0

Lavadores de mdia energia 80,0 90,0 98,0 100,0 100,0Lavador Venturi (lavador dealta energia)

95,0 99,5 100,0 100,0 100,0

Precipitador eletroesttico 97,0 99,0 99,5 100,0 100,0

Torre de spray 90,0 96,0 98,0 100,0 100,0

T(x)1,0

0,5

0,0xmin xmax Dimetro das partculas

Figura 7. 5 Aumento da eficincia fracionada com o dimetro das partculas.

7.4.5 PRINCIPAIS PRINCPIOS PARA A DEPURAO DO AR

GRAVITAO SEPARAO POR INRCIAFILTRAO SEPARAO POR MEIOS LQUIDOSPROCESSO ELETROSTTICOABSORO E ADSOROINCINERAO E COMBUSTO CATALTICABIOTRATAMENTO

1Valores comparativos. No devero ser utilizados para fins de dimensionamento.


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Cap. VII 10

7.5 EQUIPAMENTOS DE COLETA DE MATERIAL PARTICULADO(AEROSIS)

A reteno de partculas, originado de gases residuais, um dos problemas de maiorimportncia dentro do contexto da limitao da emisso de contaminantes gasosos. Esses soresponsveis por elevado nmero de fenmenos que depende da concentrao e tempo de exposio.

Do ponto de vista da meteorologia as partculas se comportam como ncleos de condensaofavorecendo a formao de neblinas que modificam, nas zonas altamente contaminadas, o microclima.

Do ponto de vista sanitrio, as partculas em suspenso representam um grave perigo parapessoas afetadas por enfermidades bronquticas crnicas.

Por outra parte, grande a influncia na vegetao, que uma vez depositado, obstruemestmatos e folhas dificultando o normal desenvolvimento de muitas das atividades biolgicas(fotossntese).

A reteno das partculas um problema bastante complicado que carece de uma soluo nica.Junto com o aspecto da da separao em si, se encontram fenmenos tais como: perda de carga,esfriamento da corrente gasosa e outros que obrigam estudar cada caso particular elegendo o sistemamais adequado em cada circunstncia.

7.4.6 MECANISMOS DE COLETA

A coleta de partculas envolve a aplicao de um ou mais dos seguintes mecanismos:

sedimentao gravitacional fora centrfugaimpactao intercepo difusofora eletrosttica fora trmica

SEDIMENTAO GRAVITACIONAL: A sedimentao gravitacional um mecanismo dedeposio importante somente para partculas grandes (maiores que 20 micra). A eficincia de coletade partculas atravs de sedimentao gravitacional funo da velocidade terminal da partcula, a

qual, expressa por:onde,Ut = velocidade terminal da partcula p = dimetro da partculag = constante gravitacional p = densidade da partculag = densidade do gs carreador g = viscosidade do gs carreadorC = fator de correo de Cunningham (admensional)

Fator de correo de Cunnigham:12

1 23 0 410 44

+ +

De

f

Df

, ,,

Pela expresso acima verifica-se que a sedimentao gravitacional diretamente proporcional densidade e dimetro da partcula. O fator de Cunningham corrige para o efeito de deslizamento das

( )Ut

g Cp p g

g

=

2

18

. . .


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Cap. VII 11

partculas o qual s deve ser considerado para partculas pequenas (menores que aproximadamente 1 )em condies de ar padro (temperatura ambiente e presso prxima do normal).

IMPACTAO INERCIAL: A impactao um importante mecanismo de coleta departculas. A impactao representa a "batida" da partcula contra um obstculo que faz com que apartcula que estava em movimento diminua a sua energia e se separe do fluxo gasoso que atransportava - Figura 7. 6.

Figura 7. 6 Mecanismo de coleta de partculas por impactao inercial (caso da partcula 2).

O controle de partculas por impactao geralmente conseguido atravs de pequenosobstculos secos ou midos. O obstculo mido, em geral, so as gotas do lquido de lavagem. Osobstculos secos so de vrias formas, como por exemplo, cilndricos, esfricos, chatos, elipsidicos,etc. A impactao inercial um importante mecanismo de coleta, mas se restringe a partculas maioresque 1 ( em dimetro.

FORA CENTRFUGA:A Fora Centrfuga age sobre partculas que estejam em movimentonuma trajetria circular, fazendo com que a partcula se afaste do centro do crculo e no caso deciclones, se dirija s paredes do mesmo. A fora centrfuga dada por:

sendo, m = massa da partcula r = raio da trajetriaVn = velocidade tangencial da partcula

Da expresso acima verifica-se que a coleta atravs do mecanismo da fora centrfuga ser tantomaior quanto maiores forem o dimetro da partcula e sua velocidade tangencial e quanto menor o

dimetro do coletor. A coleta por fora centrfuga na prtica limitada a fontes de poluio do ar queemitem quantidades razoveis de partculas maiores que 5 a 10 micra. Em geral os coletores centrfugos(ciclones) so utilizados como pr coletores.

INTERCEPO:A intercepo um mecanismo de coleta que pode ser considerado comoum caso limite da impactao, pois representa o mecanismo de coleta para as partculas que ao atingir ocoletor (obstculo) estejam a uma distncia igual ao seu dimetro, ou seja, aquelas partculas que"raspam" o coletor Figura 7. 7.

Fc mV

rn=

2

Gotas de umlavador oufibras de umfiltro manga

Impactacode partculas


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Cap. VII 12

Figura 7. 7 Mecanismo de coleta de partculas por intercepo inercial (caso das partcula 4 e 5).

DIFUSO: O mecanismo de difuso torna-se mais importante a medida que o tamanho daspartculas diminui. Esse mecanismo de coleta no apresenta importncia para as partculas maiores que

1 m em dimetro. As partculas menores, em funo da sua energia trmica, esto em constantemovimento, similarmente ao que ocorre com as molculas de um gs, fenmeno este chamado deBrowniano Figura 7. 8

Figura 7. 8 Mecanismo de coleta de partculas por difuso.

FORA ELETROSTTICA: A fora eletrosttica um mecanismo de coleta predominanteem precipitadores eletrostticos. No entanto apresenta importncia em outros tipos de equipamentos decontrole de poluio do ar, como os filtros de tecidos, uma vez que as partculas podem ter, na ausnciade campo eltrico, cargas eltricas positivas ou negativas. De acordo com a lei de Coulumb, a foraeletrosttica expressa por:

Fe = fora eletrostticaFe = q.E sendo q = carga eltrica da partcula

E = intensidade do campo eltrico

O carregamento eltrico de partculas ocorre no s por ao do campo eltrico, o qual importante para partculas de tamanhos maiores que 0,5 m em dimetro, mas tambm por difuso, oqual age mais intensamente em partculas pequenas ( menores que 0,2 m). Para as partculas com

Movto brawniano

Gotas de umlavador ou

fibras de umfiltro manga

Interceptacode partculas


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Cap. VII 13

dimetro entre 0,2 m e 0,5 m o carregamento eltrico ocorre tanto por ao do campo eltrico comopor difuso.

7.5. CLASSIFICAO DOS EQUIPAMENTOS DE CONTROLE DEMATERIAL PARTICULADO

COLETORES SECO COLETORES MIDOS

Um sistema de captao de material particulado formado pelas seguintes partes: dispositivo de captao (captor) rede de coletores (tubulaes) aspirador de potncia necessria (ventilador)

sistema de evacuao das partculas residurias (equipamento de controle)

Deve-se respeitar uma srie de princpios a fim de lograr a alta eficincia da captao. Os maisimportantes so:

Colocar o dispositivo de aspirao o mais prximo possvel da fonte emissora devido aofenmeno da diminuio da velocidade de aspirao com a rea da seo.

Envolver, o mximo possvel, a zona de gerao das partculas slidas. A soluo idealconsiste em colocar a fonte em um recinto hermtico diretamente unido com o circuito deaspirao, o que provoca frgil depresso e assegurar uma proteo da zona de emissocontra as correntes de ar.

O desenho da instalao de captao um fator muito importante para resolver corretamente o

problema da eliminao das partculas. Um sistema sobre-dimensionado pode conduzir a gastos muitoselevados, e se um sistema sub-dimensionado d lugar a uma emisso de partculas em suspensomuito difcil de controlar.

7.5.1 COLETORES SECO

7.5.1.1 CMARA DE SEDIMENTAO GRAVITACIONAL

A cmara de sedimentao gravitacional um equipamento de controle cujo mecanismo de

coleta a fora gravitacional. Possui dimenses suficientemente grandes nas quais a velocidade dacorrente gasosa se reduz, de forma que as partculas que se encontram em suspenso tenham temposuficiente em depositar-se.Apresenta pouca importncia em termos de poluio do ar face baixaeficincia para partculas menores que 40 . O seu uso mais comum como pr-coletor que retira oparticulado grosso diminuindo a sobrecarga do equipamento de controle final. Outra desvantagem oespao ocupado. Esquemas de uma cmara de sedimentao gravitacional so apresentados nasFiguras 7.9 e 7.10.

A cmara de sedimentao apresenta a vantagem da construo simples e baixa perda de carga,da ordem de 10 mm de coluna de gua, reduzindo o custo de operao. Outra vantagem a coleta aseco do material particulado. A eficincia de coleta de uma cmara gravitacional simples dada por:


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Cap. VII 14

Sendo:p = dimetro da partcula (m) Q = vazo de gs (m3/s)g = constante gravitacional (m/s2) p = densidade da partcula (kg/ m3)g = densidade do gs (kg/ m3) g = viscosidade do gs (Pa.s)Lc = comprimento da cmara (m) B = largura da cmara (m)K = constante emprica (em geral 0,5)

Figura 7. 9- Cmara de sedimentao gravitacional do tipo simples.

Figura 7. 10 Mecanismo de deposio de MP por ao gravitacional.

O rendimento da cmara funo da superfcie e independe, em primeira aproximao, de suaaltura, que se encontra limitada de forma que a velocidade do gs no alcance valores altos paraarrastar as partculas depositadas.

O rendimento das cmaras de sedimentao aumenta ao diminuir a velocidade do gs, quedesse modo tenham tempo de depositar-se , incluindo as partculas de menor tamanho. A velocidadedo gs na cmara em geral limitada a no mximo 3 m/s para evitar a reentrada das partculascoletadas no fluxo gasoso. Em geral encontra-se na faixa de 0,5 a 1,5 m/s.

2

.18

..p

g

cgp

Q

BLgk

=


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Cap. VII 15

Os resultados apresentados no Quadro 7. 1 indicam que deveriam montar-se cmaras muitograndes para partculas de pequeno dimetro. Por esta razo este sistema s emprega-se bem comoetapa prvia de outro sistema de separao ou bem para partculas de grandes tamanhos (50m).

Quadro 7. 1 - Relao altura comprimento em funo do dimetro da partcula .DIMETRO(m) RELAO h/L

100 1,3387 1,0050 0,3325 0,08510 0,0131 0,00013

Uma forma de aumentar a eficincia de uma cmara de sedimentao gravitacional com aadio de chicanas ou anteparos - Figura 7. 11. Outros mecanismos vem a se somar gravitao, comoa impactao e a inrcia.

Figura 7. 11 Cmara de sedimentao gravitacional com chicanas.

USOS, VANTAGENS E DESVANTAGENS:

USOS: - pr-coletor de partculas grandes (> 40 );- para reduzir a carga poluidora do ECP final;


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Cap. VII 16

VANTAGENS:- baixa perda de carga (< o,5"ca: em geral na faixa de 10 a 25 mm ca);- projeto, construo e instalao simples;

- baixo custo de instalao e de manuteno;- no tem limitao de temperatura, exceto pelo material de construo;- coleta a seco: permite recuperao mais fcil.

OBS:A utilizao de pr-coletores resulta, em geral, na melhora da performance e aumento da vidatil dos equipamentos de coleta final (filtros de tecido, precipitadores eletrostticos elavadores), os quais so mais caros e complexos que os coletores mecnicos.

DESVANTAGENS : - baixa eficincia p/pequenas partculas (


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Cap. VII 17

7.5.1.2 CICLONES

Ciclones so coletores que utilizam primariamente a foracentrfuga para a coleta de partculas - Figura 7. 12. Os ciclones podem terentrada tangencial ou radial. So compostos por um corpo cnico-cilndrico, ao qual entram tangencialmente os gases a depurar, por umaabertura na parte superior do equipamento - Figura 7. 13. As partculas,submetidas fora centrfuga no final de certo nmero de voltas chocam-secom a parede e terminam depositando-se na parte inferior do cone . Figura7. 14.

Figura 7. 12 Ciclone.

Figura 7. 13 Detalhes de construo de um ciclone.

O ciclones so de grande uso em controle de poluio do ar, principalmente como pr-coletores. Devido a sua eficincia baixa para partculas pequenas, o seu uso nesses casos apresentarestries face impossibilidade de atender normas de emisso mais exigentes. Em geral so utilizadospara a coleta de material particulado com dimetro maior que 5 m. Ciclones de pequeno dimetrocom entrada axial so utilizados em conjunto, trabalhando em paralelo, formando os multiciclones Figura 7. 15.


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Cap. VII 18

Figura 7. 14 Funcionamento do ciclone.

Figura 7. 15 Multiciclones.


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Cap. VII 19

Os ciclones podem ser classificados segundo a sua eficincia e perda de carga da seguinteforma:- ciclones de baixa eficincia: 5 < PC < 10 cm H2O

- ciclones de mdia eficincia: 10 < PC < 20 cm H2O- ciclones de alta eficincia (cone longo): 20 < PC < 25 cm H2O

A eficincia de ciclones muitas vezes caracterizada pelo seu "dimetro crtico" ou pelo seu"dimetro de corte". O dimetro crtico refere-se ao dimetro da partcula que o ciclone coleta com100% de eficincia. Similarmente, o dimetro de corte refere-se ao dimetro da partcula coletado com50% de eficincia. Podem ser obtidos pelas seguintes expresses (Lapple) (CETESB, 1990):

sendo:d corte = d(50) [] g = viscosidade do gs [kg/m.s]b = largura da entrada do ciclone [m] p = densidade da partcula [kg/m3]Vi = velocidade do gs na entrada do ciclone, de 15 a 21 [m/s] (velocidade das partculas)Nv = nmero de voltas do "vortex" (3 a 10) - os maiores valores devem ser utilizados para ciclones

de alta eficincia (numero de revoluo dadas pela partculas no interior do ciclone)

Os ciclones convencionais, bem projetados, apresentam dimetro de corte da ordem de 8 m,enquanto os de alta eficincia apresentam dimetro de corte da ordem de 3 m.

A eficincia fracionada pode ser calculada pela equao de De Paola e Theodore, qual seja:

Onde, d - dimetro da partcula

O dimensionamento de ciclones comumente realizado utilizando-se relaes geomtricas jconhecidas. A Figura 7. 16 e o Quadro 7. 2 apresentam as relaes geomtricas para ciclones deentrada tangencial segundo vrios autores (CETESB, 1990).

Figura 7. 16 Relaes geomtricas para dimensionamento de um ciclone tangencial.

db

V Ng

i p v( )

.

. . . .506

9

210=

6)100( 10....2

.18x

NV

bd

vpi

g

=

( )250 /11

dd+=


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Cap. VII 20

A base para o dimensionamento a velocidade de entrada no ciclone, que na prtica varia de 6a 21 m/s. Os ciclones de alta eficincia so dimensionados para velocidades acima de 15 m/s. Oprojeto de um ciclone pode ser realizado a partir de estudos j estabelecidos, tais como o de Lapple

Quadro 7. 2 (CETESB, 1990).

Quadro 7. 2 Relaes geomtricas padronizadas entre os componentes de um ciclone de entradatangencial.

AutorElemento caracterstico Smbolo

Lapple Stairmand Swift

Dimetro do Corpo Cilndrico D 1,0 1,0 1,0Altura da Entrada a 0,5 D 0,5 D 0,44 D

Largura da Entrada b 0,25 D 0,2 D 0,21 DProfundidade do Duto de Sada S 0,625 D 0,5 D 0,5 DDimetro do Duto de Sada Ds 0,5 D 0,5 D 0,4 DAltura do Corpo Cilndrico h 2,0 D 1,5 D 1,4 DAltura Total H 4,0 D 4,0 D 3,9 DDimetro do Duto de Descarga do p B 0,25 D 0,375 D 0,4 D

O fator fundamental para o bom funcionamento de um ciclone o seu dimetro. Para umadeterminada perda de carga, a eficincia do ciclone cresce em funo do raio de giro. Como a perda decarga cresce com o quadrado da velocidade, existe um compromisso com entre ambos fatores, queimpede de diminuir o valor do raio por debaixo de valores que levam s perdas de cargas proibitivas.

Por isso a velocidade de admisso se fixa em um mximo de 21 m/s (CETESB, 1990).No entanto, o fator mais importante nas caractersticas da reteno de um ciclone so as

propriedades do resduo a separar. O fator mais importante o dimetro da partcula. O emprego deum ciclone deficiente para partculas de dimetro inferior de 15m, sendo muito pouco tel parapartculas menores que 3 m (CETESB, 1990).

A perda de carga em ciclones de entrada tangencial pode ser estimada pelo mtodo deShepherd-Lapple, com a modificao de Briggs para a carga de material particulado. Por este mtodo aperda de carga expressa por (CETESB, 1990):

Onde, Ci = concentrao de partculas na entrada (g/m3)P = perda de carga (cm H2O) a x b = rea de entrada (cm

2)vi= velocidade de entrada do gs (cm.s

-1) Ds = dimetro de sada (cm)g = densidade do gs (kg/ m3)

Outra expresso que pode ser utilizada para o clculo da perda de carga de uma ciclone apresentada na equao abaixo (MACINTYRE, 1990 - pag.315). Esta expresso leva em conta asdimenses dadas na Figura 8, abaixo

332 '

..12

dL

dLKd

hlp

d

=

+

=

10,0057.C

1

D

ba.v.108,19p

i2S

2ig

3


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Cap. VII 21

ddl

h s

L

L'

Figura 7. 17 Dimenses do ciclone

Os ciclones podem tambm serem dividem em dois grupos: normais alta eficcia

Esses ltimos so de pequeno dimetro (menor que 25 cm), e possuem maior capacidade deseparao.

Um tipo de ciclone muito utilizado na prtica so os multiciclones ou multi-clones Figura 9.Os multiciclones so constitudos por um agrupamento de pequenos ciclones da ordem de 25 cm dedimetro, que trabalham em paralelo e que possuem entrada radial. Os multiciclones apresentam asseguintes vantagens em relao aos ciclones convencionais:apresentam menor perda de carga para eficincias equivalentesso mais eficientescustam menos ocupam menor espao (se comparar aos vrios ciclones que seriam necessrios para alcanar a

mesma eficincia);resistem melhor eroso

Os multiciclones apresentam eficincia muito alta e uma excelente qualidade de separao,devido a pequenos dimetros, perda de carga aceitvel, conseguida por elevado nmero de unidadesque o compe. No entanto, apresentam um problema srio que o entupimento frequente.

Em geral, pode-se afirmar que a eficincia de um ciclone aumenta com o dimetro e adensidade da partcula; a velocidade dos gases; comprimento do cone e dimetro de sada; diminuindoem funo do aumento da viscosidade do gs e o dimetro do corpo do ciclone.

Na descarga do resduo deve-se levar em conta a forma mais contnua e rpida possvel,existem para isso diversos mtodos. A tendncia atual tem por base empregar de rodillos contnuos

As dimenses esto em ps e o fatorK depende do tipo de entrada e perdade carga p em polegadas de colunad'gua.

K = 0,5 para entrada simples semguiasK = 1,0 para entrada com guias retasK = 2,0 para entrada com guiasex ansoras


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Cap. VII 22

que permitem para o caso de granulometria finas, evacuar rapidamente o resduo depositado - Figura 7.18. Existem sistemas automatizados que permitem evacuar o resduo em funo da massa depositada(Figura 7. 19) e dos fenmenos de arrastes - Figura 7. 20 (CETESB, 1990).

Figura 7. 18- Rosca rotativa.

Figura 7. 19 - Compartimentos de descarga.

Figura 7. 20- Sistema pneumtico.


USOS: - em geral como pr-coletor de partculas mdias a grandes (> 10 );

- coletor final em alguns casos (ex: trabalhos com madeira/exceto lixamento)

No campo de aplicao normal de separadores centrfugos, emprega-se em instalaes funcionando emregime contnuo, destacando-se:

Fornos de cimento Siderurgias e fundies Indstrias Qumicas

VANTAGENS:- baixo custo de construo e manuteno;- perda de carga mdia a baixa (2 a 6"coluna dgua);


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Cap. VII 23

- projeto relativamente simples e fcil de operar;- exige espao relativamente pequeno para instalao;- no tem limitao de temperatura e presso, exceto pelo material de construo (o ciclone

serve como um excelente eliminador de fagulhas que podem incendiar filtros de tecido).

DESVANTAGENS:- baixa eficincia para partculas pequenas;- possibilidade de entupimento no caso de partculas adesivas ou higroscpicas (mais srio em

multiciclones);- possibilidade de abraso para determinadas partculas e determinadas velocidades;- no deve ser utilizado para partculas adesivas.- em geral necessita de segundo coletor para atender emisso exigida.

A longo prazo um fator que influi no rendimento de ciclone a eroso devido ao impacto e

rolizamento das partculas. A abraso alcana um valor mximo para as concentraes altas, a dureza etamanho das partculas (partculas de dimetro compreendido entre 5 e 10m produzem efeitosabrasivos mximos. As partes mais delicadas do ciclone so pontos e linhas de soldagem, e a partecnica do depsito acumulado. Para proteg-los deve-se recorrer a revestimentos especiais.

Uma comparao entre coletores gravitacionais e ciclnicos apresentado no Quadro 7. 3.

Quadro 7. 3 - Comparao entre coletores gravitacionais e ciclnicos.CMARA DE SEDIMENTAO CICLONE

USO

pr-coletor de partculas grandes (>40m) Reduz a carga poluidora

USO em geral pr-coletor de partculas mdias a grandes

(>10m) coletor final em alguns casos

VANTAGENS

baixa perda de carga (10-25mm ca) projeto, contruo e instalao simples baixo custo de instalao e de manuteno no tem limitao de temperatura coleta a seco: permite recuperao mais

fcil

VANTAGENS

perda de carga mdia baixa (2 a 6ca) baixo custo da construo simples de operar pouca manuteno projeto relativamente simples espao relativamente pequeno para instalao no tem limitao de temperatura e presso, exceto

para o material de construo.DESVANTAGENS

baixa eficincia para pequenas partculas(


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Cap. VII 24

Exemplo 1: Dimensionamento de ciclones e determinao da eficincia.

Quadro 7. 4- Dados da Fonte.

Vazo dos gases: 37,5 m3.s-1Temperatura dos Gases: 230 oCPresso dos Gases: 1 atmConcentrao de Partculas: 5260 mg.m-3Condies normais: 0 C e 1 atmViscosidade dos gases : 2,6.10-5Kg.(m.s)-1

Densidade da Partcula : 2650 Kg.m-3

Considerar as dimenses de um ciclone convencional, segundo LappleAdotar v= 15 m.s-1e 8 ciclones em paralelo.

Tabela 7. 2 -Distribuio de tamanho das partculas.0 - 20 m 20 - 30 m 30 - 40 m 40 - 50 m 50 - 60 m 60 - 80 m >80 m

2,7 % 6,9 % 9,4 % 10,5 % 10,5 % 16,5 % 43,5 %

Soluo:

rea de Entrada do Ciclone (A1):2

1 m312,015

8/5,37

v

Q/8A ===

Como A1= (altura de entrada) (largura de entrada) : A D x D Dc c c12

0 25 0 5 0 125= =, , ,

Portanto Dc=125,0

1A =125,0

312,0= 1,58 m

Outras dimenses (Quadro 7. 5):

Quadro 7. 5 Dimenses do ciclone projetado.Dimenses Relao Dimenso (m)

Altura de entrada 0,5 D 0,790

Largura de entrada 0,25 D 0,395

Profundidade do duto de sada 0,625 D 0,987Dimetro do duto de sada 0,5 D 0,790

Altura do corpo cilndrico 2,0 D 3,160

Altura total 4,0 D 6,320

Dimetro do duto de descarga do p 0,25 D 0,395

Agora determinando a eficincia:

Dimetro de corte do ciclone (d50). Adotar Nventre 3 e 10. Nv= 6


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Cap. VII 25

db

V Nx

xx m

g

i p v50

65

69

210

9 2 6 10 0 395

2 15 2650 610 7 86=

=

=

. .

. . . .

. , . ,

. . . .,

Eficincia total de coleta ( t ):

Segundo De Paola e Theodore( )

iid d

=+

1

1 502

/

Calcular a eficincia fracionada ( i ) Tabela 7. 3.

Tabela 7. 3- Eficincia fracionada.di(m) di(m) mi (%) i mi x i0 20 10 2,7 0,618 0,0167

20 30 25 6,9 0,910 0,0628

30 40 35 9,4 0,952 0,0895

40 50 45 10,5 0,970 0,102

50 60 55 10,5 0,980 0,103

60 80 70 16,5 0,987 0,163

>80 90 43,5 0,992 0,431= 100% mi x i = 0,968

Eficincia total de coleta = t= mi x i = 96,81 %

Emisso final ( Ef)

- Sem controle:E QxCm s mg m s g Kg

h mg g Kg hi i= = =

37 5 5260 3600 1 1

1 10 10007101

3 3

3

, / . / . . .

. ., /

- Com controle: ( )E E Kghf i t= = =. ( ) , , ,1 710 1 1 0 968 22 72

- Concentrao na sada do ciclone (Cs) a 230C e 1atm

( ) ( )C C mgms i t= = =1 5260 1 0 968 168 32 3 , ,

Corrigir Cs para as condies normais ( 0 e 1 atm)

P

TCC SCNTPS

1.

273

273.)(

+= = 310,12 mg/Nm3


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Cap. VII 26

Exemplo 2: Dimensionamento de ciclones e determinao da eficincia

Dados da fonteVazo de gases : 25 m3/sTemperatura dos gases : 230 CPresso dos gases : 1 atmConcentrao de partculas : 5260 mg/ m3Condies padro (normal) : 0 C e 1 atmViscosidade dos gases : 2,6 x 10-5kg .(m.s)-1Densidade da partcula : 2650 kg. m-3Distribuio de tamanho das partculas Tabela 7. 4.

Tabela 7. 4- Distribuio de tamanho das partculas.0 - 20 m 20 - 30 m 30 - 40 m 40 - 50 m 50 - 60 m 60 - 80 m >80 m

2,7 % 6,9 % 9,4 % 10,5 % 10,5 % 16,5 % 43,5 %

Dimenses de um ciclone (ciclone convencional) / LappleAdotar V = 15 m/s

Soluo:

Area de entrada do ciclone V

QA= A1= 1,67 m

2

Como A1= 0,25 Dc x 05, Dc = 0,12 Dc

Portanto = ........ m

Outras dimenses Tabela 4Dimenses Relao Dimenso (m)

Altura de entrada 0,5 DLargura de entrada 0,25 DProfundidade duto de sada 0,625 DDimetro duto de sada 0,5 DAltura do corpo cilndrico 2,0 D

Altura total 4,0 DDimetro do duto de descarga do p 0,25 D

Dimetro de corte do ciclone ( d 50) Adote Nv entre 3 e 10. Adote Nv = 10.

x 106(d 50em m ) d 50= m

Eficincia total de coleta (t)

Segundo De Paola e Theodore

125,01ADc =

=50d

2

501

1

+

=

i

i

d

d


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Cap. VII 27

Portanto, calcule a eficincia para cada faixa granjulomtrica

E daTabela 7. 5 -Eficincia fracionada (i)

d i(m) d i(m) mi(%) i mix i0 - 20 m 10 2,7 %20 - 30 m 25 6,9 %30 - 40 m 35 9,4 %40 - 50 m 45 10,5 %50 - 60 m 55 10,5 %60 - 80 m 70 16,5 %

>80 m 43,5 %

100 %

Eficincia total de coleta = t= (mix i)

Emisso final (Ef)

Sem controle Ei = Q x Ci = Kg/h = 473,4 Kg/h

Com controle Ef= Ei x (1 - t) = Kg/h

Concentrao na sada do ciclone (Cs) a 230 C e 1 atm

Cs = Cs x (1 - t) = 5260 x (1 - ) mg/m3

Nas condies normais (0 C e 1 atm)

2

50

10

101

1

+

=d

t= %

610

52603600.25 xxEi=

( )

( )

A

AN P

xT

CsCs1

273

)273.

+=

Cs(N) = .................mg/Nm3


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Cap. VII 28

7.5.1.3 FILTROS DE TECIDO

Os filtros de tecido so os sistemas de filtragem mais comumente utilizados. Sua utilizao sed no s para o controle de poluio do ar, mas tambm como parte integrante do processo industrial,como o caso do processo de produo do xido de zinco.O princpio de funcionamento de um filtro de tecido simples. Trata-se da passagem da mistura gasosaque contm partculas atravs de um tecido, sendo que o gs atravessa os poros do tecido e aspartculas, na sua maioria, ficam retidas na sua superfcie, que de tempos em tempos tem que serretiradas para evitar uma camada muito espessa, o que dificultar a passagem do gs (aumento daperda de carga).No comeo do processo de filtragem a coleta se inicia com a coliso das partculascontra as fibras do meio filtrante e sua posterior aderncia s mesmas. A medida que o processocontinua a camada de partculas coletadas vai aumentando tornando-se, ento, o meio de coleta. Emdeterminado momento, torna-se necessria a remoo das partculas coletadas, afim de impedir a

reduo da eficincia do processo.Os mecanismos envolvidos na coleta de partculas em filtros de tecido so principalmente a

impactao inercial, a difuso, a atrao eletrosttica e a fora gravitacional e secundariamente, aintercepa. O filtro de tecido um equipamento enquadrado na categoria dos de alta eficincia decoleta, chegando em alguns casos, a valores maiores que 99,9%.

Os filtros de tecido so classificados primeiramente segundo o formato do meio filtrante ouseja: tipo mangaou tipo envelope.

Filtro de mangas: Tem a forma de saco alongado, tubular. Segundo o mecanismo delimpeza das mangas os filtros de manga podem ser classificados da seguinte maneira:

sacudimento mecnico: neste mtodo, o p removido por agitao mecnica, horizontal ouvertical; o sacudimento mecnico no tem muito xito quando o material particulado consiste departculas aderentes, pois a agitao excessiva pode fazer com que as mangas girem ou se soltem dosganchos de sustentao - Erro! Fonte de referncia no encontrada.. O ar normalmente penetrapela parte interna, quando a boca do saco fica embaixo, e sai deixando as impurezas do lado de dentro.

ar reverso: neste caso, as partculas se desprendem do tecido pela inverso no sentido do fluxode ar. mais utilizado quando operado com baixas vazes.

jato pulsante de ar comprimido: o sistema mais utilizado em relao aos demais;comumente, um tubo de Venturi acoplado ao topo de cada manga gera um jato de ar que percorre(como uma onde) toda a extenso da manga, expandindo-a e fazendo com que a camada aderida aotecido se desprenda do mesmo (Figura 7. 22) Neste tipo de filtro o ar normalmente penetra pela parteinterna, como na Figura 7. 23, o ar poludo empurrado de fora pra dentro, deixando o MP aderido parede externa do saco. Para que no ocorra estrangulamento dos sacos os mesmos possuem umaestrutura metlica de suporte - Figura 7. 23.

Este ltimo tipo de limpeza o que tem sido mais utilizado atualmente, pois apresenta avantagem de exigir uma rea de filtragem menor que os que utilizam por sacudimento mecnico ou arreverso, possibilitando limpeza contnua e automtica das mangas.


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Cap. VII 29

Figura 7. 22 Filtro de mangas com sistema de limpezapor jato pulsante

Figura 7. 21 Filtro de mangas com sistema delimpeza por sacudimento (Filtro demangas com entrada interna do arpoludo).


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Cap. VII 30

Figura 7. 23 Filtro de mangas com entrada externa do ar poludo.

Os filtros de manga so geralmente dispostos em baterias ou conjuntos, de modo a conseguir area de filtragem necessria.

Filtro tipo envelope: Quando a concentrao de partculas muito elevada, usa-se, antes dofiltro, um separador do tipo inercial para reteno das partculas maiores. As Figuras 24 e 25 ilustrameste equipamento.

Figura 7. 24 Mecanismo de limpeza do ar num filtro de tecido tipo envelope vertical.

Entrada dear + materialparticulado

Sada doar limpo

Sada domaterial retido

Estrutura interna do

f i l t ro de manga


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Cap. VII 31

Figura 7. 25 -Filtro de tecido tipoenvelope horizontal

ESCOLHA DO MEIO FILTRANTE

A escolha do meio filtrante a ser utilizado depender das caractersticas do gs transportador(temperatura, umidade, alcalinidade e acidez), das caractersticas das partculas a serem filtradas(concentrao, distribuio de tamanhos, abrasividade) do tipo de limpeza a ser utilizado, do custo e dadisponibilidade do mercado. O Quadro 7. 6 apresenta as caractersticas dos meios filtrantes mais usuaisdisponveis no mercado para filtros de mangas.

Os filtros de tecido so de elevada eficincia para fumos e poeiras acima de 0,1 m e sousados na captao de poeira de moagem; mistura e pesagem de gros de cereais; moagem de pedra,argila e minerais; triturao de cimento; limpeza por abraso; pesagem e peneiramento de produtosqumicos em gros; trabalhos em madeira, cortumes, fertilizantes, papel, etc.

Os materiais tradicionalmente usados na fabricao de pano so o algodo e a l, desde queutilizados em temperaturas de at 82 e 90 oC, respectivamente, e para correntes de ar sem umidade.Para temperaturas mais elevadas e poluentes agressivos a esses materiais, necessrios recorrer atecidos de outros materiais, como poliamida, polister, polipropileno, fios metlicos, fibras de vidro,etc. Os filtros com feltro de polister duram cerca de 3 vezes mais do que os de algodo, e por isto sotambm muito usados.


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Cap. VII 32

Quadro 7. 6 Materiais de tecidos usados em filtros industriais.

Fibra Temp defuso oC

Temp mximade oper

contnua

Resist. a cidos Resist. a lcalis Resist. abraso e

flexo

Algodo Decompea 150

82 ruim Muito boa Muito Bom

Creslon 246 121 Bom em cidosminerais.

Bom em lcalisfracos

Bom a muitobom

Dacron 250 135Bom para a maiorparte dos cidos

minerais.Dissolve emH2SO4conc.

Bom para lcalisfracos.

Razovel emforte

Muito Bom

Dynel 162 71 Pouco efeitomesmo em altaconcentrao

Pouco efeitomesmo em altaconcentrao

Razovel a bom

Fiberglass 798 237 Razovel a boa Razovel a boa RazovelFibra de vidro 800 Razovel a boa Razovel a boa RazovelL 300 93 Muito boa ruim Razovel a bomNilon G.G. 250 93 Razove Excelente ExcelenteNiomex 257 218 Bom Excelente a

baixas temper.Excelente

Orlon 250 126Boa a excelente

em cidos

minerais

Razovel paralcalis fracos Bom

Polister HT-1 371 204Melhor que

Oniton, pior queOrlon e Dracon

No to boa qtoo nylon, melhor

que Orlon eDracon

Bom

Poliamida 250 Razovel Excelente ExcelentePolipropileno 167 93 Excelente Excelente Excelente

Teflon Decompea 400 oC

260 oC masemite gase

txicos a 232oC

Inerte, excet afluor

Inerte exceto acloro e flor (tri)

e metaisalcalinos

fundidos

Razovel

DIMENSIONAMENTO

O projeto de equipamentos de controle tipo filtro de tecido envolve basicamente a escolha dotipo de filtro a ser utilizado (manga ou envelope), a escolha do sistema de limpeza, o meio filtrante aser utilizado e o dimensionamento da rea de filtragem necessria. O fluxo gasoso deve seradequadamente condicionado antes de entrar no filtro de tecido, no que diz respeito temperatura eumidade.


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Cap. VII 33

O dimensionamento da rea filtrante depende da velocidade de filtragem (razo vazo degs/rea filtrante) recomendada para o caso especfico. A velocidade de filtragem depende do tipo departcula a ser coletada, da sua concentrao, do material filtrante e do sistema de limpeza.Para

limpeza por sacudimento mecnico os valores variam de 0,3 m.min-1a 1 m. min-1. Para limpeza porjato reverso com meio filtrante tipo feltro, os valores variam de 2 m.min-1 a 5 m. min-1. Os valoresmais baixos devem ser utilizados para os casos de altas concentraes de partculas ou partculas muitopequenas, como por exemplo os fumos metlicos. A rea de filtragem necessria deve levar emconsiderao tambm a condio do meio filtrante no momento da limpeza. Se a limpeza for feita como filtro em operao, a rea de filtragem deve ser calculada em relao s unidades que permaneceremem operao de forma a no exceder a velocidade de filtragem recomendada.

A velocidade de filtrao recomendada, pela prtica, para cada tipo de poluente. O Quadro7. 7 mostra a velocidade recomendada para a limpeza com jato reverso.

Quadro 7. 7 - Velocidade recomendada para filtrao com jato reverso.

MATERIAL VELOC.FILTRAOMXIMA (ps/min)

MATERIAL VELOC.FILTRAOMXIMA (ps/min)

xido de alumnio 9 ferro cromo britagem 9bauxita 8 argila 8carbono calcinado 7 granel (porcelana) 10carbono verde 5 farinha 10carbono mist. banburi 7 gros 12cimento 9 grafite 5gesso 8


USOS: - coletor final de partculas de todos os tamanhos, inclusive submicrmicas, excetopartculas adesivas;

VANTAGENS: - proporciona altas eficincias de coleta, chegando a mais de 99,9%;- pouco sensvel a flutuao de vazo e concentrao;- coleta a seco possibilitando recuperao fcil do material;- no apresenta problemas de resduos lquidos;- manuteno simples;- operao simples;- perda de carga e custo de operao moderados;- vida til longa, chega a 20 anos.

DESVANTAGENS:- temperatura mxima restringida pelo material da manga;- custo de manuteno alto;- pode requerer tratamento especial das mangas para determinadas aplicaes;- espao requerido razoavel especialmente no caso de limpeza por fluxo reverso (pq a

velocidade menor)- localizao das mangas furadas relativamente difcil (ex: U.Siderrgica Tubaro1200

mangas ou 300 por compartimento);- no pode ser utilizado em condies onde haja condies de condensao de umidade.


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Cap. VII 34

A perda de carga em filtros de tecido a somatria da perda de carga do filtro limpo (aps ciclode limpeza) mais a rsistncia imposta pela camada de partcula depositada no filtro, a qual varia emfuno do material coletado. Na prtica p fixado um valor de perda de carga mximo e aps atingido

esse limite o sistema de limpeza acionado. Em geral a perda de carga varia de 10 cm H 2O a 20 cm deH2O.

EXERCCIO: Dimensionamento de filtro manga

Determinar o nmero de mangas necessrias para controlar as partculas do efluente gasoso cuja vazo igual a 4,72 106cm3/seg., sendo dados:. vf = 4 cm/s . dimenses das mangas = 0,203 m

H = 3,66 m

Primeiro calcula-se rea total de uma manga da seguinte maneira:

A(total) = A(lateral) + A(base) Figura 7. 1.

A(total) = 2 r h + r

A(total) = (2 x 0,1015 m x 3.66 m) + (x R2)

A(total) = ( 2 x x 0,1015 x 3,66) + [x (0,1015)2]

A(total) = 2,334 + 0,03236

A(total) = 2,3665 m2 por manga

Area filtrante = Q gs/ Vf

Area filtrante = 4,720 m3 /seg A filtrante = 118 m2

0,04 m/seg

Nmero de mangas = 118 m / 2,3665 m.manga

Nmero de mangas = 49,86 = 50 mangas

A QUESTO DOS PS EXPLOSIVOS:

O projeto envolvendo ps explosivos2 deve ser cuidadosamente analisado. Se houver aocorrncia simultnea de vapores e ps explosivos pode-se ter uma exploso mesmo com aconcentrao de ambos estando abaixo do Limite Inferior de Explosividade.

2 Leituras recomendadas: ver. Apostila Operao e Manuteno de equipamentos de controle depoluio do ar. CETESB, 1990 Vol .

Figura 7. 26 rea total de umamanga: lateral mais fundo


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Cap. VII 35

Houve caso em que se projetou um filtro manga para manuseio de areia, um casoaparentemente inofensivo. A areia no entanto estava contaminada com leo, farinha de slica e palha demilho, materiais altamente explosivos, que acarretam grandes danos s instalaes. Conceitos bsicos

sobre o assunto (CETESB, 1990):- Energia de ignio : a energia necessria para iniciar a deflagrao do explosivo.- Deflagrao: o processo de exploso passvel de controle.- Detonao : o processo de exploso quase instantneo, sendo, portanto,

incontrolvel.- Presso mxima de exploso - a presso mxima atingida, no processo de

deflagrao.- Incremento mximo de presso : o valor mximo do quociente entre a variao de

presso e o tempo decorrido nessa variao.

Pode-se ter presso mxima de 08 Kgf/ cm2e um incremento mximo de 7,6 Kgf/cm2em 0,02

seg. teremos um valor de incremento mximo de presso de :

7,6 Kgf/cm2 = 380 Kgf/cm2seg.0,02 seg.

Existem quatro meios de controlar o risco de exploso (CETESB, 1990):

Uso de gs inerte: Esse mtodo usado no sistema de controle quando o processotambm emprega gs inerte. Normalmente se usa o nitrognio.

Conteno de exploso: O filtro manga construdo de maneira tal a evitar danosmaiores. Ele danificado, porm, devido sua construo resistente ele diminui o impactoda exploso, minimizando os riscos. Projeto europeu adota uma resistncia presso dechoque, que de 10 a 20 % acima da presso mxima de exploso. No exemplo anterior,por exemplo, o filtro seria construdo para resistir a uma presso de 8,6 a 9,6Kgf/ cm2, umavez que a presso mxima de exploso de 8 Kgf/cm2.

Supresso da exploso: Consiste na supresso da exploso aps detectao, pelainjeo de um agente de supresso. Nos EUA, usa-se haletos e na Europa ps inertes. Osistema confivel mas exige uma rgida manuteno. O sistema tambm a soluo parauma ocorrncia, e se o problema ocorrer novamente, logo em seguida, ele estardesarmado.

Uso de vents de descarga: Instala-se vents, de disco de ruptura, para alvio da

presso. o mtodo mais adotado apesar de apresentar algumas desvantagens. Osprincipais problemas so:- Localizao dos vents: A descarga deve ser feita a atmosfera e no no

ambiente de trabalho.- Os discos podem ser danificados por corroso, abraso ou outro

problema, comprometendo o sistema.

O dimensionamento do vents emprico e o NFPA fornece tabelas e nomgrafos.Todos eles se baseiam na lei cbica, que expressa o seguinte:

(dp / dt)max.. V1/3 = Cte


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Cap. VII 36

- dp / dt = incremento mx. de presso Kgf / m2/s- V = volume do filtro ( m3)

A constante K chamada de K mtpara P e Kg para gases. Com base nisso se dimensiona ovent de acordo com a relao:

F2 = F1 . V2/3

2___V2/31

Onde: F1 = rea do vent no vaso de teste necessria para evitar que a presso suba acima decerto valor.

F2 = rea do vent no filtro manga para as mesmas condiesV1 = Volume do vaso de testeV2= Volume do filtro manga

O Quadro 7. 8 mostra a classificao de risco para ps, de acordo com a energia de ignio. OQuadro 7. 9 mostra os valores para alguns ps levantados em testes. sabido tambm que o valorKmt indiretamente proporcional ao dimetro da partcula e ao seu formato. A pequena energia deignio do Quadro 7. 8 comparvel aquela liberada em uma fasca eltrica ou por uma superfciequente.

Quadro 7. 8 Classificao de ps quanto ao risco de exploso.KSTCLASSE

DE

RISCO

Fonte fraca de ignio

(E 10 W.s)

Fonte forte de ignio

(E 10.000 W.s)1 100 2002 101-200 201-3003 >200 >300

A grande energia de ignio corresponderia por exemplo a uma lngua de fogo transportadapelos dutos.

Outras recomendaes so as seguintes: As mangas situadas prximas ao vent interferem no seu funcionamento, portanto a rea do vent

deve ser livre.

Os painis de alvio de exploso no devem Ter mais que 10 Kgf/m2 de presso de abertura,devendo ser presos para no serem arremessados distncia.


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Cap. VII 37

Quadro 7. 9 Valores de presso mxima de explorao e incremento mximo de presso(KST) para a alguns ps

IGNIO QUMICA(E 500 W.s)

FASCA ELTRICA(E = at W.s)

P Pmax(bar)

KST(BAR.m.S-1)

Pmax(bar)

KSTBAR.M.s-1)

CARVO 7.7 85 s/ignio ___DEXTRINA 8.7 200 8.5 100PIGMENTO 10.0 300 9.7 200ALUMNIO 11.5 550 11.0 450

FARINHA 8.6 57METILCELULOSE 10.0 160

RESINA EPOXI 8.2 180PRODS. FARMAC. 9.0 200

MADERIRA 9.0 200POLIETILENO 7.8 160

ACAR ---- 230

7.5.1.4 PRECIPITADORES ELETROSTTICOS

Os precipitadores eletrostticos vem sendo utilizados h muitos anos como um meio efetivopara o controle de emisses atmosfricas na forma de partculas - Figura 7. 27.

A histria do precipitador se inicia em 1824 quando Hohlfeld consegue tornar lmpido ocontedo de um cilindro contendo nvoas utilizando para tanto um ponto eletrificado no seu interior.Em 1850, Guitard, em experimento anlogo consegue o mesmo efeito utilizando fumaa de tabaco. Em1907 Frederick Gardner Cottrell constri um precipitador eletrosttico de sucesso comercial. Em 1908Cottrell patenteia um precipitador eletrosttico utilizado com sucesso em uma fbrica de cidosulfrico de Pinole, Califrnia - USA. As instalaes industriais pioneiras se deram no perodo de 1907

a 1920 (CETESB, 1987).O mecanismo de coleta principal obviamente a fora eltrica. O processo de precipitaoeletrosttica se inicia com a formao de ions gasosos pela descarga do corona de alta voltagem noeletrodo de descarga. A seguir as partculas slidas e/ou lquidas so carregadas eletricamente pelobombardeamento dos ons gasosos ou eletrons. O campo eltrico existente entre o eletrodo de descargae o eletrodo de coleta faz com que a partcula carregada migre para o eletrodo de polaridade oposta,descarregue a sua carga, ficando coletada. De tempos em tempos a camada de partcula se desprendedo eletrodo de coleta, pela ao do sistema de "limpeza" e por gravidade se deposita na tremonha derecolhimento de onde ento transportada para o local de armazenamento para posteriorcondicionamento e/ou reutilizao e/o reposio final. O processo de carregamento e coleta departcula mostrado na Figura 7. 28 (CETESB, 1987).


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Cap. VII 38

Figura 7. 27 Processo de purificao do ar em um P.E. e disposio final.

Figura 7. 28- Processo de carregamento e coleta de partculas.

O aerosol passa entre dois eletrodos onde existe uma grande diferena de potencial eltrico. Aspartculas do aerosol precipitam-se sobre o eletrodo de baixo potencial Figura 7. 29.coletor

de alta voltagem aramede baixa voltagem superfcie plana

Eletrodonegativode altavoltagem

Regio efeito corona

Electronslivres +

+

+

+

+

+

+

Electrons

ons negativos

Eletrodo

coletorate

rrado

ons positivos

Partculade p

Eletrodonegativode altavoltagem

Regio efeito corona

Electronslivres +

+

+

+

+

+

+

Electrons

ons negativos

Eletrodo

coletorate

rrado

ons positivos

Partculade p


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Cap. VII 39

remoo de partculas < 1 eficincia - 95 - 99%

Figura 7. 29 Precipitador eletrosttico

Os precipitadores eletrostticos podem ser classificados da seguinte forma:

a) Quanto voltagembaixa voltagem : voltagem menor ou igual a 30Kvalta voltagem : voltagem maior que 30 Kv

b) Quanto polaridade do eletrodo de descargacorona positivocorona negativo

c) Quanto ao nmero de estgiossimples estgio com carga e disposio simultneosduplo estgio, com carga em um primeiro estgio e a deposio num estgio posterior

d) Quanto geometria de eletrodo de coleta:tubulares em forma de placas

Os precipitadores podem ainda serem classificados em secos e unidos dependendo da utilizaoou no de lquido de lavagem no mesmo.

Os precipitadores de baixa voltagem, com corona positivo e duplo estgio em geral temempregos no industriais e so de pequeno porte, como por exemplo aqueles utilizados em conjuntocom sistemas de ar condicionado.


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Cap. VII 40

A Figura 7. 30 mostra um precipitador eletrosttico de aplicao industrial que apresentaeletrodo de descarga tipo arame e eletrodo de coleta tipo placas. A Figura 7. 31 mostra as formas deeletrodos de descarga e coleta usualmente utilizados.

O carregamento das partculas se d por doisprocessos. Para partculas maiores que 0,5 m emdimetro tem-se o carregamento pelo campo eltrico.Para partculas de dimetro menor que 0,2 mpredomina o carregamento por difuso inica. Parapartculas com dimetro entre 0,2 m e 0,5 m agem osdois mecanismos.

Figura 7. 30- Precipitador eletrosttico de aplicaoindustrial

Figura 7. 31 - Formas de eletrodos de descarga e coleta usualmente utilizados.


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Cap. VII 41

A eficincia de coleta de precipitadores eletrostticos usualmente expressa pela frmula deDeutasch-Anderson qual seja (CETESB, 1987).:

)exp(1 WQ

A

= sendo:

n = eficincia de coleta Q = vazo de gsA = rea de coleta W = velocidade de migrao

A velocidade de migrao funo dos seguintes parmetros: dimetro das partculas,voltagem aplicada, campo eltrico, constante dieltrica da partcula, viscosidade do gs e temperaturade operao. Existem frmulas para o clculo da velocidade de migrao no entanto, na prtica ela obtida experimentalmente principalmente em modelos reduzidos. Os valores usuais se situam na faixade 1 cm s-1 a 15 cm s-1(CETESB, 1987).

Uma caracterstica importante da partcula que influencia a sua coleta em precipitadoreseletrosttico e a sua resistividade eltrica. Partculas de baixa resistividade se carregam facilmente mastambm cedem sua carga com facilidade ao atingir o eletrodo de coleta podendo em consequnciaretornar ao fluxo gasoso. J em relao s partculas de resistividade muito alta ocorre o inversopodendo gerar o processo denominado "back-corona" que uma descarga localizada no eletrodo decoleta, devido formao de uma camada de material no condutor. A faixa ideal da resistividaddepara utilizao em precipitadores est entre 5,0 x 103 cm e 2,0 x 1010 cm (CETESB, 1987).

Existem formas de condicionamento da resistividade sendo a principal o uso de controle detemperatura e umidade.

Um sumrio das vantagens, desvantagens e usos do precipitador eletrosttico mostradoabaixo:

Vantagens:

Alta eficincia de coleta. Pode exceder a 99,9%;Coleta partculas muito pequenas. Teoricamente no h limite inferior do tamanho de partculapossvel de ser coletado;Baixo custo operacional;Baixa perda de carga. Em geral no excede 1,25 cm H2O;Existem poucas partes mveis o que implica em reduo de manuteno;

Podem coletar partculas slidas ou lquidas que so difceis de coletar por outros equipamentos;Podem operar a temperaturas de at 650 oC;A eficincia de coleta pode ser aumentada pela incluso de novos mdulos;Coleta o material a seco;Podem ser opera os continuamente com pouca manuteno em perodos de tempo longos;Pode processar altas vazes de gases e com uma faixa ampla de concentraes;Pode ser utilizado para gases a presses de at 10 Kg cm -2 e tambm em condies de vcuo;Vida til longa. Chega a mais de vinte anos.


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Cap. VII 42

Desvantagens:

Investimento inicial alto;Exige grandes espaos para sua instalao, principalmente para precipitadores quentes;Apresenta riscos de exploses quando processa gases ou partculas combustveis;Exige medidas especiais de segurana para evitar acidentes com alta voltagem;Alguns materiais so extremamente difcieis de coletar por apresentarem resistividade muito baixa oumuito alta;No so adequados para casos que apresentam muita variao de condies, exigindo controleautomtico fino".

Usos:

Coletor final de partculas de todos os tamanhosPara fontes mdias a grandesEm geral para razes grandes

Aplicaes dos Precipitadores Eletrostticos:

1. Indstria de Cimento : - limpeza dos gases dos fornos

2. Fbrica de Papel- recuperao de sais de enxofre dos gases das chamins das caldeiras do processo Kraft

3. Indstria do Ao- limpeza das correntes de gases dos fornos para permitir o uso como combustvel- remoo do alcatro de gases de coquerias

4. Indstrias Gerais- coleta de resduo em suspenso

5. Indstria de Metais No-Ferrosos- recuperao de materiais dos gases das chamins- coleta da nvoa cida- limpeza das correntes de gs para as indstrias de cidos

6. Indstria Qumica- coleta da nvoa de cido sulfrico e fosfrico- limpeza de vrios tipos de gs como H, CO2, SO2- remoo de p de fsforos elementares no estado de vapor


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Cap. VII 43

7.5.2 COLETORES MIDOS

No caso de coletores midos, os exemplos mais caractersticos so os lavadores. Estesequipamentos tm, basicamente, como princpio bsico de funcionamento, a absoro do materialparticulado (absorbato) presente em fluxo gasoso por meio de um lquido (absorvente), mediantecontato (mistura entre essas duas fases), o qual pode ocorrer de diferentes maneiras, dependendo dotipo de lavador. O lquido retm o material particulado onde, posteriormente, tem essa parte slidaseparada, retornando ao processo para dar continuidade lavagem da corrente gasosa.

Utilizam um meio lquido para aumentar o tamanho das partculas do aerosol para facilitar a remoodas corrente de ar.Desvantagemnecessidade de tratamento do resduo lquido ou slido.

LAVADORES (SCRUBBERS)Os lavadores so equipamentos de controle de poluio de ar que podem ser utilizados tanto

para o controle de material particulado como para o controle de gases e vapores. Nesta seco sertratado de lavadores utilizados para o controle de material particulado. Os lavadores utilizados para ocontrole de gases e vapores recebem a denominao de absorvedores (CETESB, 1987).

Uma primeira classificao de lavadores baseada na energia requerida (perda de carga) parafazer o fluxo gasoso passar atravs do mesmo. Nessa classificao tem-se (CETESB, 1987):

lavadores de baixa energia : perda de carga (P) de at 7,5 cm H2Olavadores de mdia energia : perda de carga (P) de 7,5 cm H2O a 25 cm H2O

lavadores de alta energia : perda de carga (P) maior de 25 cm H2O

Existe um nmero grande de tipos de lavadores disponveis no mercado. Abaixo so citados osmais usuais:cmara de spray (borrifo) gravitacionalcoletores dinmicos midoslavadores ciclones de spraytorres de enchimento (no se aplicam a MParticulado)lavadores de impactaolavadores auto-induzidos (de orifcio)lavador venturi

Nas Figura 7. 32 e 7.33 so mostrados alguns tipos de lavadores disponveis no mercado.


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Cap. VII 44

Figura 7. 32 - Lavador venturi: - gua injetada em um estreitamento de tipo venturi por meio deum anel alimentador. O material recolhido em um separador.- remoo de partculas < 1 -eficincia 99%

Os lavadores auto-induzidas e o lavador venturi so tambm denominados de "lavadores gs-atomizador" face ao processo de atomizao do lquido que ocorre pela passagem do gs a ser tratado.

Figura 7. 33 - Lavadores ciclnicos de spray.


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Cap. VII 45

Alm da geometria, perda de carga e velocidade do gs outro parmetro importante delavadores a quantidade de gua utilizada, a qual usualmente expressa em termos de razo lquido-gs. A razo lquido-gs determina a quantidade de gua (absorvente) a ser utilizada em funo do

volume de gs tratado. O Quadro 7. 10 apresenta os principais parmetros operacionais para algunstipos de lavadores. Uma outra classificao destes equipamentos baseia-se na forma de contatopartcula/lquido absorvente. Neste caso, pode-se citar os lavadores do tipo cmara de asperso(spray) gravitacional, ciclones de asperso, dinmicos midos, de impactao ou de orifcio, Venturie torre de enchimento. Detalhes de algumas destas modalidades sero abordados mais adiante, quandose tratar de absorvedores (lavadores de gs).

Quadro 7. 10- Principais parmetros operacionais de alguns lavadores. Fonte: CETESB, 1987.Tipo de lavador Velocidade do

gs (cms-1)Perda de carga

cm H2ORazo lquido / gs

(l. m-3) *Eficincia parapartculas < 2 m

Cmara de spray

gravitacional

90 a 150 2,5 0,3 a 2 Baixa

Ciclnico 100 a 250(na cmara)

6 a 15 0,4 a 0,7 Mdia

Auto induzido 1.500 a 10.000(no orifcio)

10 a 25 1,3 a 5,3 Mdia

Venturi 6.000 a 18.000 25 a 250 0,3 a 1,3 Alta* a gua em geral recirculada aps sofrer tratamento

O mecanismo de coleta predominante no caso de lavadores para coleta de MP a impactaoinercial. Outros mecanismos so a fora centrfuga, no caso de lavadores centrfugos e a foragravitacional. A impactao em lavadores ocorre principalmente entre as partculas e as gotas delquido (CETESB, 1987).

Existem vrios modelos e teorias para a determinao da eficincia de lavadores. A maisabrangente a "Teoria do Poder de Contato" desenvolvida por Lapple (1955). A assumida fundamentaldessa teoria a seguinte (CETESB, 1987):* Quando comparados com o mesmo consumo de energia, todos os lavadores apresentamsubstancialmente a mesma eficincia de coleta para uma mesma distribuio de tamanho departculas, independentemente do mecanismo envolvido e independentemente do meio fornecedor deenergia, seja lquido ou gs.*

Matematicamente a eficincia, segundo essa teoria expressa por (CETESB, 1987):

sendo:

= eficincia de coleta (base 1)PT = energia total fornecida ao lavador (HP/1000CFM)A e B = so constantes empricas que dependem do material particulado a coletar

A energia total PTpode ser calculada por:PT= Energia fornecida pelo lquido + Energia fornecida pelo gs

PT= 0,1575 Pl+ 0,583 p ( Q1/Qg)

( )=

1 e

AP TB.

( )= 1 e A PTB

.


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Cap. VII 46

Sendo:P = perda de carga do lavador (pol. H2O)P1 = presso de injeo do lquido (lb/pol2)

Q1 = vazo de lquido (gal/min)Qg = vazo de gs (pe3/min)

Lavador venturi:

Lavadores Venturi e de orifcio so tambm chamados de lavadores gs-atomizador. Nessescasos, o contato entre o gs e o lquido d-se por meio de nebulizao da gua no caminho do fluxo dear (contaminado). Assim, funcionam apenas como aglomeradores do material particulado,necessitando, portanto, de um equipamento em srie que colete este material. O lavador Venturi situa-se entre os mais usados, dada sua elevada eficincia. Alm disso, requer pouco espao de instalaosendo ainda de fcil operao (Figura 7. 34).

Figura 7. 34 Lavador Venturi acoplado a umseparador ciclnico.

No caso do lavador venturi existem modelos matemticos especficos para a determinao da

eficincia, sendo os principais o modelo de Calvert e o de Johnston. O modelo de Calvert o quemsido mais utilizado, no entanto face sua complexidade e o objeto deste curso apresentaremos s o deJohnston. De acordo com este modelo a eficincia dada por (CETESB, 1987):

sendo: = eficincia de coletaK = constante emprica (0,1 a 0,2)Q1= vazo de lquido (gal/min.)QR= vazo de gs (1000 p3/min)K1= parmetro de impactao inercial

( )= 1 1 1e kQ Qg k /


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Cap. VII 47

O lavador venturi um equipamento que necessita ter em srie um equipamento que coletar aspartculas que tiveram o seu tamanho aumentado ao passar pela garganta do venturi. Nota-se, portanto,que o venturi age como um aglomerador de partculas. O equipamento de coleta final em geral um

coletor ciclnico que separar as gotas e as partculas do fluxo gasoso. O venturi um equipamento decoleta de uso bastante difundido pela alta eficincia de coleta que o mesmo pode atingir, pela suasimplicidade operacional e por ser um sistema compacto (CETESB, 1987).

O lavador venturi em como desvantagem principal a alta perda de carga necessria para seufuncionamento. A perda de carga no lavador venturi, segundo Hesketh, pode ser determinada pelaseguinte expresso (CETESB, 1987):

Onde

p = perda de carga no venturi ( cm H2O)Vt = velocidade do gs na garganta (cm/s)At = rea de seco transversal da garganta (cm2)Q1= vazo de lquido (litro)Qg= vazo de gs (m

3)

Vantagens e desvantagens dos lavadores em geral:

Vantagens:

- podem ser utilizados em gases a altas temperaturas;

- podem ser utilizados para coleta de partculas adesivas (sticky);- no h restries de utilizao quanto umidade do efluente a ser tratado;- em geral, podem controlar tanto gases como partculas;- podem ser conseguidas altas eficincias de coleta.

Desvantagens:

- apresentem alta perda de carga quando se necessita alta eficincia de coleta, o que implica em custooperacional mais alto;- descarregam gases tratados midos o que implica em uso de materiais resistentes corroso;- necessitam do uso de materiais resistentes corroso no lavador;

- possvel formao de pluma visvel proveniente da condensao da umidade contida nos gases;- o material coletado (resduo slido) est na forma mida e em geral necessita tratamento adequadopara sua reutilizao e/ou disposio adequada;- necessita tratamento de efluentes lquidos;- apresenta elevado custo operacional decorrente de itens como:

. necessidade de um sistema de ventilao mais potente para vencer as perdas de carga dosistema;

. exigncia de materiais estruturais mais nobres capazes de resistir umidade (corroso);

. sistema de tratamento para o lquido absorvente e MP coletado.

( )p

V g A Q Qt t g

2 0 1331

0 78

3 87

. . . /

,

,,


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7.6 EQUIPAMENTOS PARA REMOO DE GASES E VAPORES

7.6.1 ABSORVEDORES

Os absorvedores so equipamentos utilizados para a absoro de gases ou vapores. A absoro uma transferncia de massa de fase uma fase gasosa para uma fase lquida. Ela consiste natransferncia de um componente (absorbato) presente em fase gasosa (gs de arraste) para um lquido(absorvente). Mais especificamente, no controle de poluio do ar, a absoro envolve a remoo deum contaminante gasoso de uma corrente gasosa por sua dissoluo em um lquido. A absoro umprocesso de transferncia de massa que se d devido a uma diferena de concentrao entre os meiospresentes. Esta transferncia ocorre at que continue havendo diferena de concentrao nos meiosenvolvidos. Entretanto, o equilbrio no to facilmente atingido, uma vez que a diferena deconcentrao depende da solubilidade do soluto (KHAN e GHOSHAL,2000; MME, 1997;SCHIRMER e LISBOA, 2004).

Princpio: Os gases efluentes passam atravs de absorvedores (lavadores) que contm lquidosabsorvedores que removem, tratam ou modificam os poluentes

Eficincia de Remoo depende:- Tempo de Contato;- Concentrao do meio absorvente;- Velocidade de reao entre o absorvente e os gases;- Coeficiente de transferncia de massa.

A absoro efetiva do gs depende do contato ntimo entre as fases gasosa e lquida. Assim,

solubilidade do contaminante no solvente um parmetro muito importante a ser avaliado. Se o soluto bastante solvel em gua, ento altas taxas de absoro podem ser conseguidas (MME, 1997).Entretanto, em alguns casos, um reagente qumico pode ser adicionado ao lquido absorvente afim deelevar o percentual de eficincia na remoo do soluto. Estes reagentes podem aumentar a solubilidadefsica do contaminante ou podem ainda reagir quimicamente com este contaminante. o que ocorre,por exemplo, com os chamados neutralizadores de odor que, aumentando a eficincia de absoro dosgases, acabam por eliminar gases odorantes da corrente gasosa. Neste caso, comumente aplica-se asoluo (gua+neutralizador) via nebulizao. Recomenda-se, neste caso, trabalhar-se com gotculasde soluo (na sada dos aspersores) com dimetro mdio inferior a 25 m, afim de aumentar aeficincia do processo (MME, 1997; USEPA, 1995). A absoro necessita de um tratamentosecundrio, uma vez que apenas recupera o contaminante gasoso.

Tipos de reatores:

O processo de absoro pode dar-se ainda em equipamentos especficos: osabsorvedores ou lavadores (MME, 1997). Tratam-se de dispositivos nos quais realiza-se a separaode um poluente gasoso por intermdio da lavagem do mesmo com gua (ou uma soluo qumicaconveniente), que na maioria dos casos nebulizada para formar pequenas gotculas (STUETZ eFRENCHEN, 2001). A faixa usual de eficincia de absorvedores de 80% a 99% (at 99,7%), paraequipamentos adequadamente projetados (BELLI et al, 2001; SCHIRMER, 2004). Os lavadores soequipamentos de controle de poluio do ar que podem ser utilizados tanto para o controle de materialparticulado (MP) como para o controle de gases e vapores (CETESB, 1987). Os lavadores utilizados


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Cap. VII 49

para o controle de gases e vapores recebem a denominao de absorvedores. Assim, os absorvedores souma categoria especial de lavador mido. Torres de absoro so relatadas nesta seo, sendo que elaspodem ser mais eficientes para absoro de gases do que de particulados (HESKET e CROSS, 1989).

Elas utilizam mtodos mecnicos para obteno de bom contato entre as fases lquida e gasosa de modo apromover transferncia de massa favorvel. As torres de absoro so colunas utilizadas industrialmenteh anos em operaes unitrias tal como destilao, absoro e extrao.

Vrios benefcios podem ser obtidos com a adio de produtos qumicos (absorventes) ao lquidolavador. O uso de ctions bsicos (sdio, magnsio e clcio) para reagir com SO2 reduzindo-o asulfitos e sulfatos tem sido adotado, gerando um aumento da remoo do SO2e prevenindo corroso,no caso de um componente cido na corrente poluente. Outros materiais servem como oxidantes,inibidores e catalisadores e podem melhorar a lavao. No caso de lavadores a seco, os qumicosinjetados so usualmente hidrxidos que por sua vez reagem com os poluentes de carter cido, ouainda o contrrio (poluente bsico e absorvente cido).

Na questo da poluio atmosfrica, so comuns absorvedores cujas correntes lquida e gasosaagem em contracorrente, concorrente e em corrente cruzada. Embora haja diferenas nestes 3 casos,tanto o gs quanto o lquido devem distribuir-se uniformemente ao longo do leito. No caso da absoroem contracorrente, o lquido absorvedor distribudo uniformemente ao longo da coluna porgravidade. A corrente de gs contendo os poluentes entra pelo fundo da coluna e forada a subir. Aabsoro do gs poluente se faz pelo contato do gs ascendente com o lquido absorvedor descendente.No caso do fluxo concorrente, a corrente gasosa apresenta a mesma direo de fluxo do lquidoabsorvedor (neste caso descendente). Os lavadores Venturi so exemplos de absorvedores que operamcom regime de fluxo concorrente. No caso de corrente cruzada, o poluente entra por uma lateral datorre saindo pela outra passando pelo meio absorvedor (este ltimo descendente). O fenmeno detransferncia de massa ocorre de forma anloga aos dois casos anteriores (SCHIRMER, 2004;SCHIRMER e LISBOA, 2004; USEPA, 1995).

Os tipos de absorvedores usualmente utilizados so:

Torres com enchimento: Constituem-se de um cilindro preenchido com material de enchimento(suporte) sustentado tanto no topo quanto na base de modo a permitir a separao das fases (Figura 7.35).

Figura 7. 35 Absorvedor com enchimentooperando em fluxo contracorrente.Fonte: SCHIRMER (2002)


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Cap. VII 50

O preenchimento geralmente feito de carbono, cermica, vidro, plstico, teflon, aoinoxidvel e outros materiais. Algumas das formas comercialmente disponveis so as selas Berl eCelenox (Figura 7. 36), os anis de Raschig, anis Cross-partition, anis de Pall e Lessing (todos na

Figura 7. 37), e o enchimento Cannon. Existem variaes no tamanho destes suportes. Em geral,materiais de enchimentos com tamanho inferior a 2,5 cm (1 in) so usados em torres com menos de 30cm de dimetro; materiais de enchimentos inferiores a 3,8 cm (1,5 in) para torres com menos de 91 cmde dimetro e preenchimentos com tamanho superior a 5 cm (2 in) so usados em torres de dimetrosuperior a 91cm (STUETZ e FRENCHEN, 2001; USEPA, 1995).

Figura 7. 36 Selas Celenox e Berl.

Figura 7. 37 -Anis de Raschig, anis Cross-partition, anis de Pall e Lessing.

Entre as principais caractersticas e funes do preenchimento esto:- aumentar a rea superficial de contato entre os fluidos (aumentam a transferncia de massa;

no entanto, podem ser tambm um foco de ocorrncia de encrustaes e entupimento);- reduzir a perda de carga do gs;- promover boa distribuio dos fluidos ao longo da torre;

- no reagir com nenhuma das fases lquida ou gasosa;


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Cap. VII 51

- ter resistncia mecnica suficiente para manter sua forma original na coluna;- viabilidade econmica diante dos demais parmetros de construo da torre;- ser resistente abraso originada por atrito no interior da coluna.

As Torres com enchimento: podem ser obstrudasse o gs contiver material slido Figura 7. 38.

Figura 7. 38 - Torres com enchimento.

b) Torre de pratos: Este tipo de absorvedor no

apresenta grelhas (suporte) ou qualquer tipo deenchimento, mas furos distribudos uniformementenos pratos que o constituem (Figura 7. 39). Onmero de furos, sua forma e arranjo varia deacordo com a coluna, mas eles tm freqentemente3 mm (1/8 in) de dimetro. Neste caso, o gs emascenso promove uma resistncia passagem dolquido (descendente) de forma a manter umacmulo em cada prato onde h um contato entreas fases. O nvel de lquido no prato funo tantodo fluxo da fase lquida quanto da gasosa.

necessrio manter pratos com tamanho e nmerode furos consistentes de modo a manter uma alturade lquido equilibrada em cada prato - Figura 7. 40

Figura 7. 39 Lavador de pratos.


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Cap. VII 52

Figura 7. 40 -Torres de prato : o contato feito atravs dos borbulhadores.

c) Lavador Venturi: Embora os lavadores Venturi sejam comumente utilizados para o controle departiculados, podem tambm ser utilizados como absorvedores. Operam em regime concorrente sendoque as perdas de carga ao longo destes equipamentos variam de 5 a 350 cmH 2O. A absoro do gsocorre a velocidades de contato mais baixas do que no caso de remoo de particulados. No caso dolavador Venturi, o contato entre o gs e o lquido feito atravs da superfcie das gotas formadas (naregio da garganta) sendo recomendados apenas para gases altamente reativos no absorventeescolhido.A Figura 7. 41 mostra o esquema geral de umlavador Venturi. Recomenda-se uma boaatomizao para o bom desempenho do Venturi(velocidades superiores a 4575 cm.s-1 sorecomendadas para uma atomizao completa)(SCHIRMER, 2002).

Figura 7. 41 Esquema geral dolavador Venturi.


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Cap. VII 53

O Venturi um equipamento de coleta de uso bastante difundido pela alta eficincia de coleta queo mesmo pode atingir, pela sua simplicidade operacional e por ser um sistema compacto. Tem comodesvantagem principal a alta perda de carga necessria para seu funcionamento.

d) Lavador de asperso: Tal como o lavador Venturi, as torresde asperso (ou spray Figura 7. 42) tambm so utilizadastanto para particulados como para gases. Podem operar emregime de fluxo contracorrente e concorrente. Ainda a exemplodo Venturi, o contato entre o gs e o lquido feito atravs desuperfcie de gotas (atomizao) formadas. Aqui, os parmetrosmais importantes so granulometria do particulado, velocidadedo gs, razo lquido-gs e o comprimento do lavador. Estesparmetros podem variar dependendo do regime de fluxo(Quadros 7.11 e 7.12).

Figura 7. 42 Lavador de asperso (spray).

Quadro 7. 11 Parmetros de funcionamento para torre spray em fluxo concorrente.

Varivel Range

Dimetro do particulado, [m] 2,5 4,0Dimetro gotculas spray, [m] 700 900

Comprimento do lavador, [ft] 35 45Velocidade do gs, [ft.s-1] 18 22

Quadro 7. 12 Parmetros do projeto para torre spray em fluxo contracorrente.

Varivel Range

Dimetro gotculas spray, [m] 700 1420Comprimento do lavador, [ft] 8 16

Velocidade do gs, [ft.s-1] 9 11

e) Roto clone: O gs a ser tratado forado aentrar em contato com o meiolquido mediante a passagem emselo lquido Figura 7. 43.

Figura 7. 43 Lavador tipo Roto clone.


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Cap. VII 54

Consideraes finais sobre absorvedores

Usos tpicos : absoro de enxofre (SO2), sulfeto de hidrognio (H2S), gs clordrico (HCl),

amnia (NH3), gs fluordrico (HF) e hidrocarbonetos leves.Inicialmente deve ser escolhido aquele que propicie a maior rea de transferncia de massa, de

funcionamento simples e de menor custo. A eficincia de controle de absorvedores dependente doprojeto especfico. O dimensionamento feito em funo da emisso residual desejada, a qual fixadaa priori.

No caso dos odores emitidos numa refinaria, por exemplo, a maior parte deles pode sercontrolado por permanganato de potssio (no abso

controle de poluição (precipitador)

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