Ventilação Industrial e Tratamento de Gases e Material Particulado

Ventilação Industrial Limpeza de Gases MÁQUINAS TÉRMICAS UNISINOS Leandro Dalla Zen DrEng Tratamento de material particulado Câmara de Precipitação Ciclones Filtros de manga Troca Iônica Tratamento de gases e material particulado Adsorção Redução Cálculo da altura efetiva da chaminé Cálculo da dispersão horizontal de contaminantes Fatores a considerar na eleição do equipamento Fatores ambientais espaço condições ambientais nível de emissão permitido geração de resíduos líquidos e sólidos Fatores técnicos características do contaminante características da corrente gasosa características de projeto Fatores econômicos custo de investimento custo de funcionamento vida útil Contaminantes na forma de Partículas Qualquer substância com exceção da água pura presente na atmosfera no estado sólido ou líquido em condições normais Partículas de origem mecânica pó desintegração da matéria sólida Partículas de origem química ou térmica se formam a T ambiente mediante reações gasosas ou condensação Ondas electromagnéticas Rayos X Ultravioleta Visible Infrarrojo cercano Infrarrojo lejano Microondas Aerosoles Nubes neblina Niebla Llovizna Lluvia Partículas y aerosoles gaseosos lípicos Humo tardío Negro carbón Sílice coloidal Vapores y neblinas Microorganismos Virus Métodos de análisis del tamaño de partículas Ultramicroscopía Microscopía Ultracentrifugación Turbidimetría Permeabilidad Adsorción Contadores de núcleos Tipo de separador para gases Filtros aire eficaces Separadores mecánicos Separadores de impacto Separadores centrifugos Lavadores húmedos Precipitador electrostático frío Filtro de mangas Contaminantes gasosos Completamente miscíveis no ar Compostos inorgânicos de enxofre SO2 SO3 H2S Compostos inorgânicos de nitrogênio NO NO2 Monóxido de carbono CO Compostos orgânico voláteis até 5 átomos de carbono POPs Características dos equipamentos Equipamento Diâmetro μm T ºC Rendimento Câmaras de sedimentação 50 370 50 Ciclones 5 25 370 50 a 90 Filtros de manga 1 260 99 Precipitador eletrostático 1 540 95 a 99 Venturi 1 4 a 370 99 Lavadores 4 a 40 90 Absorvedores 4 a 40 97 Separação Mecânica Separação pela ação da gravidade Câmara de Precipitação pela força centrífuga Ciclones por capas filtrantes Filtros de Manga pela ação da eletricidade Trocadores Iônicos Eficiência de coleta x Diâmetro 9999 998 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 80 70 60 50 40 30 20 10 5 2 1 002 0060 01 02 06 1 2 4 6 8 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1 Filtro de mangas 2 Precipitador eletrostático caliente 3 Precipitador eletrostático frio 4 Venturiscrubber ΔP2540 mm cda 5 Venturiscrubber ΔP508 mm cda 6 Venturiscrubber ΔP254 mm cda 7 Scrubber de contacto turbulento ΔP305 mm cda 8 Multiciclón 9 Ciclon de alta eficácia Câmaras de precipitação Eficientes para partículas grandes 50 dp 100 μm Précoletor retira o particulado grosso diminuindo a sobrecarga do equipamento de controle final Câmarade de precipitação Entrada de gas Salida de gas Entrada de gas Salida de gas Câmera de precipitação Câmara de precipitação Cálculo da eficiência Dp diâmetro da partícula μm Q vazão de gás m3s ρp densidade da partícula Kgm3 g constante da gravidade ρg densidade do gás Kgm3 μg viscosidade do gás Pas C comprimento da câmara m L largura da câmara m H altura da câmara g Q g H 6900 entrada saída C 1 C H L 5 2 18 1 p g p g t gD v Lvt Q C Q N LCv t c 1 exp 100 1 1 1 1 3 2 1 Câmara de precipitação Eficiência de separação máxima de 50 Opera a elevadas temperaturas Baixa perda de pressão Instalação econômica Velocidade máxima de entrada 30 ms Câmara de precipitação Diâmetro μm Relação HL 100 133 87 100 50 033 25 0085 10 0013 1 000013 Separadores centrífugos Ciclones Construção simples Compactos Podem operar a alta pressão e temperatura Pouco controle Baixo custo de operação Ciclones Baixa eficiência para partículas pequenas Possibilidade de entupimento no caso de partículas adesivas ou higroscópicas Em geral necessita de um segundo coletor para atender as emissões exigidas Ciclones Multiciclones Vários ciclones de igual tamanho e pequeno diâmetro entre 100 e 400 mm Operação em paralelo Uma única entrada de gás para todos os ciclones Melhora eficiência Ciclones Diâmetro de corte 6 50 10 2 9 v p i g N V b d b largura da entrada do ciclone m Vi velocidade do gás na entrada 6 a 21 ms Nv número de voltas do vortex 3 a 10 os maiores devem ser utilizados para ciclones de alta eficiência ug viscosidade do gás Kgms ρp densidade da partícula Kgm3 2 50 1 1 d d Ciclones Ciclones Elemento característico Símbolo Autor Lapple Stairmand Swift Altura da entrada a 05D 05D 044D Largura da entrada b 025D 02D 021D Profundidade do duto de saída S 0625D 05D 05D Diâmetro do duto de saída Ds 05D 05D 04D Altura do corpo cilíndrico H 20D 15D 14D Altura total H 40D 40D 39D Diâmetro do duto de descarga do pó B 025D 0375D 04D Ciclones Número de voltas Queda de pressão 2 1 h H a h NV 2 S V D K ab H V g v H P 2 2 1 HV queda de pressão expressa em número de velocidade K constante entre 12 e 18 ΔP queda de pressão entre 245 e 1800 Pa Filtros de manga Separam partículas de diâmetro inferior a 1 μm Eficiência entre 95 e 99 Temperatura de utilização abaixo de 250 C Pode produzir condensação Vulnerável a produtos químicos Alto custo na troca de mangas Filtros de manga Filtros de manga Limpeza por vibração Fibras mais resistentes Vários módulos para poder ter um processo contínuo Filtros de manga Limpeza por ar contracorrente Permite o emprego de fibras mais frágeis Vários módulos para poder ter um processo contínuo Filtros de manga Limpeza por impulso de ar comprimido Pode ser utilizado um módulo com processo contínuo Aproximadamente 10 das bolsas estão continuamente em processo de limpeza Maiores velocidades de gás Filtros de manga Material filtrante Depende da composição química do gás concentração de partículas e características das partículas Fibras sintéticas fibra de vidro fibra de aço inoxidável Temperatura é o fator limitante Resistência à tração define o tipo de limpeza mais adequado Filtros de manga Fibra T fusão ºC T máx operação contínua Resist a ácidos Resist a álcalis Resist a abrasão Algodão 150 82 Ruim Muito boa Muito boa Fibra de vidro 800 Razoável a boa Razoável a boa razoável Poliéster 371 204 Razoável Boa Boa Poliamida 250 Razoável Excelente Excelente Teflon 400 232 Inerte exceto F Inerte exceto metais alcalinos fundidos Razoável Filtros de manga Dimensionamento Determinar a área total de cada manga Determinar a área filtrante Número de mangas f f v Q A manga f A A N Precipitadores Eletrostáticos Capturam partículas sólidos ou líquidas através de forças eletrostáticas Alta eficiência 9599 Separação de partículas de tamanho bastante reduzido Precipitadores Eletrostáticos Precipitadores Eletrostáticos Efeito corona Ionização do eletrodo emissor que normalmente funciona como um cátodo e das moléculas de ar Partículas de alta eletronegatividade com oxigênio capturam os íons negativos das moléculas de ar Ionização negativa do material particulado a ser capturado Precipitadores Eletrostáticos Partículas de pouca afinidade eletrônica como H2 N2 ou Ar são incapazes de formar íons Gases como O2 ou SO2 formam íons muito estáveis Precipitadores Eletrostáticos Principais parâmetros de funcionamento Redução da resistividade Aumento da área Geradores de pulsos Modificação condições do gás temperatura umidade Precipitadores Eletrostáticos Tipos de precipitadores Precipitadores eletrostáticos secos Precipitadores eletrostáticos úmidos Separação de partículas e contaminantes gasosos Absorvedores Lavadores Absorção Absorção Recheios Aumentam a área superficial de contato Promovem boa distribuição do fluido ao longo da torre Reduzem a perda de carga Inertes Resistência mecânica Absorção Vantagens Partículas entre 01 e 50 μm Custo de instalação médio Tratam contaminantes de dífícil tratamento ácidos higroscópicos Desvantagens Custo de operação elevado Transferem a contaminação ao líquido Absorção Lavadores Lavadores Lavadores ciclônicos e spray Lavador venturi Lavadores Tipo de lavador Rendimento Câmara de aspersão Elevado 10 μm Lavadores ciclônicos 96 para 23 μm Lavador venturi 99 1 μm CENTRO LAS LOMAS VALORIZACIÓN ENERGÉTICA Cálculo da altura mínima da chaminé Altura da chaminé A chaminé tem sido desde o começo da revolução industrial o instrumento mais utilizado para favorecer a dispersão dos contaminantes emitidos e reduzir os níveis de emissão a níveis de imissão Altura da chaminé Fatores que afetam o transporte a diluição e a dispersão Natureza do material contaminante Condições metereológicas Efeitos do terreno Estruturas antropogênicas Virtual point source Wind speed u Instantaneous plume boundary Timeaveraged plume envelope Stack Altura da chaminé Cálculo da ascensão da pluma altura efetiva da chaminé Fórmula de DavidsonBryant Fórmula empírica de Holland S s T T v d v h 1 4 1 T d T p x v v d h S s 2 68 10 3 51 Correção da altura por influência de obstáculos Obstáculos adjacentes à chaminé podem produzir situações de imissão elevadas em função das condições metereológicas locais É produzida uma turbulência que afeta o fluxo do penacho Correção da altura por influência de obstáculos Correção da altura por influência de obstáculos Como regra empírica se considera que a profundidade da turbulência que um obstáculo causa é aproximadamente 25 vezes a altura do obstáculo A emissão de uma chaminé cuja altura é superior a 25 vezes a altura do edifício não se vê afetada pelo obstáculo Se H 25xHb H 53HHb Se H 25Hb H H Modelos de dispersão horizontal Descrição matemática do processo metereológico de transporte e dispersão que se quantifica durante um tempo determinado Modelo básico dispersão gaussiana estabilidade atmosférica é uniforme na corrente de gás contaminado Gaussian Concentration Curve Modelos de dispersão horizontal Modelo Gaussiano Máxima concentração ao nível do solo CxyH concentração de contaminante gm3 E taxa de emissão de contaminante gs sy sz desvio padrão da pluma Vv velocidade do vento 2 2 2 1 exp 2 1 exp 0 z y v y z s H s y s v s E C x y z v y s s v E máx C x 0117 00 2 sz H Δh Modelos de dispersão horizontal V vento a 10 m do solo ms Dia Noite Radiação solar incidente Nuvens Forte Moderado Leve 48 nuvens 38 nuvens 2 A AB B 23 AB B C E F 35 B BC C D E 56 C CD D D D 6 C D D D D Sy m Modelos de dispersão horizontal Inversão Térmica H L sz 47 0 vL s E y 1 2 2