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Apost separador

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Apost separador

  1. 1. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à Indústria5 – EQUIPAMENTOS DE CONTROLE DE POLUENTESOs poluentes exauridos do ambiente de trabalho devem ser coletados para evitar problemas de poluição queseguramente ocorreriam se fossem emitidos para a atmosfera.Existem diversos tipos de coletores, com vários tipos de funcionamento assim como, também, diferentesclasses de rendimento, custo inicial, custo de operação e manutenção, espaço, disponibilidade no mercado,arranjo e construção.Essa variedade de tipos torna difícil a tarefa de escolhê-los, razão pela qual apresentamos alguns aspectosnorteadores, a serem considerados quando esta escolha se faz necessária. 5.1- Considerações PreliminaresCom o objetivo de facilitar e possibilitar o entendimento do funcionamento dos diversos tipos de separadorese principalmente possibilitar seu pre-dimencionamento e identificar os principais fatores influentes no seudesempenho, uma análise teórica se faz necessária. 5.1.1 - Fatores influentes na seleção do equipamento: • Concentração e dimensão da partícula contaminante. • Grau de coleta desejada (limpeza) • Característica do ar ou fluido carreador quanto a: - Temperatura - Viscosidade - Umidade - Combustividade - Reatividade química - Propriedades elétricas • Característica do contaminante. • Energia requerida (estático) • Método de recolhimento do contaminante 5.1.2 – Considerações sobre seleção de separadoresNa maioria os casos o grande problema é a seleção do tipo de separador que seja mais apropriado para aaplicação em questão, assim sendo existem alguns gráficos que auxiliam nesta tarefa conforme será mostradoa seguir. Outro forma é a de se consultar os Fabricantes destes Equipamentos e principalmente se tornarfamiliarizado com os Catálogos destes Fabricantes o que auxiliar muito na correta escolha. 5.1.3 - Tabelas e gráficos auxiliaresAs Tabelas a seguir auxiliam na escolha preliminar o Separador para a aplicação desejada, para isto, umaanálise das informações constantes nestas Tabelas (Tab.5.1), Gráfico (Graf. 5.1) e Gráfico (Graf. 5.2).A Tabela 5.1 mostra o tipo de Separador comumente aplicado às principais aplicações industriais levando-seem conta as operações típicas e o teor de carga do elemento a ser separado. É usada apenas para uma pré-seleção do Separador.O Gráfico 5.1 mostra as dimensões típicas das partículas existentes e presentes às atividades de separação,bem como as características principais das partículas em função de seu diâmetroO Gráfico 5.2 mostra a Carta de SYLVAN que é de bastante valia na identificação dos Separadores maisapropriados para utilização em uma determinada aplicação, ou seja a Seleção prévia dos Separadores,conforme mostra o exemplo ilustrativo a seguir.Rua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
  2. 2. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à IndústriaRua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
  3. 3. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à Indústria Gráfico 5.1- Classificação de Partículas e SeparadoresRua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
  4. 4. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à Indústria Gráfico 5.2 – Carta de SYLVAN – Pré-seleção de SeparadoresRua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
  5. 5. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à IndústriaExemplo:- Emprego da Carta de SYLVAN – escolher o equipamento coletor para um forno de calcinação emque a concentração de poeira no efluente é de 7,5 grãos/pe3 e o tamanho médio das partículas é 9 µm.Observação: Dependendo do diâmetro característico da partícula a ser separada, principalmente se houverbastante variação, é mais econômico se utilizar diferentes tipos de Separadores funcionado em série em vezde apenas um que possa atender a separação do menor diâmetro desejávela) Com os dados acima – localizar o ponto A na carta de Sylvan seguindo a linha vertical (d=9 µm) temos como solução os seguintes Separadores: • Ciclone Comum (linhas inferiores) – apresentando 50% de rendimento. • Ciclone de Alta Eficiência (Rendimento) - (linhas superiores) - apresentando 60 a 70% de rendimento. • Filtro Tecido ou Precipitadores Eletrostáticos e Coletores Úmidos – apresentando 97% de rendimento.Assim sendo temos diversas soluções iniciando pelas de menor custo até a de maior custo.b) Podemos escolher o Ciclone de Alto Rendimento (70%) – como pré-coletor, logo, concentração na sua saída = 7,5 (1- 0,7) = 2,25 grãos/pe3.c) Marcando essa concentração sobre a linha paralela à poeira industrial (canto direito superior da carta) e a concentração de 2,25 grãos/ pe3, obtemos ponto B, cuja projeção vertical fornece: • Tamanho médio da partícula de 5,9 µm; • Separadores - Ciclone de Alta Eficiência com rendimento inferior a 50%, ou - Coletor Úmido com rendimento de 98%.d) Escolhendo um coletor úmido (98%), como Separador intermediário, temos a concentração no efluente de 3 = 2,25 (1 – 0,98) = 0, 045 grãos/ pe .e) A marcação deste valor sobre o prolongamento do segmento de reta AB até uma concentração de 0,045 3 grãos/ pe obtém-se o ponto C, cuja projeção vertical fornece o valor do tamanho médio da partícula no efluente de 1,6 µm. Obs. Poderíamos prosseguir selecionando mais Separador e então teríamos um efluente mais limpo. 5.1.4 – Considerações Teóricas sobre Deslocamentos de PartículasComo geralmente nos sistemas de ventilação o fluido de trabalho está relacionado ao carreamento departículas flutuantes (pó ou pequenas gotas de liquido) pelos gases, em outras palavras, uma dispersão desólidos ou líquidos em gases que é denominada aerossol. Acredito ser produtivo, para melhor compreensãodo sistema de ventilação e transporte pneumático, fazermos uma revisão conceitual deste assunto uma vezque nessas aplicações, necessário se faz um bom conhecimento das principais propriedades dos aerossóis.O movimento de um corpo sólido em um fluido (ar) causa um atrito na camada entre a superfície do corpo e ofluido; como resultado a velocidade do fluido bem próxima da superfície é nula relativa a velocidade do corpo emove juntamente com a mesma. Assim em pequenas distâncias da superfície do corpo o escoamento élaminar.Quando a velocidade da partícula (poeira) relativa ao meio for menor que 2 ⋅υ / d , onde υ é a viscosidadecinemática e d o tamanho da partícula, o movimento é descrito e segue as leis do movimento laminar. E,quando for igual ou acima de 500 ⋅ υ / d a partícula moverá de acordo com as leis do escoamento turbulento.È importante observar que nesta aplicação estamos preocupados com o movimento relativo entre as partículasde poeira e o fluido (ar), portanto com valores de número de Reynolds ( Re ) menores do que aqueles utilizadospara cálculo de escoamento em tubulações onde o escoamento turbulento normalmente é considerado o Reacima de 2500.De uma forma geral a resistência do meio oferece ao movimento de um corpo pode ser representada oucalculada pela lei da conservação de movimento,Rua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
  6. 6. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à Indústria w2 ⋅ ρ F = c ⋅ ρ ⋅ A ⋅ w2 = λ ⋅ A ⋅ (N) (5.1) 2 Onde w - é a velocidade do corpo sólido relativa ao meio fluido ou vice versa, (m/s) ρ - é a densidade do fluido, (kg/m3) A - é a projeção da área do corpo sólido contra o escoamento, (m2) c - é um coeficiente de arraste que depende do regime do movimento, portanto do numero de Reynolds ( Re ) ,que relaciona as forças de inércia com as forças viscosas, representado por; w⋅d Re = (5.2) υ Onde d é o diâmetro do corpo sólido, que considerado como sendo esférico, m é a viscosidade cinemática, (m2/s) υ- Para o caso de regime laminar de escoamento do fluido relativo ao corpo sólido (partícula), i.e. quandoRe < 2 o coeficiente é dado por: 24 λ= (5.3a) Re- Para o caso de regime de transição, i.e. para 2< Re <500 18,5 λ= (5.3b) Re0, 6- Para o caso de regime turbulento, i.e. Re > 500 o valor de λ pode ser considerado λ ≅ 0,44 (aproximadamente constante) (5.3c)Consideremos em mais detalhes o regime laminar que é o mais característico para o estudo de sistemasenvolvendo aerossóis e para facilitar esta análise considera-se as partículas como sendo esféricas e dispersasem um fluido em repouso e sob ação somente da gravidade. Assim 24 π ⋅ d 2 w 2 ⋅ ρ 24πd 2 w 2 ρ F= ⋅ ⋅ = = 3 ⋅ π ⋅ d ⋅υ ⋅ ρ ⋅ w Re 4 2 wd ⋅4⋅2 υMas υ ⋅ ρ = µ que é a viscosidade absoluta ou dinâmica, então F = 3π ⋅ d ⋅ µ ⋅ w (5.4)A equação acima é denominada de Leis de Stokes.Quando uma partícula move pela força da gravidade o meio (fluido) opõe a este movimento. Assim que apartícula cai sua velocidade aumenta, bem como a resistência do meio, e para partículas pequenas logochegará um momento em que a força de resistência se iguala a força da gravidade. Deste momento em diantea partícula de poeira continua, no seu movimento descendente, pela ação de sua inércia a uma velocidadeRua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
  7. 7. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à Indústriauniforme denominada de velocidade de flutuação ( w f ). Sendo então, nestas condições, a força de resistência πd 3igual a 3π ⋅ d ⋅ µ ⋅ w f e a força da gravidade atuando na partícula Fg = m ⋅ g = ⋅ ρ s ⋅ g , então 6 πd 3 18 ⋅ w f ⋅ µ 3π ⋅ d ⋅ µ ⋅ w f = ρs g ∴ d= (5.5a) 6 ρ s .gAssim, w f é uma velocidade constante de movimento de uma partícula de poeira em um meio fluído quandoele se movimenta em uma direção diferente da vertical, ou se w f for para caso do fluído movimentando nadireção vertical a força de arraste resultante na partícula evita que a mesma caia ou desça daí seu nomevelocidade de flutuação. Neste caso, se esta velocidade do escoamento for levemente excedida a partícula depoeira será carreada pela corrente do fluido. Da equação (5.5), podemos concluir que as partículas de poeiratêm para cada tamanho a sua velocidade de carreamento. Este fenômeno é básico para a análise de sistemasde separação de particulados como nos processos de decantação e elutriação e também nos equipamentos deseparação como decantadores, ciclones, centrifugas, etc.Para partículas não esféricas o equacionamento é o mesmo, porém os coeficientes na formula são diferentes,ou seja o coeficiente de atrito deve ser corrigido por um fator c λ que depende do formato e do acabamento dasuperfície como indica a, Tabela 5. 1 Tabela 5. 1 Correção do coeficiente de arraste Formato da Partícula Fator de correção c λ Esférica 1,0 Arredondada com superfície áspera (rugosa) 2,4 Alongada 3,0 Lamelar 5,0 Média generalizada (para diversos formatos em geral) 2,9 Então, 18 ⋅ w f ⋅ µ ⋅ c λ d eq = (2.4.5b) ρs ⋅ g Onde, d eq não é o diâmetro real, mas sim um diâmetro equivalente o qual é igual ao diâmetro de uma esfera de massa igual aquela da partícula de pó, naturalmente que para o mesmo material, ou seja, mesma densidade.Na maioria das aplicações a determinação do diâmetro das partículas apresenta o maior problema uma veznormalmente são desconhecidas e geralmente variam de partícula para partícula. Além disto pode haver afloculação que consiste na coalescência de partículas bastante finas formando um agregado com dimensõesmaiores que serão carreadas com velocidades menores. Além desta existe outras propriedades das dispersõestais como coesão resultante da ação de forças atrativas, existente entre as partículas, as quais fazem com queas partículas se unam (grudem) entre si. E adesão resultante das forças de aderência, decorrentes da inérciada partícula e de seu impacto na superfície, que causam a aderência das partículas nas superfícies de contato.Embora estas propriedades sejam de suma importância com relação a remoção de poeira das superfícies defiltragem ou separação, não entraremos em mais detalhes por desviar do assunto objeto deste estudo que sãoRua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
  8. 8. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à Indústriaos ventiladores e sistema de ventilação. Dentre as diversas publicações sobre o assunto, o autor recomendaaquela de Perry & Chilton (1999), para um estudo mais aprofundado do assunto.A discussão até este ponto normalmente é valida para partículas de dimensões bem menores que 50 microns,e em primeira aproximação pode ser aplicado para analise de separadores, porém para dimensionamentodestes equipamentos alertamos que necessário se faz a introdução de fatores de ajuste.Para movimentação de partículas de diâmetro maiores e para o transporte pneumático o regime dedeslocamento deve ser turbulento, assim a velocidade de flutuação será; πd 2 w 2 ρ πd 3 0,44 ⋅ ⋅ = 0,173d 2 w 2 ρ = ρs g , então 4 2 6 d .ρ s w f ≅ 5,45 ⋅ (m/s) (2.4.6) ρNormalmente os aerossóis são classificados pelo tamanho das partículas. Uma das classificações, parapartículas sólidas: poeira grosseira (>10 mícrons); poeira fina (10 a 1 mícrons) e fumaça ou nuvem de pó (<1mícron).Entretanto sob o ponto de vista dos sistemas de separação, como o diâmetro das partículas variam sob umafaixa bastante ampla, é a mais conveniente considerar para poeira grosseira (d>50 a 60 mícrons) uma vez queelas podem ser separadas mais facilmente e poeira fina para diâmetros médios abaixo de 50 a 60 mícrons paraas quais a sua separação é bastante dificultada. 5.1.5 – Considerações sobre Diâmetros de PartículasComo vimos acima o conhecimento do diâmetro das partículas é de suma importância no equacionamentotanto do seu transporte com para sua separação, entretanto sabemos que as partículas não são uniformes etambém não são, em geral, perfeitamente esféricas o que nos dificulta identificar o seu diâmetro. Assim sendonecessário se faz determinar uma forma de identificação do diâmetro equivalente de uma partícula qualquerque a represente de forma mais significativa. Por exemplo consideremos uma partícula cuja forma sejacilíndrica conforme Figura (5.2). Fig. 5.2 - Equivalência entre cilindro e esferaComo podemos observar suas dimensões lineares são incompatíveis, assim consideremos o diâmetroequivalente. మௗ గ - Relação a superfície 2 ൅ ݄݀ߨ ൌ ௖‫ܣ‬ . =6.908=Ae= ଶ ݀ߨ então ସ deq = 46,98 µm మௗ - Relação ao volume ൌ ௖ܸ ߨ ݄ =31.415,93= ൌ ௘ܸ ଷ ݀ߨ ଵ então ସ ଺ deq = 39,15 µmRua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
  9. 9. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à IndústriaComo pode ser observado existem diversas de representar os diâmetros equivalentes mesmo considerando odimensionamento de esferas. Assim para exemplificar consideremos três esferas de diâmetros 1, 2 e 3unidades. Pergunta-se qual é o diâmetro médio equivalente destas três esferas? A primeira vista a resposta é2. Como obtemos este valor? Nos somamos os três valores e dividimos pelo número de amostras ଷାଶାଵ ௗ∑ = 2,0 = Matematicamente este diâmetro é denominado D(1,0) porque o termo numerador é para ଷ ௡ potencia 1, ou seja, (d1) e não tem termo de diâmetro no denominador, ou seja, (d0). Dependendo do tipo de aplicação define-se o diâmetro equivalente, por exemplo se é um químico catalísta ele interessa em ter o diâmetro equivalente com base na superfície das esferas, pois quanto maior a área superficial maior é a atividade catalítica. Assim se a área superficial da esfera é , logo ଶ ݀ߨ మଷାమଶା మଵ మ ௗ∑ ට ଷ = 2,16 = ට ଷ Em termos matemáticos é denominado de D(2,0), este também é denominado diâmetro SAUTER e é importante quando se analisa carreamento de partículas, pois o atrito depende da superfície de contato. Da mesma forma se o que nos interessa é a massa das partículas teremos o D(3,0) = 2,29 , também denominado pela industria com Diâmetro Volumétrico Médio ou Volume Mean Diameter (VMD) pela literatura inglesa. Recentemente adotou-se, principalmente no meio acadêmico, uma nomenclatura que independe do número de partículas analisadas. Isto deve-se aos métodos utilizados para medições da amostragem que em muitos casos permitem esta amostragem em linha. Neste caso temos: రଷା రଶା రଵ ర ௗ∑ D (4,3) = యଷା యଶା యଵ = 2,72 = య ௗ∑ Diâmetro equivalente ao volume ou volumétrico. యௗା యௗା యௗ య ௗ∑ D (3,2) = మௗି మௗା మௗ = 2,57 = మ ௗ∑ Diâmetro equivalente a área superficial que também édenominado Diâmetro SAUTER ou Sauter Mean Diameter (SMD) Da mesma forma teremos D (2,1) = 2,33 e D (1,0) = 2,00Resta-nos escolher qual deles será adotado para esta medição e isto depende da aplicação.A indústria de um modo geral utiliza o Diâmetro SAUTER, ainda mais considera para efeito dedimensionamento de equipamentos de separação o diâmetro:D (v,0.5) como sendo o diâmetro correspondente a separação de 50% das partículas maiores que o diâmetromediano. Normalmente e descrito por D50 ou D0,55.1.6 - Metodologia de Medições de Diâmetro de PartículasComo na medição de partículas temos uma quantidade muito grande, é de praxe fazer amostragens e entãocom o uso das propriedades de estatística determinaremos o diâmetro mais provável ou representativo bemcomo a sua distribuição uma vez que estes diâmetros são bastante variáveis.Existem diversos métodos para medição de diâmetros como segue:5.1.6.1- PeneirasNeste caso um conjunto de peneiras, com dimensões e cada uma com malhas pré-definidas, que sãomontadas, na ordem decrescente do tamanho das malhas, sobrepondo-se uma às outras e o no conjunto éaplicado um movimento vibratório de forma que as partículas vão sendo retidas em cada uma das peneirasdependendo da dimensão das malhas.Rua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
  10. 10. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à IndústriaExistem diversas normas definindo o tamanho das malhas tais como a DIN 4188 onde as aberturas das malhasvariam de 2,5 mm à 0,040 mm, já as normas USA, Inglesas e a Tyler as peneiras são classificadas por numerode malhas por polegada quadrada. Neste caso variando de 7 a 400.5.1.6.2 - SedimentaçãoConsta de um cilindro de vidro onde é colocada uma amostra e agitada e em seguida mantida em repouso. Aspartículas são sedimentadas são analisadas por camadas de sedimentação. Dentre os aparelhos para estamedição existe a pipeta de Andreason existindo ainda alguns mais sofisticados com o uso de centrífugas ouraios X.5.1.6.3 – Sensores de Eletrozona. (Coulter Counter)O princípio de operação é bastante simples, ou seja, um recipiente de vidro com um furo ou orifício nele. Asuspensão diluída é forçada por este orifício e uma tensão é aplicada através dela. Com a passagem daspartículas neste campo de tensão a capacitância altera e isto é indicado por um pulso de tensão que é medido.Estes valores são comparados com dados padrões fornecidos pelo fabricante do aparelho.5.1.6.4 – MicroscopiaÈ um método bastante simples onde a amostra é analisada em um Microscópio e cada partícula é observada,mensurada e avaliada. Podendo ser inclusive utilizado um Microscópio Eletrônico embora o preparo daamostra para este seja bem mais difícil.5.1.6.5 – Difração de LaserNormalmente chamado “Low Angle Laser Light Scattering” (LALLS). O método baseia no fato de que o ângulode difração é inversamente proporcional ao tamanho da partícula. Basicamente consiste em submeter apassagem de uma amostra da dispersão em feixe de raios laser e um sensor para qualificar e quantificar adifração ocorrida no feixe do raio laser. Este tipo de medição pode ser feito em linha. Dentre os aparelhosdisponíveis no mercado existe o MALVERN que tem uma resolução muito boa.5.1.6.6 – UltrassomConsiste em passar a amostragem por um campo de ultrassom com o respectivo sensor para medição.5.1.7 – Considerações Sobre Tratamento Estatístico das Medições. Fig. 5.3 – Distribuição de AmostragemMediana (Median) é o valor do tamanho da partícula que divide a população exatamente em duas metadesiguais, i.é, onde 50% da distribuição está acima deste valor e 50% abaixo.Media é alguma média aritmética dos dadosRua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
  11. 11. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à IndústriaModo (Mode) é o mais comum valor da freqüência de distribuição, i.é, o ponto culminante da curva de distribuição Result: Analysis Table Result: Analysis Table ID: agua entrada Run No: 7 Measured: 19/10/98 08:07 ID: agua saida Run No: 5 Measured: 19/10/98 08:00 File: T1910-01 Rec. No: 5 Analysed: 19/10/98 08:07 File: T1910-01 Rec. No: 3 Analysed: 19/10/98 08:00 Path: C:SIZERMUDATAXAREUMALVERNXAREU Source: Analysed Path: C:SIZERMUDATAXAREUMALVERNXAREUSource: Analysed Sampler: Internal Measured Beam Obscuration: 22.3 % Sampler: Internal Measured Beam Obscuration: 20.9 % Presentation: 4NAD Analysis: Polydisperse Residual: 0.654 % Presentation: 4NAD Analysis: Polydisperse Residual: 1.395 % Modifications: None Modifications: None Conc. = 0.0261 %Vol Density = 0.900 g/cm^3 S.S.A.= 2.0252 m^2/g Conc. = 0.0099 %Vol Density = 0.900 g/cm^3 S.S.A.= 7.1407 m^2/g Distribution: Volume D[4, 3] = 9.70 um D[3, 2] = 3.29 um Distribution: Volume D[4, 3] = 1.30 um D[3, 2] = 0.93 um D(v, 0.1) = 1.01 um D(v, 0.5) = 9.14 um D(v, 0.9) = 18.16 um D(v, 0.1) = 0.51 um D(v, 0.5) = 1.09 um D(v, 0.9) = 2.38 um Span = 1.877E+00 Uniformity = 5.470E-01 Span = 1.722E+00 Uniformity = 5.400E-01 Size Volume Size Volume Size Volume Size Volume Size Volume Size Volume Size Volume Size Volume (um) Under% (um) Under% (um) Under% (um) Under% (um) Under% (um) Under% (um) Under% (um) Under% 0.31 0.00 1.95 14.52 12.21 68.80 76.32 100.00 0.31 0.00 1.95 82.59 12.21 100.00 76.32 100.00 0.36 0.45 2.28 15.14 14.22 78.20 88.91 100.00 0.36 1.56 2.28 88.51 14.22 100.00 88.91 100.00 0.42 1.31 2.65 15.81 16.57 86.08 103.58 100.00 0.42 4.63 2.65 92.97 16.57 100.00 103.58 100.00 0.49 2.53 3.09 16.67 19.31 92.24 120.67 100.00 0.49 9.16 3.09 96.09 19.31 100.00 120.67 100.00 0.58 4.01 3.60 17.95 22.49 96.30 140.58 100.00 0.58 15.02 3.60 98.10 22.49 100.00 140.58 100.00 0.67 22.09 4.19 99.25 26.20 100.00 163.77 100.00 0.67 5.65 4.19 19.92 26.20 98.69 163.77 100.00 0.78 30.15 4.88 99.82 30.53 100.00 190.80 100.00 0.78 7.33 4.88 22.91 30.53 99.75 190.80 100.00 0.91 38.99 5.69 100.00 35.56 100.00 222.28 100.00 0.91 8.96 5.69 27.24 35.56 100.00 222.28 100.00 1.06 48.30 6.63 100.00 41.43 100.00 258.95 100.00 1.06 10.45 6.63 33.17 41.43 100.00 258.95 100.00 1.24 57.74 7.72 100.00 48.27 100.00 301.68 100.00 1.24 11.73 7.72 40.45 48.27 100.00 301.68 100.00 1.44 66.89 9.00 100.00 56.23 100.00 1.44 12.81 9.00 49.05 56.23 100.00 1.68 75.30 10.48 100.00 65.51 100.00 1.68 13.72 10.48 58.79 65.51 100.00 Concentração Horiba (mg/l ) = 2268 Concentração Horiba (mg/l ) = 20 Valores da entrada Valores da saída EFICIÊNCIA DA CENTRÍFUGA (%) = 99 % 10 100 90 agua saida-5 80 agua entrada-7 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0 Particle Diameter (µm.) Fig. 5.4 – Exemplos de medições com o MALVERN (Emulsões água petróleo) ou operação de-watering.Rua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
  12. 12. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à Indústria 5.2 TIPOS DE COLETORES 5.2.1 – Coletor GravitacionalOs Separadores ou Coletores gravitacionaisutilizam a própria força da gravidade paraefetuar separação.Como parâmetro dimensional devemosconsiderar a velocidade do gás na passagem dacâmara Wg – de 1,0 a 2,0 m/sA velocidade de sedimentação é dada por: ௚ ೛ఘ మ ௗ . .ൌ ௙߱ m/s Fig. 5.5 – Separador Gravitacional ஜ ଼ଵ . 2Onde: µ - viscosidade dinâmica do ar que é função da temperatura (1 N.s/m = 10 poises) t = 20o C µ = 18,2 µN.s/m2 t = 400o C µ = 32,8 µN.s/m2Para o dimensionamento fixa-se uma das dimensões e calcula a outra ௔ ௔ ൌ ೒௅ఠ ೑ఠ ou ൌ‫ݐ‬ ೑ఠ e ൌ‫ݐ‬ ೒ఠ ௅ ௏ ൌ ௚߱ onde V- vazão volumétrica m3/s .௕௔ ൌ ೑௔ ఠ ௕௔௅ . ௏ . logo ൌܾ‫ܮ‬ . ఠ ௏ ೑ e ‫ܣ‬ൌܾ ‫ܮ‬ . ௏ ஜ ଼ଵ . . . మ ௕ ௅ ೛ௗ ௚ . .Então ට ൌ݀ ௚ ೛ఘ ௌ . . e Rendimento de coleta ൌߟ ௏ ஜ ଺ଷ . . ೒ ఠ ௔ ஜ ଼ଵ . . .Ou ට ൌ ௡௜ ௠ ௣ ݀ ሺ ሻ ௅ ௚ ൯ ೒ఘି ೛ఘ൫ . . Fig. 5.6 - Câmara Gravitacional com Gavetas.Rua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
  13. 13. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à Indústria 5.2.2 Coletores Inerciais Fig. 5.6 – Separadores inerciais As velocidades normalmente utilizadas são: Entrada – win = 10 m/s e na câmara transversal é de wt = 1 m/s È capaz de separar partículas com diâmetro até 20 a 30 µm, com rendimento de 65 a 85% e com perda de carga típica ∆p = 150 a 390 N/m2 ou de 15 a 40 mmH2O. 5.2.3 CiclonesSeparadores onde há introdução de ação de forças centrífugas que aumenta a ação separadora. É bastantedifundido no meio industrial pelo seu baixo custo e facilidade de construção.Vantagens: • Baixo custo • Operação contínua • Inexistência de partes móveis • Simplicidade de projeto • Baixo custo de manutençãoDesvantagem – não efetua completamente a separação (> 5 µm)Princípio de FuncionamentoA mistura é injetada tangencialmente, provocando um escoamento (vórtice) espiralado induzindo ação deforça centrífuga nas partes sólidas provocando a separação.A análise deste processo de separação é bastante complicada dado ao tipo de escoamentocaracteristicamente tridimensional, havendo portanto uma dependência de coeficientes experimentais.Consideremos para análise teórica um ponto ou partícula para representar o escoamento no ciclone. ct Onde: Ct – velocidade tangencial Cr Cr – velocidade radial Ca Ca – velocidade axial C మ஼ ೐Força centrífuga - ݉ ൌ ௖‫ܨ‬ . Velocidade na entrada = Ce = Ct ோRua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
  14. 14. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à IndústriaNas paredes temos a velocidade CrForça resistente (arraste) - ൌ‫ܨ‬ ௥‫3. ߨ. ܥ‬ .d.µ - que após algum tempo temos: మ஼ య ௗ. గ ݉ . ೐ ோ ௣݀ ௥‫ 3 ߨ ܥ‬ൌ . . . .µ mas ൌ݉ ଺ . ߩ మ మ ೛ఘ ೐௏ ೛ௗ. . ൌ ௥‫ܥ‬ R é variável ஜ ோ ଼ଵ . . భோ ି మோ భோା మோe ൌ‫ݐ‬ e ൌܴ (média) ೝ஼ ଶ ோି మோሺ ஜ ଽ . మ . ሻమ భ ோି మோሺ ஜ ଽ . మ . ሻమ భ ൌ‫ݐ‬ ఘ మ ஼ ೛ௗ ೐ మ . . logo ൌ ௣݀ ௧ మ஼ ఘ ೐ ට. . ௡ோగଶ . . . ௡ோగଶ. . .Mas ൌ ௘‫ܥ‬ então ൌ‫ݐ‬ ௧ ೐஼ ோି మோሺ ஜ ଽ మ . . ሻమ భ ൌ ௣݀ ೐஼ ఘ ௡ ோ గ ଶ. ට . . . . Fig.5.7 – Ciclones (funcionamento) Fig. 5.8 – VálvulaAnálise de fatores influentes1) Eficiência melhora com aumento da Velocidade Ve (menor diâmetro de separação) Ce = 20 a 25 m/s não menos que 15 m/s Obs: alta velocidade vórtices2) Maior densidade fatores de separação3) ܴ െ ଶܴ ଶ ଶ ଵ (R2 – R1).(R2 + R1) - Menor (R2 – R1) menor percurso, logo melhoria na separação. Porém se for muito pequeno há probabilidade de entupimento devido a aglutinação (principalmente de houver umidade).Rua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
  15. 15. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à Indústria - Se R2 – R1 for mantido constante, porém aumentando os valores de R2 e R1, tem-se R1+R2 maior o que deteriora a capacidade de separação.4) Viscosidade depende da temperatura decréscimo na separação5) n – maior melhora separação (há limite) ఘ మ஼ . ೐Perda de Carga ൌ ௣߂ ߦ . (Pa) ଶ Fig. 5.9 – Elementos de MulticiclonesRua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
  16. 16. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à Indústria Fig. 5.10 – Vista de um Multiciclone (Gordon e Paisakhov) Fig. 5.11 – Exemplos de Ciclones (Gordon e Paisakhov)5.2.4 - Coletores Úmidos O gás (ar) carreando o material particulado é forçado através de uma aspersão de gotas sechocam e depositam por difusão.Mecanismo coletor úmido - impactação - interceptação - difusão - condensaçãoVide anexo de F.L. Smidth.Rua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
  17. 17. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à Indústria Fig. 5.12 – Tipos de Coletores Úmidos.Rua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
  18. 18. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à Indústria Fig. 5.13 – Coletores tipo Úmidos.Rua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
  19. 19. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à Indústria5.2.5 - Filtros (Viscoso e Seco) O fluxo de gás, carreando partículas, é forçado através de um meio poroso (granulado ou fibroso) Teoria e/ou Mecanismos de Coleta - Impactação inercial - Interceptação - Difusão - Deposição gravitacional - Precipitação eletrostática - Precipitação térmica - Ação de peneiramento d - diâmetro das partículas (m) w – velocidade de incidência (m/s) ఘ మௗ ௪ = . .ܵ ௧ ρ - densidade da partícula ( kg/m3) ೚஽ ஜ ଼ଵ . . µ - viscosidade dinâmica do gás (N.S/m2) Do – diâmetro da fibra (m)Viscoso - diâmetro de separação – 1 a 10 µm Perda de carga - ∆p – 100 a 150 PaSeco - diâmetro de separação – 0,5 a 5 µm Perda de Carga - ∆p – 25 a 60 Pa (limpo) - 100 a 250 Pa (sujo) Fig. 5.14 – Filtro de Manga.Rua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
  20. 20. Fundação de Pesquisa e Ventilação Industrial Assessoramento Prof. Dr. S. Varella à Indústria5.2.6 – Precipitadores Eletrostáticos (13000 Volts) O ar se ioniza com a alta diferença de potencial gerando íons que se chocam ou depositam-se naspartículas que por sua vez se migram em direção ao polo de carga contrária.Rendimento – η = 95 a 99% para partículas de 0,1 a 200 µmTensão – de 30 a 75 kV. Fig. 5.15 – Principio de Funcionamento de Eletrofiltro.5.2.7 - Coletores sônicos A coagulação sônica de partículas - aumenta o diâmetro - facilita retensão (coletoresconvencionais) Onda sonora -- aglomeração –Freqüência 1 a 4 Khz - alta intensidade 130 dBW - 150 dBWTempo de exposição t = 4 s (depende da intensidade)5.2.8 - Precipitadores térmicos Termoforese - fenômeno pelo qual partículas sujeiras a um diferencial de temperatura migram dazona mais quente para a zona mais fria. ఒ Número de Knudsen (Kn) - ൌ ݊‫ܭ‬ = ೛௥onde: λ = espaço livre intermolecular rp = raio da partícula Rendimento η = 94 a 98% para d = 0,01 a 5 µmRua Xavier Lisboa, 27 37501-042 Fone: (0xx35) 3622-3477 E-mail: fupai@fupai.com.brCentro Itajubá/MG Fax: (0xx35) 3622-1477 Home Page: www.fupai.com.br
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