Equipamentos de controle de poluentes na ventilação industrial

Fundação de
Pesquisa e Ventilação Industrial
Assessoramento Prof. Dr. S. Varella
à Indústria

5 – EQUIPAMENTOS DE CONTROLE DE POLUENTES

Os poluentes exauridos do ambiente de trabalho devem ser coletados para evitar problemas de poluição que
seguramente ocorreriam se fossem emitidos para a atmosfera.
Existem diversos tipos de coletores, com vários tipos de funcionamento assim como, também, diferentes
classes 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 aspectos
norteadores, a serem considerados quando esta escolha se faz necessária.

5.1- Considerações Preliminares
Com o objetivo de facilitar e possibilitar o entendimento do funcionamento dos diversos tipos de separadores
e principalmente possibilitar seu pre-dimencionamento e identificar os principais fatores influentes no seu
desempenho, 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 separadores
Na maioria os casos o grande problema é a seleção do tipo de separador que seja mais apropriado para a
aplicação em questão, assim sendo existem alguns gráficos que auxiliam nesta tarefa conforme será mostrado
a seguir. Outro forma é a de se consultar os Fabricantes destes Equipamentos e principalmente se tornar
familiarizado com os Catálogos destes Fabricantes o que auxiliar muito na correta escolha.

5.1.3 - Tabelas e gráficos auxiliares
As Tabelas a seguir auxiliam na escolha preliminar o Separador para a aplicação desejada, para isto, uma
análise 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-se
em 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 diâmetro
O Gráfico 5.2 mostra a Carta de SYLVAN que é de bastante valia na identificação dos Separadores mais
apropriados para utilização em uma determinada aplicação, ou seja a Seleção prévia dos Separadores,
conforme mostra o exemplo ilustrativo a seguir.

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Gráfico 5.1- Classificação de Partículas e Separadores


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Gráfico 5.2 – Carta de SYLVAN – Pré-seleção de Separadores


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Exemplo:- Emprego da Carta de SYLVAN – escolher o equipamento coletor para um forno de calcinação em
que 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 houver
bastante variação, é mais econômico se utilizar diferentes tipos de Separadores funcionado em série em vez
de apenas um que possa atender a separação do menor diâmetro desejável
a) 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 Partículas

Como geralmente nos sistemas de ventilação o fluido de trabalho está relacionado ao carreamento de
partículas flutuantes (pó ou pequenas gotas de liquido) pelos gases, em outras palavras, uma dispersão de
sólidos ou líquidos em gases que é denominada aerossol. Acredito ser produtivo, para melhor compreensão
do sistema de ventilação e transporte pneumático, fazermos uma revisão conceitual deste assunto uma vez
que 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 o
fluido; como resultado a velocidade do fluido bem próxima da superfície é nula relativa a velocidade do corpo e
move juntamente com a mesma. Assim em pequenas distâncias da superfície do corpo o escoamento é
laminar.

Quando a velocidade da partícula (poeira) relativa ao meio for menor que 2 ⋅υ / d , onde υ é a viscosidade
cinemática 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 partículas
de poeira e o fluido (ar), portanto com valores de número de Reynolds ( Re ) menores do que aqueles utilizados
para cálculo de escoamento em tubulações onde o escoamento turbulento normalmente é considerado o Re
acima de 2500.
De uma forma geral a resistência do meio oferece ao movimento de um corpo pode ser representada ou
calculada pela lei da conservação de movimento,

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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. quando
Re < 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 sistemas
envolvendo aerossóis e para facilitar esta análise considera-se as partículas como sendo esféricas e dispersas
em 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
υ

Mas 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 a
partícula cai sua velocidade aumenta, bem como a resistência do meio, e para partículas pequenas logo
chegará um momento em que a força de resistência se iguala a força da gravidade. Deste momento em diante
a partícula de poeira continua, no seu movimento descendente, pela ação de sua inércia a uma velocidade


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uniforme denominada de velocidade de flutuação ( w f ). Sendo então, nestas condições, a força de resistência

πd 3
igual 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 .g

Assim, w f é uma velocidade constante de movimento de uma partícula de poeira em um meio fluído quando
ele se movimenta em uma direção diferente da vertical, ou se w f for para caso do fluído movimentando na
direção vertical a força de arraste resultante na partícula evita que a mesma caia ou desça daí seu nome
velocidade de flutuação. Neste caso, se esta velocidade do escoamento for levemente excedida a partícula de
poeira será carreada pela corrente do fluido. Da equação (5.5), podemos concluir que as partículas de poeira
têm para cada tamanho a sua velocidade de carreamento. Este fenômeno é básico para a análise de sistemas
de separação de particulados como nos processos de decantação e elutriação e também nos equipamentos de
separação 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 da
superfície 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 vez
normalmente são desconhecidas e geralmente variam de partícula para partícula. Além disto pode haver a
floculação que consiste na coalescência de partículas bastante finas formando um agregado com dimensões
maiores que serão carreadas com velocidades menores. Além desta existe outras propriedades das dispersões
tais como coesão resultante da ação de forças atrativas, existente entre as partículas, as quais fazem com que
as partículas se unam (grudem) entre si. E adesão resultante das forças de aderência, decorrentes da inércia
da 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 de
filtragem ou separação, não entraremos em mais detalhes por desviar do assunto objeto deste estudo que são


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os ventiladores e sistema de ventilação. Dentre as diversas publicações sobre o assunto, o autor recomenda
aquela 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 dimensionamento
destes 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 de
deslocamento 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)
ρ

Normalmente os aerossóis são classificados pelo tamanho das partículas. Uma das classificações, para
partículas sólidas: poeira grosseira (>10 mícrons); poeira fina (10 a 1 mícrons) e fumaça ou nuvem de pó (<1
mícron).
Entretanto sob o ponto de vista dos sistemas de separação, como o diâmetro das partículas variam sob uma
faixa bastante ampla, é a mais conveniente considerar para poeira grosseira (d>50 a 60 mícrons) uma vez que
elas podem ser separadas mais facilmente e poeira fina para diâmetros médios abaixo de 50 a 60 mícrons para
as quais a sua separação é bastante dificultada.

5.1.5 – Considerações sobre Diâmetros de Partículas

Como vimos acima o conhecimento do diâmetro das partículas é de suma importância no equacionamento
tanto do seu transporte com para sua separação, entretanto sabemos que as partículas não são uniformes e
também não são, em geral, perfeitamente esféricas o que nos dificulta identificar o seu diâmetro. Assim sendo
necessário se faz determinar uma forma de identificação do diâmetro equivalente de uma partícula qualquer
que a represente de forma mais significativa. Por exemplo consideremos uma partícula cuja forma seja
cilíndrica conforme Figura (5.2).

Fig. 5.2 - Equivalência entre cilindro e esfera
Como podemos observar suas dimensões lineares são incompatíveis, assim consideremos o diâmetro
equivalente.
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 µm


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Como pode ser observado existem diversas de representar os diâmetros equivalentes mesmo considerando o
dimensionamento de esferas. Assim para exemplificar consideremos três esferas de diâmetros 1, 2 e 3
unidades. Pergunta-se qual é o diâmetro médio equivalente destas três esferas? A primeira vista a resposta é
2. 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 é

denominado Diâmetro SAUTER ou Sauter Mean Diameter (SMD)
Da mesma forma teremos D (2,1) = 2,33 e D (1,0) = 2,00
Resta-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 de
dimensionamento de equipamentos de separação o diâmetro:
D (v,0.5) como sendo o diâmetro correspondente a separação de 50% das partículas maiores que o diâmetro
mediano. Normalmente e descrito por D50 ou D0,5

5.1.6 - Metodologia de Medições de Diâmetro de Partículas
Como na medição de partículas temos uma quantidade muito grande, é de praxe fazer amostragens e então
com o uso das propriedades de estatística determinaremos o diâmetro mais provável ou representativo bem
como a sua distribuição uma vez que estes diâmetros são bastante variáveis.
Existem diversos métodos para medição de diâmetros como segue:

5.1.6.1- Peneiras
Neste caso um conjunto de peneiras, com dimensões e cada uma com malhas pré-definidas, que são
montadas, na ordem decrescente do tamanho das malhas, sobrepondo-se uma às outras e o no conjunto é
aplicado um movimento vibratório de forma que as partículas vão sendo retidas em cada uma das peneiras
dependendo da dimensão das malhas.


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Existem diversas normas definindo o tamanho das malhas tais como a DIN 4188 onde as aberturas das malhas
variam de 2,5 mm à 0,040 mm, já as normas USA, Inglesas e a Tyler as peneiras são classificadas por numero
de malhas por polegada quadrada. Neste caso variando de 7 a 400.

5.1.6.2 - Sedimentação
Consta de um cilindro de vidro onde é colocada uma amostra e agitada e em seguida mantida em repouso. As
partículas são sedimentadas são analisadas por camadas de sedimentação. Dentre os aparelhos para esta
medição existe a pipeta de Andreason existindo ainda alguns mais sofisticados com o uso de centrífugas ou
raios 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. A
suspensão diluída é forçada por este orifício e uma tensão é aplicada através dela. Com a passagem das
partículas 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 – Microscopia
È 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 da
amostra para este seja bem mais difícil.

5.1.6.5 – Difração de Laser
Normalmente chamado “Low Angle Laser Light Scattering” (LALLS). O método baseia no fato de que o ângulo
de difração é inversamente proporcional ao tamanho da partícula. Basicamente consiste em submeter a
passagem de uma amostra da dispersão em feixe de raios laser e um sensor para qualificar e quantificar a
difração ocorrida no feixe do raio laser. Este tipo de medição pode ser feito em linha. Dentre os aparelhos
disponíveis no mercado existe o MALVERN que tem uma resolução muito boa.

5.1.6.6 – Ultrassom
Consiste 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 Amostragem
Mediana (Median) é o valor do tamanho da partícula que divide a população exatamente em duas metades
iguais, i.é, onde 50% da distribuição está acima deste valor e 50% abaixo.
Media é alguma média aritmética dos dados


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Modo (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.


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5.2 TIPOS DE COLETORES
5.2.1 – Coletor Gravitacional
Os Separadores ou Coletores gravitacionais
utilizam a própria força da gravidade para
efetuar separação.
Como parâmetro dimensional devemos
considerar a velocidade do gás na passagem da
câmara Wg – de 1,0 a 2,0 m/s

A velocidade de sedimentação é dada por:

௚ ೛ఘ మ ௗ
. .

ൌ ௙߱ m/s Fig. 5.5 – Separador Gravitacional
ஜ ଼ଵ .

2
Onde: 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/m2
Para 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.


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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 Ciclones
Separadores onde há introdução de ação de forças centrífugas que aumenta a ação separadora. É bastante
difundido 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 manutenção
Desvantagem – não efetua completamente a separação (> 5 µm)

Princípio de Funcionamento
A mistura é injetada tangencialmente, provocando um escoamento (vórtice) espiralado induzindo ação de
força centrífuga nas partes sólidas provocando a separação.
A análise deste processo de separação é bastante complicada dado ao tipo de escoamento
caracteristicamente 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
ோ


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Nas paredes temos a velocidade Cr

Força 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 మோ
e ൌ‫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 – Válvula
Análise de fatores influentes
1) 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 vórtices
2) Maior densidade fatores de separação
3) ܴ െ 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).


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- 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 separação
5) n – maior melhora separação (há limite)

ఘ మ஼
.
೐
Perda de Carga ൌ ௣߂ ߦ . (Pa)
ଶ

Fig. 5.9 – Elementos de Multiciclones


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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 se
chocam e depositam por difusão.
Mecanismo coletor úmido
- impactação
- interceptação
- difusão
- condensação

Vide anexo de F.L. Smidth.


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Fig. 5.12 – Tipos de Coletores Úmidos.


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Fig. 5.13 – Coletores tipo Úmidos.


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5.2.5 - 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 Pa
Seco - 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.


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5.2.6 – Precipitadores Eletrostáticos (13000 Volts)
O ar se ioniza com a alta diferença de potencial gerando íons que se chocam ou depositam-se nas
partículas 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 µm
Tensão – 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 (coletores
convencionais)

Onda sonora -- aglomeração –
Freqüência 1 a 4 Khz - alta intensidade 130 dBW - 150 dBW
Tempo 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 da
zona 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 µm


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