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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS

PROGRAMA DE RECURSOS HUMANOS - 44

RELATÓRIO FINAL DA INICIAÇÃO CIENTÍFICA

CONTROLE DE MATERIAL PARTICULADO PROVENIENTE DA INDÚSTRIA

SUCROALCOOLEIRA

JOÃO HENRIQUE POLASTRI CANATELI

N° MATRÍCULA: 2010.3651-0

ORIENTADORA: DRª. MÔNICA LOPES AGUIAR

SÃO CARLOS - SP

2014

1

Este trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Controle Ambiental do

Departamento de Engenharia Química (DEQ) da Universidade Federal de São

Carlos (UFSCar) e contou com o apoio financeiro do Programa de Recursos

Humanos da Agência Nacional do Petróleo, Gás natural e Biocombustíveis (PRH-

ANP/MCT Nº 44).

2

RESUMO

O bagaço de cana-de-açúcar é o principal subproduto sólido gerado pelas

usinas sucroalcooleiras, e, em decorrência de sua grande utilização como

combustível nas caldeiras para a cogeração de energia, há uma grande quantidade

de materiais particulados oriundos do processo de combustão do bagaço lançados à

atmosfera. Estes materiais em suspensão no ar são fortemente prejudiciais à saúde

humana, principalmente quanto menor seu tamanho, e apresentam suas emissões

monitoradas por órgãos responsáveis, daí a necessidade de reduzir sua liberação ao

meio-ambiente. Uma alternativa para este controle é o ciclone úmido, equipamento

do estudo do trabalho. Assim, foram feitas adaptações em um ciclone do tipo

Stairmand com oito bicos injetores de água a fim de se obter a eficiência da coleta

através da metodologia da amostragem isocinética. Desse modo, encontrou-se a

condição ótima para eficiência do ciclone operando a seco, tendo como variáveis a

vazão do gás e a vazão do material particulado, sendo a temperatura constante igual

a 90°C. Com esta condição fixada, foram realizados os experimentos para a

operação a úmido do ciclone, tendo como variáveis a vazão de água, nos valores de

150, 200, 250 e 300 L.h-1, e o diâmetro de corte de 50% médio do particulado

empregado. Os experimentos mostram que, com o acionamento dos pulverizadores

de água no ciclone úmido, na vazão mínima de água (150 L.h-1), houve um

incremento na eficiência de coleta para o pó de rocha fosfática de 25 μm, em 3,9%,

e a fuligem de 9 μm, 10,7%. No entanto, em relação ao pó de rocha fosfática de 5

μm não foi observado uma grande influência da pulverização. Ademais, o valor

máximo da eficiência foi alcançado na maior vazão de água (300 L.h-1), para todos

os materiais particulados estudados, aumentando em 5,8%; 16,3% e 2,5%

respectivamente. Por fim, analisou-se a influência da posição dos bicos injetores, e

tanto em relação os quatro bicos na porção superior quanto os quatro laterais, as

eficiências obtidas foram semelhantes mas inferiores à encontrada com todos os

bicos abertos simultaneamente.

3

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1: Esquema da cogeração na indústria sucroalcooleira. ................................ 10

Figura 2: Esquema das dimensões geométricas de um ciclone. ............................... 14

Figura 3: Assentamento inercial das partículas no fluxo gasoso. .............................. 16

Figura 4: Situação de amostragem sub isocinética. .................................................. 17

Figura 5: Situação de amostragem superior a isocinética. ........................................ 18

Figura 6: Situação de amostragem isocinética. ......................................................... 19

Figura 7: Esquema simplificado da unidade experimental. ....................................... 20

Figura 8: Posições dos bicos injetores de água no ciclone úmido. ........................... 21

Figura 9: Ciclone modificado com os bicos pulverizadores e o selo hidráulico. ........ 22

Figura 10: Unidade experimental. ............................................................................. 23

Figura 11: Sistema de aquecimento do fluxo gasoso. ............................................... 24

Figura 12: Sistema de alimentação de material particulado. ..................................... 25

Figura 13: Sistema de fornecimento de água. ........................................................... 26

Figura 14: Distribuição granulométrica do material particulado. ................................ 27

Figura 15: Sonda de amostragem. ............................................................................ 28

Figura 16: Conjunto de suporte para o filtro de membrana. ...................................... 28

Figura 17: Configurações testadas para o duto de saída do ciclone. ........................ 32

Figura 18: Configuração final do duto de saída superior do ciclone. ......................... 33

Figura 19: Perfil de velocidades no duto de entrada. ................................................ 34

Figura 20: Perfil de velocidades no duto de saída superior. ...................................... 35

Figura 21: Membranas após as coletas na entrada (a) e saída (b) do ciclone. ......... 36

4

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Emissão da queima do bagaço em caldeiras. ........................................... 12

Tabela 2: Proporção geométricas para tipos de ciclones. ......................................... 14

Tabela 3: Dimensões do ciclone tipo Stairmand utilizado. ........................................ 21

Tabela 4: Rocha fosfática, 25 μm, perda de carga na entrada de 100 mmH2O. ....... 36



Tabela 7: Fuligem, perda de carga na entrada de 300 mmH2O. ............................... 38

Tabela 8: Fuligem, perda de carga na entrada de 500 mmH2O. ............................... 38

Tabela 9: Rocha fosfática, 25 μm. ............................................................................. 39

Tabela 10: Fuligem, 9 μm. ......................................................................................... 39

Tabela 11: Rocha fosfática, 5 μm. ............................................................................. 40

Tabela 12: Análise granulométrica e eficiência para a rocha fosfática, 25 μm. ......... 41

Tabela 13: Análise granulométrica e eficiência para a fuligem, 9 μm. ....................... 41

Tabela 14: Análise granulométrica e eficiência para a rocha fosfática, 5 μm. ........... 42

Tabela 15: Análise dos bicos injetores de água para a fuligem. ................................ 43

Tabela 16: Análise granulométrica e eficiência para a fuligem.................................. 43

5

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 6

2. OBJETIVO ............................................................................................................... 8

3. JUSTIFICATIVA ....................................................................................................... 8

4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................................... 9

4.1. BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR .............................................................................. 9

4.2. COGERAÇÃO DE ENERGIA ...................................................................................... 9

4.3. MATERIAL PARTICULADO ..................................................................................... 11

4.4. CONTROLE DA POLUIÇÃO AMBIENTAL ................................................................... 12

4.5. SEPARADORES CICLÔNICOS................................................................................. 13

4.6. CICLONE ÚMIDO .................................................................................................. 15

4.7. COLETA DO MATERIAL PARTICULADO.................................................................... 15

4.8. AMOSTRAGEM ISOCINÉTICA ................................................................................. 17

5. MATERIAIS E MÉTODOS...................................................................................... 20

5.1. UNIDADE EXPERIMENTAL ..................................................................................... 20

5.2. ALIMENTAÇÃO DE AR ........................................................................................... 22

5.3. SISTEMA DE AQUECIMENTO.................................................................................. 23

5.4. SISTEMA DE FORNECIMENTO DE MATERIAL PARTICULADO ..................................... 24

5.5. SISTEMA DE FORNECIMENTO DE ÁGUA ................................................................. 25

5.6. MATERIAL PARTICULADO E DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA ................................ 26

5.7. AMOSTRAGEM ISOCINÉTICA ................................................................................. 27

5.8. EFICIÊNCIA.......................................................................................................... 30

6. RESULTADOS ....................................................................................................... 32

6.1. ADAPTAÇÕES DO DUTO DE SAÍDA ......................................................................... 32

6.2. PERFIS DE VELOCIDADE ....................................................................................... 34

6.3. OPERAÇÃO A SECO ............................................................................................. 35

6.4. OPERAÇÃO A ÚMIDO ............................................................................................ 38

6.5. ANÁLISE DOS BICOS INJETORES DE ÁGUA ............................................................. 42

7. CONCLUSÃO ........................................................................................................ 45

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

9. ANEXO .................................................................................................................. 49

6

1. INTRODUÇÃO

O Brasil foi pioneiro na produção de etanol em larga escala a partir de

biomassas, tendo início na década de 1970 com o Programa Nacional do Álcool

(Proálcool), que aumentou o uso do etanol no território brasileiro devido à

implementação de automóveis movidos a álcool etílico e um maior teor de etanol na

mistura com gasolina.

A matéria-prima utilizada no Brasil é a cana-de-açúcar e o bagaço é o

principal subproduto gerado no processo nas indústrias sucroalcooleiras. Uma

alternativa encontrada para seu uso foi a queima em caldeiras, o que possibilitou,

que as indústrias sucroalcooleiras atendessem suas demandas energéticas, tanto

térmicas quanto mecânicas e elétricas, tornando-as autossuficientes.

Contudo, tal queima produz, entre outros poluentes, uma grande quantidade

de material particulado que quando emitidos para o ar podem ocasionar sérios

problemas ambientais e causar riscos para a saúde de animais e a do homem.

O material particulado constitui basicamente de poluentes como: poeiras,

fumaças e quaisquer materiais sólidos ou líquidos de tamanho reduzido que

permanecem em suspensão na atmosfera. Esses materiais poluentes são emitidos

principalmente por veículos, atividades industriais e reações de combustão, como a

queima de biomassas.

Tal material sólido tem sido um problema para as indústrias sucroalcooleiras,

devido às normas regulatórias de emissão de poluentes cada vez mais rígidas,

fazendo com que as usinas de açúcar e álcool tenham que se adequar rapidamente

para não terem prejuízos legais e financeiros.

Os equipamentos empregados para a limpeza de gases se enquadram em

cinco categorias principais: câmaras gravitacionais, ciclones, lavadores, filtros e

precipitadores eletrostáticos, divididas de acordo com a eficiência na coleta de

particulados e no modo de funcionamento (ALMEIDA FILHO, 2008).

7

Uma alternativa para a separação dos materiais particulados é a utilização

do ciclone, sendo este amplamente utilizado no tratamento de efluentes gasosos na

indústria, além de apresentar vantagens aos demais purificadores de gases, como o

baixo custo e operação e simplificada. Contudo sua eficiência em relação a

partículas menores não é muito elevada, característica melhorada com a introdução

de pulverizadores, no chamado ciclone úmido, equipamento que começa

recentemente a ser introduzido nas usinas, e é o foco de estudo nesta pesquisa.

8

2. OBJETIVO

O projeto visa obter a eficiência da coleta de material particulado presente

em um fluxo de ar através de um ciclone úmido construído. Assim, objetiva-se e

analisar as influências da vazão do gás, a vazão e o diâmetro do particulado, a

vazão de água e os bicos injetores de água no sistema, para obter a condição para a

máxima eficiência na limpeza do gás, além de comparar os valores encontrados

para a operação do ciclone a seco e a úmido.

3. JUSTIFICATIVA

Devido ao grande volume de material particulado emitido pelas indústrias

sucroalcooleiras com a queima do bagaço da cana-de-açúcar para o processo de

cogeração de energia para o próprio funcionamento da planta industrial, bem como a

conversão e venda de excedente da energia elétrica para as concessionárias, há a

necessidade de controlar e reduzir essa emissão ao meio ambiente.

As partículas provenientes da queima são fortemente prejudiciais à saúde

humana, afetando a qualidade de vida dos indivíduos e causando complicações em

todo trato respiratório. Além disso, as indústrias estão sujeitas às legislações

regulatórias de emissão de poluentes e seu descumprimento acarreta pesadas

multas.

Assim, o controle de material particulado pode ser feito com a utilização do

ciclone, que é um equipamento de baixo custo, de fácil operação e manutenção

simples, sendo muito empregado para separar material particulado com mais de

10μm. Com a instalação de pulverizadores de água em sua estrutura, o

equipamento apresenta uma melhora em sua eficiência em relação às partículas

menores, fato que será o estudo no dado trabalho.

9

4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

4.1. Bagaço de Cana-de-Açúcar

O bagaço da cana-de-açúcar é o principal subproduto sólido gerado pela

usina sucroalcooleira, produzido em uma taxa de cerca de 240 a 280 kg de bagaço

por tonelada de cana processada. Esta biomassa apresenta uma composição média

após a extração do caldo pelas moendas de 46% em fibras, 50% em água e 4% de

sólidos dissolvidos, e é amplamente destinada ao processo de cogeração de energia

pelas usinas no Brasil (CGEE, 2009).

4.2. Cogeração de Energia

No processamento industrial da cana para a produção do açúcar e do etanol

é necessária energia térmica para os processos de aquecimento e concentração,

energia mecânica nas moendas e demais sistemas de acionamento direto, tais como

bombas e ventiladores, bem como energia elétrica para o bombeamento, sistemas

de controle e iluminação, dentre outras necessidades dos processos.

Desse modo, um aspecto fundamental na produção rentável de açúcar e

etanol a partir da cana-de-açúcar constituí a utilização do bagaço da cana na

geração de energia.

Assim, para atender as demandas energéticas requeridas pela usina, o

bagaço é empregado como único combustível nas caldeiras a vapor, em um

processo denominado de cogeração de energia. Esse processo é responsável por

fornecer toda a demanda e ainda restar um excedente de energia que varia entre 0 a

10%, cujo destino pode ser a venda para concessionárias de energia, sendo mais

uma forma de lucro para as sucroalcooleiras (CGEE, 2009).

Além dos fatores mencionados, a produção interna de energia com a queima

do bagaço apresenta mais de vantagens que justificam sua implementação em

praticamente todas as usinas, tais como a maior estabilidade do fornecimento

10

energético e a possibilidade ser inserida no Mercado Internacional de Crédito de

Carbono, pois é usado matéria-prima renovável como combustível em substituição

ao óleo de origem fóssil (DIAS,2008).

Na cogeração de energia, o vapor deixa a caldeira a uma pressão de 22 bar

e a uma temperatura de 300°C, então o gás é enviado a turbinas de compressão

onde sofre uma expansão até atingir uma pressão de 2,5 bar. Nesse processo, o

vapor a elevada pressão é responsável por acionar os equipamentos mecânicos

como moendas, picadores, desfibradores e bombas, além de possibilitar o

acionamento das turbinas dos geradores de energia elétrica (CGEE, 2009).

Ademais, o vapor a baixa pressão resultante, denominado vapor de escape,

é saturado e possibilita o fornecimento de toda a energia térmica dos processos de

produção de açúcar e bioetanol, como mostra a Figura 1 (CGEE, 2009).

Figura 1: Esquema da cogeração na indústria sucroalcooleira.

Fonte: SEABRA (2008)1

1 SEABRA, J. E. A. Análise de opções tecnológicas para uso integral da biomassa

no setor de cana-de-açúcar e suas implicações. Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas-SP, 2008.

11

4.3. Material Particulado

Em geral, o material particulado pode ser determinado como sendo

partículas com diâmetro médio entre 0,1 e 100 μm em suspensão na atmosfera e

são constituídos de poeiras, fumaças e todo tipo de material sólido e líquido. Entre

os principais problemas relacionados a essas partículas emitidas ao meio ambiente

estão as interferências em aspectos ambientais, como piorar a visibilidade em certas

localidades, o que pode comprometer a qualidade de vida das populações

(ALMEIDA FILHO, 2008).

Ademais, o material particulado pode ser classificado como partículas totais

em suspensão (PTS), partículas com diâmetro aerodinâmico médio menor que 50

μm, partículas inaláveis (MP10), com diâmetro aerodinâmico médio inferior a 10 μm,

e ainda há as partículas inaláveis finas, denominadas PM2,5, com diâmetro inferior a

2,5 μm. Esta última classificação, as suspensões no ar apresentam um elevado

potencial de provocar danos à saúde, pois são capazes de se alojarem

profundamente nos tecidos celulares ao longo do sistema respiratório. Isto ocorre

devido às suas pequenas dimensões, podendo atingir inclusive os alvéolos

pulmonares e causar inflamações e uma série de problemas respiratórios ao homem

(Cetesb).

Na classificação dos principais poluentes emitidos no ar ainda existe dentro

dos materiais particulados a fumaça (FMC), resultando de processos de combustão.

E além disso, são classificadas as concentrações de dióxido de enxofre (SO2),

monóxido de carbono (CO), ozônio (O3), hidrocarbonetos (HC), e óxidos de

nitrogênio (NOx) (Cetesb).

Assim, a queima do bagaço de cana-de-açúcar nas caldeiras gera como um

dos resíduos a fuligem, que é emitida ao ambiente em suspensão no efluente

gasoso, e é necessário o seu rígido controle visando o seu mínimo impacto na

saúde humana.

A Tabela 1 mostra os fatores de emissão de poluentes para a combustão do

bagaço em caldeiras, em especial o material particulado PTS e MP10, por massa de

vapor gerado e por massa de bagaço queimado nas caldeiras. Além disso, como

12

uma estimativa da coleta desses particulados por separadores comumente

empregados nas usinas.

Tabela 1: Emissão da queima do bagaço em caldeiras.

Poluente g poluente/ kg vapor g poluente/ kg bagaço

Material particulado (PTS)

- Sem controle

- Controlado

Ciclones

Lavadores de gás

3,9

2,1

0,4

7,8

4,2

0,8

Material particulado (MP10)

- Controlado

Lavadores de gás

0,34

0,18

CO2

- Não Controlado

390

780

NOx

- Não controlado

0,3

0,6

Hidrocarbonetos

- Não controlado

2,5.10-4

5,0.10-4

Fonte: EPA, 19952 apud. LORA, 2000

4.4. Controle da Poluição Ambiental

O Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) é o órgão do Ministério

do Meio Ambiente que tem por atribuição regulamentar e definir normas para o

controle e manutenção da qualidade dos recursos naturais, entre eles, das águas,

do solo e do ar. Desse modo, o CONAMA estabelece padrões nacionais de emissão

para processos de geração de calor e conversão de energia térmica, aspecto que

engloba o processo de cogeração de energia pela queima do bagaço.

2 Environmental Protection Agency (EPA), Compilation of air pollutant emission

factors. 1995.

13

Ainda, no âmbito estadual, há órgãos cuja função é controlar, fiscalizar e

monitorar as fontes de geração de poluentes. No Estado de São Paulo esse órgão é

representado pela Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (Cetesb), que

apresenta normas próprias, tendo que estar em pleno acordo com as estabelecidas

pelo CONAMA ou sendo mais restritivo (www.cetesb.sp.gov.br).

4.5. Separadores Ciclônicos

Os ciclones apresentam baixo custo de instalação, construção e

dimensionamento simples, além de serem de fácil operação e manutenção. Além

disso, são comumente empregados na coleta de materiais particulado ou fibroso e

podem ser usados para gases a elevadas temperaturas (MACINTYRE, 1990).

No equipamento, o gás entra tangencialmente ao topo do ciclone e gera um

fluxo helicoidal decrescente periférico até atingir ao trecho inferior do cone, a qual

em seguida retorna como um fluxo helicoidal ascendente central em direção ao topo,

saindo pelo duto de saída como gás limpo (MESQUITA, et al., 1988).

Assim, a força centrífuga decorrente do movimento espiral faz com que as

partículas sólidas sejam arremessadas em direção às paredes, e separado do fluxo

gasoso escoante. Nas paredes do ciclone, o material particulado é então depositado

e pela ação da gravidade caem na parte inferior do ciclone e são coletadas

(MACINTYRE, 1990).

Segundo Lee, et al. (2008), os ciclones simples são muitos utilizados como

pré-limpadores para partículas como diâmetros aerodinâmicas maiores de 10 μm, e

de um modo geral, sua eficiência para partículas em torno de 25 μm se aproxima de

90%. Já essa eficiência cai consideravelmente, em relação a particulados em torno

de 5 μm de diâmetro aerodinâmico.

No mesmo sentido, em Macintyre (1990), os ciclones apresentam um baixo

rendimento para tamanhos de partículas pequenas, inferiores a 5 μm, sendo as

forças centrífugas suficientes para a purificação dos gases, e muitas vezes, o seu o

14

seu emprego é feito anteriormente a outro separador. Ademais, podem desgastam-

se rapidamente com consequência da dureza e alta velocidade da poeira.

Entre os de ciclone empregados, três tipos de ciclones são Stairmand, Swift

e Lapple, cujas proporções geométricas em função do diâmetro do ciclone (D) são

apresentadas na Tabela 2. Já o esquema de um ciclone de entrada tangencial é

mostrado na Figura 2, descrevendo as dimensões das estruturas do ciclone.

Tabela 2: Proporção geométricas para tipos de ciclones.

Tipo a/D b/D De/D S/D h/D H/D B/D

Stairmand 0,50 0,20 0,50 0,50 1,50 4,00 0,38

Swift 0,44 0,21 0,40 0,50 1,40 3,90 0,40

Lapple 0,50 0,25 0,50 0,63 2,00 4,00 0,25

Fonte: Acervo pessoal

Figura 2: Esquema das dimensões geométricas de um ciclone.

Fonte: Acervo pessoal.

15

4.6. Ciclone Úmido

O ciclone úmido se trata de um ciclone simples em que é adaptado um

sistema de pulverização de água, visando aumentar a eficiência de coleta do

material particulado. Dessa maneira, as partículas sólidas separadas do gás

escorrem em direção a porção inferior do ciclone, local em que ocorre a coleta na

forma de lama, ou seja, a água mais o material particulado (MACINTYRE, 1990).

Segundo Majewski (2006), a água injetada no sistema tem por finalidade

aglomerar o particulado, o que resulta em uma melhor separação no ciclone úmido,

tendo este uma elevada eficiência para partículas menores que 10 μm, podendo ser

comparada à de um precipitador eletrostático. A injeção da água pulverizada no

ciclone cria um filme de água nas paredes internas do ciclone e com isso elimina o

ricocheteamento das partículas, que podem ocorrer no ciclone simples e diminui a

eficiência de coleta.

Ademais, segundo Yang e Yoshida (2004), a eficiência do ciclone úmido

depende do método de injeção do líquido, o tamanho da gota, a distribuição espacial

do fluxo do líquido e da quantidade de movimento inicial da gota.

4.7. Coleta do Material Particulado

As forças que atuam na separação das partículas sólidas no fluxo gasoso no

ciclone são a força gravitacional e, principalmente, a força inercial centrifuga.

Contudo, estas são insuficientes para remover as partículas do fluxo gasoso pelo

pequeno tamanho das partículas (MESQUITA, et al., 1988).

Desta forma, segundo Holzer (1985), com aglomeração das partículas em

gotas de água pulverizadas, ocorre um aumento da massa e do diâmetro fazendo

com que seja elevado a eficiência na separação. Os mecanismos de separação do

material particulado ocorrem em três etapas, são eles: a condução até o contato das

partículas com as gotas do líquido; a retirada das partículas das gotas e a separação

em conjunto com as gotas.

16

Segundo Mesquita, et al., os mecanismos envolvidos na separação

decorrente dos corpos coletores são: a impactação inercial, considerando a massa e

portanto a inércia das partículas; a intercepção, no qual é levado em conta somente

o tamanho das partículas; e difusão, sendo significante para diâmetros inferiores a 1

μm, pois estes seguem as linhas de fluxo do gás ao redor do corpo coletor.

Segundo Park e Lee (2009), nos ciclones úmidos, partículas menores que

0,1 μm podem ser coletadas eficientemente através das gotas pela difusão

browniana, enquanto que as partículas maiores que 1 μm tem a impactação inercial

e a interceptação como os principais mecanismos.

Contudo, segundo Holzer, em estudos realizados, a difusão do particulado

nas gotas é pouco significativa para a pulverização, sendo o mais relevante a

aglomeração em sua superfície. Ademais, os mecanismos de assentamento das

partículas nas gotas de líquido são: inercial, agarramento e difusão.

Partículas de poeira conduzidas até o contato com as gotas pulverizadas do

líquido, principalmente em um processo de colisão por impacto, onde a força de

inércia é um fator preponderante, quanto maior, maior eficiência na retenção. De

forma oposta, as partículas pequenas seguem o escoamento do fluxo gasoso em

torno das gotas, tendo a sua separação majoritária decorrente de efeitos secundários.

Portanto, ainda segundo Holzer, o assentamento inercial é o principal mecanismo de

assentamento na gota e proporciona a separação do particulado e a limpeza do gás.

O deslocamento da partícula sólida no fluxo gasoso é visto na Figura 3, em

que ocorre o assentamento desta na gota do líquido devido à inercia da partícula.

Figura 3: Assentamento inercial das partículas no fluxo gasoso.

Fonte: MAJEWSKI, 2006

17

4.8. Amostragem Isocinética

A amostragem isocinética consiste na coleta de material particulado

presente no fluxo gasoso, tendo a velocidade de aspiração a ser impressa pelo

equipamento de medida igual à velocidade com que os gases passam pelo local

onde ocorre a coleta.

A utilização de um conjunto de tubos, sondas, bomba de vácuo e termopares

possibilitam o controle das condições nos dutos ou chaminés e a coleta isocinética

do particulado, pois, com a área transversal do bocal da sonda e do controle de

vazão de gás calcula-se a velocidade da amostragem. Desse modo, obtêm-se uma

fração representativa do fluxo total de partículas no sistema em análise.

Nos sistemas em análise somente poderão ocorrer três situações de

amostragem diferentes, velocidade menor, igual ou superior ao registrado no gás no

interior do duto (ESMANHOTO, 2010).

Segundo Almeida Filho (2008), caso a velocidade de sucção do fluxo gasoso

seja menor em relação ao fluxo da tubulação as linhas do fluxo divergem do bocal

da sonda, mais partículas maiores serão coletadas do que existiria na realidade, isto

pois parte do fluxo é desviado do bocal, como pode ser visto na Figura 4.

Figura 4: Situação de amostragem sub isocinética.

Fonte: ALMEIDA FILHO, 2008

Com isso as partículas menores, por ter pouca inércia, seguem melhor os

desvios do fluxo gasoso, desse modo, apresentam uma captação mais difícil no

18

bocal. Já as partículas maiores possuem uma maior massa e inércia, com isso não

apresentam uma rápida resposta aos desvios existentes dos gases que os

conduzem. Assim, tem-se uma coleta maior proporcionalmente no total da amostra

para estas na amostragem sub-isocinética.

Caso a velocidade de aspiração pela bomba seja maior que a do fluxo na

tubulação as linhas do fluxo convergem para dentro do bocal. Esta condição da

amostragem super-isocinética é ilustrado pela Figura 5.

Assim, ainda em Almeida Filho (2008), a composição da amostragem

coletada apresenta um número maior de partículas menores, pois estas mudam sua

direção mais facilmente devido à menor massa e inércia, em comparação a

composição real de material particulado no gás injetado.

Figura 5: Situação de amostragem superior a isocinética.


Por fim, quando a velocidade de aspiração dos gases no bocal,

proporcionado pela bomba de vácuo, for igual à velocidade pontual registrada pelo

gás na tubulação, ocorrerá a amostragem isocinética. Então, esta amostragem é

caracterizada pela coleta do particulado cuja trajetória coincide com a área do bocal

da sonda, conforme apresentado pela Figura 6. Portanto, nesta condição, a coleta é

representativa para o fluxo real do sistema (ESMANHOTO, 2010).

19

Figura 6: Situação de amostragem isocinética.


20

5. MATERIAIS E MÉTODOS

A seguir estão listados todos os equipamentos e materiais empregados, bem

como os métodos empregados na a realização dos experimentos.

5.1. Unidade Experimental

O sistema experimental montado no Laboratório Didático do Departamento

de Engenharia Química (DEQ) da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar)

constituiu-se basicamente por um sistema de alimentação de material particulado,

soprador, ciclone com bicos injetores de água, sistema de aquecimento e conjunto

de fornecimento de água, conforme mostra a Figura 7.

Figura 7: Esquema simplificado da unidade experimental.


A Tabela 3 representa as dimensões do ciclone tipo Stairmand e de entrada

tangencial que foi empegado no trabalho. Além disso, as posições dos oito bicos

injetores de água em sua estrutura, sendo quatro na porção superior e quatro

localizados no cilindro lateral do ciclone, estão mostradas na Figura 8.

21

Tabela 3: Dimensões do ciclone tipo Stairmand utilizado.

H 0,35

D 0,23

H 0,93

B 0,09

De 0,12

S 0,12

A 0,12

B 0,05


Figura 8: Posições dos bicos injetores de água no ciclone úmido.


Ademais, foi construído um selo hidráulico, uma estrutura cilíndrica em

acrílico contendo uma válvula a fim de permitir o acúmulo da lama.

O ciclone úmido montado no laboratório está apresentado na Figura 9 a

seguir:

22

Figura 9: Ciclone modificado com os bicos pulverizadores e o selo hidráulico.


5.2. Alimentação de Ar

A vazão corrente de ar foi fornecida pelo soprador da marca WEG de 60 Hz,

3500 rpm e 5,5 kW, cuja vazão pode ser calculada através de uma placa de orifício

situada da tubulação que conduzirá ao ciclone, anteriormente ao aquecimento. A

Figura 10 retrata o sistema de alimentação do gás, bem como a unidade

experimental.

Os ajustes na vazão do ar são feitos com o auxílio de válvulas na tubulação

de entrada e usando o anemômetro KIMO tipo MP200 para medir as quedas de

pressão, sendo os valores estabelecidos no trabalho de 100, 300 e 500 mmH2O.

Além disso, a calibração da placa de orifício para a vazão volumétrica a

temperatura ambiente tinha uma equação ajustada dado por:

𝑄𝑎𝑟 = 0,35. √∆ℎ (1)

23

onde 𝑄𝑎𝑟 é a vazão volumétrica do ar em m3.min-1 e ∆ℎ é a variação da altura da

coluna de um manômetro de água em cm.

Figura 10: Unidade experimental.


5.3. Sistema de Aquecimento

O sistema de aquecimento é composto por dois transformadores variadores

de voltagem da marca STP tipo VM-230, que por intermédio de resistências

promove o aquecimento do fluxo gasoso até a temperatura desejada. A ilustração do

sistema é apresentada na Figura 11.

Nos experimentos, com o objetivo de aproximar as condições encontradas

nas indústrias, a temperatura do fluxo de ar na entrada do ciclone foi fixada em

90°C, cuja temperatura e umidade foram mensuradas com o equipamento

HygroPalm da marca Rotronic.

24

Figura 11: Sistema de aquecimento do fluxo gasoso.


5.4. Sistema de Fornecimento de Material Particulado

O sistema alimentação de material particulado é composto por um prato

rotatório contendo uma canaleta, um controlador de rotação da marca Varired

modelo D0510/65 que permite regular a vazão do particulado injetado no sistema, e

um reservatório cônico contendo um vibrador. Definiram-se três porcentagens da

rotação máxima para o prato (100%) a serem analisadas nos experimentos, de 45,

50 e 65%.

Além destes equipamentos, é empregado ainda uma fonte de ar comprimido

em que a pressão manométrica é mantida como um padrão para todos os

experimentos de 50 kgf/cm² a fim de assegurar as mesmas condições e sendo

suficiente para arrastar o particulado.

Como é observado na Figura 12, o material particulado é mantido no

reservatório e a canaleta é preenchida através do movimento de vibração e do

deslocamento do prato rotatório. Deste modo, ao atingir a região de sucção, o

25

material é arrastado pela diferença de pressão causada pelo ar comprimido na

mangueira, sendo então ambos enviados para dentro do duto de entrada do ciclone.

Figura 12: Sistema de alimentação de material particulado.


5.5. Sistema de Fornecimento de Água

O sistema de fornecimento de água para o sistema constituirá de uma

bomba WEG modelo 56B0382 – 0,75CV, regime contínuo, um reservatório de água,

rotâmetro para água Applitech modelo AP3500 e oito tubos, contendo em cada uma

válvula para distribuição da água para os oito bicos pulverizadores. Assim, pela

regulagem das válvulas e do reciclo é possível se estabelecer a vazão de água que

é enviado aos bicos através do rotâmetro, como representado pela Figura 13.

26

Figura 13: Sistema de fornecimento de água.


5.6. Material Particulado e Distribuição Granulométrica

Nos experimentos, a princípio seriam utilizados somente a fuligem

proveniente da combustão do bagaço da cana-de-açúcar nas caldeiras da indústria

sucroalcooleira. Contudo, devido à baixa disponibilidades do material no laboratório

e as dificuldades encontradas em obtê-lo diretamente das usinas, optou-se por usar

também o pó de rocha fosfática como material particulado.

Desse modo, os materiais foram cominuídos em um moinho de bolas, sendo

a fuligem reduzida a um diâmetro de corte de 50% por difusão a laser de cerca de 9

μm e a rocha fosfática em dois diferentes diâmetros, de 25 e 5 μm.

Para a mediação da granulometria foi utilizado o Malvern Mastersizer

Microplus, localizado no Laboratório de Controle Ambiental do DEQ/UFSCar. O

equipamento utiliza a difração a laser para medir a distribuição de tamanho das

partículas, consistindo em um feixe de laser emitido e, ao atingir as partículas em

suspensão, ocorre uma variação angular na intensidade da luz. O valor da dispersão

27

é medido pela técnica de espalhamento de luz laser de baixo ângulo (LALLS – Low

Angle Laser Scattering) e está relacionado ao tamanho das partículas, sendo o

diâmetro calculado como o de uma esfera de volume equivalente aos dados obtidos

(ROCHA, 2010).

Assim, nas análises granulométricas das partículas coletas para cada

condição pelo ciclone úmido, foram retiradas alíquotas da lama em um béquer e

enviadas ao Malvern. O resultado gerado é a distribuição granulométrica conforme

exemplificado pela Figura 14, e determina também o diâmetro de corte de 50% (D0,5)

dado pela intersecção da linha da distribuição acumulativa (azul) com a linha

tracejada equivalente a 50%.

Figura 14: Distribuição granulométrica do material particulado.


5.7. Amostragem Isocinética

A pesquisa utilizará a amostragem isocinética a fim os dados representem o

fluxo real com maior exatidão e assim obter o teor de material particulado no gás.

O sistema conta com duas bombas de vácuo da marca Milipore de 60 Hz,

com tubos conectores para sua interligação, e com a auxílio de um suporte universal

Particle Diameter (um.)

Volume (%)

0

10

20

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0

28

e um rotâmetro de vidro para ar, da marca Gilmont modelo 40136, é feito o ajuste da

vazão aspirada no interior das tubulações e garantir a condição isocinética.

A coleta do material é feita por uma sonda de amostragem de bocal circular,

cujo diâmetro era igual a 𝜑𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 = 4 𝑚𝑚, como é mostrado na Figura 15. Acoplada a

ela tem-se um suporte para filtro de membrana com vedações de plástico e

parafusos para afixação, impedindo o ar de escapar, conforme indicado pela Figura

16.

Figura 15: Sonda de amostragem.


Figura 16: Conjunto de suporte para o filtro de membrana.

Fonte: Cerda, 2004

29

Segundo Cerda (2004), para ajustar a velocidade no bocal da sonda,

calculou-se a vazão de sucção do gás pela bomba de vácuo de modo a atingir a

condição isocinética. Para isso, utilizou-se a relação:

𝑣𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 = 𝑣𝑡𝑢𝑏𝑜 (2)

Onde 𝑣𝑡𝑢𝑏𝑜 corresponde à velocidade pontual do gás na tubulação, podendo

ser referente a entrada ou a saída superior. Esta velocidade foi determinada pelo

micro manômetro da marca Furness Controls modelo FCO12 com a auxílio de um

tubo de Pitot posicionado e fixado por um suporte existente nas tubulações em um

ponto determinado da amostragem isocinética.

Por sua vez, 𝑣𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 corresponde à velocidade de sucção na seção

transversal do bocal da sonda. Como este valor já estava definido segundo a

velocidade pontual do fluxo gasoso, calculou-se a vazão volumétrica que deveria ser

empregada no bocal da sonda (𝑄𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎) segundo a equação 3, uma vez que se

conhece a área transversal do bocal da sonda (𝐴𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎).

𝑄𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 = 𝑣𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 . 𝐴𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 (3)

𝑄𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎

𝐴𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎= 𝑣𝑡𝑢𝑏𝑜 (4)

Desse modo, a sonda foi inserida até o ponto de amostragem isocinética e

afixada, na entrada do ciclone e na saída superior do gás tratado. Então, o fluxo de

gás aspirado passa pelo conjunto de filtração ocorrendo a retenção do material

particulado na membrana e deixando passar ar livre do sólido. Os experimentos

foram realizados em duplicata tanto na entrada quanto na saída, e a membrana

utilizada foi da marca Millipore tipo GS em éster de celulose 0,22 μm de poro e 47

mm de diâmetro e o tempo das amostragens foi de 5 minutos para todos os ensaios

experimentais.

Anteriormente as pesagens das membranas, tanto antes quanto após as

amostragens, os filtros de membranas foram mantidos em uma estufa com

temperatura de 60ºC por um intervalo de 24 horas. Isto a fim de secar a umidade

absorvida pela membrana pelo próprio ambiente e pelo fluxo gasoso no ciclone, e

também, para aplicar a mesma metodologia para todos os ensaios.

30

Nas pesagens foi utilizado a balança analítica de cinco casas decimais da

marca Mettler Toledo tipo XS205 dual range. Ainda, visando reduzir a influência da

eletricidade estática existente na superfície da membrana, também foi empregado o

eliminador de cargas estáticas da marca HAUG tipo PRX U SET small. Com este

excesso de cargas removido anteriormente a cada pesagem, obteve-se medidas

mas precisa das massas desejadas.

5.8. Eficiência

Segundo Almeida Filho (2008), o cálculo da eficiência total do equipamento

(𝜂) na limpeza de efluentes gasosos é dado pela equação 5, a seguir:

𝜂 =𝐶0 − 𝐶𝑠

𝐶0= 1 −

𝐶𝑠

𝐶0 (5)

onde 𝐶0 é a concentração inicial de particulados no fluxo gasoso de entrada (g.m-3);

𝐶𝑠 é a concentração final de particulados no fluxo gasoso de saída (g.m-3).

Considerando a definição da concentração (𝐶) dentro das tubulações, pela

seguinte equação 6.

𝐶 =𝑚

𝑄. 𝑡 (6)

onde 𝑚 é a massa coleta durante a amostragem (g); 𝑄 é a vazão volumétrica do

fluxo (m-3.s-1); e 𝑡 é o tempo de amostragem (s).

As equações das concentrações na entrada e na saída superior do ciclone

são dadas pelas equações 7 e 8.

𝐶0 =∆𝑚𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎0

𝑄𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎0. 𝑡

(7)

𝐶𝑠 =∆𝑚𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 𝑠

𝑄𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 𝑠. 𝑡

(8)

31

onde ∆𝑚𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 0 e ∆𝑚𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎𝑠

são as diferenças de massa das amostragens antes e

após as amostragens isocinéticas, respectivamente na entrada e na saída superior

do ciclone (g); 𝑄𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 0 e 𝑄𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 𝑠

são as vazões volumétricas de gás no fluxo na

entrada e na saída superior, respectivamente (m3.s-1).

Por sua vez, como os tempos de amostragem são mesmos nos

experimentos efetuados, resulta na equação da eficiência do equipamento na coleta

de material particulado, dada por:

𝜂 = 1 − (∆𝑚𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎𝑠

∆𝑚𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 0

) . (𝑄𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 0

𝑄𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 𝑠

) (8)

32

6. RESULTADOS

6.1. Adaptações do Duto de Saída

Para que a metodologia da amostragem isocinética fosse possível de ser

empregada, foi necessário avaliar o perfil de velocidades tanto no duto de entrada

quanto no duto de saída superior.

Dessa maneira, foi analisado o comportamento do fluxo de gás,

principalmente em relação ao duto superior e as configurações deste testados, como

apresentado na Figura 17.

Figura 17: Configurações testadas para o duto de saída do ciclone.


A configuração inicial proposta para o duto superior foi um cilindro uniforme

com o mesmo diâmetro da saída superior do ciclone de 12 cm, conforme ilustrada

através da Figura 17 (a). Contudo, após levantar o perfil de velocidades através de

33

um tubo de Pitot, notou-se a existência de vórtex em decorrência do movimento

ciclônico do fluxo gasoso que se manteve ao longo no duto. Portanto, tal

comportamento não era apropriado para a metodologia da amostragem isocinética e

buscou-se outra alternativa.

Uma segunda configuração testada, sendo construído outro duto com uma

redução do diâmetro interno do tubo para 6 cm, equivalente à metade da saída

superior do ciclone, conforme mostrado na Figura 17 (b). Na análise do perfil de

velocidades, mais uma vez foi registrado a existência de vórtex ao longo da

tubulação.

Por fim, optou-se por aumentar o comprimento do duto e também

implementar um cotovelo de 90°, conforme ilustrado pela configuração final na

Figura 18. Desta configuração, não houve a formação de vórtex e o perfil de

velocidades encontrado foi adequado à amostragem isocinética.

Figura 18: Configuração final do duto de saída superior do ciclone.


O duto horizontal construído teve 11 cm de diâmetro interno e 130 cm de

comprimento. Além disso, o orifício de amostragem foi situado a 112 cm do cotovelo

de 90° devido ao estudo dos perfis de velocidade ao longo da distância, estando

completamente desenvolvido neste ponto.

34

6.2. Perfis de Velocidade

Para a configuração final do equipamento, mediu-se as velocidades pontuais

do fluxo gasoso em função da posição, com o auxílio de um anemômetro e um tubo

de Pitot. Assim, obteve-se o perfil de velocidades no duto de entrada, cujo diâmetro

era de 5,5 cm, na posição imediatamente anterior a conexão ao ciclone. O passo

empregando foi de 1 cm, da extremidade do tubo contendo o orifício até o seu

oposto a 5,5 cm.

Então, foram medidas as velocidades para as vazões dadas pelas perdas de

carga de 100, 300 e 500 mmH2O, e para as temperaturas ambientes e a temperatura

de 90°C. Os resultados encontrados são apresentados na Figura 19 a seguir:

Figura 19: Perfil de velocidades no duto de entrada.


O mesmo procedimento foi realizado para o duto de saída, do orifício de

amostragem até a extremidade oposta a 11 cm, tendo 1 cm de passo. Os resultados

obtidos são apresentados na Figura 20.

35

Figura 20: Perfil de velocidades no duto de saída superior.


Desse modo foi possível determinar o ponto de amostragem, como sendo

pertence a um trecho com velocidade constante, resultando em um menor erro no

procedimento de amostragem. Portanto, pela análise dos dois gráficos plotados,

assumiu-se como ponto de amostragem no duto de entrada o ponto a 2 cm do

orifício, e para o duto de saída superior, a 9 cm do orifício de amostragem.

6.3. Operação a Seco

A partir da metodologia descrita anteriormente, realizou-se as coletas do

material particulado a fim de se obter a eficiência. A Figura 21 ilustra o

procedimento, na entrada (a) em que há uma maior concentração do material na

membrana, e na saída (b) no qual a concentração retida é consideravelmente

menor.

36

Figura 21: Membranas após as coletas na entrada (a) e saída (b) do ciclone.


Primeiramente, foram feitos os ensaios experimentais em duplicara para a

condição a seco no ciclone, isto para se encontrar o ponto ótimo de dois parâmetros

definidos: a vazão de ar na entrada do ciclone, dada pela queda de pressão na placa

de orifício; e a vazão de do particulado, dada pela porcentagem da rotação máxima

do prato rotativo. A temperatura foi mantida constante e igual a 90°C em todos os

ensaios.

Para isto, utilizou-se a rocha fosfática com diâmetro volumétrico de 25 μm, e

então pela amostragem isocinética foi calculado a eficiência da limpeza da corrente

gasosa pelo equipamento. Os resultados estão apresentados nas Tabelas 4, 5 e 6.

Tabela 4: Rocha fosfática, 25 μm, perda de carga na entrada de 100 mmH2O.

Rotação prato (%)

Entrada Saída superior

Eficiência v (m/s)

Qb (L/min)

∆m (g) ∆mmédio

(g) v (m/s)

Qb (L/min)

∆m (g) ∆mmédio

(g)

35

10,5 7,92

0,01552 0,014

2,8 2,11

0,00105 0,0010 0,72

0,01219 0,00099

50 0,02040

0,020 0,00142

0,0012 0,77 0,01909 0,00102

65 0,03377

0,033 0,00158

0,0017 0,81 0,03262 0,00181

37


Rotação prato (%)


Eficiência v (m/s)

Qb (L/min)

∆m (g) ∆mmédio

(g) v (m/s)

Qb (L/min)

∆m (g) ∆mmédio

(g)

35

19,2 14,48

0,019 0,021

4,6 3,47

0,0005 0,0005 0,90

0,023 0,0006

50 0,034

0,034 0,0016

0,0009 0,87 0,035 0,0010

65 0,073

0,075 0,0015

0,0017 0,91 0,078 0,0019


Rotação prato (%)


Eficiência v (m/s)

Qb (L/min)

∆m (g) ∆mmédio

(g) v (m/s)

Qb (L/min)

∆m (g) ∆mmédio

(g)

35

23,7 17,87

0,021 0,0200

5,7 4,30

0,0006 0,0005 0,89

0,0190 0,0005

50 0,033

0,033 0,0010

0,0011 0,87 0,033 0,0016

65 0,052

0,047 0,0009

0,0011 0,91 0,043 0,0013

Contudo, as eficiências foram muito próximas para as condições de 300

mmH2O, 35, e 65%, com eficiência de respectivamente 0,899 e 0,906, bem como

para a de 500 mmH2O, 35, e 65%, com eficiência de 0,886 e 0,905,

respectivamente.

Assim, fez-se novas coletas isocinéticas para estes valores dos parâmetros

e empregando um particulado de menor diâmetro, a fuligem. Os valores das

eficiências estão apresentados nas Figuras 7 e 8.

38

Tabela 7: Fuligem, perda de carga na entrada de 300 mmH2O.

Rotação prato (%)


Eficiência v (m/s)

Qb (L/min)

∆m (g) ∆mmédio

(g) v (m/s)

Qb (L/min)

∆m (g) ∆mmédio

(g)

35

16,9 12,74

0,005 0,005

4,3 3,24

0,0006 0,0006 0,56

0,005 0,0006

65 0,008

0,008 0,0015

0,0014 0,31 0,008 0,0013

Tabela 8: Fuligem, perda de carga na entrada de 500 mmH2O.

Rotação prato (%)


Eficiência v (m/s)

Qb (L/min)

∆m (g) ∆mmédio

(g) v (m/s)

Qb (L/min)

∆m (g) ∆mmédio

(g)

35

21,7 16,36

0,007 0,007

5,5 4,15

0,0010 0,0009 0,48

0,007 0,0009

65 0,018

0,019 0,0010

0,0011 0,78 0,020 0,0011

Assim, através destas análises complementares, foi possível determinar os

parâmetros para a condição ótima da eficiência para o equipamento operando a

seco. O qual foi uma vazão de ar na entrada dada pela perda de carga de 500

mmH2O, e a vazão de material particulado dado pela rotação de 65% da máxima

para o prato de alimentação do particulado.

6.4. Operação a Úmido

O passo seguinte foi realizar experimentos com o ciclone operando a úmido,

com o acionamento dos bicos pulverizadores de água. Dessa forma, a etapa visa

analisar a vazão volumétrica de água enviada ao sistema.

Com a condição ótima a seco fixada, ou seja, 500 mmH2O na entrada e 65%

da rotação do prato de alimentação do particulado, além da temperatura de 90°C e

mantendo as válvulas de todos os bicos pulverizadores de água abertos. Então,

foram feitas coletas isocinéticas em duplicatas para as vazões de água de 150, 200,

250 e 300 L.h-1 e também a operação a seco (0 L.h-1) a fim de preservar as mesmas

39

condições ambientais registradas para a operação a úmido e se ter um resultado

comparativo mais preciso.

Assim, utilizou-se três materiais particulados de diâmetros volumétricos

distintos, as rochas fosfáticas de 25 μm e 5 μm, e a fuligem com 9 μm de diâmetro.

Os valores obtidos para as condições do fluxo gasoso, na entrada e saída, e a

eficiência calculada dos experimentos são exibidos nas Tabelas 9, 10 e 11.

Tabela 9: Rocha fosfática, 25 μm.

Vazão de água

(L/h)


Eficiência v (m/s)

Qb (L/min)

∆m (g) ∆mmédio

(g) v (m/s)

Qb (L/min)

∆m (g) ∆mmédio

(g)

0 21,8 16,44 0,050

0,05

5,6 4,22 0,0017

0,0016 0,89 0,044 0,0014

150 21,8 16,44 0,057

5,5 4,15 0,0011

0,0010 0,93 0,066 0,0009

200 21,8 16,44 0,062

5,4 4,07 0,0010

0,0012 0,91 0,047 0,0013

250 21,8 16,44 0,052

5,2 3,92 0,0009

0,0009 0,93 0,048 0,0008

300 21,8 16,44 0,053

5 3,77 0,0009

0,0008 0,94 0,051 0,0006

Tabela 10: Fuligem, 9 μm.

Vazão de água

(L/h)


Eficiência v (m/s)

Qb (L/min)

∆m (g) ∆mmédio

(g) v (m/s)

Qb (L/min)

∆m (g) ∆mmédio

(g)

0 21,5 16,21 0,017

0,019

5,6 4,22 0,0013

0,0013 0,75 0,0012

150 21,5 16,21 0,024 5,5 4,15 0,0006

0,0007 0,86 0,0008

200 21,5 16,21 0,019 5,4 4,07 0,0006

0,0006 0,87 0,0007

250 21,5 16,21 0,019 5,2 3,92 0,0006

0,0006 0,87 0,0006

300 21,5 16,74 0,029 5,0 3,77 0,0004

0,0004 0,92 0,0004

40

Tabela 11: Rocha fosfática, 5 μm.

Vazão de água

(L/h)


Eficiência v (m/s)

Qb (L/min)

∆m (g) ∆mmédio

(g) v (m/s)

Qb (L/min)

∆m (g) ∆mmédio

(g)

0 22,2 16,74 0,023

0,027

5,6 4,22 0,0021

0,0022 0,68 0,0022

150 22,2 16,74 0,023 5,5 4,15 0,0026

0,0025 0,62 0,0024

200 22,2 16,74 0,029 5,4 4,07 0,0020

0,0021 0,68 0,0021

250 22,2 16,74 0,030 5,2 3,92 0,0022

0,0022 0,65 0,0022

300 22,2 16,74 0,029 5,0 3,77 0,0018

0,0018 0,70 0,0018

Para os particulados maiores, a rocha fosfática de 25 e a fuligem de 9 μm,

as eficiências de coleta foram superiores para os ensaios a úmido em relação aos a

seco, o que comprova o melhor desempenho da limpeza de gases pelo ciclone

úmido. Em relação à rocha fosfática, a eficiência teve um pequeno incremento,

passando de 89% a 93% com a menor vazão de água de 150 L.h-1, até o máximo de

94% alcançado na maior vazão de 300 L.h-1.

Em relação à fuligem, houve um aumento considerável da eficiência das

operações com a introdução da água, passando de 75% a seco para 86% na vazão

mínima usada até um máximo de 92% na maior vazão, ou seja, um aumento na

eficiência de 16%.

Já para a rocha fosfática de 5 μm apresentou um comportamento distinto,

pois a introdução da água no ciclone apresentou pouca influência na separação das

partículas. Como visto na Tabela 11, o aumento da eficiência foi de 68% a seco para

70% na máxima da operação a úmido, tendo um incremento de apenas 2,5%.

Portanto, em todos os conjuntos de experimentos, a máxima da eficiência foi

atingida na maior vazão de água empregada, 300 L.h-1. Ademais, para o particulado

com maiores diâmetros médios, a introdução da água na vazão mínima estudada,

ou seja 150 L.h-1, elevou a eficiência em 3,9% para a rocha fosfática de 25 μm e em

10,7% para a fuligem.

41

Nesta etapa no trabalho, também foram feitas análises da granulometria do

particulado em todas as condições. Com o auxílio do equipamento Malvern

Mastersizer, obteve-se a distribuição granulométrica em triplicata, sendo possível o

diâmetro volumétrico de corte de 50% (D0,5), correspondente ao tamanho do

diâmetro em que metade das partículas ficariam retidas. Dessa maneira, pela média

destes três valores encontrou-se o diâmetro volumétrico de corte de 50% médio (D0,5

médio) das partículas, através da coleta de uma alíquota da lama escoante na saída

inferior do ciclone úmido.

Assim, foram realizadas as análises da granulometria do material particulado

inicial, ou seja na entrada, e na saída inferior após o processo de separação na

denominada lama. Os resultados estão apresentados nas Tabelas 12, 13 e 14 a

seguir, para os três materiais estudados.

Tabela 12: Análise granulométrica e eficiência para a rocha fosfática, 25 μm.

Vazão de água (L/h)

Eficiência

Entrada Saída inferior

D0,5 médio (μm)

D0,5 médio (μm)

0 0,89

25,34

40,66

150 0,93 23,41

200 0,91 22,11

250 0,93 31,72

300 0,94 29,23

Tabela 13: Análise granulométrica e eficiência para a fuligem, 9 μm.


Eficiência


D0,5 médio (μm)

D0,5 médio (μm)

0 0,75

8,84

15,23

150 0,86 14,25

200 0,87 14,37

250 0,87 14,69

300 0,92 14,29

42

Tabela 14: Análise granulométrica e eficiência para a rocha fosfática, 5 μm.


Eficiência


D0,5 médio (μm)

D0,5 médio (μm)

0 0,68

5,36

16,04

150 0,62 10,21

200 0,68 10,00

250 0,65 9,88

300 0,70 9,26

Analisando os resultados, é possível notar que nos experimentos a úmido

registraram um diâmetro médio volumétrico menor em relação ao encontrado para a

operação a seco. Tal fato indica que um maior número de partículas menores foi

separado da corrente gasosa com a introdução da água pelo ciclone úmido. Assim,

no fluxo de saída, emitido ao ambiente, há uma menor quantidade das partículas

com menor diâmetro, as quais são mais danosas à saúde humana.

Para a rocha fosfática de maior granulometria, apresentada na Tabela 12, na

operação a seco o diâmetro médio da distribuição das partículas coletadas foi de

40,7 μm. Já com a introdução da água, os diâmetros variaram entre 22,1 e 31,7 μm,

comprovando uma melhora na coleta das partículas menores.

O mesmo pode se notar para fuligem, a qual passou do diâmetro médio

volumétrico de 15,2 μm na operação a seco, para 14,2 a 14,7 nas operações a

úmido. E também para a rocha fosfática de menor granulometria, de 16,0 μm na

operação a seco, para 9,3 a 10,2 μm nas operações a úmido.

Contudo, através das análises de granulometria nos experimentos, não foi

observada uma relação direta entre a maior vazão de água injetada no ciclone e a

diminuição do diâmetro médio coletado.

6.5. Análise dos Bicos Injetores de Água

Por fim, visando determinar a influência do número de bicos injetores e

assim como de suas posições, foram feitos ensaios para obter a eficiência e a

43

distribuição granulométrica da coleta. Para isso aplicou-se três configurações para

os bicos, foram elas: todos os oito bicos pulverizadores de água abertos (todos);

somente os quatros situados na porção superior (superiores); e apenas os quatros

bicos presentes no cilindro lateral que compõem o ciclone (laterais).

Ademais, empregou-se os mesmos valores dos parâmetros fixados

anteriormente além de utilizar a fuligem, pois este é o particulado com necessidade

de controle pelas usinas sucroalcooleiras. Além disso, foi usado também a vazão de

água de 150 L.h-1, uma vez que apresentou um bom resultado de eficiência e

corresponde ao menor consumo de água. Os resultados encontrados então

indicados na Tabela 15 e 16.

Tabela 15: Análise dos bicos injetores de água para a fuligem.

Bicos injetores Vazão

de água (L/h)


Eficiência v (m/s)

Qb (L/min)

∆mmédio (g)

v (m/s)

Qb (L/min)

∆m (g) ∆mmédio

(g)

Todos

150

21,5 16,21

0,02

5,5 4,15 0,0007

0,0007 0,86 0,0007

Superiores 21,5 16,21 5,5 4,15 0,0009

0,0010 0,81 0,0011

Laterais 21,5 16,21 5,5 4,15 0,0011

0,0010 0,80 0,0009

Tabela 16: Análise granulométrica e eficiência para a fuligem.

Bicos injetores Vazão

de água (L/h)

Eficiência


D0,5 médio (μm)

D0,5 médio (μm)

Todos

150

0,86

8,84

14,25

Superiores 0,81 15,10

Laterais 0,80 12,96

Dessa forma, avaliando a eficiência através da Tabela 15, esta foi maior

enquanto todos as válvulas dos bicos injetores de água estavam abertos, como

esperado e mantendo 86% da eficiência. Para o equipamento operando somente

44

com os bicos superiores e laterais, obtiveram eficiências muito próximas, com 80,7 e

80% respectivamente.

Tal fato indica que nos experimentos, as posições dos bicos superiores e

laterais tiveram contribuições semelhantes na eficiência. Contudo, pode-se aferir que

estes atingiram volumes no interior do ciclone distintos, e assim, as impactações das

partículas sólidas causadas pelas gotas de água pulverizadas foram somadas para

atingir a eficiência de coleta obtida para o ciclone operando com todos os bicos

abertos.

Em relação a análise granulométrica, as partículas coletadas na saída

inferior do ciclone apresentaram um diâmetro médio superior ao original da fuligem

de 8,8 μm. Isso significa que a separação das partículas menores do fluxo gasoso é

menos eficiente, como pode ser visto pelo diâmetro médio na configuração com

todos os bicos abertos, cujo valor foi de 14,2 μm.

Para a configuração com somente os bicos superiores abertos, obteve-se

um diâmetro na lama de 15,1 μm. Já para apenas os bicos laterais abertos,

observou-se um comportamento distinto, pois foi medido um diâmetro menor, de

13,0 μm.

45

7. CONCLUSÃO

Primeiramente, foi necessário realizar modificações no ciclone úmido,

principalmente em relação a saída superior, a fim de torná-la adequada a

metodologia da amostragem isocinética, conforme obtido pelo perfil de velocidade.

Através das amostragens isocinéticas, obteve-se que a condição ótima para

a eficiência do ciclone operando a seco e a temperatura de 90°C, a qual foi a vazão

de ar dada pela perda de carga de 500 mmH2O e da vazão de material particulado

dada pela rotação de prato de alimentação de 65%. Nos experimentos a úmido,

mantidas estas condições encontradas, variou-se a vazão de água injetada no

ciclone pelos oito bicos e o tamanho do particulado.

Assim, comparando os experimentos a seco e a úmido, a eficiência do

ciclone úmido registrou um aumento para os particulados com diâmetro de corte de

50% médio (D0,5) de 25 e 9 μm, se elevando em 3,9 e 10,7% respectivamente com a

introdução da água a 150 L.h-1. Contudo para o menor particulado estudado, de 5

μm, tal fato não foi observado, sendo que sua eficiência oscilou em torno no valor

registrado a seco, portanto a água pulverizada teve menos influência na impactação

das partículas.

Ademais, a eficiência aumentou quanto maior o tamanho do particulado, isto

nas duas operações. A seco para os diâmetros de 25, 9 e 5 μm, obteve-se

eficiências de 88,6; 75,3 e 67,8% respectivamente. E a úmido, os maiores valores da

eficiência de coleta foram encontrados para a maior vazão de água, 300 L.h-1, para

os três diâmetros, com 93,8; 91,6 e 70,3% respectivamente.

Por estes dados, a injeção de água no ciclone teve uma maior relevância

para a fuligem de D0,5 ≈ 9 μm, e uma menor relevância em relação ao pó de rocha

fosfática com D0,5 ≈ 5 μm. Por este motivo e pela distribuição granulométrica feita no

material coletado, que diminuiu na lama, pode-se concluir que a impactação das

partículas nas gotas formadas pela pulverização da água teve uma maior eficácia

para partículas em torno de 9 μm.

46

Ademais, a posição dos bicos injetores teve influência na eficiência do

ciclone úmido. Empregou-se a fuligem e a vazão mínima de água, e tanto com

somente os quatro bicos situados na parte superior abertos quanto os quatro no

cilindro lateral tiveram eficiências de coleta muito próximos, de 80,7 e 80,2%

respectivamente, mas foram inferiores ao resultado obtido com os oito bicos abertos,

cuja eficiência foi de 86,2%. Tal fato indica que, para os dois conjuntos de bicos, as

pulverizações da água tiveram contribuições semelhantes na coleta, e se somaram

para atingir uma eficiência superior quando abertos simultaneamente.

47

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ALMEIDA FILHO, F. Monitoramento e Controle de Emissão de Material

Particulado em uma Fonte Estacionária. Dissertação de Mestrado, Universidade

Federal de São Carlos, Departamento de Engenharia Química, São Carlos, 2008.

CERDA, E.V. Estudo do Perfil de Concentração em um Precipitador

Eletrostático do Tipo Placa-fio. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de

São Carlos, Departamento de Engenharia Química, São Carlos, 2004.

Centro de Gestão e Estudos Estratégicos (CGEE). Bioetanol Combustível:

uma Oportunidade para o Brasil - Brasília, 2009.

Companhia Ambiental do Estado de São Paulo - CETESB. Disponível em:

<http://www.cetesb.sp.gov.br> Acesso em 10 de Janeiro de 2014.

DIAS, M.O.S. Simulação do Processo de Produção de Etanol a partir do

Açúcar e do Bagaço, Visando a Integração do Processo e a Maximização da

Produção de Energia e Excedentes do Bagaço. Dissertação de Mestrado,

Faculdade de Engenharia Química da Universidade Estadual de Campinas,

Campinas, 2008.

ESMANHOTO, E. – Desenvolvimento de Sistema de Amostragem

Isocinética com Análise Quantitativa de Material particulado em Dutos e

Chaminés de Fontes Estacionárias. Dissertação de Mestrado, Universidade

Federal do Paraná, Curitiba, 2010.

HOLZER, K., Wet Separation of Fine Dusts and Aerosols, International

Chemical Engineering, p. 223-233, 1985.

LEE, B. K., JUNG, K. R., PARK, S. H. Development and Application of a

Novel Swirl Cyclone Scrubber - (1) Experimental. Journal of Aerosol Science, v.

39, p. 1079-1088, 2008.

LORA, E.E.S. Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira. Escola

Federal de Engenharia de Itajubá, STAB, 2000.

http://www.cetesb.sp.gov.br/

48

MACINTYRE, A. J. Ventilação Industrial e Controle da Poluição. 2ª

edição Ed. Guanabara, p. 403, Rio de Janeiro, 1990.

MAJEWSKI, R. Projeto, Construção e Avaliação Experimental de um

Lavador de Gases Industriais. Tese de doutorado, Escola Politécnica da

Universidade de São Paulo, São Paulo, 2006.

MESQUITA, A. L. S.; ARAÚJO, F. G.; NEFUSSI, N. Engenharia de

Ventilação Industrial. Ed. Blucher, p. 442, São Paulo, 1988.

ROCHA. S. M. S. Estudo da Influência da Velocidade e dos Ciclos de

Filtração na Formação da Torta na Limpeza de Gases em Filtro de Manga. Tese

de Doutorado em Engenharia Química, Universidade Federal de Uberlândia,

Uberlândia, 2010.

YANG, K. S., YOSHIDA, H. Effects of Mist Position on Particle Separation

Performance of Cyclone Scrubber. Separation and Purification Technology, v. 37,

p. 221-230, 2004.

49

9. ANEXO

A. Perfil de velocidade

Tabela A.1: Perfil de velocidades para 100 mmH2O e temperatura ambiente.

Condições Entrada Saída

∆h (mmH2O)

Posição (cm) Velocidade (m/s) Posição (cm) Velocidade (m/s)

100,67 0,0 8,5 0,0 0,9

T (°C) 1,0 9,2 1,0 1,0

29,8 2,0 9,7 2,0 1,2

3,0 9,0 3,0 1,3

4,0 9,1 4,0 1,5

5,0 9,3 5,0 1,5

5,4 10,0 6,0 1,7

7,0 1,9

8,0 1,9

9,0 2,0

10,0 2,0

11,0 0,8



∆h (mmH2O)


298,84 0,0 16,6 0,0 2,7

T (°C) 1,0 16,8 1,0 2,9

32,0 2,0 17,2 2,0 3,2

3,0 16,3 3,0 3,3

4,0 15,5 4,0 3,4

5,0 13,3 5,0 3,4

5,4 13,0 6,0 3,5

7,0 3,6

8,0 3,7

9,0 3,8

10,0 3,8

11,0 3,0

50



∆h (mmH2O)


498,72 0,0 18,8 0,0 3,6

T (°C) 1,0 20,0 1,0 3,9

34,0 2,0 21,6 2,0 4,2

3,0 21,5 3,0 4,3

4,0 21,0 4,0 4,4

5,0 18,1 5,0 4,5

5,4 16,4 6,0 4,6

7,0 4,7

8,0 4,7

9,0 4,8

10,0 4,7

11,0 3,7

Tabela A.4: Perfil de velocidades para 100 mmH2O e temperatura de 90°C.


∆h (mmH2O)


99,43 0,0 10,7 0,0 1,8

T (°C) 1,0 10,5 1,0 2,0

89,8 2,0 10,4 2,0 2,2

3,0 10,4 3,0 2,3

4,0 10,4 4,0 2,4

5,0 9,9 5,0 2,5

5,4 9,5 6,0 2,5

7,0 2,6

8,0 2,7

9,0 2,7

10,0 2,7

11,0 1,7

51



∆h (mmH2O)


300,12 0,0 16,9 0,0 3,4

T (°C) 1,0 18,5 1,0 3,7

90,4 2,0 18,7 2,0 3,8

3,0 18,6 3,0 3,8

4,0 17,5 4,0 4,0

5,0 15,1 5,0 4,0

5,4 13,1 6,0 4,2

7,0 4,4

8,0 4,5

9,0 4,6

10,0 4,5

11,0 3,6



∆h (mmH2O)


499,85 0,0 21,3 0,0 4,2

T (°C) 1,0 22,2 1,0 4,5

90,2 2,0 23,5 2,0 4,7

3,0 23,4 3,0 5,0

4,0 21,8 4,0 5,0

5,0 17,5 5,0 5,1

5,4 15,8 6,0 5,2

7,0 5,3

8,0 5,5

9,0 5,5

10,0 5,5

11,0 4,3

52

B. Operação a seco

Tabela B.1: Rocha fosfática, 25 μm, perda de carga na entrada de 100 mmH2O.

Rotação prato

(%)


mantes

(g) mdepois

(g) ∆m (g)

mmédio (g)

Desvio mantes

(g) mdepois

(g) ∆m (g)

mmédio (g)

Desvio

35 4,21063 4,22615 0,01552

0,01385 0,00167 4,21965 4,22070 0,00105

0,00102 0,00003 4,21065 4,22284 0,01219 4,21513 4,21612 0,00099

50 4,20110 4,22150 0,02040

0,01974 0,00065 4,21445 4,21587 0,00142

0,00122 0,00020 4,21786 4,23695 0,01909 4,21815 4,21917 0,00102

65 4,21755 4,25132 0,03377

0,03319 0,00057 4,17188 4,17346 0,00158

0,00170 0,00011 4,21387 4,24649 0,03262 4,20644 4,20825 0,00181


Rotação prato

(%)


mantes

(g) mdepois

(g) ∆m (g)

mmédio (g)

Desvio mantes

(g) mdepois

(g) ∆m (g)

mmédio (g)

Desvio

35 4,19773 4,21701 0,01928

0,02124 0,00196 4,22035 4,22082 0,00047

0,00052 0,00005 4,20542 4,22862 0,02320 4,08721 4,08777 0,00056

50 4,20494 4,23930 0,03436

0,03446 0,00010 4,09003 4,09188 0,00155

0,00108 0,00007 4,08798 4,12254 0,03456 4,18128 4,18228 0,00100

65 4,20868 4,28141 0,07273

0,07545 0,00272 4,08456 4,08609 0,00153

0,00171 0,00017 4,09056 4,16873 0,07817 4,21652 4,21840 0,00188


Rotação prato

(%)


mantes

(g) mdepois

(g) ∆m (g)

mmédio (g)

Desvio mantes

(g) mdepois

(g) ∆m (g)

mmédio (g)

Desvio

35 4,20731 4,22826 0,02095

0,02008 0,00087 4,19795 4,19855 0,00060

0,00054 0,00006 4,20825 4,22745 0,01920 4,20460 4,20508 0,00048

50 4,20382 4,23647 0,03265

0,03282 0,00018 4,19948 4,20043 0,00095

0,00105 0,00010 4,20078 4,23378 0,03300 4,20395 4,20510 0,00115

65 4,19757 4,24923 0,05166

0,04744 0,00422 4,20536 4,20626 0,00090

0,00109 0,00018 4,20346 4,24667 0,04321 4,20429 4,20556 0,00127

53

Tabela B.4: Fuligem, 9 μm, perda de carga na entrada de 300 mmH2O.

Rotação prato

(%)


mantes

(g) mdepois

(g) ∆m (g)

mmédio (g)

Desvio mantes

(g) mdepois

(g) ∆m (g)

mmédio (g)

Desvio

35 4,08486 4,09035 0,00549

0,00548 0,00001 4,20472 4,20536 0,00064

0,00061 0,00003 4,19853 4,20399 0,00546 4,20745 4,20803 0,00058

65 4,20413 4,21198 0,00785

0,00795 0,00011 4,22080 4,22230 0,00150

0,00140 0,00010 4,18103 4,18909 0,00806 4,08730 4,08860 0,00130

Tabela B.5: Fuligem, 9 μm, perda de carga na entrada de 500 mmH2O.

Rotação prato

(%)


mantes

(g) mdepois

(g) ∆m (g)

mmédio (g)

Desvio mantes

(g) mdepois

(g) ∆m (g)

mmédio (g)

Desvio

35 4,20489 4,21226 0,00737

0,00714 0,00022 4,21645 4,21742 0,00097

0,00094 0,00003 4,20452 4,21144 0,00692 4,21565 4,21656 0,00091

65 4,08345 4,10145 0,01800

0,01889 0,00089 4,21827 4,21930 0,00103

0,00106 0,00004 4,19071 4,21050 0,01979 4,22052 4,22162 0,00110

C. Operação a úmido

Tabela C.1: Operação a úmido, rocha fosfática, 25 μm.

Vazão de água

(L/h)


mantes

(g) mdepois

(g) ∆m (g)

mmédio (g)

Desvio mantes

(g) mdepois

(g) ∆m (g)

mmédio (g)

Desvio

0 4,20283 4,25300 0,05017

0,05289 0,00644

4,18695 4,18868 0,00173 0,00155 0,00018

4,08714 4,13133 0,04419 4,21041 4,21178 0,00137

150 4,09053 4,14719 0,05666 4,08675 4,08784 0,00109

0,00100 0,00009 4,08852 4,15442 0,06590 4,21314 4,21405 0,00091

200 4,21803 4,27971 0,06168 4,20528 4,20627 0,00099

0,00116 0,00018 4,22031 4,26683 0,04652 4,20568 4,20702 0,00134

250 4,20920 4,26131 0,05211 4,17502 4,17590 0,00088

0,00086 0,00002 4,21829 4,26625 0,04796 4,18680 4,18763 0,00083

300 4,20661 4,25967 0,05306 4,18268 4,18355 0,00087

0,00075 0,00012 4,18685 4,23750 0,05065 4,20100 4,20163 0,00063

54

Tabela C.2: Operação a úmido, fuligem, 9 μm.

Vazão de água

(L/h)


mantes

(g) mdepois

(g) ∆m (g)

mmédio (g)

Desvio mantes

(g) mdepois

(g) ∆m (g)

mmédio (g)

Desvio

0 4,09164 4,10913 0,01749

0,01947 0,00216

4,21315 4,21445 0,00130 0,00126 0,00005

4,20608 4,20729 0,00121

150 4,18690 4,21050 0,02360 4,19027 4,19090 0,00063

0,00069 0,00006 4,18519 4,18595 0,00076

200 4,09290 4,11194 0,01904 4,20454 4,20516 0,00062

0,00063 0,00001 4,20924 4,20989 0,00065

250 4,17455 4,19378 0,01923 4,20759 4,20816 0,00057

0,00060 0,00002 4,19021 4,19083 0,00062

300 4,22026 4,23827 0,01801 4,09072 4,09112 0,00040

0,00038 0,00002 4,21400 4,21436 0,00036

Tabela C.3: Operação a úmido, rocha fosfática, 5 μm.

Vazão de

água (L/h)


mantes

(g) mdepois

(g) ∆m (g)

mmédio (g)

Desvio mantes

(g) mdepois

(g) ∆m (g)

mmédio (g)

Desvio

0 4,21681 4,23948 0,02267

0,02670 0,003287

4,20766 4,20980 0,00214 0,00217 0,00003

4,20572 4,20792 0,00220

150 4,20220 4,22491 0,02271 4,20641 4,20900 0,00259

0,00251 0,00007 4,21802 4,22046 0,00244

200 4,19958 4,22904 0,02946 4,21126 4,21325 0,00199

0,00205 0,00006 4,21387 4,21599 0,00212

250 4,21936 4,24918 0,02982 4,09185 4,09406 0,00221

0,00218 0,00002 4,20372 4,20588 0,00216

300 4,20899 4,23781 0,02882 4,20655 4,20833 0,00178

0,00178 0,00000 4,22090 4,22269 0,00179

55

Tabela C.4: Análise granulométrica para a rocha fosfática, 25 μm.


D0,5 (μm) D0,5médio

(μm) Vazão de água (L/h)


(μm)

25,26

25,34 0

41,63

40,66 26,59 40,09

24,16 40,25

150

24,27

23,41

23,24

22,71

200

22,19

22,11

22,38

21,77

250

34,55

31,72

36,39

24,23

300

28,75

29,23

29,71

29,22

Tabela C.5: Análise granulométrica para a fuligem, 9 μm.





(μm)

8,83

8,84 0

15,24

15,23 8,85 15,16

8,85 15,28

150

14,12

14,25

14,36

14,27

200

14,29

14,37

14,42

14,39

250

14,82

14,69

14,62

14,63

300

14,24

14,29

14,39

14,24

56

Tabela C.6: Análise granulométrica para a rocha fosfática, 5 μm.





(μm)

5,39

5,36 0

15,97

16,04 5,2 16,06

5,48 16,1

150

10,32

10,21

10,17

10,15

200

10,19

10,00

9,92

9,9

250

9,8

9,88

9,98

9,86

300

9,32

9,26

9,22

9,24

D. Análise dos bicos injetores de água

Tabela D.1: Análise dos bicos injetores de água.

Bicos injetores

Saída superior

mantes (g)

mdepois (g)

∆m (g) mmédio

(g) Desvio

Todos 4,20715 4,20782 0,00067

0,00068 0,00002 4,20344 4,20414 0,00070

Superiores 4,21827 4,21914 0,00087

0,00096 0,00009 4,20575 4,20680 0,00105

Laterais 4,22030 4,22141 0,00111

0,00098 0,00013 4,08952 4,09038 0,00086

57

Tabela D.2: Análise granulométrica e eficiência.

Saída inferior

Bicos injetores

D0,5 (μm)

D0,5médio (μm)

Todos

14,88

14,25 15,11

16,25

Superiores

14,99

15,10 15,09

15,21

Laterais

12,94

12,96 12,91

13,04

universidade federal de sÃo carlos centro de...

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