Aula Especializacao (Ciclones)

SISTEMAS PARTICULADOS COLETORES INERCIAIS

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁINSTITUTO DE TECNOLOGIAPROCESSOS INDUSTRIAIS

Edilson Marques Magalhães

Belém , Outubro 2011

1-Introdução aos coletores Inerciais (CICLONES E HIDROCICLONES):

2- Configurações;

3-Influência das Variáveis Geométricas e Operacionais no

Desempenho dos Coletores Inerciais;

4-Parâmetros de Projeto (Eficiência de coleta e Queda de Pressão).

Ementa do Curso

BIBLIOGRAFIA

• [1] MASSARANI, G. Fluidodinâmica em Sistemas Particulados, Rio de Janeiro: Editora UFRJ, 1977.

• [2] FOUST, A. Princípios das Operações Unitárias, Editora John Wiley, 1980.

• [3] GEANKOPLIS, C, J. Processos de

Transportes y Operacines Unitárias, 3ª Edição, Editoa CECSA, México, 1998.

• [4] CHEREMISINOFF, P, Handbook of Chemical Processing Equiment, Editora, Butte Wouth Heinemann, New Delhi, 2000.

ROTEIRO DA 1ª AULA (CICLONES)

1- Introdução

2- Classificação, Descrição e Funcionamento de um

Ciclone

4- Influência das Variáveis Operacionais na Classificação

Ciclone

5 - Desempenho de Ciclones

COLETORES INERCIAIS (HIDROCICLONES)

1- INTRODUÇÃO

Ciclones são equipamentos usados há mais de cem anos

para limpeza de gases industriais, separando sólidos de

gases (Cooper e Alley, 1994) e são, provavelmente, os

coletores de sólidos industriais mais comuns (Yuu et al.,

1978).


2- Classificação, Descrição e Funcionamento de um ciclone

2.1- Classificação dos ciclones

São apresentadas na literatura, várias configurações de ciclones.

Estas foram obtidas com a variação das dimensões características de um

ciclone (figura 3.1) e, quase na totalidade das vezes, com o objetivo de

aumento de eficiência ou diminuição da queda de pressão. Dentre estas

configurações, as mais conhecidas são a de Lapple (1950) e a de

Stairmaind (1949), apresentadas na tabela 3.1.


2- Classificação e Descrição de um ciclone

CICLONE LAPLE STAIRMAND

a/D 0,5 0,5b/D 0,25 0,2

De/D 0,5 0,5S/D 0,625 0,5h/D 2,0 1,5H/D 4,0 4,0B/D 0,25 0,375


2- Classificação e Descrição de um ciclone


2- Classificação, Descrição e Funcionamento de um ciclone

2.1- Vantagens e Desvantagens

Suas desvantagens são a baixa eficiência para partículas

menores que 5 μm e a alta queda de pressão.

Suas principais vantagens são baixo custo, ausência de partes

móveis e possibilidade de uso a pressões e temperaturas altas, (Dirgo

e Leith, 1986, Boysan et al., 1982, Fraser et al., 1997).

A primeira e principal aplicação do ciclone foi a limpeza de

gases, removendo o material particulado neles contido (ter Linden,

1949, Stairmand, 1949).

COLETORES INERCIAIS (CICLONES)2.3- Funcionamento de um Ciclone


3- Desempenho de um ciclone

De acordo com Lapple (1951), o desempenho de um ciclone

pode ser especificado em termos do diâmetro de corte, dpc, o qual é o

tamanho de partículas que o ciclone irá coletar com uma eficiência de

50%. O ciclone do tipo Lapple tem a dimensões proporcionais ao

diâmetro da parte cilíndrica do ciclone,

O diâmetro de corte de um ciclone

depende das propriedades do sólido,

das propriedades do gás, do tamanho

do ciclone e das condições operacionais.

Segundo Lapple (1951), esse valor pode

ser calculado pela equação:

1/2

9

2 s g

bdpc

Nev

μ é a viscosidade do gás; b é a largura da entrada do ciclone; Ne é o número de voltas que o gás executa no interior do ciclone, no caso de um ciclone Lapple o valor usado é de 5; v a velocidade de alimentação; ρs e ρg são as densidades do sólido e do gás,

respectivamente.

COLETORES INERCIAIS (CICLONES)


Contudo, na prática, Stairmand (1951), diz que um número

considerável de partículas, menores do que o diâmetro de corte, são

separadas junto com as maiores, possivelmente pela colisão entre essas

partículas ou devido a uma agregação destas. Também um número de

partículas maiores que o dpc escapam junto com o gás limpo sendo

carregadas pelo vórtex.

A eficiência de coleta pode ser calculada através da razão:

Su

Sa

m

m Onde: η é a eficiência do ciclone;

msu é a vazão mássica de sólidos na saída

inferior;

msa é a vazão mássica de entrada de sólidos.


3- Introdução ao Dimensionamento de Ciclones

:


3- Introdução ao Dimensionamento de Ciclones

:

3.2. Eficiência de Captação.

Várias expressões teóricas e semi-empíricas tem sido propostas para

prever a eficiência de captação de um ciclone, mas ainda os métodos

experimentais são de maior confiança.

η - Eficiência de coleta

D’= Diâmetro de corte do tamanho de partícula

cuja eficiência de coleta é de 50 % no ciclone

considerado.

Na prática, o que se especifica no

projeto é a eficiência de separação desejada

para partículas de um determinado tamanho D.

COLETORES INERCIAIS (CICLONES)3- Introdução ao Dimensionamento de Ciclones

:

3.3. Equação para o Diâmetro de Corte

Por analogia a expressão para a centrifuga chega-se ao dpc de

ciclones:

B- largura do duto de entradaN- número de voltas feita pelo gás dentro do cicloneV- velocidade de entrada do gás baseada na área de B.H ( recomenda-se 15m/s)µ- viscosidade do gás cpρs- densidade do sólido; g/cm3ρ- densidade do gás; g/cm3


3.3. DimensionamentoDas proporções geométricas sabemos que:

Substituindo o valor de B na equação do diâmetro de corte, obtemos:

Se N = 5


3.3. Dimensionamento

Marcha de Cálculo :

Depois de estabelecido o percentual da capitação, para as

partículas de diâmetro D especificado da curva de eficiência, tira-se o

valor D/D’.

- Calcula-se D’;

- Calcula-se DC ( equação 02 );

- Especifica-se as demais dimensões : - A altura do duto na entrada :

Q = Vazão de projeto.

v = Velocidade admitida no projeto.

Se H FOR DIFERENTE DE DC/2

REPROJETAR O CICLONE !!!


3.3. Dimensionamento

Exemplo 3

Uma corrente de ar a 50 oC e 1 atm arrasta partículas

sólidas de ρS = 1.2 g/cm3 à vazão de 180 m3 / min.

Deseja-se projetar um ciclone para coletar 87 % das

partículas de 50µm em suspensão.

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