Separadores de Particulas

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Separadores - Pag.:1/17 Separadores de partículas – 29 Maio 2010 SEPARADORES DE PARTÍCULAS E GASES (Apontamentos elaborados com base no Livro Ventilação Industrial - Macintyre) 1 PURIFICAÇÃO DO AR 1.1 Genérico Os vapores, gases e poeiras contidos no ar e capturados com os dispositivos estudados, devem ser removidos do mesmo, a fim de que o ar possa ser liberado na atmosfera ambiente devidamente purificado e permitindo muitas vezes a recuperação dos produtos separados para outros fins. Os equipamentos para este fim, podem dividir-se nos seguintes grupos: a) Filtros de ar São empregados, normalmente na tomada de ar exterior, nas instalações de ventilação e ar condicionado. São usados também na retenção de poeiras produzidas em ambientes fechados e instalados próximo do local de captura. b) Colectores de poeiras Destinados a remover cargas consideráveis de poeiras oriundas de processos industriais. A amplitude do grau de concentração de poeiras é muito grande e pode variar de 100 até 20.000 vezes o teor de concentração para os quais os filtro de ar são destinados a operar. c) Lavadores de gases, torres de absorção, condensadores, depuradores, incineradores. Destinam-se à remoção de gases e vapores do ar antes da liberação do mesmo. Quando se trata de dissolução de gases ou vapores na água, pode vir a ser necessário um tratamento químico complementar. 1.2 Factores a considerar na escolha do equipamento Na escolha do tipo de equipamento, devem levar-se em consideração alguns pontos importantes, nomeadamente: a) Concentração e tamanho das partículas do contaminante. Os contaminantes em sistemas de exaustão abrangem uma faixa muito extensa de concentrações e dimensões de partículas. As Tabelas em anexo, neste Capítulo, permitem uma avaliação quanto ao tamanho das partículas e os métodos de eliminação dos poluentes de acordo com a natureza das partículas. b) Grau de purificação exigida. Para muitos tipos de agentes poluidores, existem recomendações e regulamentos que fixam os teores de concentração e grau de purificação, dependentes da natureza e propriedades do contaminante e do risco de dano para a saúde e ecologia. c) Características do ar ou gás transportadores do poluente. Exercem um papel importante na selecção e tipo de purificador a adoptar. (Correntes de ar ou

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Separadores de partículas – 29 Maio 2010

SEPARADORES DE PARTÍCULAS E GASES

(Apontamentos elaborados com base no Livro Ventilação Industrial - Macintyre)

1 PURIFICAÇÃO DO AR

1.1 Genérico

Os vapores, gases e poeiras contidos no ar e capturados com os dispositivos estudados, devem ser

removidos do mesmo, a fim de que o ar possa ser liberado na atmosfera ambiente devidamente

purificado e permitindo muitas vezes a recuperação dos produtos separados para outros fins.

Os equipamentos para este fim, podem dividir-se nos seguintes grupos:

a) Filtros de ar

São empregados, normalmente na tomada de ar exterior, nas instalações de ventilação e ar

condicionado. São usados também na retenção de poeiras produzidas em ambientes fechados e

instalados próximo do local de captura.

b) Colectores de poeiras

Destinados a remover cargas consideráveis de poeiras oriundas de processos industriais. A

amplitude do grau de concentração de poeiras é muito grande e pode variar de 100 até 20.000

vezes o teor de concentração para os quais os filtro de ar são destinados a operar.

c) Lavadores de gases, torres de absorção, condensadores, depuradores, incineradores.

Destinam-se à remoção de gases e vapores do ar antes da liberação do mesmo. Quando se trata

de dissolução de gases ou vapores na água, pode vir a ser necessário um tratamento químico

complementar.

1.2 Factores a considerar na escolha do equipamento

Na escolha do tipo de equipamento, devem levar-se em consideração alguns pontos importantes,

nomeadamente:

a) Concentração e tamanho das partículas do contaminante.

Os contaminantes em sistemas de exaustão abrangem uma faixa muito extensa de concentrações

e dimensões de partículas. As Tabelas em anexo, neste Capítulo, permitem uma avaliação quanto

ao tamanho das partículas e os métodos de eliminação dos poluentes de acordo com a natureza

das partículas.

b) Grau de purificação exigida.

Para muitos tipos de agentes poluidores, existem recomendações e regulamentos que fixam os

teores de concentração e grau de purificação, dependentes da natureza e propriedades do

contaminante e do risco de dano para a saúde e ecologia.

c) Características do ar ou gás transportadores do poluente.

Exercem um papel importante na selecção e tipo de purificador a adoptar. (Correntes de ar ou

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vapores acima de 80°C, limitam o uso de colectores de tecido de algodão. A ocorrência de

condensação de vapor de água pode empastelar ou impedir a passagem do ar ou das partículas

em colectores do tipo centrífugo. A resistibilidade eléctrica das partículas pode impedir a

precipitação electrostática. A composição química da mistura gasosa poderá ser factor

determinante da corrosão de colectores metálicos de tipo seco).

Em relação às propriedades do gás transportador devem atender-se aos seguintes pontos:

a) Viscosidade

Influi na potência requerida do equipamento mecânico e no rendimento da operação de coleta.

b) Combustibilidade

No caso do gás transportador ser inflamável ou explosivo, aconselha-se o emprego de lavadores

ou depuradores em vez dos precipitadores electrostáticos.

c) Agressividade química

Os gases e vapores transportados não devem reagir com o material que constitui os filtros, dutos

e equipamentos.

Em relação às propriedades do contaminante, devem atender-se aos seguintes pontos:

a) Concentração.

Uma elevada concentração ou carga de pó conduz às vezes ao entupimento de filtros e ciclones.

Pode ter que realizar-se a retenção em estágios sucessivos, começando-se pela retenção das

poeiras mais grossas.

b) Solubilidade

O rendimento de um lavador de gases é maior quando o gás se dissolve facilmente na água.

c) Combustibilidade

Quando se pretende que o poluente seja incinerado, deve atender-se a eventuais riscos de

explosão.

Agressividade química

Do mesmo modo que para o caso do gás transportador, o poluente não deve reagir com os

materiais dos filtros, colectores, ventiladores, dutos etc.

1.3 Eliminação das Partículas

Em geral os equipamentos que realizam a operação de separação e eliminação das partículas são

classificados, de acordo com o princípio físico ou mecânico segundo o qual o objectivo é alcançado. A

separação dos poluentes da corrente de ar pode ser obtida por:

� Acção de filtragem através de um meio poroso: filtros planos e de saco. (Dimensões até ~5 µ

, para os filtros planos e de ~1 até ~50 µ, para os filtros de saco).

� Acção de forças de inércia: colectores inérciais. (Dimensões de ~ 50 até 200 µ ).

� Acção da gravidade: colectores gravitacionais. (Dimensões de ~ 100 até 200 µ ).

� Acção das forças centrífugas: colectores centrífugos, conhecidos como ciclones. (> a 5 µ )

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� Acção de humedecimento ou lavagem pela água. Realizam uma acção de impactação,

intercepção, dissolução, difusão e condensação. São os lavadores, câmaras ou torres de

borrifo, ou precipitadores dinâmicos húmidos. Os lavadores ou absorvedores por via húmida

são designados genericamente, por “scrubbers”. (Dimensões de ~ 1 até 10 µ ).

� Acção de ionização e atracção electrostática. São os precipitadores electrostáticos – (~ 0,1 até

100 µ ).

1.4 Separação de Contaminantes Gasosos

Quando o contaminante forma uma solução gasosa com o ar, é necessário recorrer a operações físicas

para conseguir a separação e colecta do mesmo e que são:

� Absorção por um líquido no qual o gás seja solúvel. Baseiam-se neste fenómeno físico as

torres de enchimento, as torres de prato, as torres de borrifo, os absorvedores tipo Venturi

etc.

� Adsorção, que vem a ser a capacidade que certas substâncias de alta porosidade possuem de

captação de determinados poluentes pela acção de forças de atracção moleculares

superficiais. As mais empregues dentre estas substâncias, denominadas adsorvedoras, são o

carvão activado, a alumina activada e a sílica-gel.

� Incineração de resíduos gasosos, desde que os gases resultantes não sejam, por sua vez

também poluidores. São os queimadores de chama directa e os pós-queimadores catalíticos.

� Condensação de vapores, por efeito de arrefecimento dos mesmos, realizado em

condensadores.

2 COLECTORES GRAVITACIONAIS

Consistem essencialmente numa câmara, em geral metálica, de dimensões grandes relativamente às

do ducto que nela insufla o ar com as partículas em suspensão, a fim de reduzir a velocidade de

escoamento, permitindo a deposição das partículas

de grande diâmetro, em consequência do peso das

mesmas.

Fazem assim recurso à interrupção brusca do

movimento das partículas, de modo a que estas

deixem de ser suportadas aerodinâmicamente pelo

fluxo de ar e fiquem sujeitas à acção da gravidade e

possam cair.

São utilizados partículas relativamente grandes (100

a 200 microns).

O escoamento nos colectores gravitacionais realiza-

se em regime turbulento, devido à existência de

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componentes verticais no movimento, o que explica a dificuldade das partículas pequenas em se

depositarem acabando por ser transportadas pelo fluxo de ar para o exterior.

Os colectores de câmara gravitacional ou de sedimentação, são os mais simples e de mais fácil

operação.

A Fig. Anterior mostra um colector gravitacional de câmara única. O pó acumulado periodicamente é

retirado pela abertura A.

Para que as partículas pequenas e médias fossem retidas, seria necessário que as dimensões da

câmara fossem muito grandes, pelo que, quando existem partículas numa grande escala de

dimensões, prefere usar-se

a câmara gravitacional

como um primeiro estágio

de um colector de filtragem.

Consegue-se uma mais

efectiva deposição de

partículas médias e até

pequenas com o emprego

de câmaras gravitacionais

múltiplas, nas quais o

escoamento se aproxima do

regime laminar. A Fig. ao

lado mostra um colector

desse tipo.

Uma solução encontrada

para se conseguir uma

maior deposição de pós

finos consiste em usar-se

uma câmara com

"chicanas", isto é, com

placas dispostas alternadamente, de modo a se formarem redemoinhos de eixo perpendicular à

direcção do escoamento. É o que se vê representado de modo esquemático na Fig anterior

2.1 Aplicações dos colectores de câmaras gravitacio nais

Apesar do considerável espaço que ocupam e de não reterem satisfatoriamente partículas pequenas,

este tipo de colector apresenta certas vantagens que o recomendam pelo menos como um pré-

colector em indústrias alimentícias (cascas e películas), na colecta de cinzas em caldeiras a carvão e

em operações de refinagem de metais.

São de baixo custo, simples de projectar e construir, desgastam pouco, consomem pouca potência e

podem receber gases em elevadas temperaturas.

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3 COLECTORES DE CÂMARAS INERCIAIS

Os colectores de câmaras inerciais funcionam para partículas de no mínimo 50 a 200 mícrones.

Devido à inércia, uma partícula tende a conservar sua trajectória rectilínea e esta trajectória só será

alterada pela aplicação de uma força ou oposição directa por um obstáculo.

Com base no facto, de que as partículas tendem a conservar sua trajectória rectilínea, constroem-se

câmaras em que se faz desviar o sentido do fluxo e onde as partículas mais pesadas, pela sua maior

inércia, seguem em linha recta, caindo em um dispositivo de captação.

Os colectores de câmaras inerciais funcionam satisfatoriamente para partículas de no mínimo 50 a 200

microns, conforme o tipo e tamanho do colector.

O rendimento das câmaras inerciais, é aproximadamente o mesmo que o das câmaras gravitacionais.

A perda de carga irá depender do número e forma dos anteparos ou deflectores, da velocidade do ar.

do material de fabricação e do acabamento das superfícies. Varia em geral de 25 a 75 mm ca.

3.1 Aplicações dos colectores de câmaras inerciais

As câmaras inerciais são em geral usadas para colectar as partículas de maior tamanho e elevado

peso específico, funcionando como pré-colectores, de modo a reduzir a carga de colecta no colector

principal. Requerem pouca potência dos ventiladores, são fáceis de construir, de baixo custo e podem

ser usadas com gases em temperaturas elevadas.

4 COLECTORES CENTRÍFUGOS OU CICLONES

4.1 Princípio de funcionamento

Nos separadores centrífugos estabelece-se um movimento rotativo para o ar, de modo que a força

centrífuga aplicada às partículas. sendo maior que as forças de resistência aerodinâmica e da

gravidade, faz com que as mesmas sejam lançadas de encontro as paredes, retirando-as do

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escoamento. Para que seja alcançado este resultado, faz-se com que o ar penetre tangencialmente à

periferia da parte superior de um cilindro ou cone, de modo a criar um fluxo helicoidal descendente

que, ao atingir a parte inferior de um cone, e devido à pressão do ar retoma um fluxo helicoidal

ascendente central até a boca de saída na parte superior do cilindro, designado normalmente por fluxo

reverso.

A figura anexa representa esquematicamente um ciclone muito empregado, possuindo um cilindro e

uma parte inferior cónica. O caudal de ar, Q, contendo partículas penetra tangencialmente de modo

que suas moléculas descrevem hélices cilíndricas inicialmente e cónicas ao penetrarem no trecho

cónico inferior. Em virtude do movimento helicoidal descendente assumido pelo ar e do escoamento

de uma pequena vazão de ar pela parte inferior do cone, as partículas sólidas encaminham-se para

essa abertura no vértice do cone, sendo então

captadas em sacos ou outros dispositivos.

Os ciclones são separadores muito eficientes para as

partículas de diâmetro elevado, até 200 µ, como as

que resultam das indústrias de madeiras,

metalomecânica cimenteiras, produção química de

granulados e em pó, e desde que tenham elevada

eficiência substituem com vantagem outros

separadores de custo mais elevado. Em processos

em que o ar sai a temperatura elevada, são os

únicos separadores que se podem aplicar.

4.2 Definição de partícula separável – diâmetro d0

Podemos definir um diâmetro d0 , (cut-off), para as

partículas, tal que:

� Partículas com diâmetro acima de d0:

devido à elevada força centrífuga, por terem

peso elevado, serão projectadas contra as

paredes do separador e como tal separadas do

escoamento.

� Partículas com diâmetro abaixo de d0:

devido à reduzida força centrífuga, por

terem pouco peso, manter-se-ão em suspensão

no escoamento e voltarão a sair do separador,

sem que tenham sido então separadas.

A expressão que permite estimar este diâmetro d0, pode determinar-se se admitirmos por

simplificação de demonstração, que todo o separador é cilíndrico e que o canal interior tem uma coroa

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circular dada pela diferença dos diâmetros r1 e r2 , que correspondem à largura da boca de entrada

be = r2 - r1.

O movimento da partícula é regido em todo o seu percurso, pelo equilíbrio entre a força centrífuga,

que puxa a partícula para fora da linha de velocidade

do escoamento e a força da resistência

aerodinâmica, que contraria esta tendência

obrigando a partícula a manter-se na linha de

escoamento, ou seja Fc = Fr.

Neste movimento não se considera o efeito da força

da gravidade, pelo facto das duas anteriores forças

terem um peso substancialmente superior ao da

gravidade.

A força centrífuga é dada por:

r

vd

r

vv

r

vmFc t

pt

particulaesferat

2322

..6

... ρπρ ===

sendo vt a velocidade tangencial, (ou de transporte),

dada pela expressão Nrrvt == ω

com N, velocidade angular da partícula e r o raio da

trajectória.

A força de resistência aerodinâmica é dada pela lei

de Stocks, expressa pela expressão:

dt

drdFr µπ3=

sendo µ a viscosidade do ar; d o diâmetro da

partícula e dr/dt a velocidade de aproximação da

partícula à parede.

Pelo equilíbrio destas forças, centrífuga e de

resistência aerodinâmica, ao longo do movimento da

partícula, será:

FcFr = ou seja r

vd

dt

drd t

p

23

63 ρπµπ =

ou separando as variáveis e integrando as mesmas:,

∫ ∫= drrvd

dttp22

18

ρµ

.

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Esta integração pode dar o tempo que a partícula mais desfavorável, ou seja a que entra no

alinhamento do raio r2, leva a atingir o raio r1, ao longo do seu movimento, suspensa no escoamento.

Será dado por:

)(9 2

22

1221

2 rrvd tp

rr −=

ρµτ .

O que se pretende encontrar é a partícula d0, é a que entra alinhada com o raio r2 e dá as voltas

completas no interior do separador, ou seja N voltas, até atingir o raio r1 e ser capturada pela força

centrífuga, no limite do seu percurso e demora um tempo total dado por Totalτ , ou seja:

)(9 2

22

1220

rrvd tp

Total −=ρµτ , ou seja

Ttp v

rrd

τρµ

2

22

212

0

)(9 −=

Esta partícula é suficientemente pequena e mantêm-se em suspensão no escoamento, e tem portando

uma velocidade idêntica a este, ao passo que as partículas maiores não o acompanham, atrasando-se

e como tal são apanhadas pela força centrífuga e seguramente separadas.

Podemos calcular a velocidade desta partícula a partir da velocidade do escoamento à entrada, ve,a

qual se mantém ao longo do raio médio do canal de escoamento, rm, ou seja:

entrdae A

Qv = e também pela expressão

v

me

rv

1

2

τπ

= ,

sendo 2

21 rrrm

+= e v1τ = tempo de uma volta no separador

O percurso da partícula d0, demora assim um tempo total Totalτ , dado por :

eee

mvTotal v

rrNN

rr

vN

v

rN

)(.

2.

2.

2. 2121

1

+=+=== πππττ

Substituindo o valor do tempo total, totalτ na expressão d0 será:

)(

)(9

212

21

222

0rrNv

vrrd

tp

e

+−=

πρµ

Como para as partículas mais pequenas, onde se inclui d0, a velocidade de transporte vt, coincide com

a velocidade do escoamento, definido pela velocidade à entrada do separador, ve, podemos ter a

expressão de d0, dada por:

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Nv

vrrd

ep

e

πρµ

221

0

)(9 −= ou seja Nv

rrd

ep πρµ )(9 21

0

−=

e designado por be a largura da boca de entrada, be = r1 – r2, pode estimar-se a fronteira das

partículas a separar em função do diâmetro d0.

Nv

bd

ep

e

πρµ9

0 =

Constata-se assim que:

� Para partículas de pequeno diâmetro, são mais eficazes os ciclones de cilindro e cone grande, (N

elevado).

� Para partículas de diâmetro superior a 60 µm, (casos do pó de serragem de madeira, fibras têxteis

e pó de esmeril), os ciclones poderão ter cilindro e cone mais pequeno, com diâmetros da ordem

dos 3,5 a 5 vezes o diâmetro do tubo de entrada.

4.3 Perdas de carga nos separadores centrífugos

A perda de carga do separador pode ser dada pela expressão geral dos captores, ou seja

ρ2

..2

sv

vFpFp ==∆ , sendo F o Factor de perda de carga, que depende da relação entre as áreas

do tubo de entrada Ae, e a área do tubo de saída, As, podendo exprimir-se ainda pela relação

s

e

A

AFF .0= , e quando Ae=As, 25,10 ≅= FF e vs a velocidade no tubo de saída.

4.4 Problema de aplicação -1

Considere um separador centrífugo, onde são tratados 7.200 m3/h, de ar a 20 ºC, com poeiras de

limalha de ferro em suspensão.

Alínea a)

Qual o diâmetro da menor partícula a separar, considerando os seguintes dados:

� Velocidade à entrada – Ve =18 m/s

� Largura da boca de entrada – be=0,25 m

� Número máximo de voltas – N=5

� Densidade das partículas – ρp=7,85 x 103 kg/m3

� Viscosidade do ar a 20 ºC - µ = 1,8 x 10-5 kg/ms

Alínea b)

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Se a densidade das partículas fosse apenas metade da anterior, qual o diâmetro da menor partícula

separável ?

Resolução:

Alínea a) µ2,4102,4514,31810.85,7

25,010.8,19 63

5

0 === −−

xxxx

xxd

Alínea b) µ191019514,318210.85,7

25,010.8,19 63

5

0 === −−

xxxx

xxd

4.5 Problema de aplicação -2

Calcular a perda de carga do separador anterior, admitindo que as áreas de saída e de entrada

apresentam a seguinte relação: As/Ae = 1,5, para as temperaturas do ar a 20ºc e a 150 ºC.

83,05,1

1.25,1.0 ===

s

e

A

AFF

( )Pa

vFpFp s

v 25,73225,12

5,1/18.83,0

2..

22

====∆ ρ

com o valor da densidade do a 1,225 kg/m3.

Para 150 ºC, é necessário fazer a correcção da densidade do ar, pela lei dos gases perfeitos:

RTp =ρ1

. ou seja 2211 TT ρρ = e portanto 2

112 .

T

Tρρ =

e para o valor da perda de carga, será:

2

11

1

212 ..

T

Tppp ∆=∆=∆

ρρ

e substituindo Pap 73,50)273150()27320(

.25,732 =++=∆

A estudar em capítulo separado, em face da importância e utilização frequente deste separador.

5 FILTROS DE MANGAS

Têm a forma de sacos alongados tubulares. O ar pode entrar pelo interior ou pelo exterior e neste

caso tomam o nome de filtros de manga reversos. Os filtros podem ser constituídos por sacos verticais

ou câmaras horizontais.

Em ambos os tipos, o ar antes de entrar nos sacos propriamente ditos, passa por um espaço de pré

separação, pré-separador, para conduzir as partículas mais pesadas ao colector ou tremonha, de

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modo a que apenas as partículas mais finas passem pelo tecido das mangas tubulares.

Os compartimentos onde se instalam os filtros de manga são conhecidos pela designação de "bag-

houses".

Para a limpeza do filtro, são empregadas as seguintes soluções:

- Agitação ou raspagem das mangas, manual ou

mecanicamente, após a interrupção da passagem do ar.

- Limpeza das mangas ou sacos pela introdução de ar

comprimido, em sentido contrário. É o sistema de fluxo

reverso.

Os filtros de mangas de fluxo reverso, tem a

configuração conforme figuras abaixo. O ar penetra,

nestes casos, de fora para dentro e sai pela parte

superior, através da boca colocada lateralmente.

Possuem igualmente um pré-colector na parte inferior.

As mangas são sustentadas por uma armação interna de vergalhões, que mantêm a forma cilíndrica,

mas com uma deformação côncava nas paredes laterais, devido à força de impulso do escoamento de

ar. A poeira aglomera-se assim na superfície externa. Periodicamente, uma injecção de ar comprimido

no Venturi, introduz um grande volume de ar, que insuflando fortemente a manga, de dentro para

fora, obriga a poeira aglomerada em partículas maiores e portanto mais pesadas a cair para a parte

inferior do colector. Nos desenhos anexos mostram-se estas duas situações.

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5.1 Tipo de poeiras a filtrar

As poeiras a separar nos filtros em saco , podem classificar-se em três grandes grupos:

• Pós finos, com menos de 1 µ:

Negro de fumo, fumaças, leite em pó, tinta de papel, argila, amido, pigmentos de tintas,

corantes

• Pós maiores que 3 µ:

Alumínio, pigmentos de cerâmica, carvão de

pedra, argila, pós de pedra, açúcar, calcário,

cimento, gesso

• Pós maiores que 10 µ:

Pó de papelão, flúor, poeira de sementes,

serragem, areia, forragem, tabaco, asbesto, etc.

Os filtros de manga, são em geral, dispostos em

baterias ou conjuntos, de modo a se conseguir a

área de filtragem necessária Quando a instalação

contém várias secções de mangas de filtro

dispostas em ziguezague, pode realizar-se a

limpeza dos filtros de uma das secções, mantendo as demais em operação normal.

A taxa de filtragem de um filtro de mangas é de 200 a 300 m3/h de ar por m2 de superfície filtrante.

6 FILTROS ELECTROSTÁTICOS

Embora não se podendo incluir-se no capitulo de filtragem em meio poroso, é introduzido nestes

apontamentos um capítulo sobre este tipo de filtros.

Os filtros electrostáticos usam como processo de filtragem, a propriedade das cargas eléctricas

positivas ou negativas serem atraídas por placas carregadas electricamente com sinal contrário. Estes

filtros são constituídos de duas secções.

Secção de Ionização:

Uma malha de fios eléctricos de pequeno diâmetro com tensões até 25 kV DC, são suspensos entre

placas planas, criando um campo eléctrico de ionização que carrega as partículas que passam na sua

zona de influência. Essa carga dá-se através dos iões liberados pelo campo de ionização que chocam

com as partículas da corrente de ar, aderindo a elas e carregando-as positivamente.

Secção de Separação:

Formada por conjunto de placas equidistantes estando alternadamente ligadas ao terra ou a fonte

positiva de corrente contínua com voltagem até 10 KV. Criam-se assim campos eléctricos. As

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partículas carregadas que vêm da secção de ionização são desviadas para uma ou outra placa,

dependendo do sinal da sua carga.

Alguns filtros, em vez de terem placas carregadas positivamente, usam cargas negativas. O

funcionamento é similar, porém gera-se mais ozono no ar.

Os filtros electrostáticos modernos

possuem entre as armaduras um

filtro electrostático constituído por

um meio filtrante capaz de

constituir um dieléctrico, o qual

aumenta a capacidade entre as

placas. Este dieléctrico é

normalmente em vidro ou celulose

evita as descargas rápida entre as

placas.

A grande vantagem dos filtros

electrostáticos é a de poderem reter

partículas extremamente pequena

(arerosois), bactérias e outros

vírus, o que garante uma

purificação muito elevada do ar,

para partículas inferiores a 0,1 µ.

Porém não funciona para impurezas gasosas do ar, que transportam odores ou gases tóxicos.

Contrariamente aos filtros de fibras, onde a eficiência aumenta e quanto o filtro vai "sujando", nos

filtros electrostáticos, ocorre exactamente o oposto. As placas ao carregarem-se de pó fazem diminuir

o campo eléctrico, gerado pela diferença de potencial.

A eficiência calorimétrica dos filtros electrostáticos é comparável aos filtros de bolsas com 85 a 95%

de eficiência, atingindo os valores maiores para velocidades de 0,8 a 1,8 m/s, inferiores assim à

velocidade 2,5 m/s nominal para os filtros de fibras.

Os filtros electrostáticos têm perdas de carga baixas, da ordem dos 50 Pa e consumos da ordem dos

100 W, para caudais médios de 10.000 m3/h.

7 COLECTORES HÚMIDOS – LAVADORES DE GASES

Destinam-se à separação de pó ou gases poluentes, com temperaturas elevadas ou com alguma

tendência para a combustibilidade.

Quando se trata da captação de pó, a lama ou iodo que se formam são removidos com facilidade,

podendo em certos casos ser reaproveitado o pó, após secagem ou filtragem do mesmo em filtro-

prensa.

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Separadores de partículas – 29 Maio 2010

Tratando-se de gases solúveis, após a dissolução na água, submete-se cada gás a um tratamento

químico próprio, a fim de ser obtido um sal ou composto insolúvel, o qual é filtrado para remoção e

reutilização final da pasta ou lama formada.

As torres lavadoras são usadas para a remoção

de grande variedade de contaminantes,

nomeadamente as acetonas, o ácido acético, os

álcoois, o dióxido de carbono, os cianetos, os

formaldeídos, o ácido sulfídrico, o ácido

sulfúrico, a ureia, etc.

7.1 Lavador de ar convencional (air washer).

Existe uma grande variedade de colectores húmidos ou lavadores:

Este lavador, também designado por colector húmido, é usado quando a concentração de pó é grande

e as partículas são maiores de 10 µ, mas serve razoavelmente para partículas de 1µ a 10µ..

A Figura em anexo representa um lavador de ar. O ar com poeira recebe água pulverizada, bombeada

do próprio tanque do lavador. As partículas em contacto com as gotículas de água caem, formando

lodo, que é periodicamente recolhido. Um eliminador de gotas, semelhante ao que se usa em torres

de resfriamento de água, impede as gotículas de seguirem além do lavador. Os eliminadores são, em

geral, fabricados em resina de poliéster com fibra de vidro. O ar que sai do lavador é arrefecido devido

ao processo de vaporização das partículas de água que absorvem o calor latente de vaporização

7.2 Lavador tipo torre com enchimento (scrubber).

No lavador tipo torre com enchimento, o ar atravessa de baixo

para cima, uma camada de enchimento, que em certos casos

lembra uma colmeia e é fabricada, em geral, de polipropileno,

poliestireno, fibra de vidro ou aço inoxidável, a qual recebe o

borrifo de água de aspersores colocados acima do

enchimento.

Este enchimento destina-se eliminar as gotas de água

remanescentes no fluxo de ar.

8 RESUMO DE FUNCIONALIDADES DOS COLECTORES

Na tabela anexa, apresenta-se um resumo e características mais frequentes nos separadores

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utilizados na actividade industrial:

tamanho das

partículas (µm)

velocidade normal

Tipo

concentração ideal

(g/m3) m / s através de

perda

de carga

Eficiência

%

SE

PA

RA

DO

RE

S D

E P

OE

IRA

S

por gravidade câmara de sedimentação > 200,0 > 180,0 1,5 a 3 câmara 2,5 50

por força de

inércia

câmara de choque 50 a 150 > 180,0 5 a 10 entrada 13 50

ciclone > 10,0 > 35,00 10 a 20 entrada 50 80

Ciclone de peq. diâmetro > 5,0 > 35,00 10 a 20 entrada 100 90

separadores

húmidos

de choque > 5,0 > 35,00 15 a 30 tubeiras 50 80

da jacto > 5,0 > 3,50 10 a 15 entrada 200 90

turbina submergida > 2,0 > 3,50 10 a 20 tubeiras 50 90

electrostático alta tensão > 2,0 > 3,50 1 a 3 chapas 8 90

baixa tensão > 1,0 > 0,03 1,5 a 2,2 chapas 25 90

FIL

TR

OS

filtros de ar

normais > 0,5 > 0,04 ,1 a 2,5 2 a 25 50 a 95

absoluto > 1,0 > 0,04 0,1 a 2,5 25 a 65 99,95

carvão activado molecular > 0,04 0,1 a 0,6 8 95

9 EFICIÊNCIA DE SEPARAÇÃO

9.1 Eficiência de um separador ou colector

Define-se “eficiência parcial” de um separador, ou seja a eficiência para um determinado tipo de

partículas, por:

e

se

e

se

C

C

C

CC /∆=−=η

sendo: Ce - concentração à entrada do separador, expressa por [mg/m3] e

Cs - concentração à saída do separador, expressa por [mg/m3]

Define-se “eficiência global” de um separador, ou seja a eficiência para um conjunto de partículas, de

vários tamanhos e consequentemente de peso, por:

ii φηη .Σ=

sendo: ηi – rendimento parcial para a partícula de diâmetro i

Øi – percentagem em peso, das partículas de diâmetro i

9.2 Problema de aplicação - Eliminação de partícula s sólidas

Considere um caudal de ar transportando uma poeira com uma concentração global de 5 gr/m3, com

20% de partículas com diâmetro de 10µ; 30% de partículas com diâmetro de 20µ e 50% de partículas

com diâmetro de 50µ , (percentagem em peso), conforme tabela anexa.

O despoeirador a utilizar, apresenta uma eficiência de 50% para partículas de 10 µ , 80% para

partículas de 20 µ e 90% para partículas de 50 µ, (eficiência parcial).

1. Calcular a eficiência global do separador para a poeira em tratamento.

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Separadores de partículas – 29 Maio 2010

2. Verificar o valor da eficiência global, com base no valor da concentração global à saída.

3. Qual o peso da poeira retida.

Resolução:

De acordo com o enunciado do problema, poderá ser feita a seguinte tabela:

a) b) c) d) e) f)

conc. geral diâmetro Øi ηi Cei Csi

(mg/m3) (m) (%) (rend) (mg/m3) (mg/m3)

10 0,2 0,5 1000 500

5000 20 0,3 0,8 1500 300

50 0,5 0,9 2500 250

Totais : 5000 1050

em que as colunas e) e f), foram assim calculadas:

� coluna e) = a) x c), ou seja: Cei = Cgeral x Øi

� coluna f) = e) x [1-d)], ou seja: Csi = Cei x (1- ηi), por definição de eficiência parcial

p/ o componente i

alínea 1

O rendimento será calculado pela expressão do rendimento global ii φηη .Σ= ou seja:

η = 0,5 x 0,2 + 0,8 x 0,3 + 0,9 x 0,5 = 0,79

alínea 2

O rendimento também pode ser calculado pela expressão referente à eficiência parcial,

e

se

C

CC −=η

se tomarmos os valores totais da tabela anexa, ou seja

79,0000.5

050.1000.5 =−=η

alínea 3

O peso das poeiras retidas é a diferença entre a concentração à entrada e a concentração à saída, ou

seja

se CC − = 5.000 – 1.050 = 3.950 mg / m3 de caudal de ar que atravessa o separador.

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10 TABELA DE TAMANHOS DE POEIRAS E GASES

Poeira Diâmetro médio (em mícron)

Cabelo humano 50 a 100

Limite de visibilidade pelo olho humano 10 a 40

Poeiras atmosférica em geral 0,5

Poeira de alumínio 2,2

Poeira de minas de carvão: 0,9

Poeira de carregamento de carvão 0,8

Carvão 50 a 10

Fumo de cloreto de amónio 0,05 a 1

Cimento 0,5 – 10 - 50

Sílica 0,1 a 1

Ar em fundições 1,2

Moinho de trigo 1,5

Fumo de central térmica 0,1 a 3

Óxido de ferro 0,5 a 2

Pigmentos 0,2 a 2

Jacto de areia 1,4

Talco 10

Fumaça de tabaco 0,2

Fumo de óxido de zinco 0,05

Ácido sulfúrico 0,5 a 15

Corte de granito ou mármore 1,4 a 1,5

11 COLECTORES RECOMENDADOS PARA OPERAÇÕES INDUSTRIA IS

Em tabela anexa, sendo anotadas as utilizações mais frequentes para cada tipo de actividade

industrial.