universidade de passo fundo - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/tccs/2013-2/djonatan...

50
UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL Djonatan Saugo CICLONE ASSOCIADO A FILTRO DE MANGA PARA REMOÇÃO MATERIAL PARTICULADO DE UNIDADE DE RECEBIMENTO DE MILHO Passo Fundo, 2013.

Upload: nguyennga

Post on 09-Feb-2019

215 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

1

UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO

FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA

CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL

Djonatan Saugo

CICLONE ASSOCIADO A FILTRO DE MANGA PARA

REMOÇÃO MATERIAL PARTICULADO DE

UNIDADE DE RECEBIMENTO DE MILHO

Passo Fundo, 2013.

Page 2: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

2

Djonatan Saugo

CICLONE ASSOCIADO A FILTRO DE MANGA PARA

REMOÇÃO MATERIAL PARTICULADO DE

UNIDADE DE RECEBIMENTO DE MILHO

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao

curso de Engenharia Ambiental, como parte

dos requisitos exigidos para obtenção do título

de Engenheiro Ambiental.

Orientador: Prof. Doutor Vandré Barbosa

Brião

.

Passo Fundo , 2013.

Page 3: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

3

Djonatan Saugo

CICLONE ASSOCIADO A FILTRO DE MANGA PARA

REMOÇÃO MATERIAL PARTICULADO DE UNIDADE DE

RECEBIMENTO DE MILHO

Trabalho de Conclusão de Curso como requisito parcial para a obtenção do título de

Engenheiro Ambiental – Curso de Engenharia Ambiental da Faculdade de Engenharia e

Arquitetura da Universidade de Passo Fundo. Aprovado pela banca examinadora:

Orientador:_________________________

Vandré Barbosa Brião, Dr.

Faculdade de Engenharia e Arquitetura, UPF

___________________________________

Marcelo Henkemeier Dr.

Faculdade de Engenharia e Arquitetura, UPF

___________________________________

Jeferson S. Piccin, Dr.

Faculdade de Engenharia e Arquitetura, UPF

Passo Fundo, 12 de novembro de 2013.

Page 4: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

4

Dedico este trabalho:

Principalmente a DEUS pela vida e pela força que ele me deu para não desistir

nunca dos meus sonhos e principalmente por ELE ter colocados pessoas

maravilhosas no meu caminho.

Aos meus pais, Oclécio e Valsonia que não mediram esforços para que eu

conquistasse meus objetivos e sempre me deram forca e apoio para seguir em

frente em busca dos meus ideais; a minha irmã e a toda minha família, que

sempre me apoiou nas horas difíceis e sempre esteve presente, dedico essa

minha conquista com a mais profunda admiração e respeito.

Page 5: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

5

“Algo só é impossível até que alguém duvide e resolva provar ao contrário.”

Albert Einstein

Page 6: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

6

RESUMO

O Brasil é o terceiro colocado com 72,8 milhões/t de milho em produção de milho no mundo.

A produção no Brasil deu um salto com aproximadamente 108% se compararmos com a

produção no período de 2004/05. Com a produção crescendo, as unidades de recebimentos de

grãos precisam atender a demanda necessária para armazenar. A forma mais utilizada é a

armazenagem de grãos a granel, onde são depositados em silos de concreto ou metálico

instalados em um local desejado para o recebimento. Porém no processo de limpeza do milho

é gerada uma grande concentração de material particulado no ar, com partículas de tamanho

bastante variado podendo chegar a diâmetros muito pequenos. Essas grandes concentrações

de poluentes atmosféricos, gerados podem causar graves efeitos dependendo de forma de sua

deposição no solo, nos vegetais e nos materiais causando danos a saúde, além de prejudicar a

produção agrícola e de forma geral poluindo os ecossistemas e podendo causar sérios

problemas na saúde humana. Em busca de solucionar esse problema da emissão de material

particulado o trabalho proposto teve como objetivo propôs a combinação de ciclones com

filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada. Para

atingir esse objetivo foi caracterizado o material particulado, através do ensaio de picnometria

e peneiramento; avaliar a eficiência do ciclone com diferentes velocidades. E por fim acoplar

um filtro de manga, para avaliar sua eficiência no sistema de coleta ciclone/filtro de manga,

com diferentes velocidades. Com o ensaio de peneiramento pode-se ver que se avaliar que o

material particulado possui 93,95% de seu composto com partículas de 0,42 mm e < 0,075

mm demonstrando assim ser um material caracterizado como fino, restando assim 6,05%

acima de 2 mm. A associação do ciclone e filtro de manga obteve eficiências superiores a

coleta de 99,7%. Contudo, para o material particulado mais fino (diâmetro inferior a 74 µm),

o sistema apresentou melhor remoção com a velocidade de 6 m/s.

Palavras-chaves: Unidade de armazenamento, Poluição Atmosférica, Material

Particulado, Ciclone/Filtro de manga.

Page 7: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

7

ABSTRACT

The Brazil turn comes in the third place with 72.8 million / t of corn in corn

production in the world. Production in Brazil jumped approximately 108 % when compared to

the production in the period 2004 /05 which reached 35.9 million tons. With production

growing units of grain receipts need to meet the demand needed to store. The most used form

is the storage of bulk grain, which are deposited on metal or concrete silos installed in a

desired location for the reception. However in the process of cleaning the corn is raised a

large concentration of particulate matter in the air, the particles have size quite varied and

could reach very small diameters. These large concentrations of air pollutants generated can

cause serious effects depending on the form of deposition on soil, plant and materials causing

damage to health, ale impair agricultural production and generally polluting ecosystems and

can cause serious problems in human health. In seeking to solve this problem of emissions of

particulate matter proposed work aimed proposed the combination of cyclones with bag filters

to remove particulate material grading diverse. To achieve this goal has characterized the

particulate matter by testing picnometry and screening, evaluating the efficiency of the

cyclone with different speeds. Finally attach a bag filter to evaluate their efficiency in the

collection system cyclone / bag filter with different speeds. In the screening test can be seen

that to evaluate the particulate material has 93.95 % of its composite with particles of 0.42

mm and < 0.075 mm thereby showing a material to be characterized as thin, thus remaining

above 6.05% 2mm. The combination of cyclone and bag filter obtained efficiencies by

collecting 99.7 %. However, for the finer particulate material (diameter below 74 µm),

showed better removal system with a speed of 6 m / s.

Keywords: Storage Unit, Air Pollution, Particulate Matter, cyclone / filter sleeve.

Page 8: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

8

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1: Fluxograma das etapas de produção e pré-processamento de milho. ....................... 16 Figura 2: Brasil: Localização das unidades de armazenamento – 2012 ................................... 18 Figura 3: Tempo de deposição de partículas no solo partindo de uma altura de 1,65m........... 21 Figura 4: Funcionamento ciclone ............................................................................................. 24

Figura 5: Dimensões de um ciclone. ........................................................................................ 26 Figura 6: Relação da eficiência de coleta versus o tamanho da partícula para um ciclone. ..... 27 Figura 7: Filtro de mangas com sistema de limpeza por sacudimento (Filtro de mangas com

entrada interna do ar poluído). ........................................................................................... 28

Figura 8: Filtro de mangas com entrada externa do ar poluído. ............................................... 29 Figura 9: Filtros de mangas com sistema de limpeza por jato pulsante. .................................. 30 Figura 10: Dimensões do ciclone ............................................................................................. 34

Figura 11: Leiaute do funcionamento do equipamento ............................................................ 34 Figura 12: Ciclone associado ao filtro de manga ..................................................................... 36 Figura 13: Leiaute de funcionamento do sistema. .................................................................... 36 Figura 14: Histograma de distribuição de M.P. ........................................................................ 39

Figura 15: Avaliação das eficiências de coleta para ambas as velocidades avaliadas em relação

aos diâmetros das partículas. ............................................................................................. 41 Figura 16: Eficiência de coleta de cada sistema pelo tamanho de cada partícula a uma

velocidade de 6m/s. ............................................................................................................ 43 Figura 17: Eficiência de coleta de cada sistema pelo tamanho de cada partícula a uma

velocidade de 12,5m/s. ....................................................................................................... 44 Figura 18: Massa Retida Sistema ciclone associado filtro de manga ....................................... 44

Page 9: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

9

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Principais países produtores de milho - 2004/05-2012/13. ...................................... 13 Tabela 2: Produção Brasileira de Milho. .................................................................................. 14 Tabela 3: Eficiência fracionada de coletores de material particulado em função da distribuição

de tamanho das partículas (em porcentagens). .................................................................. 22

Tabela 4: Configurações ciclone Lapple e Stairmand .............................................................. 26 Tabela 5: Peneiras Utilizadas para Ensaio de Granulometria. .................................................. 33 Tabela 6: Ensaios realizados com Ciclone. .............................................................................. 35 Tabela 7: Ensaios ciclone associado filtro de manga ............................................................... 37

Tabela 8: Tamanho médio das partículas/% retida ................................................................... 38 Tabela 9: Resultados dos testes com ciclone ............................................................................ 40 Tabela 10: Teste com ciclone associado ao filtro de manga. ................................................... 42

Page 10: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

10

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 11 2 REVISÃO DA LITERATURA ......................................................................................... 13

2.1 Produção Mundial de Milho ...................................................................................... 13 2.2 Milho no Brasil .......................................................................................................... 13

2.2.1 Etapas de Produção do Milho ............................................................................. 15 2.2.2 Unidades de Armazenamento de Milho ............................................................. 16 2.2.3 Localização de Unidades .................................................................................... 17

2.3 Poluições Atmosféricas .............................................................................................. 18

2.3.1 Impactos na saúde humana ................................................................................. 19 2.4 Materiais Particulados ................................................................................................ 19

2.4.1 Poeira .................................................................................................................. 20

2.4.2 Tamanho das Partículas ...................................................................................... 20 2.4.3 Mecanismo de Deposição das Partículas ............................................................ 21

2.5 Visão Global dos Equipamentos de Controle Particulado ......................................... 22 2.5.1 Ciclone ................................................................................................................ 24

2.5.2 Filtros de Manga ................................................................................................. 27 3 METODOLOGIA .............................................................................................................. 32

3.1 Amostras .................................................................................................................... 32

3.2 Picnometria ................................................................................................................ 32 3.3 Peneiramento ............................................................................................................. 32

3.4 Testes no Ciclone ....................................................................................................... 33 3.5 Testes Ciclone Associado ao Filtro de Manga ........................................................... 35

4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS .................................................. 38 4.1 Caracterização do Material ........................................................................................ 38

4.1.1 Determinação da Massa Específica .................................................................... 38 4.1.2 Peneiramento ...................................................................................................... 38

4.2 Avaliações da Eficiência Ciclone .............................................................................. 40

4.3 Avaliações da Eficiência do Ciclone Associado ao Filtro de Manga ........................ 42 5 CONCLUSÃO ................................................................................................................... 46

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 47

Page 11: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

11

1 INTRODUÇÃO

O milho é um cereal conhecido e cultivado em grande parte do mundo. Pode ser usado

como alimento humano ou ração animal, por se tratar de um alimento com muitas qualidades

nutricionais. As evidencias científicas comprovam que é uma planta de origem mexicana, já

que sua domesticação começou 7.500 a 12.000 anos atrás na área central da Mesoamérica.

Pode ser considerado um dos alimentos mais nutritivos que existem, contendo quase

todos os aminoácidos conhecidos, sendo exceções à lisina e o triptofano.O maior produtor

mundial de milho são os Estados Unidos. No Brasil, os estados que mais produzem milho são

Mato Grosso e o Paraná. A produção de milho no Brasil é dividida em duas épocas, ou seja,

têm-se duas safras de produção. (CONAB. 2012).

A capacidade de armazenar grandes quantidades de produtos é de fundamental

importância para a cadeia logística de escoamento agrícola, pois possibilita que o produtor

venda seu produto em melhores épocas para sua comercialização diminuindo assim os custos

de transporte e obtendo melhor preço de mercado. Segundo (AZEVEDO et al., 2008) os grãos

podem ser armazenados em duas formas a granel (silos de concreto) ou convencionais (sacos

depositados em galpões).

A forma mais utilizada é a armazenagem de grãos a granel, onde são depositados em

silos de concreto ou metálico instalados em um local desejado para o recebimento. O grande

problema das unidades de recebimento de grãos é quanto a sua localização, muitas dessas

unidades estão instaladas em áreas urbana o que gera certo desconforto para a vizinhança em

geral. Desde a descarga do produto até a armazenagem, os grãos passam por vários processos,

entre eles o que faz a limpeza e secagem dos grãos. Nesse processo os grãos são passados em

peneiras para retirada de impureza e em seguida destinados a um forno para sua secagem

obtendo assim uma melhor umidade. O problema é que nesse processo é gerada uma grande

concentração de material particulado no ar, as partículas possuem tamanho bastante variado

podendo chegar a diâmetros muito pequenos. Essas emissões geradas podem causar graves

efeitos seja na sua deposição no solo, nos vegetais ou mesmo causando danos a saúde.

Em geral muitos dessas unidades de recebimento os sistemas de coleta de material

particulado são projetados para material grosseiro. As partículas menores ou a parte fina por

não ter sistema adequado de coleta acabam sendo lançadas para atmosfera criando plumas de

contaminação que são enviados nas cercanias gerando desconforto para a vizinhança,

expondo a riscos de saúde afetados pela inalação da poeira lançada. De acordo com as normas

Page 12: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

12

brasileiras NR 9(BRASIL, 1995) e NR15(BRASIL,1990), as empresas devem identificar,

quantificar e controlar estes agentes dentro de níveis considerados salubres.

A necessidade de ter um sistema mais eficiente para remoção de material particulado

tem como vantagem garantir a qualidade do ar e assim prevenir a ocorrência de sintomas e

problemas de saúde da população, além de atender as exigências legais de emissão de material

particulado. A unidade de recebimento de milho tem como seu principal problema a

localização, pois a maioria dos armazéns construídos para armazenagem de grãos se localiza

na área urbana. Essa localização faz com que se necessite um sistema mais eficiente de

soluções viáveis para a remoção de coleta desses materiais.

A maioria desses armazéns possui um sistema de coleta, geralmente instalados com

um ciclone o que acaba gerando essa emissão de material particulado para atmosfera. Os

ciclones são sistemas de coleta com baixa eficiência para material com diâmetros menores

que 5 µm. Essas partículas por não ter outro sistema associado são liberadas para atmosfera

gerando uma pluma de contaminação que se desloca pelas cercanias vizinhas. Entretanto são

recomendados quando se necessitam coletar ou remover partículas com alto teor de material

grosseiro em sua composição. Os filtros de manga por sua vez têm alta eficiência (até 99.9%)

para remoção de partículas com diâmetros menores que 5 µm. Porém dever ser instalado para

remover material particulado fino evitando assim um possível entupimento das mangas

danificando o sistema de coleta.

A vantagem da utilização do ciclone associado ao filtro de manga pode ser uma

alternativa viável para a remoção do material, pois com o ciclone se removerá as partículas de

maior diâmetro enquanto o filtro de manga coletará as partículas maiores. Esse sistema poderá

ser eficiente para coletar todo o material gerado evitando assim a exposição e emissão na

atmosfera.

O presente trabalho tem por objetivo propor uma alternativa para coleta de material

particulado de granulometria diversificada por meio da combinação de ciclones com filtros de

mangas para a remoção de poluentes particulados gerados em unidades de recebimento e

classificação de milho. Os objetivos específicos do trabalho foram caracterizar o material

coletado gerado em uma unidade de recebimento de milho; avaliar o efeito de velocidade de

alimentação no ar na eficiência de coleta do ciclone; utilizar o filtro de manga combinado com

ciclone avaliando o efeito da velocidade de filtração na eficiência de coleta do filtro de

manga.

Page 13: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

13

2 REVISÃO DA LITERATURA

2.1 Produção Mundial de Milho

O EUA hoje é o maior produtor de milho no mundo, que em 2011/12, produziram

313,9milhões por tonelada do produto, enquanto China segunda maior produtora do grão,

produziu cerca de 191,8 milhões por tonelada. O Brasil por sua vez vem em terceiro colocado

com 72.8 milhões/t de milho. A produção no Brasil deu um salto com aproximadamente

108% se compararmos com a produção no período de 2004/05 no qual chegou a 35,9 milhões

de toneladas. (CONAB. 2012).

Tabela 1: Principais países produtores de milho - 2004/05-2012/13.

Países Produção (milhões t)

2004/05 2005/06 2006/07 2007/08 2008/09 2009/10 2010/11 2011/12 2012/13

EUA 299,9 282,3 267,5 331,2 307,1 332 316,2 313,9 273,79

China 130.4 139.5 151.7 152.4 166 163.1 177.3 191.8 200

Brasil 35 42.5 51.4 58.6 51 56 57.4 72.8 70

México 21.7 19.4 21.9 23.5 24.3 20.2 21.1 20.5 21.5

Índia 14.2 14.7 15.1 19 19.7 17.3 21 21.5 -

França 16.4 13.7 12.8 14.4 15.8 15.3 13.8 15.6 -

Argentina 15 20.6 14.5 21.8 22 13.1 22.5 21 28

África do

Sul

9.7 11.7 7 7.1 12.7 12 10.9 11.5 13.5

Ucrânia 8.8 7.2 6.5 7.4 11.4 10.5 11.9 22.9 21

Fonte: EMBRAPA

A safra de 2011/12 somou 876 milhões de toneladas de grão produzidas no mundo,

segundo dados do (USDA), cerca de 10 % da produção total são comercializadas

internacionalmente. Isto indica que o milho esta destinado principalmente ao consumo

interno. O baixo preço de mercado (metade do valor da soja), como o custo de transporte

afetam muito a remuneração da produção em regiões distantes dos pontos de consumo,

reduzindo assim o seu valor de mercado para cada região. (MAPA, 2011)

2.2 Milho no Brasil

De acordo com a (CONAB set., 2012) a área cultivada com o milho primeira safra em

2011/12 foi de 7.560,4 mil hectares, 1,0% menor que a área cultivada na primeira safra

2010/11, que foi de 7.637,7 mil hectares. Na segunda safra de 2012 foram plantados 7.596,3

mil hectares, 23,1% maior que a semeada na safra anterior, que foi de 6.168,4 mil hectares

Page 14: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

14

A produção de milho no Brasil é dividida em duas épocas, ou seja, têm-se duas safras

de produção. Os plantios de verão são da primeira safra que são realizados nos períodos

chuvosos entre agosto na Região Sul, até os meses de outubro/novembro no Sudeste e Centro-

Oeste. Já no Nordeste, o plantio ocorre no início do ano. A segunda safra ou a “safrinha”

como é chamada, é plantada nos meses de fevereiro e março, logo depois da colheita da soja.

O Centro-Oeste e estados de São Paulo e Paraná são os que por espontaneidade adquiririam

essa cultura de segunda safra.(EMBRAPA,2012)

Tabela 2: Produção Brasileira de Milho

Safra 2004/05 2005/06 2006/07 2007/08 2008/09 2009/10 2010/11 2011/12

Produção (1.000 t)

Total 35.007 42.514 51.370 58.652 51.004 56.018 57.406 72.776,4

1ª Safra 27.298 31.809 36.597 39.964 33.655 34.079 34.946,7 34.218,9

2ª Safra 7.708 10.705 14.773 18.688 17.349 21.939 22.460,3 38.557,6

Área plantada (1.000 ha)

Total 12.208 12.963 14.055 14.766 14.172 12.994 13.806 15.103,8

1ª Safra 9.021 9.652 9.494 9.636 9.271 7.724 7.637,7 7.520,9

2ª Safra 3.186 3.311 4.561 5.130 4.901 5.270 6.168,4 7.582,9

Rendimento (kg.ha -1)

Total 2.867 3.279 3.655 3.972 3.599 4.311 4.158 4.818

1ª Safra 3.026 3.295 3.855 4.148 3.630 4.412 4.576 4.550

2ª Safra 2.419 3.233 3.239 3.643 3.540 4.163 3.641 5.085

Fonte: CONAB

Conforme a tabela 2, podemos notar que na safra de 2011/12, pode levar a um divisor

de águas na produção de milho no Brasil. Pela primeira vez o milho da “safrinha”, ultrapassou

a safra de verão fazendo assim com que a segunda safra caia em desuso. Apesar da área de

plantio ter diminuído na primeira safra a produção tem permanecido estável. A produtividade

da primeira safra já é superior a 4.500kg/ha. A segunda safra tradicionalmente é menor que a

safra normal, mas podemos notar que nesse ultimo cultivo teve um aumento significativo, e

isso pode se decorrer da utilização de tecnologias de produção nesta época, apesar das

restrições climáticas. Assim pode ser considerada uma atípica, ou seja, plantada em uma

época correta favorecida pelo clima, onde obteve uma produtividade média recorde para o

Brasil, 5.085 kg por hectare.

A diferença entre as regiões, lavouras com diferentes sistemas de cultivos podem ser o

principal fator da baixa produtividade média de milho no Brasil, quando comparada pelos

grandes produtores mundiais. As áreas de plantio, por exemplo, na Região Nordeste planta-se

três milhões de hectares de milho onde se colhe em média apenas 2.000 kg por ha. Já na

Page 15: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

15

região Sul onde o solo e o clima são diferentes, pode-se obter aproximadamente 6.000 kg por

ha.(EMBRAPA,2012)

A região onde maior se produziu milho na safra de 2011/12, foi na região Centro-

Oeste com uma produção de 41,76%, em segundo vem à região Sul responsável por 32,23%

da produção brasileira nesse período, restando assim 17,73% para a região Sudeste. Isso

equivale a 92% da produção de milho cultivado em praticamente todo o território brasileiro.

(CONAB, 2012)

Os estados que maior incrementaram a produção total nacional do milho safrinha são o

Mato Grosso e o Paraná, onde se comparados com as safras de 2010/11 a 2011/12, ocorreu

um aumento de 103,86% no Mato Grosso e 69,62% no Paraná. (CONAB 2012)

2.2.1 Etapas de Produção do Milho

Apesar de o milho ser um dos principais produtos da agricultura nacional, tendo papel

importante na alimentação humana e de animais, ainda são registradas grandes perdas durante

o armazenamento, devido a insetos, fungos e roedores. Os cuidados no armazenamento do

milho objetivam manter a qualidade do produto colhido durante todo período que for

armazenado. (HEINRICH; BRUNNER, 1989)

Após o cultivo se realiza a colheita do grão e em seguida e destinado ao pré-

processamento onde pode apresentar umidade. Inicia-se então a fase de separação do grão

onde os grãos com alta umidade passam por um processo de pré-limpeza, secagem e limpeza

para retirada de impureza e umidade. Após esse processo são armazenados em silos

industriais ou podem ser destinados a processamento industriais para o consumo ou produção

de ração animal. Os grãos que possuírem um teor de umidade abaixo do exigido passam

somente no processo de limpeza e em seguida são destinados a armazenagem. Caso alguns

grãos ficarem retidos no processo da limpeza, deveram passar por um processo de tratamento.

(EMBRAPA, 2012)

As etapas de produção de milho como demonstra a Figura 1:

Page 16: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

16

Figura 1: Fluxograma das etapas de produção e pré-processamento de milho.

Fonte: Embrapa, 2012

O principal problema no pré-processamento do milho e na parte de limpeza dos grãos.

Esses grãos são colocados passados por um processo de peneiramento onde são colocados em

um equipamento composto por diversas peneiras. A partir do sacudimento desse equipamento

é gerado material particulado separando as impurezas dos grãos. As impurezas muitas vezes

não entram no sistema composto por uma tubulação onde é encaminhado para um

equipamento de remoção e acabam sendo liberados para atmosfera sendo composto muitas

vezes no chão ou lançados diretamente para atmosfera.

2.2.2 Unidades de Armazenamento de Milho

A capacidade de armazenar grandes quantidades de produtos é de fundamental

importância para a cadeia logística de escoamento agrícola, pois possibilita que o produtor

venda seu produto em melhores épocas para sua comercialização diminuindo assim os custos

de transporte e obtendo melhor preço de mercado. Por outro lado o armazenamento de grão é

importante para evitar o congestionamento da cadeia em períodos de safra, seja em

Page 17: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

17

cooperativas que nessa época tem seus depósitos lotados e especialmente nos portos onde a

capacidade de embarcação é pequena. (AZEVEDO, 2008)

A armazenagem de grãos pode ser realizada das seguintes formas (AZEVEDO et al.,

2008);

a) A granel - Na armazenagem a granel, os grãos são guardados sem embalagem, em

silos de concreto, de metais ou de alvenaria. Normalmente, possuem forma cilíndrica.

Os silos mais modernos possuem sistemas de aeração.

b) Convencional - Na armazenagem convencional, os grãos são acondicionados em

sacos e depositados em galpões ou armazéns. Geralmente, foram construídos para

outras finalidades e adaptados para abrigar grãos, não possuindo as condições ideais

para a função.

Estudos realizados por Nogueira Júnior (2011), Morcelli (2012), demonstram a

situação crônica de déficit no Brasil com respeito as unidades de armazenamento de grãos. A

capacidade estática de armazenagem é inferior a produção agrícola, 142 milhões de toneladas

para uma produção de 165 milhões/t. Entende-se por capacidade estática de armazenagem a

quantidade de grãos que cabe dentro de uma unidade armazenadora, de uma só vez, conforme

afirma Azevedo et al. (2008).

No Brasil, apesar da maior capacidade se concentrar no sistema de armazenamento a

granel, ainda é expressivo o volume de produção que utiliza o sistema convencional. Em 1995

as estocagens em unidades convencionais eram cerca de 50%, segundo Deckers (2006). Hoje

segundo dados elaborados pela CONAB (2012), 83% utilizam o método a granel, enquanto

17% utilizam o método convencional.

2.2.3 Localização de Unidades

Segundo (ZANON, 2010), a localização das unidades de armazenamento de grão é

muito importante no fator estratégico na logística de escoamento de produção. O custo no

transporte pode levar a perda de vários fatores envolvendo assim todos os agentes do sistema.

Por isso a localização deve ser muito observada para que ocorra uma melhor operação entre

pós-colheita e consumidor.

Se a produção se concentra em determinadas regiões, é necessário que se tenha uma

ampla estrutura para armazenamento bem como facilidade de escoamento do produto.

Segundo Morcelli (2012) as unidades de armazenamento de grãos somam 43,64% localizadas

nas áreas urbanas, enquanto 36,49% são armazenados em áreas rurais, outras 13,63% são

Page 18: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

18

localizadas nas próprias fazendas onde são cultivados os grãos, restando assim 6,24% que

ficam nos portuários.

Conforme D´Arce (2012), em países como a França, a Argentina e os Estados Unidos,

a armazenagem nas propriedades rurais representam 30% a 60%. Deckers (2006) ressalta que

esse percentual em países como a Argentina, Austrália, Canadá, Estados Unidos e Europa

atinge 40%, 35%, 85%, 65% e 50%, respectivamente.

Respectivamente o número de unidades de armazenamento no que se refere à

localização, confirma-se a característica acima vista de predomínio na zona urbana (Figura 2).

Porém, a quantidade de unidades armazenadoras na zona rural supera aquelas situadas na

zona urbana.

Figura 2 Brasil: Localização das unidades de armazenamento – 2012

Fonte: Conab (2012).

2.3 Poluições Atmosféricas

A poluição atmosférica se define quando se introduz qualquer matéria ou energia que

possa alterar as propriedades da atmosfera, afetando ou podendo afetar, por isso, a “saúde”

humana e também contaminando as espécies animais e vegetais que possam ter contato com

essa atmosfera ou que venham provocar modificações físico-químicas nas espécies minerais

que podem entrar em contato com ela. A inúmera forma de se impedir ou de aliviar as fontes

de poluição, uma delas é a legislação ambiental que possuem dois grandes ramos detalhados:

Page 19: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

19

a qualidade do ar e o controle das emissões, ambos regulamentados pela Resolução do

Conselho Nacional do Meio Ambiente n°382/2006 (BRAGA et al., 2002)

2.3.1 Impactos na saúde humana

Segundo Braga (2002), a convivência com os seres vivos, especialmente a do homem

com a poluição do ar, tem resultado consequências serias para a saúde. Os ares contaminados

com gases e material particulado geram vários efeitos, um deles irritantes manifesta-se

diretamente nos olhos, na garganta e nos brônquios. Esses efeitos afetam com maior

gravidade nas crianças e nas pessoas idosas ou naquelas pessoas que apresentam problemas

pulmonares, como bronquite, asma e alergias e qualquer tipo de afecção. A maioria desses

sintomas é causada pelo formol emitido da madeira seca ou verde e pelas poeiras e aerossóis

que ficam suspensos no ar.

Estudos feitos em três países, Áustria, França e Suíça, mostraram que anualmente 6%

das mortes ocorridas nesses países são causados pela poluição atmosférica, a metade delas

ocorre por causa da poluição rodoviária, essa mortalidade pode chegar a 40.000 mortes por

ano nesses países (Cifuentes et al, 2001). Mesmo que o sistema de saúde ronda com 1,7% do

seu PIB, a poluição atmosférica gera impactos financeiros negativos. Cidades da Ásia e

América do Sul fazem vitimas mortais em torno de dois milhões de pessoas, causados por

sintomas comuns como problemas respiratórios, cardíacos, infecções pulmonares e cancro.

2.4 Materiais Particulados

O material particulado é um material carreado pelo ar, podendo ser partículas que

variam desde 20 mícron até menos de 0,05mícron. Elas podem ser solidas e liquidas,

contendo mais de vinte elementos metálicos na fração inorgânica de poluentes partículas. A

fração orgânica é a mais complexa contendo hidrocarbonetos, ácidos, bases, fenóis e outros

componentes. (SANTOS, 2005)

De acordo com a (FUNDACENTRO), a partir da ruptura mecânica de um material

sólido seco, seja por corte, usinagem, quebra fundição ou fricção e ainda por processos físico-

químicos de condensação, vaporização combustão, acaba dando origem a por exemplos as

poeiras, as nevoas, neblinas e fumaças. Esse fenômeno pode ser chamado de aerodispersoide

sólido.

Page 20: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

20

2.4.1 Poeira

Segundo SANTOS (2005), as poeiras são contaminantes do ar de ambientes de

trabalho, juntamente com outros diversos fatores acabam originando doenças respiratórias. O

tamanho, sua composição química, sua forma e a densidade das partículas se forem dispostas

a uma grande concentração podem passar de uma simples irritação a uma doença fatal.

Os vários métodos de se classificar as poeiras, um deles incluem suas características

básicas e medindo sua forma, origem e tamanho. Os processos de impactacão e deposição

inercial no sistema respiratório e os instrumentos adequados para analises dessas partículas

são de extrema importância. (GARBAS 2008).

As partículas são classificadas através das suas origens sejam elas minerais (areia,

carvão, argila), animais (peles, couros, pelos) e vegetal (madeira, grãos, cereais). As formas

variadas das partículas são sempre irregulares, com formato de flocos, escamas e fibras.

Devemos saber o tamanho das partículas para poder determinar o seu comportamento durante

sua exposição de contanto com a atmosfera.

2.4.2 Tamanho das Partículas

Segundo Santos (2005), devemos observar o comportamento das partículas associado

ao tamanho, pois elas estão diretamente ligadas aos mecanismos de deposição, espalhamento

da luz e os efeitos ocasionados a saúde dos expostos. O tamanho das partículas é muito

importante para determinação dos equipamentos de controle e redução de concentrações no

ar.

Conforme Gabas (2008), o tempo em que as partículas ficaram suspensas, depende do

tamanho, do seu peso especifico e da velocidade de movimentação do ar no ambiente

analisado. Esses comportamentos das partículas no ambiente com fluxo continuam no ar,

pode ser observado abaixo (FIGURA 2). As partículas menores permanecem mais tempo no

ar suspensas, ou seja, a chance de serem medidas e inaladas é maior comparada com as

partículas maiores que ficam suspensas por um pouco tempo, dificultando assim o seu

controle de medição.

Page 21: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

21

Figura 3: Tempo de deposição de partículas no solo partindo de uma altura de 1,65m

Fonte: ESTADOS UNIDOS (2007) et al, GABAS (2008)

2.4.3 Mecanismo de Deposição das Partículas

São cinco tipos de mecanismos de deposição das partículas Santos (2005);

a) Sedimentação:

Estudos indicam que partículas de aerodispersóides com diâmetros maiores que 50µm

não permanecem suspensas no ar, devido o seu peso ter maiores que a gravidade. Mas em

algumas condições especiais, partículas maiores que 100 mícron pode tornar-se suspensas,

porém dificilmente permaneceram no ar.

b) Impactacão Inercial:

Outro importante mecanismo de deposição é a inércia de uma partícula, através da sua

tendência a resistir mudança em sua movimentação. A maioria das partículas move-se através

do ar em linha reta, a menos que atue sobre ela uma forca externa. Se uma partícula é forcada

a mudar de direção repentinamente, a inércia da partícula fará que ela continue em frente, em

relação ao fluxo original, por certa distancia, antes que retome a direção exata do fluxo.

c) Intercepção

O processo de interceptação ocorre quando o fluxo de ar passa próximo a uma

superfície coletora, na qual ao passar as partículas maiores se arrastam podendo bater na

superfície coletora. Para isso a trajetória ate a superfície tem que ser menor que o raio da

partícula.

Page 22: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

22

d) Difusão

As partículas suspensas em um meio gasoso são bombardeadas por colisões com

moléculas individuais do gás, isso provoca um deslocamento aleatório das partículas,

conhecidos com difusão, fazendo com que elas permaneçam suspensas no ar por longos

períodos de tempo.

e) Deposição eletrostática

Esse mecanismo de captura apresentado cargas eletrostáticas em seu meio filtrante,

ocorrendo a captura das mesmas por meio da ação eletrostática direta ou por meio de indução

elétrica preliminar e posterior atração.

2.5 Visão Global dos Equipamentos de Controle Particulado

A tabela 3 pode observar a eficiência de alguns equipamentos utilizados para controle

de material particulado para cada diâmetro de partículas diferente.

Tabela 3: Eficiência fracionada de coletores de material particulado em função da distribuição de

tamanho das partículas (em porcentagens).

Tipos de equipamento Diâmetro (μm)

0>5

5>10 10>20 20>44 >44

Câmara de sedimentação (com chicanas) 7,5 22,0 43,0 80,0 90,0

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

Ciclone de alta pressão 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 média energia 80,0 90,0 98,0 100,0 100,0

Lavador Venturi (lavador de alta energia) 95,0 99,5 100,0 100,0 100,0

Precipitador eletrostático 97,0 99,0 99,5 100,0 100,0

Torre de spray 90,0 96,0 98,0 100,0 100,0 Fonte: Lisboa (2007)

Possuem muitos diferentes tipos de equipamentos para controle de material

particulado, incluindo separadores mecânicos (como ciclones), filtros de manga,

precipitadores eletrostáticos e depurador úmido. (LISBOA, 2007)

A seguir, teremos uma breve introdução de cada tipo de equipamento (LISBOA,

2007).

Os Filtros de Mangas possuem a finalidade de reter poluentes do ar através de suas

partículas, separando o material contaminado e lançando no ambiente somente o ar filtrado e

Page 23: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

23

puro. A filtragem nos filtros de manga é realizada pela passagem do ar carregado de partículas

através das mangas. Essas partículas ficam retidas na superfície e nos poros dos fios criando

uma espécie de bolo que pode ajudar a como meio filtrante. Esse bolo deve ser removido

periodicamente para reduzir a resistência ao fluxo de ar. O filtro de mangas pode ser utilizado

em qualquer ambiente com geração de pó controlando a emissão de partículas no ar.

O Precipitador Eletrostático sua remoção de material particulado funciona através de

forcas elétricas originadas devido a altas tensões aplicadas nos eletrodos de emissão para que

as partículas dos gases de exaustão se desloquem até os eletrodos de captação. O campo

elétrico gerado nos eletrodos de emissão as partículas serão carregadas eletricamente pelo

efeito corona atraindo os eletrodos de captação se aglomerando e formando uma camada de

material. Através de um interminete de batimento gerado pelos eletrodos de captação vai

ocorrer a queda do material particulado até as tremonhas inferiores, podendo assim ser

removido todo o material aglomerado. Os gases limpos são encaminhados para a chaminé.

Os ciclones são utilizados para captar as partículas suspensas do ar, que é feito com

uso de uma forca centrifuga. Após serem sugadas para o interior do ciclone estas partículas

colidem com as paredes do equipamento precipitando-se por gravidade para o coletor. O pó

pode ser recolhido na parte inferior cônica de sua carcaça ou em uma moega.

Um depurador úmido usa gotas de água para intercepção de partículas de poeira. As

maiores e mais pesadas partículas são facilmente separadas do gás pó gravidade. A partícula

sólida pode ser independentemente separada da água, ou a água pode ser reusada ou

descartada antes de ser tratada.

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. 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.

Page 24: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

24

2.5.1 Ciclone

Os ciclones são equipamentos utilizados para a coleta de partículas (limpeza de gases)

e do ponto de vista de investimento e operação é o meio mais barato para coleta de partículas.

No ciclone, o gás carregado de pó entra tangencialmente na câmara cilíndrica ou cônica em

alta velocidade (6-50m/s). Neste tipo de ciclone a entrada de gases e partículas suspensas

entra em uma câmara cilíndrica ou cônica por um ponto ou talvez mais se for preciso através

de um orifício central. As partículas entram nesse cilindro, elas são movimentadas para as

paredes externas de onde através de uma aceleração centrifuga essa partícula sedimenta para o

fundo do cilindro onde possuem uma válvula de descarga para a retirada da impureza, já os

gases limpos saem na parte superior do cilindro. Nas condições de separação comumente

empregadas, a força centrifuga de separação pode ser de cinco vezes – nos ciclone de

diâmetro grande e pequena resistência – a 2500 vezes a gravitacional (FOUST et al. 1982).

A figura 4 apresenta um exemplo:

Figura 4: Funcionamento ciclone

Fonte: Pacheco, 2002

Segundo (FOUST et al. 1982), os ciclones são projetados para operar com uma queda

de pressa determinada para atender a demanda solicitada. Essa queda de pressão pode variar

de uma até vinte vezes a pressão cinética inicial.

Page 25: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

25

O ciclone é de fácil construção, possui baixo custo de material e de operação e uma

ampla faixa de condições de operação. Segundo (MASSARANI, 1986), os ciclones são

normalmente empregados:

a) na classificação de tamanhos de partículas;

b) em operações onde a coleta extremamente alta de partículas não é critica;

c) na coleta de partículas grossas;

d) para atuar como aparelhos que fazem uma limpeza prévia em linhas que

tenham coletores que retém a maioria das partículas.

A utilização de ciclone é favorável para a aplicação onde o pó ou material coletado

possui um alto valor de agregados.

Segundo (MASSARANI, 1986), os ciclones podem ser utilizados em configurações

em serie ou paralelo. Quando a distribuição de partículas é muito ampla, com partículas de

tamanho menores que 10 ou 15 µm até com partículas muito grandes e abrasivas (partículas

menores removidas pelo ciclone de alta velocidade e partículas maiores removidas pelo

ciclone de baixa velocidade) devem ser utilizados em série. No uso dos ciclones em paralelo

pode ser utilizado quando as partículas são finas, mas ocorre floculação em um equipamento

precedente ou no próprio ciclone. Essa utilização em paralelo é indicada se a vazão de gás a

tratar for muito grande, respeitando assim a queda de pressão.

Ciclones de fluxo reverso, com entrada tangencial, é de longe a geometria mais

comum encontrado na prática. As principais dimensões do dispositivo encontram-se

ilustrados na Figura 5 e será referido no restante deste texto: o corpo cilíndrico tem um

diâmetro Dc e uma altura h, a secção cónica tem uma altura Z e termina na saída de sólidos de

diâmetro B, a entrada de gás pode ser de qualquer diâmetro circular ou retangular, a conduta

de saída, também chamado de localizador de vórtice, tem uma De diâmetro e começa a uma

distância S a partir do topo do corpo cilíndrico, o ciclone tem uma altura total H. (COOPER,

1994).

Page 26: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

26

Figura 5: Dimensões de um ciclone.

Fonte: Briao, V. 2011

O parâmetro de configuração geométrica é calculado com base na configuração do

ciclone. A tabela 2 mostra as dimensões relativas dos dois tipos de ciclones: o padrão ciclone,

o projeto Stairmand. Note-se que o Stairmand possui entradas menores do que o modelo

padrão, o que significa que uma velocidade de entrada mais elevada para o mesmo tamanho

do corpo. Isto resulta em maior força centrífuga e uma maior eficiência (MASSARANI,

2001).

Tabela4: Configurações ciclone Lapple e Stairmand

Ciclone

Lapple

Stairmand

Bc/Dc 0,25 0,20

Do/Dc 0,50 0,50

Hc/Dc 0,50 0,50

Lc/Dc 2 1,50

Sc/Dc 0,62 0,50

Zc/Dc 2 2,50

Du/Dc 0,25 0,37 Fonte: KOCH e LICHT, 1977

Os coletores do posto de vista de operação e investimento são um dos meios mais

baratos para coleta de poeira. Os ciclones são utilizados para remover sólidos em gases e

Page 27: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

27

líquidos dispersos em gases, operando com pressões altas chegando a 500atm e a uma

temperatura igual a 1000º C. Para remover os sólidos de gases são usualmente adotadas

partículas maiores que cinco mícrons, apesar de existirem unidades a tubos múltiplos em

paralelo podendo gerar uma eficiência em torno de 80 a 85% para partículas que tenham três

mícrons. As partículas com mais de 200 µm de diâmetro, podem ser coletadas pelos ciclones,

embora as câmaras de sedimentação, nesse caso, sejam melhores e menos sujeitas a abrasão.

Em circunstâncias especiais, quando a poeira tem elevado grau de aglomeração, e quando a

concentração da poeira é grande (acima de 100g/ft³), os ciclones removerão partículas de

diâmetro muito menores, em alguns casos, consegue-se uma eficiência de 98% em que o

menor tamanho da partícula está na faixa de 0,1 a 2,0 µm, em virtude do efeito predominante

da aglomeração. (Air Pollution Control Engineering, 2004). Abaixo se apresenta um gráfico

que ilustra a relação entre a eficiência com o tamanho das partículas para ciclones.

Figura 6: Relação da eficiência de coleta versus o tamanho da partícula para um ciclone.

Fonte: David e Alley, 2003, pg 126.

2.5.2 Filtros de Manga

Os filtros de manga são os sistemas mais comuns de filtragem. São utilizados não só

para controlar a poluição do ar, mas também fazem parte integrada do processo industrial, no

caso do processo de produção do oxido de zinco. ( ROCHA , 2010).

A funcionalidade de um filtro de manga é simples. Trata-se da passagem da mistura

gasosa que contem partículas através de um tecido, sendo que o gás atravessa os poros do

Page 28: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

28

tecido e as partículas, na sua maioria, acabam fincando retidas na sua superfície. Essas

partículas retidas devem ser retiradas de tempo em tempo evitando assim uma camada muito

espessa, que pode dificultara a passagem do gás, ou seja, pode aumentar a perda de carga. No

começo do processo de filtragem as partículas iniciam uma colisão contra as fibras do meio

filtrante e sua posterior aderência. Conforme o processo continua as partículas vão gerando

uma camada de partículas acumulando gerando assim o meio de coleta. No momento em que

a camada ficar totalmente cheia, é necessário que se remova as partículas para que não reduza

a eficiência do processo. ( ROCHA , 2010).

Segundo (LISBOA, 2007), os principais mecanismos envolvidos na coleta de

partículas em filtros de manga são a impactação inercial, a difusão, a atração eletrostática e a

força gravitacional e secundariamente, a intercepção. Os filtros de manga podem atingir

valores maiores que 99,9%, na eficiência de coleta em alguns casos.

Os filtros de manga têm forma de saco alongado e tubular, podendo ser classificados

segundo os seus mecanismos de limpeza como:

a) Sacudimento Mecânico: neste método, o pó que fica retido é removido por

agitação mecânica, ela pode ser horizontal ou vertical dependendo do tipo de material. O

sacudimento não tem muito êxito quando o material possui partículas aderentes, pois com a

agitação mecânica as mangas acopladas pode se soltar e assim danificar o filtro. O ar penetra

pela parte interna, quando a boca do saco fica embaixo, e sai deixando as impurezas do lado

de dentro.

Figura 7: Filtro de mangas com sistema de limpeza por sacudimento (Filtro de mangas com entrada

interna do ar poluído).

Fonte: Lisboa (2007)

Page 29: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

29

b) Ar Reverso: nesse método as partículas são retiradas usando um dispositivo no

qual é liberado um fluxo de ar inverso. É utilizado somente quando é operado com vazões

baixas.

Figura 8: Filtro de mangas com entrada externa do ar poluído.

Fonte: Lisboa (2007)

c) Jato pulsante de ar comprimido: é o sistema mais utilizado em relação aos

demais; é instalado um tubo de Venturi que fica acoplado no topo de cada manga, esse tudo

gera um jato de ar no qual percorre toda a extensão da manga, expandindo-a e fazendo com

que a camada se desprenda do mesmo (Figura). O ar é inserido pela parte interna como na

Figura, o ar poluído é empurrado de fora pra dentro, deixando o material particulado aderido a

parede externa do saco. Para não danificar os sacos uma estrutura metálica é colocada como

suporte.

Page 30: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

30

Figura 9: Filtros de mangas com sistema de limpeza por jato pulsante

Fonte: Lisboa (2007)

O equipamento composto por sistema de limpeza por jato pulsante é atualmente o

mais utilizado, pois apresenta uma vantagem de ter uma área de filtragem menor que os que

utilizam por sacudimento mecânico ou ar reverso, melhorando assim e na operação do filtro

facilitando na limpeza continua e automática das mangas.

2.5.2.1 Escolha do Meio Filtrante

A escolha do meio filtrante dependerá das características das partículas a serem

filtradas (concentração, distribuição de tamanhos, abrasividade) e do gás transportador

(temperatura, umidade, alcalinidade e acidez.

O filtro de tecidos tem uma eficiência muito maior e é mais aconselhada a sua

utilização para fumos e poeiras acima de 0,1 μm. Podem ser usados na captação de poeira de

moagem; mistura e pesagem de grãos de cereais; moagem de pedra, argila e minerais;

pesagem e peneiramento de grãos com produtos químicos, etc.

Os materiais usados na fabricação de tecidos de pano são algodão e a lã, desde que

sejam utilizados em temperatura de até 82 e 90 ºC, respectivamente, e para correntes de ar

sem umidade. Quando se necessita de temperaturas mais elevadas e poluentes agressivos a

esses materiais, necessita recorrer a outros tipos de tecidos, como poliamida, poliéster,

polipropileno, fios metálicos, fibras de vidro, etc.. Os filtros com feltro de poliéster duram

cerca de 3 vezes mais do que os de algodão, e por isto são também muito usados.

Page 31: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

31

2.5.2.2 Velocidade de Filtração

A velocidade do gás na interface do tecido é denominada velocidade de filtração e é

um parâmetro fundamental de projeto para filtros de tecido. Essa velocidade é que determina

a área total efetiva do tecido, necessário para limpar um fluxo volumétrico de gás. Em

conjunção com o método de limpeza, a velocidade do gás determina as dimensões do filtro e,

consequentemente, influencia significativamente na potencia e manutenção do equipamento.

A velocidade de filtração pode ser utilizada, dependendo das características do pó ou

material, da distribuição do tamanho das partículas, temperatura do gás, da concentração de

entrada do pó, do método de limpeza e do tipo de tecido, pode ser aplicada a qualquer tipo de

filtração. Recomendam-se velocidades de 0,5 a 10 cm.s. Valores típicos para velocidade de

filtração, para uma ampla faixa de tipo de matérias pulverulenta podem ser encontrados em

(Tanabe et al, 2008).

Valores altos na velocidade de filtração levam a um tempo de pequeno, entretanto

aumentam a penetração das partículas no tecido, dificultando a remoção da torta, além de

aumentar a queda de pressão durante todo o processo de filtração e após a remoção da torta.

Pode também consequentemente haver uma redução na vida útil do tecido. Porem a utilização

de altas velocidades de filtração diminuiria o custo inicial, operacional e de manutenção de

filtros. No caso de valores baixos de filtração, tem-se um maior consumo de energia, já que o

tempo de retenção das partículas seria maior. Entretanto, a interação entre as partículas e

tecido é reduzida, facilitando a remoção da torta. (TANABE, 2008)

ITO (2002) fez um estudo sobre qual a influencia da velocidade de filtração e do

material particulado na estrutura da torta de filtração. Foram utilizados como material rocha

fosfática e polvilho doce. Nesse estudo concluiu-se que a porosidade diminuía com o aumento

da velocidade superficial de filtração e que o formato e a distribuição granulométrica das

partículas influenciaram consideravelmente no valor da porosidade da torta.

Page 32: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

32

3 METODOLOGIA

3.1 Amostras

O local de coleta do material de estudo foi realizado em uma unidade de recebimento

de grãos, situada em Três Palmeiras - RS. O material particulado de estudo é proveniente do

sistema de secagem e limpeza das impurezas de milho. O material foi varrido e armazenado

em sacos plásticos com capacidade de 1 kg cada.

As visitas à unidade foram feitas entre os meses de setembro e outubro, período esse

no qual a empresa escolhe para efetuar a retirada dos grãos armazenados para suas

destinações finais.

A caracterização do material foi realizada através do ensaio de picnometria e

peneiramento.

3.2 Picnometria

A Picnometria é uma técnica laboratorial utilizada para fazer a determinação da massa

específica e da densidade de líquidos. Pode também determinar-se a massa específica e a

densidade de sólidos, devendo antes ser dissolvido. O picnômetro é uma vidraria especial

utilizada na picnometria, que possui baixo coeficiente de dilatação. A água é utilizada como

substância padrão na picnometria, à temperatura ambiente (25 °C). Esta técnica foi realizada

no laboratório de Operações Unitárias da Universidade de Passo Fundo.

Primeiramente pesa-se o picnômetro, em seguida adiciona uma quantidade da amostra

e se faz a pesagem novamente. Após fazer a pesagem se adiciona água até o picnômetro ficar

cheio e em seguida leve a balança novamente. Após essas etapas lava-se o picnômetro e

adiciona água até ficar cheio. Após todas essas etapas com ajuda de uma equação se calcula a

massa especifica desejada. Esse ensaio foi realizado conforme NBR-6508 - Determinação da

Massa Específica de Grãos de Solos.

3.3 Peneiramento

O ensaio de peneiramento foi realizado para determinar o tamanho médio das

partículas e para realização dos testes com diferentes granulometrias no ciclone e filtro de

manga.

Page 33: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

33

Foram utilizadas cinco peneiras com aberturas diferentes, conforme a Tabela 5 abaixo:

Foram pesados 200g do material particulado e inserido na primeira peneira, iniciando

assim o processo de peneiramento. Após o termino do ensaio, pode-se retirar o material retido

em cada peneira e pesado separadamente, obtendo assim a quantidade de massa passante em

cada peneira.

Em seguida foi calculada a porcentagem retida de massa em cada peneira e o tamanho

médio das partículas. O tamanho das partículas foi calculado através da equação (1).

(1)

Na qual:

DS: é o tamanho das partículas (micrometro)

dx: fração mássica retira

dy: abertura da peneira (micrometro)

3.4 Testes no Ciclone

O ciclone utilizado para testar a remoção do material particulado foi criado e

modificado no Laboratório de Operações Unitárias da Engenharia de Alimentos da UPF.Com

suas dimensões foi possível chegar a um valor próximo de configuração do ciclone Lapple.

Na Figura 10 podemos observar o ciclone e suas dimensões:

Mesh Abertura (mm)

10 2,000

40 0,420

50 0,297

80 0,177

200 0,075

Tabela 5: Peneiras Utilizadas para Ensaio de Granulometria.

Page 34: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

34

Figura 10: Dimensões do ciclone

Fonte: Brião, V. 2011

A Figura 11 apresenta o layout do funcionamento do equipamento, bem como foi feito

os testes como o ciclone.

Figura 11: Leiaute do funcionamento do equipamento

Legenda: A) entrada do material particulado (inserção da amostra)

B) saída do material coletado pelo ciclone

C) saída do material não coletado / medido velocidade

O equipamento é composto por um ventilador (Aeromcack, modelo VCE-5).

Cilclone Lapple

Hc= 6cm

Bc= 2,5cm

Lc= 22cm

Zc= 11cm

Do= 5,5cm

Sc= 10,5cm

Dc= 9,5cm

Page 35: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

35

As amostras inseridas na entrada do sistema (A) foram pesadas com 5 g. Foi ligado o

ventilador por 30 s e logo depois de esgotado o tempo foi desligado, podendo assim ser

recolhido à quantidade de material particulado coletada pelo ciclone na saída (B). A

Velocidade do ar foi medida utilizando um anemômetro no ponto(C).

Os ensaios foram realizados conforme a tabela 6:

Tabela 6: Ensaios realizados com Ciclone.

Velocidade do

ar

(m/s)

Vazão ( m3/s) Ensaios Granulometria

(mm)

6,7

0,020

1

2

3

4

5

6

2

0,42

0,297

0,177

0,075

<0,075

20

0,058

1

2

3

4

5

6

2

0,42

0,297

0,177

0,075

<0,075

Os ensaios acima foram realizados todos em duplicidade para uma melhor analise de

rendimento do ciclone.

3.5 Testes Ciclone Associado ao Filtro de Manga

O ciclone e o filtro de manga foram adaptados e montados no Laboratório de

Operações Unitárias da UPF conforme a Figura 12 abaixo:

Page 36: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

36

Figura 12: Ciclone associado ao filtro de manga

Figura 13: Leiaute de funcionamento do sistema.

Ventilador VálvulaPonto

A

Ponto

B

Ciclone

Filtro de Manga Ponto C

O equipamento é composto por um ventilador (Aeromcack, modeloVCE-5). Através

da válvula de controle, foi ajustada a velocidade de alimentação do ar no sistema uma baixa e

outra alta. As amostras foram pesadas contendo 5g de material e adicionadas no Ponto A. Foi

adaptada uma tubulação ao ciclone e associada ao filtro de manga para coletar as partículas

que não foram coletadas pelo ciclone. Na saída do ciclone (Ponto B)foram coletadas as

amostras e pesadas, podendo assim calcular a quantidade de massa retida pelo ciclone. Na

saída do filtro de manga (Ponto C) foi coletada com a ajuda de um meio poroso embebido em

Filtro Manga

Ciclone

Page 37: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

37

glicerina no qual foi pesado antes do inicio de cada teste. Com isso, foi possível determinar a

massa de material passante através do filtro de manga, e assim calcular a eficiência necessária

de captação do material.

Os ensaios com o sistema de coleta ciclone associado ao filtro de manga foram

realizados conforme a tabela 7:

Tabela 7: Ensaios ciclone associado filtro de manga

Velocidade do

ar

(m/s)

Ensaios Abertura Peneiras

(mm)

6

1

2

3

4

5

6

2

0,42

0,297

0,177

0,075

<0,075

12,5

1

2

3

4

5

6

2

0,42

0,297

0,177

0,075

<0,075

As velocidades do ensaio para o ciclone associado ao filtro de manga foram diferentes

que para o ensaio somente do ciclone. A diferença dessas velocidades foi por se tratar de um

sistema com mais equipamentos acoplados, diminuindo assim a potencia do ventilador. Esse

ventilador ao ser testado no sistema somente com o ciclone obteve uma velocidade máxima

de 20m/s. Com o sistema associado a máxima velocidade obtida com a ajuda de um

anemômetro medido na saída do filtro de manga obteve 12,5m/s determinando assim a

velocidade de um dos testes realizados.

O material filtrante é um tecido de Feltro de Poliéster com densidade de 450g/m², nas

dimensões de 60 x 300 mm, totalizando uma área de 0,11 m²/manga. O equipamento é

composto por 16 mangas totalizando uma área útil de filtração de 1,76m2. Como apresentado

por Pacheco (2002), o material utilizado para confecção das mangas tem boa resistência ao

material particulado proposto.

Page 38: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

38

4 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS

4.1 Caracterização do Material

4.1.1 Determinação da Massa Específica

Pelo ensaio de picnometria, se obteve um resultado de massa específica do material

particulado de 0,65 g/cm-3

. Se compararmos com um estudo realizado por Goulart, M. Et

al,2003, utilizando madeira de Eucalyptus grandis, ambos a uma temperatura de 20 Co esse

valor ficou acima, ou seja, a madeira teve uma massa específica menor que o material

particulado do trabalho ficando próximo a 0,43 g/cm-3

. Entretanto se compararmos com a

massa especifica da água, mostra que a água tem um valor muito acima chegando a 1g/cm3.

Outra comparação que podemos citar é com a cinza de bagaço da cana-de-açúcar, onde

segundo teste de massa especifica realizado por Nunes, 2009, o valor atingiu 2,66 g/cm-3

.

4.1.2 Peneiramento

A tabela 8 apresenta os resultados obtidos no ensaio de peneiramento, e suas

respectivas aberturas em mm.

Tabela 8: Tamanho médio das partículas/% retida

Abertura (mm) Dp (µm) Mesh Fração Mássica Retida(g) % retida cada peneira

2 2000 10 12,1 6,05

0,42 420 40 67,3 33,65

0,297 297 50 22,64 11,32

0,177 177 80 26,04 13,02

0,075 75 200 19,63 9,82

< 0.075 <75 <200 52,29 26,15

Σ 200 100,00

Conforme dados obtidos na tabela 10, a maioria da fração mássica ficou retida na peneira com

abertura de 0,42mm chegando a 33,65% do material do ensaio.

A figura 14 abaixo mostra o histograma da porcentagem retida em cada malha da

peneira.

Page 39: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

39

Figura 14: Histograma de distribuição de M.P.

Conforme o histograma acima, podemos avaliar que a parte grosseira, ou seja, acima

de 2000 μm, teve apenas 6,05% de todo o resíduo coletado. Enquanto que a maioria dos M.P

se concentrou entre as peneiras de 420 µm e <75 µm demonstrando assim que 93,95% são

partículas de tamanho inferior a 2000 µm, caracterizando como um material fino. Destaque

para as partículas que ficaram depositadas no interior do recipiente, chegando a 26,15 % com

tamanho menor que <75 µm . Isso indica que a necessidade de um sistema eficiente de coleta

com um equipamento adequado para sua remoção.

Page 40: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

40

4.2 Avaliações da Eficiência Ciclone

Os resultados obtidos nos testes feitos no laboratório com um ciclone piloto pode ser

observado na tabela 9 a seguir:

Tabela 9: Resultados dos testes com ciclone

Velocidade do ar

(m/s)

Abertura

Peneira (mm)

Diâmetro das

partículas

(µm)

Massa

Injetada

(g)

Material

Coletado

(g)

Eficiência

Ciclone

(Ɛ %)

6.7

6,7

6,7

6,7

6,7

6,7

2

0,42

0,297

0,177

0,075

<0,075

2000

420

297

177

75

<75

5

5

5

5

5

5

2,79

2,44

0,91

0,50

0,19

0,12

56

49

18

10

4

2

20

20

20

20

20

20

2

0,42

0,297

0,177

0,075

<0,075

2000

420

297

177

75

<75

5

5

5

5

5

5

4,46

4,16

3,12

2,66

2,54

2,41

89

83

62

53

51

48

Após os resultados obtidos na tabela anterior, podemos observar que o ciclone tem um

decréscimo da eficiência quanto ao aumento do tamanho das partículas, dependendo de sua

velocidade. (FOUST et al. 1982), expõem que ciclones tem maiores eficiências para

partículas de diâmetro maior, mas que dependendo o caso não são 100% eficientes na coleta.

Partículas com diâmetros menores não tem peso suficiente para que o ciclone consiga reter.

Os ciclones, portanto foi mais eficiente para coleta de material particulado com diâmetros

maior que 2 mm, porem podem sofre com a influencia do seu tamanho, condições

operacionais e da propriedade do sólido e gás verificado.

Abaixo podemos observar o gráfico com a eficiência de coleta para cada velocidade e

diâmetro de partícula:

Page 41: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

41

Figura 15: Avaliação das eficiências de coleta para ambas as velocidades avaliadas em relação aos

diâmetros das partículas.

Na Figura 15, podemos avaliar que as eficiências de coleta foram menores para os

testes com velocidade de 6,7. Assim a eficiência máxima chegou a 56% enquanto a mínima

teve somente 2%, tendo uma variação de 54% de coleta do material pelo ciclone. Para

velocidade de 20m/s, obteve-se uma variação entre 89% a 48%, resultando assim numa

diferença de 41% de eficiência de coleta do ciclone para cada tamanho de partícula.

O que pode resultar nessa baixa eficiência de coleta do ciclone é que dentro do sistema

as partículas são forçadas a dois tipos de rotação radial opostas: a forca centrifuga e de arraste.

A forca centrifuga tem como sentido empurrar as partículas para a parede do ciclone, já a

forca de arraste age no sentido de carregar essas partículas junto com o gás na saída do

ciclone. Essas forcas geradas dentro do ciclone dependem do raio de rotação e do tamanho

das partículas.

Assim a diferença entre as eficiências para as velocidades estudadas pode estar

relacionada a diferença dessas forças acima discretas, podendo assim implicar em menor ou

maior contato entre essas partículas e as paredes, sendo que se tem um menor contato e

portanto separação quando os ciclones atuam com velocidades baixas.

O diâmetro das partículas faz com que a eficiência diminua, pois as partículas de

diâmetro menor ficam girando no interior do ciclone e dependem da sua massa e diâmetro

para poder ser removidas.

Portanto foi avaliada uma eficiência máxima de coleta igual ou superior a 2000 µm,

com velocidade de 20m/s de 89%, essa eficiência pode ser considerada baixa já que os

Page 42: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

42

ciclones dependendo do diâmetro das partículas podem atingir um eficiência de 97% com

alta pressão conforme a tabela 1 do item 2.5 descreve. E uma eficiência baixa de 2% a uma

velocidade de 6,7m/s.

Segundo W. P. (Martignoni,2007), simulou a eficiência de um ciclone de configuração

lapple utilizando solido com tamanho de partícula de 0,010mm a uma velocidade de 15,3m/s

obteve uma eficiência de 61%.enquanto que no trabalho se obteve uma eficiência máxima de

48% para partículas menores que 0,075 a uma velocidade de 20m/s. Concluímos que os testes

com o ciclone se comparados com o do modelo de simulação possuem uma diferença que é

resultado da velocidade de ar de cada teste.

4.3 Avaliações da Eficiência do Ciclone Associado ao Filtro de Manga

Os testes feitos com o ciclone associado ao filtro de manga, realizados no laboratório

estão identificados na tabela 10:

Tabela 30: Teste com ciclone associado ao filtro de manga.

V.A

(m/s)

A.P

(mm)

D.p

(µm)

M.I

(g)

M. C.C

(g)

R.C

(%)

M. R. F.M

(g)

M. S. F.M

(g)

E.F.M

(Ɛ %)

6

6

6

6

6

6

2

0,42

0,297

0,177

0,075

<0,075

2000

420

297

177

75

<75

5

5

5

5

5

5

2,60

2,12

0,97

0,52

0,30

0,13

Ʃ= 6,64

52

42,4

19,4

10,4

6

2,6

2,4

2,88

4,03

4,48

4,67

4,80

Ʃ= 23,26

0

0

0

0

0,03

0,07

Ʃ=0,10

100

100

100

100

99,4

98,6

99,7

12,5

12,5

12,5

12,5

12,5

12,5

2

0,42

0,297

0,177

0,075

<0,075

2000

420

297

177

75

<75

5

5

5

5

5

5

2,70

2,40

2,20

1,80

1,12

0,70

Ʃ= 10,92

54

48

44

36

22,4

14

2,3

2,6

2,8

3,20

3,86

4,27

Ʃ= 19,03

0

0

0

0

0,02

0,03

Ʃ= 0,05

100

100

100

100

99,6

99,4

99,83

V.A= Velocidade Alimentada, A.P= Abertura Peneira, Dp:Diâmetro das partículas P=Peneiras,

M.I= Massa Injetada, M. C.C= Massa Coletada Ciclone, R.C= Retida Ciclone, M. R.F. M= Massa

Retida Filtro Manga, M. S. F.M= Massa Saída Filtro Manga, E.F.M. S= Eficiencia Filtro de Manga

Sistema;

A tabela 10 apresenta que o filtro de manga tem mais eficiência em remoção, pela

quantidade total de massa retida no seu sistema. A maior parte da massa retida de 30g

injetadas no sistema, 23,26g foi coletada pelo filtro de manga enquanto 6,64 foi coletado pelo

ciclone, isso com uma velocidade de 6m/s. Já para velocidade de 12,5m/s, o ciclone coletou

10,92g uma valor próximo do que coletou o filtro de manga 19,03g totalizando as 30g

injetadas. Como se pode ver que se trata de um material de diâmetros muito baixo, o sistema

Page 43: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

43

do ciclone associado ao filtro de manga aumenta a eficiência de coleta, chegando ao um valor

de 99,83% para uma velocidade de 12,5. Para a velocidade considerada baixa de 6m/s, foi

atingido uma eficiência do sistema de 99,7%. É importante destacar também que a maioria do

material coletado com mais eficiência pelo ciclone foi de 2000μm aprovando o ciclone é um

equipamento para coletar material mais grosseiro.

Abaixo podemos observar um histograma sobre a porcentagem de massa retida no

filtro de manga e no ciclone, a uma velocidade de 6m/s.

Figura 16: Eficiência de coleta de cada sistema pelo tamanho de cada partícula a uma velocidade de

6m/s.

A figura 16 demonstra que o filtro de manga atinge uma eficiência muito superior ao

ciclone com uma velocidade de 6m/s. Pode-se observar que à medida que o tamanho das

partículas vai ficando menor, a eficiência do ciclone acaba sendo muito baixa chegando a

2,6% de eficiência de remoção. Ao contrario acontece com o filtro de manga, quando as

partículas com diâmetros menores começam a ser injetada no sistema a eficiência do filtro de

manga aumenta chegando a valor médio superior a 99,7%.

Na figura 17, abaixo podemos avaliar que a eficiência do ciclone aumentou conforme

sua velocidade de 12m/s considerada alta. Para ciclones é recomendado usar velocidades de

coleta entre 5 a 20m/s, quanto maior a velocidade de ar para o ciclone maior sua remoção de

material particulado. (MASSARANI, 2001). O ciclone com uma velocidade média de

12,5m/s atingiu uma máxima de 54% de eficiência para Dp 2000µm e uma mínima de 14%

para Dp <75µm. Para os filtros de manga a remoção atingiu uma eficiência de 100% para Dp

2000µm a Dp 177µm enquanto sua mínima eficiencia de coleta para as partículas entre 75 e

Page 44: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

44

<75 ficou em média 99,8%. Podemos observar que a partir das partículas de Dp 420µm, a

eficiencia do ciclone no sistema vai decaindo conforme o diâmetro das partículas vai

diminuindo. Comprovando que os ciclones contem baixa eficiencia para materiais finos. Já o

filtro de manga diminui sua máxima eficiencia somente a partir das partículas com Dp 75µm.

A velocidade de do sistema pode ser a causa dessa baixa eficiencia, considerando que o

material é muito fino e que o filtro de manga conforme o diâmetro das partículas não atinge

100%.

Figura 17: Eficiência de coleta de cada sistema pelo tamanho de cada partícula a uma velocidade de

12,5m/s.

Com o experimento testado, ao final do teste foi observada a quantidade de massa

retida para cada equipamento como mostra a figura 18 abaixo:

Figura 18: Massa Retida Sistema ciclone associado filtro de manga

Page 45: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

45

A massa retida no filtro de manga chegou a 23,26g para uma velocidade de 6m/s,

enquanto que o ciclone atingiu 6,64g. Para uma velocidade de 12,5m/s a massa que o filtro de

manga conseguiu reter foi de 19,03g e o ciclone 10,62g. Com a acumulação de cada sistema

com suas respectivas velocidades podemos notar que a uma velocidade de 6m/s a quantidade

de massa retida pelo sistema chegou a 29,9g enquanto que para a velocidade de 12,5 atingiu

29,65g. Podemos destacar ainda para o filtro de manga o fato de não ocorrer uma colma tacão

do M.P no meio filtrante considerável durante o experimento. Segundo testes realizados por

Kochenborger (2011), utilizando material proveniente de uma indústria de ração, o

equipamento mostrou que suporta uma carga de 2kg de massa até o rompimento de suas

mangas. Como o experimento do sistema chegou ao Máximo de 23,26g para uma velocidade

menor e 19,03 a uma velocidade superior, não foi preciso fazer a limpeza das mangas no

sistema. Estudos realizados por Santini, (2011), utilizando material gerado no beneficiamento

de mármore e granito mostrou que a eficiência do filtro de manga chegou a 99,94% de

remoção para um material particulado entre 0,250mm a 0,075mm. Comparando com os

resultados obtidos podemos destacar que o filtro de manga teve uma boa eficiência para

materiais particulados entre 0,42 a <0,075mm resultando em 99,7% de remoção.

Page 46: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

46

5 CONCLUSÃO

Através dos testes realizados podemos destacar que o material coletado para o

experimento, trata-se de um material extremamente fino, já que no ensaio de peneiramento

obteve se um percentual muito alto do que se esperava, chegando a 94% de todo material

analisado. Com esse percentual procurou-se verificar a eficiência de cada equipamento

separadamente para uma melhor analise de resultados.

Para o ciclone obteve-se uma eficiência de separação do material particulado

grosseiro, aonde através dos testes sua eficiência máxima de coleta chegou a 89% para uma

velocidade de 20 m/s. Essa alta eficiência resulta de o ciclone ser um equipamento mais

adequado para a remoção do material particulado de granulometria grosseira. Com isso

mostra-se que o ciclone é um equipamento eficiente para coletar esse tipo de material. Porem

a associação dele com outro equipamento aumentou a sua eficiência de remoção.

A associação do ciclone e filtro de manga obteve eficiências superiores a coleta de

99,7%. Contudo, para o material particulado mais fino (diâmetro inferior a 74 µm), o sistema

apresentou melhor remoção com a velocidade de 6 m/s.

O sistema de associação do ciclone com o filtro de manga foi eficaz na remoção de

material particulado gerado na armazenagem de milho, sendo uma alternativa técnica para o

controle de emissões atmosféricas nessas instalações.

Page 47: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

47

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AZEVEDO, Loianny, Faria, OLIVEIRA, T. P. de, PORTO, A. G., SILVA, F. S da. A

Capacidade Estática de Armazenamento de Grãos no Brasil. XXVIII Encontro Nacional de

Engenharia de Produção. Rio de Janeiro, 2008. Disponível em:

http://www.abepro.org.br/biblioteca/enegep2008_TN_STP_069_492_11589.pdf Acesso em

30 ago. 2013

BRAGA, A. Poluição Atmosférica e seus Efeitos na Saúde Humana. São Paulo: USP, 2003.

CETESB - Apostila do curso de Tecnologia de Controle de Poluição por Material Particulado.

São Paulo, 1990.

CIFUENTES, Marie Cifuentes, Mudanças Climáticas e Saúde Humana, Disponível em:

http://www.ucsusa.org/greatlakes/pdf/human_health.pdf

Acesso: 11 set.2013

CIPOLATO.A.C Dimensionamento, construção e análise de desempenho de ciclone para

otimização da separação granulométrica de partículas em fábrica de tintas em pó. Dissertação

submetida ao Programa de Pós-Graduação em Tecnologia Ambiental da Universidade de

Ribeirão Preto – UNAERP. 2011.

Cooper, 1994. David Cooper and F. Alley, Air Pollution Control: A Desing Approach, 2o

Edição,1994

CONAB - Companhia Nacional de Abastecimento. Capacidade Estática de Armazéns.

Conab. 2012c. Disponível em:<http://www.conab.gov.br/detalhe. php?a=1077&t=2>.

Acesso em: 2 set. 2013

Christie J. Geankoplis. Processos de transporte e operações unitárias. (3ª edição) 2008, p. 915-

985.

D´ARCE, Marisa A. B. Regitano. Pós colheita e armazenamento de grãos. Departamento de

Agroindústria , Alimentos e Nutrição. ESALQ/USP. 2012. Disponível em:

<http://www.esalq.usp.br/departamentos/lan/pdf/Armazenamentodegraos.pdf

Acesso em: 15 set. 2013

DECKERS, Denise. Situação de Armazenagem no Brasil 2006. Conab. Brasília: Conab.

2006. Disponível em:

<http://www.conab.gov.br/OlalaCMS/uploads/arquivos/713c763e53bbfc388225a7fcc

52eb6ae..pdf>. Acesso em: 15 set. 2013

ELSON, D. M. Atmospheric pollution: a global problem. 2. ed. Oxford: Blackwell, 1992.

Page 48: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

48

48

EMBRAPA- Empresa Brasileira Pesquisa Agropecuária. Disponível em:

http://www.cnpms.embrapa.br/milho/cultivares/

Acesso em: 8 set. 2013

FOUST, et al. - Princípios de operações unitárias. Rio de Janeiro:Guanabara Dois, 1982.

Fundacentro. Disponível em : http://www.fundacentro.gov.br/. Acesso: 17 set.2013.

GABAS G.C.C. Análise crítica dos critérios de seleção de respiradores para particulados em

ambientes de mineração. (Tese Mestrado) Escola Politécnica-

Universidade de São Paulo, 2008.

KOCHENBORGER, G. Filtro Manga para remoção de material particulado de indústrias de

ração. Projeto de Pesquisa, Faculdade de Engenharia Ambiental Universidade de Passo

Fundo, 2011.

KOCH.W.H; e LICHT, W- New Design Approach Booots.Cyclone Eficiency.Chem

Engineering. P.80-87. Nov-1977

LISBOA, H.M. Metodologia de controle da poluição atmosférica. (Unidade VII).

MC CABE, F. G., CLARK, K. L. April - Agent PRocess Interaction

Language. In: Intelligents Agents. LNCS, Berlin: Springer-Verlag, v. 890, 1985.

MASSARANI, G. Dimensionamento de Ciclone a Gás e de Hidrociclones, Rio de Janeiro-

CAPES, 1986 v.1 .p674

MAPA-Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, Disponível em:

www.agricultura.gov.br, Acesso em: 15 out. 2013

M.V. Rodrigues, F.O. Arouca, M.A.S.Barrozo and J.J.R.Damasceno. Analysis of the

efficiency of cloth cyclone: the effect of the permeability of the filtering medium. October -

December 2003.

MINISTÉRIO DAS MINAS E ENERGIA (MME). Eletrobrás. Tecnologias de Controle de

Poluição Ambiental Aérea. Brasil: Ministério de Minas e Energia, módulo 2-B, mai/1997,

161p

PACHECO, T.A.Como obter o rendimento máximo dos filtros de manga” 5 Congresso

Brasileiro de Cimento – SBC & Derivados n° 407, Agosto de 2002. Disponível em:

<www.quimica.com.br/revista/qd407/filtros1.htm Acesso em: 6 out.2013

ROCHA, S.M.S. Estudo da influência da velocidade e dos ciclones de filtração na formação

da torta na limpeza de gases em filtro de mangas. (Tese Doutorado) Departamento de

Engenharia Química– Universidade Federal de Uberlândia, 2010

SANTOS, A.M.A. Exposição ocupacional a poeiras 2005. (Tese Doutorado) – Engenharia

Metalúrgica e de Minas, Universidade Federal de Minas Gerais, 2005.

Page 49: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

49

49

TANABE, E.H. Estudo do comportamento da deposição das partículas em diferentes meios

filtrantes. (Tese Mestrado) Departamento de Engenharia Quimica- Universidade de São

Carlos, 2008.

USDA- United States Department of Agriculture.Usda. 2013. Disponível em:

http://www.usdabrazil.org.br/home/reports.asp

Acesso: 10 set.2013

Valarini.S, Caracterização do material particulado. Dissertação de mestrado-Instituto de

Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo. 2011.

ZANON, R. S., SAES, M. S. M., CORRAR, L. J., MACEDO, M. A. Produção de soja no

Brasil: principais determinantes do tamanho das propriedades. 48º Congresso SOBER.

Campo Grande: jul. 2010. Disponível em:<http://www.sober.org.br/palestra/15/38.pdf>.

Acesso em: 12 set. 2013

.

Page 50: UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO - usuarios.upf.brusuarios.upf.br/~engeamb/TCCs/2013-2/Djonatan Saugo.pdf · filtros de mangas para remoção de material particulado de granulometria diversificada

50

50