Controle Da Emissao de Poluentes Da Industria Sucroalcooleira

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Controle da emissao de poluentes da industria sucroalcooleira

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  • ndice

    ndice de tabelas................................................................................................................3

    ndice de figuras................................................................................................................3

    ndice de grficos...............................................................................................................3

    1.Resumo ............................................. 4 2.Objetivos .......................................... 5 3.Introduo ......................................... 6 4.Subprodutos da Indstria Sucroalcooleira .................................... 7

    4.1 Vinhaa ................................................................................................. 7 4.2 Gs Carbnico ....................................................................................... 7 4.3 guas de lavagem ................................................................................. 8 4.4 Melao ................................................................................................... 8 4.5 Torta de filtro ........................................................................................ 8 4.6 Bagao .................................................................................................. 9

    4.6.1 Fertilizantes ................................................................................... 9 4.6.2 Rao animal ................................................................................ 10 4.6.3 Xilitol ............................................................................................. 10 4.6.4 Furfural ......................................................................................... 11 4.6.5 Energia eltrica ............................................................................ 11

    5. Legislao e Sade ......................... 12 5.1 O Gerenciamento Ambiental ............................................................... 12

    5.1.1 ISO 14000 ..................................................................................... 13 5.2 A Indstria Sucroalcooleira e a Poluio do Ar .................................... 13 5.3 A Legislao ........................................................................................ 14 5.4 Material Particulado e a Sade Humana ............................................. 17

    6. Equipamentos ................................. 19 6.1 Sedimentadores - Cmaras gravitacionais ......................................... 19 6.2 Ciclones .............................................................................................. 20 6.3 Filtro Manga ........................................................................................ 21

    1

  • 6.4 Precipitator Eletrosttico ..................................................................... 23 6.4.1 Dimensionamento ......................................................................... 25

    6.5 Lavadores de gs ................................................................................ 26 6.5.1 Mecanismos de coleta ................................................................... 26 6.5.2 Tipos de Lavadores ...................................................................... 26

    7. Lavador Venturi ............................... 28 7.1 Funcionamento ................................................................................... 28 7.2 Equacionamento do Lavador Venturi .................................................. 30

    7.2.1 Eficincia ...................................................................................... 31 7.2.1.1 Modelo de Johnstone .............................................................. 31 7.2.1.2 O modelo de Calvert ............................................................... 33 7.2.1.3 Perda de carga ....................................................................... 34

    8. Experimento Realizado .................... 35 8.1.1 Procedimento Experimental .......................................................... 36

    8.2 Equipamento de medida de Tenso (Tensimetro) ............................ 38

    9. Proposta ......................................... 43 10. Referencias Bibliogrficas ............. 44

    2

  • ndice de Tabelas

    Pg.

    Tabela 1 Principais poluentes.......................................................................................13

    Tabela 2 Padres Primrios e Secundrios...................................................................15

    Tabela 3 Nveis de Ateno..........................................................................................15

    Tabela 4 Fator de Correo..........................................................................................33

    Tabela 5 Valores por concentrao de soluo............................................................34

    Tabela 6 Tenso superficial (Tensimetro)..................................................................35

    Tabela 7 Tenso superficial (Tensimetro) corrigida..................................................36

    ndice de Figuras

    Pg.

    Figura 1 Implantao de um SGA...............................................................................11

    Figura 2 Sedimentador ................................................................................................17

    Figura 3 Dinmica do ar dentro do ciclone..................................................................18

    Figura 4 Filtro Manga..................................................................................................19

    Figura 5 Esquema de funcionamento do precipitador eletrosttico.............................21

    Figura 6 Mecanismo de coleta.....................................................................................24

    Figura 7 Lavador Spray................................................................................................25

    Figura 8 Torre de enchimento ......................................................................................25

    Figura 9 Representao esquemtica do Lavador Venturi...........................................26

    Figura 10 Perfil da queda de presso............................................................................27

    ndice de Grficos Pg.

    Grfico 1 Tenso superficial x frao etanol.............................................................. 34

    Grfico 2 Tenso superficial x frao etanol (Tensimetro)........................................37

    Grfico 3 Compareo entre os mtodos.....................................................................37

    3

  • 1.ResumoA partir dos anos 70 quando o governo brasileiro deu inicio ao programa do

    Prolcool, incentivando a indstria sucro-alcooleira, a qual teve um grande aumento.

    Esta indstria tem como produtos principais o lcool e o acar, mas tm vrios outros

    subprodutos como vinhaa, melao, gua de lavagem, torta de filtro, CO2 e o bagao,

    este ultimo sendo o principal para o nosso estudo.

    O bagao pode ter vrios usos, mas um dos principais usos no abastecimento

    energtico da indstria, atravs de sua queima em caldeiras, que consegue gerar energia

    eltrica para suprir a demanda energtica da indstria e para revenda. Mas essa queima

    gera resduos, a fuligem, a qual um material particulado que contm partculas

    menores do que 10m, que so prejudiciais ao meio ambiente e a sade tanto de

    animais tanto de humanos.

    O objetivo desse estudo a analise de equipamentos para a limpeza dos gases da

    caldeira, o principal equipamento estudado foi o lavador Venturi, porque consegue

    trabalhar com grande eficincia com os gases da caldeira que esto com alta

    temperatura e presso.

    4

  • 2.Objetivos O objetivo do nosso trabalho aperfeioar o processo que acontece nas usinas de

    cana, principalmente no que tange as questes ambientais.

    Primeiramente foram identificados os subprodutos da indstria canavieira, suas

    aplicaes, e os impactos que cada um causa ao meio ambiente, assim como as formas

    de minimiz-los. Entre as formas de executar processos ecologicamente corretos, foram

    estudados equipamentos que atenuam os efeitos adversos para a natureza.

    O foco de estudo foi ento escolhido como o material particulado produzido pela

    queima do bagao, que polui o ar, causa prejuzos materiais, desequilibra os

    ecossitemas, causa danos pra sade humana, e considerado um vilo estufa, pois as

    partculas se aquecem rapidamente, contribuindo muito para o aquecimento global. A

    fuligem um problema em evidncia nas Usinas, j que desde a colonizao a

    queimada o principal mtodo usado para a colheita da safra.

    Com o intuito de dar continuidade aos trabalhos prvios de Desenvolvimento de

    Processos Qumicos, o equipamento escolhido para remover o particulado do efluente

    da caldeira foi o Lavador Venturi. Esse equipamento capaz de remover quase por

    inteiro o particulado da corrente gasosa, apresentando altas eficincias, inclusive para a

    faixa de partculas respirveis, que so as mais danosas para a sade do homem. O

    Lavador o mais verstil dos equipamentos estudados, e alm de particulado slido ele

    pode ser usado para remover particulado gasoso com alta eficincia.

    Sendo assim, o grupo estudou as propostas realizadas pelos grupos precedentes,

    que projetou o equipamento (2005), e dos demais (2006, 2007), que usaram o Venturi a

    fim de validar suas propostas de trabalho.

    Fundamentados pelo conhecimento adquirido atravs dos trabalhos realizados no

    Lavador Venturi existente no Departamento, foi possvel formular a nossa prpria

    proposta de trabalho, planejar o estudo das variveis e tecer hipteses a respeito da

    operao do equipamento quando os parmetros forem mudados.

    5

  • 3.IntroduoAs indstrias sucroalcooleiras do Brasil geram, alm dos produtos principais,

    muitos subprodutos e resduos. Dentre todos os subprodutos, podemos citar alguns que

    apresentam maior representatividade, como por exemplo, a vinhaa e o bagao.

    O bagao apresenta uma utilidade muito importante, que a gerao de energia

    atravs de sua queima. Com esse tipo de gerao de energia as usinas de cana-de-acar

    podem se tornar auto-suficientes, e algumas vezes chegam a vender energia excedente

    para as concessionrias de energia.

    Apesar da queima da cana ser uma boa alternativa para a gerao de energia

    eltrica, esta queima gera muita poluio (material particulado) e deve ser controlada. O

    material particulado liberado atravs da queima da cana-de-acar muito nocivo a

    sade humana, e atualmente existem legislaes muito severas com relao e esta

    poluio, e, portanto as indstrias devem instalar equipamentos de limpeza de ar.

    Dentre os equipamentos de limpeza de ar, podemos citar os lavadores, os

    ciclones, os precipitadores eletrostticos, os sedimentadores e os filtros de manga.

    No presente trabalho foi estudado o lavador Venturi, que um tipo de lavador

    muito eficiente para coleta de partculas na faixa do respirvel (partculas com dimetro

    menor que 10 m).

    6

  • 4.Subprodutos da Indstria Sucroalcooleira

    A indstria de acar e lcool produz alm dos produtos principais, alguns

    subprodutos, que pode ser utilizados com diversas finalidades. Dentre os principais

    subprodutos da indstria sucroalcooleira, podem ser citados o gs carbnico (CO2), o

    melao, a vinhaa, o bagao, a torta de filtro e as guas de lavagem.

    4.1 VinhaaAs destilarias de lcool tem como principal um dos principais subprodutos a

    vinhaa, um liquido escuro com odor acentuado. Cada 1 L de lcool produz

    aproximadamente de 12 a 14 L de vinhaa. Sua constituio apresenta 93% de gua,

    sendo que dentre os seus componentes slidos, 74,85% so orgnicos, entre os quais

    tem-se potssio, clcio, sulfatos, ferro e magnsio. Pela sua alta concentrao de sulfato,

    a vinhaa considerada altamente corrosiva.

    A legislao ambiental probe o descarte de vinhaa in natura. Seu efeito

    poluente se faz pela quantidade de matria orgnica que oxidada, consumindo o

    oxignio livre dissolvido na gua. A flora e a fauna aqutica so eliminadas e ao

    morrerem geram um fenmeno em cadeia de ampliao da demanda de oxignio, at a

    morte ecolgica do curso de gua, tornando-se imprpria para uso.

    Atualmente a maior parte da vinhaa tratada, e seu uso mais comum como

    fertilizante, devido ao seu alto pH e alto teor de compostos orgnicos. A vinhaa

    tambm pode ser utilizada na produo de biogs e na fabricao de tijolos.

    4.2 Gs CarbnicoO gs carbnico (CO2) gerado, na indstria canavieira, tanto na fermentao

    alcolica quanto na queima do bagao. Com a preocupao atual com o meio ambiente,

    o CO2 no pode ser descartado diretamente na atmosfera, pois contribui para o Efeito

    Estufa e o Aquecimento Global. Portanto, o gs carbnico deve ser purificado antes de

    ser comercializado. Pode ser utilizado na fabricao de cido saliclico, fabricaao de

    bicarbonato de sdio, fabricao de uria, industria de refrigerantes, refrigerao, entre

    outros.

    7

  • 4.3 guas de lavagemPodem ser provenientes da lavagem da cana, das colunas baromtricas, dos

    condensadores e da lavagem de pisos e equipamentos.

    A gua de lavagem da cana considerada, depois da vinhaa, um dos efluentes

    mais poluentes da indstria da cana de acar, devido ao arraste de acar, cana, terra e

    palha. Em geral reutilizada no processo de embebio, no processo de lavagem e at

    mesmo como fertilizante, devido ao alto teor de componentes orgnicos.

    4.4 MelaoO melao um liquido que se obtm no processo de concentrao do caldo de

    cana. constitudo principalmente de aucares como frutose, sacarose e maltose. Pode

    ser utilizado como fertilizante devido ao alto teor de matria orgnica e tambm como

    rao animal, pelo alto teor de carboidratos, vitaminas do complexo B e

    micronutrientes.

    4.5 Torta de filtroA torta representa cerca de 2 a 3% da produo de cana moda e constituda de

    cerca de 1,2 a 1,8% de fsforo e cerca de 70% de umidade. A torta tambm apresenta

    alto teor de clcio e considerveis quantidades de micronutrientes. A torta pode ser

    utilizada como fertilizante para plantaes, sem precisar de muitos tratamentos

    anteriormente a adubao.

    Existem trs formas bsicas de utilizao da torta de filtro como fertilizante

    orgnico:

    Aplicao em superfcie total nas reas de renovao dos canaviais. Grandes

    quantidades so adicionadas ao solo e, posteriormente, incorporadas por meio de

    gradagens;

    Distribuio nas entrelinhas da cana-soca e incorporaes por meio de

    cultivadores de discos;

    Aplicao nos sulcos de plantio. Menores quantidades de torta de filtro (15 a 35

    toneladas por hectare da torta mida) so distribudas, levando-se em conta as

    quantidades de nutrientes que esto sendo incorporados ao solo, sobretudo o

    fsforo.

    8

  • O fertilizante produzido com a torta do filtro apresenta uma serie de vantagens

    em relao ao adubo qumico que normalmente utilizado nas plantaes. Do ponto de

    vista econmico, a utilizao da torta uma boa alternativa aos adubos qumicos, pois

    faz com que as indstrias no precisem investir altas quantias de dinheiro em

    nitrognio, fsforo e potssio, pois a torta j supri necessidade das plantas. Alm disso,

    se a torta no fosse reaproveitada, a cada hectare seriam aplicados cerca de 500 mil

    quilos de adubo qumico, a um custo de R$ 1,7 mil a tonelada, o que mostra uma

    economia muito grande.

    4.6 BagaoO bagao um subproduto da indstria sucroalcooleira e representa cerca de um

    quarto da massa da cana-de-acar. Obtido da moenda da cana, o bagao apresenta um

    alto teor de fibras e umidade (Aproximadamente 45% de fibras, 50% de umidade e 5%

    de outros slidos. O bagao pode ser utilizado na produo dos seguintes produtos:

    fertilizantes e rao animal, xilitol, energia eltrica e furfural.

    4.6.1 Fertilizantes O processo utilizado para preparao de adubos a partir do bagao da cana-de-

    acar denominado compostagem ou composta. Define-se compostagem como um

    processo biolgico, aerbio e controlado, por meio do qual se consegue a humificao

    do material orgnico, obtendo-se como produto final, o composto orgnico. Este

    processo desenvolvido em duas fases distintas, em que na primeira ocorre a

    degradao ativa e, na segunda, maturao (humificao) do material orgnico, ocasio

    em que produzido o composto propriamente dito.

    A compostagem pode ser feita no somente com o bagao da cana, mas tambm

    com outros resduos vegetais provenientes da agroindstria, como por exemplo, cascas

    de caf, pednculo e epicarpos de algodo.

    Um processo de compostagem muito utilizado o processo feito com esterco

    animal (bovinos, eqinos e aves) e bagao da cana. O material vindo da usina (bagao)

    e dos estbulos ou granjas so empilhado um sobre o outro em camadas na forma de um

    sanduche, nas devidas propores (quatro volumes de bagao para um volume de

    esterco animal) at que a pilha chegue a altura desejada. Acima dessa pilha, para

    acelerar a compostagem e enriquecer o adubo orgnico, deve-se aplicar uma camada de

    9

  • 2 a 3 cm de fosfato natural em p ou superfosfato simples em p. Com o passar do

    tempo necessrio que se faa o revolvimento peridico deste composto, para que o

    processo se acelere e seja bem realizado.

    O processo todo da compostagem dura em torno 90 dias quando feito em

    galpes, e pode demorar um pouco mais, cerca de 120 a 150 dias, quando feito a cu

    aberto. O produto final deve ter no mximo 25% de umidade, pH superior a 6,0 e a

    relao carbono/nitrognio (C/N) na faixa de 10/1 a 15/1. Esta relao C/N muito

    importante e deve ser controlada para que a operao ocorra da forma adequada.

    O composto deve ser incorporado ao solo trinta dias antes da instalao da

    cultura. No caso de culturas perenes (como a do caf e das frutferas), este adubo

    orgnico dever ser enterrado formando uma coroa ao redor das plantas.

    4.6.2 Rao animalO bagao de cana in natura no apresenta uma boa digestibilidade nem um bom

    valor nutritivo, e por isso no muito eficiente quando utilizado para a alimentao de

    animais. Uma alternativa para isto incluso do bagao outras raes que apresentem

    um teor nutritivo alto, como por exemplo raes a base de palma forrageira, milho e

    farelo de soja. Outra opo o tratamento do bagao com os nutrientes necessrios,

    fazendo com que assim o bagao apresente um bom valor nutritivo e uma boa

    digestibilidade para os animais. Os tratamentos mais utilizados so feitos a base de

    hidrxido de sdio, uria, amnia ou com vapor sob presso (hidrolise), e dentre estes

    tratamentos vapor sob presso apresenta resultados mais efetivos em termos de aumento

    do valor nutritivo do material tratado.

    4.6.3 Xilitol O xilitol um poliol obtido a partir da hemicelulose contida no bagao. Ele um

    p branco e com formula estrutural C5H12O5.

    O xilitol possui um poder adoante (semelhante sacarose) e pouco calrico.

    Ele tambm ajuda a prevenir cries e da uma sensao de frescor o que faz com que seja

    utilizado em balas e chicletes, alem de ser utilizado no combate a diferentes doenas no

    corpo humano como a otite e a osteoporose.

    No momento o processo qumico o mais utilizado, mas na indstria sulcro-

    alcoleira usa-se o processo biolgico. Esse processo envolve a fermentao da xilose

    contida na hemicelulose por fungos. Ele possui as vantagens em relao ao processo

    convencional por ser mais barato e no ser menos prejudicial ao menos ambiente

    10

  • (toxicidade dos efluentes menor do que os do processo qumico), mas os processos

    ainda esto sendo otimizados, pois ainda no h como obter grandes quantidades para

    sua cristalizao.

    4.6.4 FurfuralO furfural utilizado como solvente seletivo para refinao de leos

    lubrificantes, resina de madeiras e leos vegetais. O uso potencial do furfural, alm da

    utilizao em frmacos e resinas, a obteno de lcool furfurlico. A fabricao do

    furfural a partir do bagao da cana usa praticamente os mesmos mtodos usados quando

    se usa bagao de milho. Muitas empresas j esto utilizando o essa fonte para a

    fabricao comercial, como uma empresa da republica dominicana patrocinada pelos

    Estados Unidos e muitas empresas na China.

    4.6.5 Energia eltrica Uma das principais aplicaes do bagao da cana a gerao de energia eltrica

    atravs de sua queima. Esta aplicao de grande importncia porque faz com que as

    indstrias se tornem auto-suficientes (em termos de energia eltrica), uma vez que elas

    produzem a energia que iro utilizar nos processos de transformao da cana em

    produtos (acar e lcool). Outro fator positivo desta produo de energia o fato de ela

    ser limpa e renovvel, fazendo com que o pas possa vender crditos de carbono do

    protocolo de Kyoto.

    Apesar de apresentar muitas vantagens, a produo de energia eltrica atravs da

    biomassa tambm tem desvantagens, que a poluio gerada em sua queima. A queima

    da cana produz fuligens e cinzas que so prejudiciais sade humana e tambm ao meio

    ambiente, e, portanto essas cinzas devem ser tratadas antes de serem despejadas no ar.

    As cinzas tambm podem ser utilizadas para a fabricao de tijolos e carvo.

    11

  • 5. Legislao e Sade 5.1 O Gerenciamento Ambiental

    O Brasil, maior pas da Amrica Latina e quinto do mundo em rea territorial,

    compreendendo 8.511.996 km2, com zonas climticas variando do trpico mido a reas

    temperadas e semi-ridas, certamente o pas detentor do maior patrimnio de

    biodiversidade do planeta. Mais de 16% do territrio brasileiro corresponde a reas de

    proteo ambiental (sendo 5,22% em unidades de conservao federais, tais como

    parques e reservas ecolgicas e extrativistas, e 11,12% em reas indgenas).

    A Lei Federal n 6.938, de 31 de Agosto de 1981, constituiu o Sistema Nacional

    do Meio Ambiente (SISNAMA), composto pelos rgos e entidades da Unio, dos

    Estados e do Distrito Federal, dos Municpios, e pelas fundaes institudas pelo Poder

    Pblico, responsveis pela proteo e melhoria da qualidade ambiental. Eles tm como

    seu rgo Superior o Conselho Nacional do Meio Ambiente. O CONAMA o rgo

    responsvel em todo o territrio nacional pela regulamentao dos procedimentos

    referentes ao Licenciamento Ambiental estabelecidos na Poltica Nacional de Meio

    Ambiente e pela incorporao ao sistema de Licenciamento Ambiental os novos

    instrumentos de gesto ambiental, que visam melhoria contnua e a preveno,

    No Brasil a questo ambiental chega hoje a patamares mais evoludos, e deixa-se

    de encarar o ambientalismo e o desenvolvimentalismo como adversrios. O

    empreendimento da atualidade h de considerar a interao entre empresa, sociedade,

    mercado e rgos de controle ambiental. Responsabilidade com o meio ambiente um

    quesito intrnseco ao critrio moderno de qualidade.

    O sistema de Gesto Ambiental o mecanismo de controle e melhoramento da

    adequao de uma empresa com as condies limitantes do meio em que ela se

    encontra. Para que seja bem sucedido, ele precisa de diretrizes, tais como: o

    comprometimento geral da empresa com a poltica ambiental, elaborao de um plano

    de ao (objetivos e metas), integrao dos planos ambientais no dia-a-dia operacional

    da organizao, monitoramento e auditorias, e por fim, redefinio de objetivos. A

    implementao de um sistema de Gerenciamento Ambiental visa melhoria contnua das

    condies no que tange processos e matrias - primas.

    12

  • Figura 1 Implantao de um SGA

    5.1.1 ISO 14000

    Na Conferncia das Naes Unidas sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento

    (ECO 92) mais de 100 pases reconheceram que era preciso criar normas internacionais

    de gesto ambiental, conhecidas atualmente como ISO 14000. A norma britnica BS

    7750 seriu de embrio para as normas ISO 14000.

    Este conjunto de normas tem como objetivo geral fornecer assistncia para as

    organizaes na implantao ou no aprimoramento de um Sistema de Gesto Ambiental

    (SGA). As normas proporcionam uma indicao, ou apresentam as ferramentas

    disponveis para que se proceda com segurana do bom desempenho.

    5.2 A Indstria Sucroalcooleira e a Poluio do Ar

    O material particulado um dos poluentes emitidos em maior volume pelas

    indstrias de acar e lcool. Considera-se como material particulado qualquer

    substncia, exceo da gua pura, que existe como lquido ou slido na atmosfera e

    tem dimenses de 10nm a mais de 100m. No caso em estudo a grande maioria das

    emisses de material slido, tambm chamado de fuligem. A maior fonte de

    particulado a queima de biomassa e de combustveis fsseis em motores de combusto

    interna.

    A partcula de fuligem que sai da caldeira (ou produzida na queimada)

    composta por material inorgnico, hidrocarbonetos adsorvidos na superfcie, gotculas

    de hidrocarbonetos condensados na superfcie, sulfatos e gotculas de gua aderidas

    superfcie.

    13

    Corrigir

    Verificar Executar

    Planejar

    Melhora Contnua

  • De acordo com a Unio da Indstria da Cana-de-Acar (UNICA), em 2009,

    pelo menos 50% dos canaviais paulistas seriam colhidos sem uso do fogo. No entanto, o

    nmero de queimadas registradas at agora pelos satlites do Instituto Nacional de

    Pesquisas Espaciais (Inpe) o dobro do registrado no mesmo perodo do ano passado.

    Desde a colonizao e principalmente durante a dcada de 70, com o vantajoso

    subsdio oferecido pelo governo atravs do Prolcool, as queimadas foram o principal

    mtodo de colheita da cultura de cana. Elas provocam vrios impactos ambientais

    negativos que afetam inclusive a sustentabilidade da prpria agricultura. No solo, o fogo

    altera as suas composies qumica, fsica e biolgica, prejudicando a ciclagem dos

    nutrientes.

    As queimadas so fortemente combatidas atravs de plebiscitos ou movimentos

    populares, que culminam em leis mais severas. Em 2001, o ento governador de So

    Paulo, Geraldo Alckmin, prorrogou o prazo de uma lei que obrigava a extino das

    queimadas at 2008. De acordo com a nova determinao as reas mecanizveis

    (relativamente planas e maiores do que 150 hectares) devem parar as queimadas at o

    ano de 2021. J as reas menores e com declividade, ou seja, as no mecanizveis, tem

    prazo estendido at 2031. Essa lei determina metas para cada ano, para que se possa

    eliminar a prtica da queimada gradativamente.

    O setor sucroalcooleiro lidera o ranking do valor de multas aplicadas pelo

    governo de So Paulo por poluio ou desrespeito legislao ambiental entre todas as

    reas da indstria, segundo dados da Companhia Tecnolgica de Saneamento

    Ambiental (CETESB). Em segundo lugar figuram as metalrgicas, com dados mais

    modestos.

    5.3 A LegislaoO material particulado em suspenso na atmosfera dividido em classes, de

    acordo com sua faixa de dimetro:

    Particulado total em suspenso (PTS): representa o conjunto dos diversos

    materiais particulados, freqentemente, ultrapassando 10 m de dimetro, podendo

    atingir at 100 m;

    Particulado grosso (PM10): partculas com dimetro aerodinmico de 2,5 a 10

    m. So produzidas mecanicamente pela quebra de partculas maiores durante a

    atividade industrial; em rodovias, provenientes do solo (p de estrada, por exemplo,

    14

  • freio e p de pneu); escombros de construes; material biolgico, como plen e

    bactrias; processos agrcolas;

    Particulado fino (PM2,5): com dimetro aerodinmico inferior a 2,5 m.

    Geralmente, formado a partir do processo de combusto, incluindo veculos a motor,

    queima de madeira, queimada de plantaes ou florestas, e alguns processos

    industriais. Os principais gases precursores so o dixido de enxofre (SO2), xidos

    de nitrognio (NOx), amnia (NH3) e compostos orgnicos volteis;

    Partculas ultrafinas (UFP): com dimetro aerodinmico inferior a 0,1 m.

    Produzidas pela condensao de metais ou compostos orgnicos vaporizados a altas

    temperaturas (combusto de produtos fsseis). Geralmente, so constitudas por

    nitrato, sulfato, carbono, amnia e traos de metais.

    A determinao sistemtica da qualidade do ar, por questes de ordem prtica,

    limitada a um restrito nmero de poluentes, definidos em funo de sua importncia e

    dos recursos materiais e humanos disponveis. De forma geral, o grupo de poluentes

    consagrado universalmente como indicador mais abrangente da qualidade do ar :

    monxido de carbono, dixido de enxofre, material particulado, oznio e dixido de

    nitrognio. A razo da escolha desses parmetros como indicadores de qualidade do ar

    est ligada maior ocorrncia de emisses com esse grupo poluente e aos seus efeitos

    adversos ao meio ambiente e sade humana. A Tabela 1 mostra algumas mazelas

    causadas pela poluio atmosfrica.Tabela 1 - Principais poluentes

    Poluente Caractersticas Fontes Principais Efeitos gerais ao meio ambiente

    MP10 e Fumaa

    Particulado de material slido ou lquido. Tamanho

    menor que 10 mProcessos de combusto Danos a vegetao, deteriorao da visibilidade, contaminao do solo

    PTSParticulado de material

    slido ou lquido. Tamanho menor que 100 m

    Processos industriais, veculos motorizados, queima de biomassa

    Danos a vegetao, deteriorao da visibilidade, contaminao do solo

    SO2Gs incolor, forte odor,

    pode ser facilmente transformado em SO3 e

    posteriormente em H2SO4

    Queima de leo combustvel, veculos a

    diesel, fertilizantes

    Formao de chuva cida, corroso de materiais e danos a vegetao

    NO2 Odor forte, pode formar HNO3 e nitratosProcessos industriais, veculos motorizados

    Formao de chuva cida, e danos a vegetao

    CO Gs incolor, inodoro, inspidoCombusto incompleta

    (veculos)

    O3Gs incolor, principal componente da nevoa

    fotoqumica

    produzido indiretamente (fotoquimicamente) pela

    radiaoDanos as vegetaes e plantas

    15

  • Os poluentes so ditos primrios quando emitidos diretamente pela fonte, e

    secundrios caso se formem na atmosfera, por reaes fsicas ou qumicas. O oznio

    um bom exemplo de poluente secundrio: formado na atmosfera por reao

    fotoqumica em altitudes de 10 a 50 km.

    A Resoluo CONAMA N 05, de 15 junho de 1989 instituiu o Programa

    Nacional de Controle da Qualidade do Ar (PRONAR), que usa a imposio de limites

    mximos de emisso, e padres nacionais de qualidade como estratgias para evitar a

    poluio do ar. Os padres estabelecem concentraes de poluentes atmosfricos que, se

    ultrapassadas, podero afetar a sade, a segurana e o bem-estar da populao, bem

    como ocasionar danos flora e fauna, aos materiais e ao meio ambiente em geral. So

    os padres primrios e secundrios.

    O padro primrio de qualidade do ar uma concentrao de poluentes que, se

    ultrapassada, poder afetar seriamente a sade da populao. Os padres secundrios

    so as concentraes de poluente abaixo das quais se prev o mnimo efeito adverso

    sobre o bem estar da sociedade, assim como mnimos danos. O objetivo do

    estabelecimento de padres secundrios criar uma base para uma poltica de

    preveno da degradao da qualidade do ar. Devem ser aplicados s reas de

    preservao (por exemplo: parques nacionais, reas de proteo ambiental, estncias

    tursticas).

    A concentrao mxima permitida leva em considerao um perodo de tempo

    como referncia. A Tabela 2 mostra alguns valores de padres para diferentes

    poluentes, de acordo com a Resoluo CONAMA n 003, de 28 de junho de 1990.

    16

  • Tabela 2 - Padres Primrios e Secundrios

    Poluente Tempo amostragem

    Padro primrio (g/m)

    Padro secundrio (g/m)

    PTS24 h 240 150

    Mdia geomtrica anual 80 60

    Partculas inalveis

    24 h 150 150

    Mdia aritmtica anual 50 50

    Fumaa24 h 150 100

    Mdia aritmtica anual 60 40

    SO224 h 365 100

    Mdia aritmtica anual 80 40

    NO21 h 320 190

    Mdia aritmtica anual 100 100

    CO1 h 40.000(35 ppm)

    40.000(35 ppm)

    8 h 10.000(9 ppm)10.000(9 ppm)

    O3 1 h 160 160

    A mesma resoluo tambm introduz padres de Ateno, Alerta e Emergncia,

    sendo que os dois primeiros nveis se atingidos indicam que providencias devem ser

    tomadas para que no se chegue ao padro de Emergncia. Tais padres esto dispostos

    na Tabela 3 para PTS e partculas inalveis (PM10).

    Tabela 3 - Nveis de ateno

    Ateno (g/m3) Alerta (g/m3) Emergncia (g/m3)

    PTS 375 625 875

    Partculas inalveis 250 420 500

    5.4 Material Particulado e a Sade Humana

    Dentre os danos na sade humana, estudos verificaram que o aumento da

    poluio est diretamente relacionado ao aumento das taxas de natalidade e morbidade

    (doenas/enfermidades). Esses danos so verificados em todo o organismo, porm o que

    se verifica que os sistemas mais afetados so o respiratrio e o cardiovascular.

    17

  • Sabe-se que quanto menor o dimetro das partculas, mais danoso o seu efeito

    para os seres humanos, pois ao inalar o ar poludo, as partculas sero absorvidas em

    nvel dos alvolos pulmonares. Dependendo de seu tamanho a partcula tende a se

    depositar em diferentes regies do trato respiratrio.

    >40 m: Nariz e Muco Nasofarngeo

    >10 m: Bronquolos

  • 6. Equipamentos

    6.1 Sedimentadores - Cmaras gravitacionais As cmaras gravitacionais so sedimentadores ,figura 2, que retiram a sujeira

    grosseira do ar. Assim o ar est pronto para ter uma limpeza mais refinada

    posteriormente por outro equipamento. A sedimentao um processo bem simples,

    pois a coleta de partculas dada pela velocidade terminal das partculas associada

    fora gravitacional. Esse processo funciona apenas se tiver espao suficiente para a

    desacelerao e o peso das partculas atuarem, por isso a rea dos sedimentadores

    grande para as partculas se depositarem no fundo. Para melhorar a eficincia coloca-se

    chicanas ou telas, permitindo o aumento da velocidade terminal. O slido recolhido

    em funis no fundo da cmara. As partculas recolhidas so maiores que 50 m. Ele

    usado principalmente na indstria de refino, extrao de minrios, pr-coletores para

    filtros-manga.

    Figura 2 - Sedimentador

    O sedimentador tem algumas vantagens que so o baixo custo, baixa demanda

    energtica. E suas desvantagens so o espao fsico e a eficincia baixa para remoo de

    partculas finas. Dentro dos sedimentadores existem dois modelos de disperso. Um que

    a concentrao de slidos varia ao longo da direo do escoamento de gs. O outro tem

    um uma distribuio uniforme dentro do equipamento.

    19

  • 6.2 Ciclones O ciclone um equipamento para purificar o ar, retirando, deste, partculas

    maiores que 10 m. A figura 3 demonstra a dinmica do ar dentro do ciclone. Primeiro

    o ar sujo entra tangencialmente no ciclone. Ao entrar na cmara interna, a expanso

    causa uma perda de presso no gs e o atrito com as paredes diminui a velocidade

    tangencial. Esses fatores auxiliam a coleta do material suspenso pela fora da gravidade.

    O ar limpo sai do equipamento pela abertura superior. No entanto, uma parte das

    partculas suspensas so carregadas com o gs para fora. Por causa disso existe a

    medida do CUT SIZE, que o da tamanho de partcula para o qual a eficincia 50%

    (metade sai carregada com o fluxo de ar e outra metade separada). Ento para uma

    maior eficincia na coleta, eles so montados em srie e/ou acoplados com outros

    purificadores de ar. Assim so capazes de lidar com maiores vazes de ar.

    Figura 3 - Dinmica do ar dentro do ciclone

    Fatores que aumentam a eficincia:

    1. Aumento do dimetro de partcula e densidade do slido2. Aumento da velocidade do gs3. Diminuio do dimetro do ciclone

    20

  • 4. Aumento da altura do ciclone5. Umidificao das paredes6. Diminuio da viscosidade do fluidoDentro das vantagens do ciclone tem a versatilidade. Um ciclone pode ser projetado

    para vrias caractersticas do slido. Incluindo classificao por forma, densidade ou

    tamanho. Ele tem baixo custo e poucos gastos com manuteno. O espao fsico exigido

    pequeno por ter tamanho pequeno, o que possibilita resposta relativamente rpida de

    limpeza. Alm dessas vantagens o alto cisalhamento pode quebrar aglomerados.

    Em relao s desvantagens tem-se a pouca flexibilidade, isto , um ciclone

    projetado para operar em determinadas condies dificilmente adaptado a outras

    (outro tipo de slido, vazo diferente...); a performance limitada em relao a

    eficincia de separao para tamanho muito pequenos. E a performance altamente

    dependente da taxa e composio da alimentao.

    Outro tipo de Ciclone o filtrante. Este equipamento consiste na substituio da

    seo cnica metlica por uma seo cnica porosa, o meio filtrante, feita de

    polipropileno. Opera com menor queda de presso, mas tem um dimetro de corte

    maior, o que implica uma menor eficincia.

    6.3 Filtro MangaTodo sistema de filtrao tem em comum a queda de presso atravs do filtro,

    que a principal forma de energia no processo de filtrao. Na prtica, a maioria dos

    filtros coletores de p so operados entre 490, 21 a 1958,37 cm Pa. As velocidades

    usadas na prtica variam de 0,5 a 10 cm/s. grandes velocidades reduzem a rea de

    filtrao, o tamanho do filtro requerido, mas aumentam a penetrao das partculas

    dentro do tecido, o que dificulta sua remoo e aumenta a queda da presso residual. A

    figura 4 representa um filtro manga.

    21

  • Figura 4 - Filtro Manga

    As fibras mais utilizadas o filtro de mangas so:

    Fibras naturais: compostas de algodo ou l. As fibras de algodo so grossas e

    no recomendadas para partculas menores que 10 m. as fibras de l so mais

    finas mas custam o dobro das de algodo. Tambm no podem ser utilizadas em

    altas temperaturas.

    Fibras sintticas: podem ser de poliamida, polipropileno, polister e teflon.

    Fibras de vidro: utilizadas para filtrao a temperaturas elevadas, so pouco

    resistentes ao esforo fsico.

    Uma fibra forma um obstculo no qual o ar se desvia, levando consigo as partculas

    ao longo de suas linhas de corrente. Mas, se o raio da partcula for maior do que sua

    distncia mnima de aproximao da fibra, haver contato entre ambas, ficando a

    partcula retida devido a foras intermoleculares. Fibras mais finas desviam menos as

    linhas de corrente resultando em aumento da eficincia.

    No inicio da filtrao, as partculas de p vo penetrando o meio filtrante e

    revestindo as fibras de tecido. A reteno das partculas na superfcie do meio filtrante

    forma a chamada torta de filtrao. A presena da torta aumenta a resistncia do filtro.

    As tcnicas de limpeza dos filtros de manga mais comuns atualmente so:

    22

  • Vibrao mecnica: O tecido e vibrado por meio de um motor a uma

    freqncia de vrios ciclos por segundo. Essa tcnica exige interrupo da

    filtrao pelo tempo total da operao de limpeza.

    Fluxo de ar reverso: Consiste na passagem de um fluxo de ar limpo na

    direo oposta ao da filtrao ate que uma quantidade de torta seja removida.

    Essa tcnica tambm exige a interrupo da filtrao durante a limpeza. Sua

    vantagem em relao vibratria uma maior durao no tempo de vida do

    tecido.

    Jato pulsante (Pulso Jet): Consiste de um jato de ar forado a atravessar a

    seco do filtro na direo oposta ao fluxo do ar empoeirado. O pulso gerado

    normalmente em uma linha de alta presso. Na entrada do filtro, na direo

    oposta ao da filtrao, normalmente colocado um Venturi que transforma o

    jato do ar em uma onda de choque. Desta forma, o tecido limpo mais

    rapidamente que nos mtodos anteriores e permite que a limpeza seja feita sem

    interrupo da filtrao.

    6.4 Precipitator EletrostticoO precipitador eletrosttico um separador de partculas muito eficiente. Seu

    principio de funcionamento a partir da energia eltrica. Uma corrente passa pelo

    arame ou placa e faz deles o eletrodo negativo. Assim, a parede se torna o eletrodo

    positivo. Com essa configurao, o ar sujo entra no precipitador e as partculas so

    carregadas negativamente pelos eltrons gerados pelo efeito corona do eletrodo

    negativo. Em seguida, as partculas migram para o eletrodo positivo, onde se aderem.

    Dessa forma o ar sai limpo pelo outro lado. Um esquema dessa explicao

    representado na figura 5. Esse mtodo muito eficiente, em torno de 99% das

    partculas, conseguindo a captura de 2,5 m.

    23

  • Figura 5 - Esquema do funcionamento do precipitador eletrosttico

    Existem dois tipos de precipitadores eletrostticos. O mais utilizado industrialmente o precipitador de placa e arame e o mais utilizado em escala de laboratrio o precipitador de placas planas. Os dois so descritos abaixo.

    Precipitador placa e arame.

    Est aplicao ultilizada numa ampla variedade de aplicaes industriais: caldeiras

    para carvo, fornos de cimento, incineradores de resduos slidos, caldeiras

    recuperativas de plantas de papel, etc.

    O fluxo e ar passa pelo meio das placas. Os arames supensos entre as placas

    constituiem os eletrodos de descarga de alta voltagem. Os arames so carregados

    negativamente, pq a corona negativa suporta um voltagem maior.

    Precipitador de placas Planas

    Utilizam-se geralmente em aplicaes de pequena escala (50 100 m3), para

    partculas de alta resistividade e dimenses 1-2 m. A empresa United McGrill ultiliza

    em processos industriais com capacidade mxima de at 944m3/s. Nos precipitadores

    da McGrill so coletadas partculas positivas e negativas, por isso a placa de descarga

    funciona como placa coletora tb, aumentando a superfcie em 30%. Limpeza mecnica.

    24

  • Vantagens e Desvantagens dos precipitadores eletrostticos em geral:

    Em relao as vantagens tem-se que o nico equipamento no qual as foras

    atuam apenas sobre as partculas e no sobre todo o fluxo de gs. Tem pequena queda

    de presso: 1,24 kPa. Alm de uma eficincia de separao de 99,5% (Lora).

    E as desvantagens so o custo alto, a mo de obra especializada e em alguns

    casos para diminuir a resistividade das partculas condicionamento com SO3, NH3 ou

    vapor de gua. Isso traz, alm da desvantagem de necessitar de tratamento para

    posterior descarte, o custo com de incluir essas substancias na limpeza.

    6.4.1 DimensionamentoO componente velocidade em que as partculas se movem na corrente de gs

    rumo aos eletrodos de coleta conhecido como velocidade de migrao (W) e, este

    diferente para cada tipo de aplicao do precipitador em relao ao processo industrial,

    cujas emisses de particulados devem ser controladas. Os valores de (W) para cada

    processo a ser controlado "know-how" do fabricante e foram obtidos atravs de

    pesquisas e experincias de fornecimentos ao longo do tempo, constituindo-se como sua

    tecnologia. O componente um fator emprico de suma importncia para o

    dimensionamento do precipitador que garante a eficincia da remoo do p. A frmula

    adotada por W. Deutsch em 1922 usada, at hoje, com esse objetivo.

    Outros fatores tambm exercem influncia mtua sobre os parmetros que

    determinam a velocidade de migrao. Eles so a resistividade eltrica do p, o teor de

    p na entrada do precipitador, o teor de p na sada do precipitador, o tamanho das

    partculas do p, a composio qumica do p, a composio qumica do gs, a

    temperatura do gs carreador e a umidade do gs.

    A resistividade eltrica do p um dos fatores mais crticos para a eficincia de

    coleta. Ela depende primariamente da composio qumica do material a ser coletado, e

    na maioria dos casos muda em vrias ordens de grandeza em funo da temperatura e

    umidade presente no fluxo de gs a ser tratado.

    Diversos mtodos so usados para melhorar as condies fsicas para a coleta.

    Entre eles esto o condicionamento com gua que aumenta a umidade do gs

    resultando na reduo da resistividade do p. E tambm o condicionamento do gs

    com aditivos. Por exemplo, a injeo de SO3, NH3 ou vapor de gua reduz a

    resistividade do p sem provocar uma reduo substancial na temperatura do gs.

    25

  • 6.5 Lavadores de gs6.5.1 Mecanismos de coleta

    Os mecanismos bsicos que atuam na coleta de partculas so mostrados na figura 6

    e descritos a seguir:

    1. Impactao inercial: mecanismo resultante da inrcia da partcula. As linhas de

    corrente desviam ao passar em torno do coletor (gota), enquanto que as partculas,

    dependendo de sua massa e velocidade do gs, tendem a colidir contra a superfcie do

    lquido. O parmetro para o clculo da eficincia por impactao o nmero de

    Stokes, o qual envolve o dimetro da partcula, a velocidade, a densidade e

    viscosidade do gs.

    2. Interceptao direta: resulta do tamanho relativo entre a partcula e o coletor

    no filtro. Uma partcula seguindo as linhas de corrente pode ser coletada quando seu

    centro passa pela superfcie do coletor a uma distncia menor ou igual ao seu raio.

    3. Difuso: o mecanismo difusional resulta do movimento aleatrio

    (browniano) que as partculas de pequeno dimetro esto sujeitas em um gs. Ocorre

    mais efetivamente em partculas submicrmicas e/ou em baixa velocidade de fluxo.

    Entre os adimensionais para o clculo da eficincia de coleta pelo mecanismo

    difusional incluem-se os nmeros de Peclet (Pe), Cunningham (Cu) e Knudsen (Kn).

    Figura 6: ilustrao dos mecanismos de coleta

    6.5.2 Tipos de Lavadores Os principais usos dos lavadores so nas chamins de caldeiras, fornos e

    incineradores. Com a vantagem de lavarem materiais txicos, de reutilizarem a gua, de

    26

  • terem uma alta eficincia, do recolhimento de uma alta gama de partculas e de poderem

    trabalhar a altas presses e temperaturas. E as desvantagens so a formao de lodo, a

    corroso, a alta demanda energtica e a vida til pequena, pelo fato de entupir os

    orifcios que alimentam os lavadores com gua. Isso acontece por serem muito

    pequenos.

    Tipos de lavadores:

    Lavador de pratos

    Equipamento parecido com uma coluna de destilao, onde o vapor sujo entra

    por baixo e passa por pratos com orifcios onde o liquido limpo esta escoando.

    Assim vapor limpo sai em cima e o lquido sujo sai em baixo

    Ciclones midos

    Princpio de funcionamento parecido com o do ciclone, mas h a injeo de

    gotculas de gua (de modo que faam uma trajetria circular pelo ciclone) que

    so recolhidas ao fundo

    Lavadores de spray (Figura 7)

    Um tanque onde o gs sujo inserido por baixo. O interior desse tanque h

    vrios jatos que fazem a disperso de gotculas de gua para a lavagem do gs,

    o qual sai limpo na parte superior do tanque

    Lavadores de impacto

    Um fluxo gasoso sujo impacta contra uma superfcie liquida

    Lavadores de leito fluidizado

    Um leito fluidizado, onde o gs sujo inserido e o liquido limpo inserido em

    contra corrente. A coleta ocorre por impacto nas gotculas e no filme liquido que

    se forma nos elementos mveis

    Lavadores de leitos fibrosos

    Leito de elementos fibrosos que so constantemente molhados com liquido de

    lavagem

    ( fibras: l de vibro, l de rocha, vibra de vidro, etc.)

    Lavadores de torre de enchimento (Figura 8).

    27

  • Torre onde o ar sujo entra por baixo e passa pelo interior da torre, onde h

    enchimentos (varias partculas que variam de acordo com a especificao da

    lavagem) que aumentam o contato do gas com o liquido, que e disperso por cima

    do enchimento. Assim o liquido sujo drenado por baixo e o gs limpo sai por

    cima

    Figura 7 - Lavador de Spray Figura 8 - Torre de enchimento

    Eficincia dos lavadores medida pela perda de carga entre a entrada e a sada,

    quanto maior a perda de carga maior a eficincia do lavador. Eles so classificados

    em baixa energia (perda de carga de at 75 mmCA),mdia energia (perda de carga entre

    75 e 250 mmCA) e alta energia (perda de caraga acima de 250 mmCA).

    7. Lavador Venturi7.1 Funcionamento

    O nome Venturi deriva do fsico italiano Giovani Battista Venturi que estudou

    escoamento de fluidos atravs de constries suaves em dutos caracterizados por uma

    28

  • convergncia, uma garganta e uma divergncia e props um equipamento com essas

    caractersticas para a medio de fluidos (GONALVES, 2000).

    So equipamentos muito apropriados, especialmente em aplicaes onde a

    eficincia de coleta exigida seja superior a 90% para partculas de 1 ou menores. O

    fluxo de ar que passa por essa garganta forado a fluir com alta velocidade,

    alcanando valores entre 50 e 90 m/s ou maiores. Aps alcanar a velocidade mxima, o

    gs sofre uma desacelerao na seo divergente. Na Figura abaixo est apresentado um

    esquema de um lavador Venturi.

    Figura 9- representao esquemtica do lavador Venturi

    O lquido de lavagem injetado no interior do Venturi, normalmente na

    garganta, por diferentes formas. Utilizando geralmente gua, mas podendo utilizar

    outros lquidos dependendo da natureza do contaminante. O lquido injetado seja na

    forma de jato na garganta ou prximo ao topo da seo convergente na forma de um

    filme lquido, atomizado pela alta velocidade de gs na garganta do Venturi. As gotas

    resultantes da atomizao so arrastadas e aceleradas pelo gs desde a formao,

    quando a velocidade axial das mesmas quase nula, at a sada do equipamento, onde a

    velocidade das gotas aproximadamente igual velocidade do gs.

    A velocidade relativa entre o gs e as gotas permite o aparecimento de uma fora

    de arraste sobre as gotas, principal responsvel pela acelerao e desacelerao das

    mesmas. A mistura e o contato entre as fases (lquido e gasoso) promovido devido ao

    escoamento turbulento no interior do lavador. Pode-se dizer que uma chuva bem fina

    gerada no interior do equipamento responsvel por lavar o gs contendo partculas.

    As partculas ao se aproximarem das gotas, que so de maior tamanho, so coletadas.

    29

    Garganta

    Injeo de lquido

    Seo Divergente

    Gs sujo

    Sada de gota

    gota

    gotas

    Seo Convergent

    e

  • As gotas lquidas so posteriormente separadas da corrente gasosa por um separador

    ciclnico.

    O gs perde energia sob a forma de presso. O perfil da queda de presso em

    funo da posio do lavador Venturi est ilustrado na Figura 10. Na seo convergente

    o gs ganha velocidade mas perde presso, dessa forma a energia sob a forma de

    presso transforma-se em energia cintica. Na seo divergente ocorre o inverso, ou

    seja, o gs perde velocidade e ganha presso. A presso , portanto, na sada do

    equipamento menor que na entrada, assim a perda de presso compensada por um

    soprador. O soprador um equipamento que tem a finalidade de fornecer a velocidade

    necessria para o sistema. A queda de presso em lavadores Venturi se deve

    principalmente a trs mecanismos:o gasto de energia com acelerao das gotas, ao atrito

    e a acelerao/desacelerao do gs.

    Figura 10: Perfil da queda de presso em um lavador Venturi (GONALVES,2000).

    7.2 Equacionamento do Lavador VenturiEm um lavador do tipo Venturi existem dois parmetros de extrema importncia

    devem ser levados em considerao e calculados para fazer o seu projeto: a eficincia de

    coleta e a perda de carga do Venturi.

    30

  • 7.2.1 EficinciaExistem dois modelos que podem ser adotados para se calcular a eficincia: o

    modelo de Johnstone e o modelo de Calvert:

    7.2.1.1 Modelo de JohnstoneO modelo de Johnstone o mais antigo e mais simples meio de se calcular a

    eficincia do lavador. A equao para sua determinao est representada na equao 1:

    1 exp LG

    QE KQ

    = (1)

    Onde:

    E: eficincia de coletaQL: vazo volumtrica de lquidoQG: vazo volumtrica de gsK: fator emprico de Johnstone (possui valores na faixa de 7,48 e 14,96) : parmetro de impactao inercial

    O parmetro de impactao inercial pode ser calculado pela equao 2:

    ( ) 218p p G

    G

    d VC

    D

    = (2)

    Sendo:

    VG: a velocidade do gs na garganta do Venturip: a densidade da partculadp: o dimetro da partculaG: a viscosidade do gsD: dimetro mdio da partcula de SauterC: fator de correo de Cunningham

    O fator de correo de Cunningham pode ser calculado pela equao 3:

    ++=

    nnc K

    KC 10,1exp40,0257,11 (3)

    31

  • O nmero de Knudsen (Kn) funo do dimetro da partcula e do percurso livre

    das molculas de gs conforme mostrado pela equao 4:

    pi

    gn d

    K

    2= (4)

    Onde dpi o dimetro da partcula g o percurso livre das molculas e

    calculado pela equao 5:

    GG

    Gg

    TMP

    =

    1145,0 (5)

    Sendo:

    PG: presso do gs M: massa molecular do gsTG: temperatura do gs

    J o dimetro mdio da partcula de Sauter (D) pode ser calculado de duas diferentes formas:

    a) Se o spray de injeo de lquido nebulizado pelo gs de v se usar a equao 6:

    602,1

    932,19106,319,42

    G

    G

    L

    V

    QQ

    D

    +

    =

    (6)

    b) Se o spray for pr-atomizado com bocais pneumticos, que o caso mais

    comum em lavadores Venturi, deve ser usada a equao de Nukiyama e

    Tanasawa representada pela equao 7:

    0,45 1,50,558600 597 1000L L

    G L GL

    QDV Q

    = +

    (7)

    Onde:

    : tenso superficial do lquidoL: densidade do lquidoL: viscosidade do lquido

    32

  • 7.2.1.2 O modelo de CalvertO modelo de Calvert o mais usado atualmente na indstria atualmente e

    explica as diferentes influncias na performance do lavador Venturi. Eles levam em

    considerao que as gotculas do lquido capturam as partculas de forma similar

    filtrao de gases, predominando a coleta inicial. Calvert chegou a uma correlao semi-

    emprica dada pelas equaes 8 e 9:

    tiPE =1 (8)

    ou

    ( )21 exp ,55

    L G L

    G G

    Q V DE F f

    Q

    =

    (9)

    Sendo a Pti a penetrao da partcula e F uma funo do parmetro inercial e

    do fator emprico f, dado pela equao 9:

    ++

    +

    +=fK

    fKfK

    KfKF

    pti

    ptipti

    ptipti 7,0

    49,07,0

    7,0ln4,17,01),(

    (10)

    Onde Kpti o parmetro inercial dado pela equao 11:

    DVd

    K Gpaipti

    =

    9

    2

    (11)

    Onde dpai o dimetro aerodinmico da partcula calculado pela equao 12:

    22 1000 piPpai dCd = (12)

    O valor do parmetro f determinado por diversos fatores que no so

    mostrados explicitamente nas equaes anteriormente mencionadas. Calvert determina

    que:

    f = 0,25 para partculas hidrofbicas 0,4 < f < 0,5 para partculas hidroflicas f = 0,5 para lavadores Venturi em grande escala

    33

  • 7.2.1.3 Perda de cargaPara o clculo da queda de presso adotado o modelo de Yung que se baseou

    no trabalho de Calvert. O modelo de Calvert define a velocidade da gota no fim da

    garganta como sendo igual a do gs o que superestima a perda de carga. Segundo Yung

    as gotas no fim da garganta possuem uma velocidade inferior a do gs. A equao 13

    mostrada abaixo define a perda de carga:

    (13)

    O parmetro X o comprimento adimensional da garganta mostrado pela

    equao 14:

    1..16

    ...3+=

    L

    GDOth

    DClX

    Onde:

    lth: o comprimento da garganta do VenturiCDO: o coeficente de arraste na injeo do lquido calculado pela equao 15

    (15)

    Sendo:

    ReDO: o Reynolds do plano de injeo do lquido

    34

    (14)

    ( )6,0Re.15,01.Re

    2422,0 DODO

    DOC ++=

    +=2422 1....2 XXX

    QQVP

    G

    LGL

    (14)

  • 8. Experimento RealizadoConforme foi visto, uma diminuio da tenso superficial do lquido de injeo

    acarretaria uma diminuio no dimetro das gotas formadas pelo mesmo. E a

    diminuio no tamanho das gotas levaria a uma conseqente maior eficincia de coleta

    no lavador Venturi.

    Assim, ainda na etapa de Desenvolvimento de Processos Qumicos 1,

    realizaram-se dois experimentos para medir a tenso superficial de uma soluo gua-

    etanol, variando as porcentagens de etanol na mesma (de 0% a 100%).

    8.1 Mtodo do Peso da GotaO primeiro experimento realizado foi baseado no Mtodo do Peso da Gota

    [MINATTI]. Este mtodo, assim como todos aqueles que envolvem separao de duas

    superfcies, depende da suposio de que a circunferncia multiplicada pela tenso

    superficial a fora que mantm juntas as duas partes de uma coluna lquida. Quando

    esta fora est equilibrada pela massa da poro inferior, a gota se desprende.

    A tenso superficial calculada pela equao 16:

    (Lei de Tate) (16)

    Onde:

    mi: massa de uma gota idealr: raio do tubo (externo se o lquido molhar o tubo)g: acelerao da gravidade

    O peso da gota obtido na prtica, sempre menor que o peso da gota ideal. Para

    corrigir este erro, introduz-se na equao 17 um fator de correo f. Assim:

    (17)

    O fator de correo f uma funo do raio do tubo e do volume da gota. Alguns

    valores so tabelados abaixo:

    35

  • Tabela 4 - Fator de correo

    r/V1/3 f

    0,50 0,6515

    0,55 0,6362

    0,60 0,6250

    0,65 0,6171

    0,70 0,6093

    8.1.1 Procedimento Experimental1. Determinao do dimetro do tubo de vidro de onde se formam as gotas, com o

    auxlio de um paqumetro.

    2. Medidas de Tenses:

    Inserir o lquido em uma bureta graduada, e regular a vazo de forma a se obter

    aproximadamente 1 gota por minuto. Feito isso, recolher umas 10 gotas do lquido

    problema em um frasco previamente pesado, e anotar o volume a a massa

    correspondente s gotas recolhidas. Assim, dividindo-se por 10 a massa e o volume,

    determinar o peso de uma gota e o volume de uma gota. Aps isso, calcular r/V1/3

    E obter f utilizando a tabela 1. Com esses valores, calcular a tenso superficial

    atravs da equao 2. Este procedimento foi efetuado para diferentes concentraes de

    etanol, variando de 0% a 100% em volume. Os resultados obtidos so apresentados na

    tabela 5:

    36

  • Tabela 5 - Valores concentrao de soluo

    Solues

    M (g)

    V (mL)

    Mgota (g)

    Vgota (mL) r/V

    1/3 f (dina/cm)r

    (cm) v1/3

    0 0,40985 0,35 0,040985 0,035 0,5660,632

    6 54,678 0,185 0,327

    0,1 0,3373 0,4 0,03373 0,04 0,5410,638

    9 44,555 0,185 0,342

    0,2 0,256 0,3 0,0256 0,03 0,595 0,6261 34,508 0,185 0,311

    0,3 0,2694 0,3 0,02694 0,03 0,5950,626

    1 36,314 0,185 0,311

    0,4 0,2102 0,2 0,02102 0,02 0,6820,612

    1 28,982 0,185 0,271

    0,5 0,2328 0,2 0,02328 0,02 0,6820,612

    1 32,098 0,185 0,271

    0,6 0,204 0,2 0,0204 0,02 0,682 0,6121 28,127 0,185 0,271

    0,7 0,1621 0,3 0,01621 0,03 0,5950,626

    1 21,850 0,185 0,311

    0,8 0,1615 0,2 0,01615 0,02 0,6820,612

    1 22,267 0,185 0,271

    0,9 0,1373 0,2 0,01373 0,02 0,6820,612

    1 18,931 0,185 0,271

    1 0,1541 0,2 0,01541 0,02 0,6820,612

    1 21,247 0,185 0,271

    Com os dados da tabela, plotou-se um grfico de Tenso Superficial em funo

    da concentrao de etanol, e obteve-se:

    37

  • 8.2 Equipamento de medida de Tenso (Tensimetro)

    Outro mtodo utilizado para se obter a variao da tenso superficial com a

    frao de etanol, foi a utilizao de um equipamento para medida de tenso

    (Tensimetro).

    O funcionamento do tensimetro consiste basicamente em um anel que

    posicionado junto superfcie do lquido problema, e manualmente, possvel afastar

    lentamente o anel da superfcie do lquido. Conforme se afasta este anel, existe uma

    escala de tenso que vai indicando um determinado valor. No momento em que o anel

    se desprender da superfcie do lquido, esta escala marcar o valor da tenso superficial.

    Efetuando-se o procedimento para as diferentes concentraes de etanol,

    obtiveram-se os seguintes valores:Tabela 6 - Tenso superficial (tensimetro)

    Solues

    ' (dina/cm

    )

    0 76,4

    0,1 56,4

    0,2 46,4

    38

    Grfico 1 Tenso superficial x frao de etanol

  • 0,3 39,3

    0,4 35,8

    0,5 32

    0,6 31,7

    0,7 27,7

    0,8 28,8

    0,9 28

    1 26,2

    Nas medidas da tenso utilizou-se um anel de 1,9 x 10-2 m de dimetro, feito de

    um fio de platina-iridium de 3,56 x 10-4 m de dimetro, resultando em uma razo entre

    os dois dimetros de 53,6.

    Para obter-se o valor verdadeiro da tenso superficial, necessrio corrigir a

    tenso superficial aparente (), multiplicando-a por um fator de correo( f) para

    obter-se a tenso superficial real da soluo () , de acordo com a seguinte equao

    (17):

    = f (17)

    Zuidema e Waters (1941) publicaram uma equao para o fator de correo que

    leva em conta o raio do anel (Ran), o dimetro do fio( dfio) utilizado para confeccionar o

    anel, o empuxo total sobre o anel, a densidade do lquido (l) e densidade do ar ().

    (18)

    Assim, para obter-se o fator de correo f, foi necessrio encontrar as

    densidades das solues, que foram obtidas por anlise picnomtrica.

    Os resultados obtidos esto representados na tabela a seguir:

    Tabela 7 - Tenso superficial corrigida

    Solues

    ' (dina/cm)

    l (g/cm) f

    0 76,4 0,99760,9374

    34 71,61992

    39

  • 0,1 56,4 0,98160,9181

    96 51,78624

    0,2 46,4 0,970,9077

    53 42,11976

    0,3 39,3 0,95860,8999

    54 35,36821

    0,4 35,8 0,94620,8962

    29 32,08498

    0,5 32 0,92860,8921

    6 28,54911

    0,6 31,7 0,90660,8927

    77 28,30102

    0,7 27,7 0,88180,8884

    01 24,6087

    0,8 28,8 0,86540,8907

    16 25,65261

    0,9 28 0,84440,8905

    7 24,93595

    1 26,2 0,80960,8895

    86 23,30714

    Com os resultados de tenso obtidos, plotou-se um grfico de Tenso Superficial

    em funo da frao de etanol, representado a seguir:

    40

  • Grfico 2 Tenso superficial x Frao de etanol (Tensimetro)

    A seguir, os dados para o Mtodo da gota e para o tensimetro so colocados em

    um mesmo grfico:

    Grfico 3 Comparao entre os mtodos

    41

  • Comparando-se os mtodos, podemos concluir que a Tenso Superficial

    decresce rapidamente quando se acrescenta pequenas porcentagens (10% , 20% e 30%)

    de etanol, e continua diminuindo, conforme se aumenta a frao de etanol. Este fato

    nos leva a concluir que, adicionando etanol ao lquido de injeo no Venturi, ser

    possvel diminuir sua tenso superficial, diminuindo assim o dimetro das gotas, e

    consequentemente aumentando a eficincia de coleta.

    42

  • 9. PropostaNa segunda etapa da Disciplina de Desenvolvimento de Processos Qumicos

    pretende-se operar o lavador Venturi projetado e construdo pelo grupo de DPQ do ano

    de 2005, realizando experimentos no laboratrio. Pretende-se realizar experincias:

    Em branco (sem presena de fuligem), para determinar a faixa de operao e a

    perda de carga do lavador;

    Utilizando gua como lquido de injeo;

    Utilizando solues gua etanol como liquido de injeo em porcentagens de

    10, 20 e 30% com a inteno de diminuir a tenso superficial do liquido, de

    forma a aumentar a sua molhabilidade;

    Analisar o custo de se utilizar lcool nas correntes;

    Encontrar o ponto timo entre eficincia-custo e tenso superficial-custo

    quando se utiliza etanol no lquido de injeo;

    Realizar uma simulao em ASPEN para analisar a eficincia de coleta para

    temperaturas mais altas.

    43

  • 10. Referencias Bibliogrficas

    COSTA, M. A. M. Eficincia de coleta de partculas em lavadores Venturi. Tese de doutorado, So Carlos, Universidade Federal de So Carlos, 2002

    GONALVES, J. A.; COURY, J. R. Uma comparao crtica entre vrios modelos matemticos para a eficincia de coleta dos lavadores Venturi. Cincia e Engenharia, 1997.

    GONALVES, J. A. S. Aspectos da modelagem matemtica de Lavadores Venturi. Tese de doutorado, So Carlos, Universidade Federal de So Carlos, 2000.

    LORA, E.E.S..Preveno e controle da poluio nos setores energticos, industrial e de transporte. 2 ed. Rio de Janeiro: Intercincia, 2002.

    PORTAL ECODEBATE Disponvel em: . Acesso em: 27 maio 2009.

    REVISTA Meio Filtrante Disponvel em: . Acesso em: 25 maio 2009.

    RESOLUO CONAMA N 003 Disponvel em: . Acesso em: 14 maio 2009.

    RESOLUO CONAMA N 005 Disponvel em: . Acesso em: 14 maio 2009.

    SOCIEDADE PAULISTA DE PNEUMOLOGIA E TISIOLOGIA Disponvel em: . Acesso em: 26 maio 2009.

    OLIVEIRA, C. A. Estudo do desempenho de um lavador de Gases Tipo Venturi para Remoo de Partculas na Faixa Respirvel. Dissertao de mestrado, So Carlos, Universidade Federal de So Carlos, 1995.

    UNICA: Unio das Industrias de Cana-de-acar . Disponvel em: . Acesso em: 05 abr. 2009.

    44

    1.Resumo2.Objetivos 3.Introduo4.Subprodutos da Indstria Sucroalcooleira 4.1 Vinhaa4.2 Gs Carbnico4.3 guas de lavagem4.4 Melao4.5 Torta de filtro4.6 Bagao4.6.1 Fertilizantes 4.6.2 Rao animal4.6.3 Xilitol4.6.4 Furfural4.6.5 Energia eltrica

    5. Legislao e Sade 5.1 O Gerenciamento Ambiental5.1.1 ISO 14000

    5.2 A Indstria Sucroalcooleira e a Poluio do Ar5.3 A Legislao5.4 Material Particulado e a Sade Humana

    6. Equipamentos6.1 Sedimentadores - Cmaras gravitacionais 6.2 Ciclones 6.3 Filtro Manga6.4 Precipitator Eletrosttico6.4.1 Dimensionamento

    6.5 Lavadores de gs6.5.1 Mecanismos de coleta6.5.2 Tipos de Lavadores

    7. Lavador Venturi7.1 Funcionamento7.2 Equacionamento do Lavador Venturi 7.2.1 Eficincia 7.2.1.1 Modelo de Johnstone7.2.1.2 O modelo de Calvert7.2.1.3 Perda de carga

    8. Experimento Realizado8.1.1 Procedimento Experimental8.2 Equipamento de medida de Tenso (Tensimetro)

    9. Proposta10. Referencias Bibliogrficas