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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO, GÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS
PROGRAMA DE RECURSOS HUMANOS - 44
RELATÓRIO FINAL DA INICIAÇÃO CIENTÍFICA
CONTROLE DE MATERIAL PARTICULADO PROVENIENTE DA INDÚSTRIA
SUCROALCOOLEIRA
JOÃO HENRIQUE POLASTRI CANATELI
N° MATRÍCULA: 2010.3651-0
ORIENTADORA: DRª. MÔNICA LOPES AGUIAR
SÃO CARLOS - SP
2014
1
Este trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Controle Ambiental do
Departamento de Engenharia Química (DEQ) da Universidade Federal de São
Carlos (UFSCar) e contou com o apoio financeiro do Programa de Recursos
Humanos da Agência Nacional do Petróleo, Gás natural e Biocombustíveis (PRH-
ANP/MCT Nº 44).
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RESUMO
O bagaço de cana-de-açúcar é o principal subproduto sólido gerado pelas
usinas sucroalcooleiras, e, em decorrência de sua grande utilização como
combustível nas caldeiras para a cogeração de energia, há uma grande quantidade
de materiais particulados oriundos do processo de combustão do bagaço lançados à
atmosfera. Estes materiais em suspensão no ar são fortemente prejudiciais à saúde
humana, principalmente quanto menor seu tamanho, e apresentam suas emissões
monitoradas por órgãos responsáveis, daí a necessidade de reduzir sua liberação ao
meio-ambiente. Uma alternativa para este controle é o ciclone úmido, equipamento
do estudo do trabalho. Assim, foram feitas adaptações em um ciclone do tipo
Stairmand com oito bicos injetores de água a fim de se obter a eficiência da coleta
através da metodologia da amostragem isocinética. Desse modo, encontrou-se a
condição ótima para eficiência do ciclone operando a seco, tendo como variáveis a
vazão do gás e a vazão do material particulado, sendo a temperatura constante igual
a 90°C. Com esta condição fixada, foram realizados os experimentos para a
operação a úmido do ciclone, tendo como variáveis a vazão de água, nos valores de
150, 200, 250 e 300 L.h-1, e o diâmetro de corte de 50% médio do particulado
empregado. Os experimentos mostram que, com o acionamento dos pulverizadores
de água no ciclone úmido, na vazão mínima de água (150 L.h-1), houve um
incremento na eficiência de coleta para o pó de rocha fosfática de 25 μm, em 3,9%,
e a fuligem de 9 μm, 10,7%. No entanto, em relação ao pó de rocha fosfática de 5
μm não foi observado uma grande influência da pulverização. Ademais, o valor
máximo da eficiência foi alcançado na maior vazão de água (300 L.h-1), para todos
os materiais particulados estudados, aumentando em 5,8%; 16,3% e 2,5%
respectivamente. Por fim, analisou-se a influência da posição dos bicos injetores, e
tanto em relação os quatro bicos na porção superior quanto os quatro laterais, as
eficiências obtidas foram semelhantes mas inferiores à encontrada com todos os
bicos abertos simultaneamente.
3
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1: Esquema da cogeração na indústria sucroalcooleira. ................................ 10
Figura 2: Esquema das dimensões geométricas de um ciclone. ............................... 14
Figura 3: Assentamento inercial das partículas no fluxo gasoso. .............................. 16
Figura 4: Situação de amostragem sub isocinética. .................................................. 17
Figura 5: Situação de amostragem superior a isocinética. ........................................ 18
Figura 6: Situação de amostragem isocinética. ......................................................... 19
Figura 7: Esquema simplificado da unidade experimental. ....................................... 20
Figura 8: Posições dos bicos injetores de água no ciclone úmido. ........................... 21
Figura 9: Ciclone modificado com os bicos pulverizadores e o selo hidráulico. ........ 22
Figura 10: Unidade experimental. ............................................................................. 23
Figura 11: Sistema de aquecimento do fluxo gasoso. ............................................... 24
Figura 12: Sistema de alimentação de material particulado. ..................................... 25
Figura 13: Sistema de fornecimento de água. ........................................................... 26
Figura 14: Distribuição granulométrica do material particulado. ................................ 27
Figura 15: Sonda de amostragem. ............................................................................ 28
Figura 16: Conjunto de suporte para o filtro de membrana. ...................................... 28
Figura 17: Configurações testadas para o duto de saída do ciclone. ........................ 32
Figura 18: Configuração final do duto de saída superior do ciclone. ......................... 33
Figura 19: Perfil de velocidades no duto de entrada. ................................................ 34
Figura 20: Perfil de velocidades no duto de saída superior. ...................................... 35
Figura 21: Membranas após as coletas na entrada (a) e saída (b) do ciclone. ......... 36
4
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Emissão da queima do bagaço em caldeiras. ........................................... 12
Tabela 2: Proporção geométricas para tipos de ciclones. ......................................... 14
Tabela 3: Dimensões do ciclone tipo Stairmand utilizado. ........................................ 21
Tabela 4: Rocha fosfática, 25 μm, perda de carga na entrada de 100 mmH2O. ....... 36
Tabela 5: Rocha fosfática, 25 μm, perda de carga na entrada de 300 mmH2O. ....... 37
Tabela 6: Rocha fosfática, 25 μm, perda de carga na entrada de 500 mmH2O. ....... 37
Tabela 7: Fuligem, perda de carga na entrada de 300 mmH2O. ............................... 38
Tabela 8: Fuligem, perda de carga na entrada de 500 mmH2O. ............................... 38
Tabela 9: Rocha fosfática, 25 μm. ............................................................................. 39
Tabela 10: Fuligem, 9 μm. ......................................................................................... 39
Tabela 11: Rocha fosfática, 5 μm. ............................................................................. 40
Tabela 12: Análise granulométrica e eficiência para a rocha fosfática, 25 μm. ......... 41
Tabela 13: Análise granulométrica e eficiência para a fuligem, 9 μm. ....................... 41
Tabela 14: Análise granulométrica e eficiência para a rocha fosfática, 5 μm. ........... 42
Tabela 15: Análise dos bicos injetores de água para a fuligem. ................................ 43
Tabela 16: Análise granulométrica e eficiência para a fuligem.................................. 43
5
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 6
2. OBJETIVO ............................................................................................................... 8
3. JUSTIFICATIVA ....................................................................................................... 8
4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................................... 9
4.1. BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR .............................................................................. 9
4.2. COGERAÇÃO DE ENERGIA ...................................................................................... 9
4.3. MATERIAL PARTICULADO ..................................................................................... 11
4.4. CONTROLE DA POLUIÇÃO AMBIENTAL ................................................................... 12
4.5. SEPARADORES CICLÔNICOS................................................................................. 13
4.6. CICLONE ÚMIDO .................................................................................................. 15
4.7. COLETA DO MATERIAL PARTICULADO.................................................................... 15
4.8. AMOSTRAGEM ISOCINÉTICA ................................................................................. 17
5. MATERIAIS E MÉTODOS...................................................................................... 20
5.1. UNIDADE EXPERIMENTAL ..................................................................................... 20
5.2. ALIMENTAÇÃO DE AR ........................................................................................... 22
5.3. SISTEMA DE AQUECIMENTO.................................................................................. 23
5.4. SISTEMA DE FORNECIMENTO DE MATERIAL PARTICULADO ..................................... 24
5.5. SISTEMA DE FORNECIMENTO DE ÁGUA ................................................................. 25
5.6. MATERIAL PARTICULADO E DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA ................................ 26
5.7. AMOSTRAGEM ISOCINÉTICA ................................................................................. 27
5.8. EFICIÊNCIA.......................................................................................................... 30
6. RESULTADOS ....................................................................................................... 32
6.1. ADAPTAÇÕES DO DUTO DE SAÍDA ......................................................................... 32
6.2. PERFIS DE VELOCIDADE ....................................................................................... 34
6.3. OPERAÇÃO A SECO ............................................................................................. 35
6.4. OPERAÇÃO A ÚMIDO ............................................................................................ 38
6.5. ANÁLISE DOS BICOS INJETORES DE ÁGUA ............................................................. 42
7. CONCLUSÃO ........................................................................................................ 45
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................... 47
9. ANEXO .................................................................................................................. 49
6
1. INTRODUÇÃO
O Brasil foi pioneiro na produção de etanol em larga escala a partir de
biomassas, tendo início na década de 1970 com o Programa Nacional do Álcool
(Proálcool), que aumentou o uso do etanol no território brasileiro devido à
implementação de automóveis movidos a álcool etílico e um maior teor de etanol na
mistura com gasolina.
A matéria-prima utilizada no Brasil é a cana-de-açúcar e o bagaço é o
principal subproduto gerado no processo nas indústrias sucroalcooleiras. Uma
alternativa encontrada para seu uso foi a queima em caldeiras, o que possibilitou,
que as indústrias sucroalcooleiras atendessem suas demandas energéticas, tanto
térmicas quanto mecânicas e elétricas, tornando-as autossuficientes.
Contudo, tal queima produz, entre outros poluentes, uma grande quantidade
de material particulado que quando emitidos para o ar podem ocasionar sérios
problemas ambientais e causar riscos para a saúde de animais e a do homem.
O material particulado constitui basicamente de poluentes como: poeiras,
fumaças e quaisquer materiais sólidos ou líquidos de tamanho reduzido que
permanecem em suspensão na atmosfera. Esses materiais poluentes são emitidos
principalmente por veículos, atividades industriais e reações de combustão, como a
queima de biomassas.
Tal material sólido tem sido um problema para as indústrias sucroalcooleiras,
devido às normas regulatórias de emissão de poluentes cada vez mais rígidas,
fazendo com que as usinas de açúcar e álcool tenham que se adequar rapidamente
para não terem prejuízos legais e financeiros.
Os equipamentos empregados para a limpeza de gases se enquadram em
cinco categorias principais: câmaras gravitacionais, ciclones, lavadores, filtros e
precipitadores eletrostáticos, divididas de acordo com a eficiência na coleta de
particulados e no modo de funcionamento (ALMEIDA FILHO, 2008).
7
Uma alternativa para a separação dos materiais particulados é a utilização
do ciclone, sendo este amplamente utilizado no tratamento de efluentes gasosos na
indústria, além de apresentar vantagens aos demais purificadores de gases, como o
baixo custo e operação e simplificada. Contudo sua eficiência em relação a
partículas menores não é muito elevada, característica melhorada com a introdução
de pulverizadores, no chamado ciclone úmido, equipamento que começa
recentemente a ser introduzido nas usinas, e é o foco de estudo nesta pesquisa.
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2. OBJETIVO
O projeto visa obter a eficiência da coleta de material particulado presente
em um fluxo de ar através de um ciclone úmido construído. Assim, objetiva-se e
analisar as influências da vazão do gás, a vazão e o diâmetro do particulado, a
vazão de água e os bicos injetores de água no sistema, para obter a condição para a
máxima eficiência na limpeza do gás, além de comparar os valores encontrados
para a operação do ciclone a seco e a úmido.
3. JUSTIFICATIVA
Devido ao grande volume de material particulado emitido pelas indústrias
sucroalcooleiras com a queima do bagaço da cana-de-açúcar para o processo de
cogeração de energia para o próprio funcionamento da planta industrial, bem como a
conversão e venda de excedente da energia elétrica para as concessionárias, há a
necessidade de controlar e reduzir essa emissão ao meio ambiente.
As partículas provenientes da queima são fortemente prejudiciais à saúde
humana, afetando a qualidade de vida dos indivíduos e causando complicações em
todo trato respiratório. Além disso, as indústrias estão sujeitas às legislações
regulatórias de emissão de poluentes e seu descumprimento acarreta pesadas
multas.
Assim, o controle de material particulado pode ser feito com a utilização do
ciclone, que é um equipamento de baixo custo, de fácil operação e manutenção
simples, sendo muito empregado para separar material particulado com mais de
10μm. Com a instalação de pulverizadores de água em sua estrutura, o
equipamento apresenta uma melhora em sua eficiência em relação às partículas
menores, fato que será o estudo no dado trabalho.
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4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4.1. Bagaço de Cana-de-Açúcar
O bagaço da cana-de-açúcar é o principal subproduto sólido gerado pela
usina sucroalcooleira, produzido em uma taxa de cerca de 240 a 280 kg de bagaço
por tonelada de cana processada. Esta biomassa apresenta uma composição média
após a extração do caldo pelas moendas de 46% em fibras, 50% em água e 4% de
sólidos dissolvidos, e é amplamente destinada ao processo de cogeração de energia
pelas usinas no Brasil (CGEE, 2009).
4.2. Cogeração de Energia
No processamento industrial da cana para a produção do açúcar e do etanol
é necessária energia térmica para os processos de aquecimento e concentração,
energia mecânica nas moendas e demais sistemas de acionamento direto, tais como
bombas e ventiladores, bem como energia elétrica para o bombeamento, sistemas
de controle e iluminação, dentre outras necessidades dos processos.
Desse modo, um aspecto fundamental na produção rentável de açúcar e
etanol a partir da cana-de-açúcar constituí a utilização do bagaço da cana na
geração de energia.
Assim, para atender as demandas energéticas requeridas pela usina, o
bagaço é empregado como único combustível nas caldeiras a vapor, em um
processo denominado de cogeração de energia. Esse processo é responsável por
fornecer toda a demanda e ainda restar um excedente de energia que varia entre 0 a
10%, cujo destino pode ser a venda para concessionárias de energia, sendo mais
uma forma de lucro para as sucroalcooleiras (CGEE, 2009).
Além dos fatores mencionados, a produção interna de energia com a queima
do bagaço apresenta mais de vantagens que justificam sua implementação em
praticamente todas as usinas, tais como a maior estabilidade do fornecimento
10
energético e a possibilidade ser inserida no Mercado Internacional de Crédito de
Carbono, pois é usado matéria-prima renovável como combustível em substituição
ao óleo de origem fóssil (DIAS,2008).
Na cogeração de energia, o vapor deixa a caldeira a uma pressão de 22 bar
e a uma temperatura de 300°C, então o gás é enviado a turbinas de compressão
onde sofre uma expansão até atingir uma pressão de 2,5 bar. Nesse processo, o
vapor a elevada pressão é responsável por acionar os equipamentos mecânicos
como moendas, picadores, desfibradores e bombas, além de possibilitar o
acionamento das turbinas dos geradores de energia elétrica (CGEE, 2009).
Ademais, o vapor a baixa pressão resultante, denominado vapor de escape,
é saturado e possibilita o fornecimento de toda a energia térmica dos processos de
produção de açúcar e bioetanol, como mostra a Figura 1 (CGEE, 2009).
Figura 1: Esquema da cogeração na indústria sucroalcooleira.
Fonte: SEABRA (2008)1
1 SEABRA, J. E. A. Análise de opções tecnológicas para uso integral da biomassa
no setor de cana-de-açúcar e suas implicações. Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas-SP, 2008.
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4.3. Material Particulado
Em geral, o material particulado pode ser determinado como sendo
partículas com diâmetro médio entre 0,1 e 100 μm em suspensão na atmosfera e
são constituídos de poeiras, fumaças e todo tipo de material sólido e líquido. Entre
os principais problemas relacionados a essas partículas emitidas ao meio ambiente
estão as interferências em aspectos ambientais, como piorar a visibilidade em certas
localidades, o que pode comprometer a qualidade de vida das populações
(ALMEIDA FILHO, 2008).
Ademais, o material particulado pode ser classificado como partículas totais
em suspensão (PTS), partículas com diâmetro aerodinâmico médio menor que 50
μm, partículas inaláveis (MP10), com diâmetro aerodinâmico médio inferior a 10 μm,
e ainda há as partículas inaláveis finas, denominadas PM2,5, com diâmetro inferior a
2,5 μm. Esta última classificação, as suspensões no ar apresentam um elevado
potencial de provocar danos à saúde, pois são capazes de se alojarem
profundamente nos tecidos celulares ao longo do sistema respiratório. Isto ocorre
devido às suas pequenas dimensões, podendo atingir inclusive os alvéolos
pulmonares e causar inflamações e uma série de problemas respiratórios ao homem
(Cetesb).
Na classificação dos principais poluentes emitidos no ar ainda existe dentro
dos materiais particulados a fumaça (FMC), resultando de processos de combustão.
E além disso, são classificadas as concentrações de dióxido de enxofre (SO2),
monóxido de carbono (CO), ozônio (O3), hidrocarbonetos (HC), e óxidos de
nitrogênio (NOx) (Cetesb).
Assim, a queima do bagaço de cana-de-açúcar nas caldeiras gera como um
dos resíduos a fuligem, que é emitida ao ambiente em suspensão no efluente
gasoso, e é necessário o seu rígido controle visando o seu mínimo impacto na
saúde humana.
A Tabela 1 mostra os fatores de emissão de poluentes para a combustão do
bagaço em caldeiras, em especial o material particulado PTS e MP10, por massa de
vapor gerado e por massa de bagaço queimado nas caldeiras. Além disso, como
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uma estimativa da coleta desses particulados por separadores comumente
empregados nas usinas.
Tabela 1: Emissão da queima do bagaço em caldeiras.
Poluente g poluente/ kg vapor g poluente/ kg bagaço
Material particulado (PTS)
- Sem controle
- Controlado
Ciclones
Lavadores de gás
3,9
2,1
0,4
7,8
4,2
0,8
Material particulado (MP10)
- Controlado
Lavadores de gás
0,34
0,18
CO2
- Não Controlado
390
780
NOx
- Não controlado
0,3
0,6
Hidrocarbonetos
- Não controlado
2,5.10-4
5,0.10-4
Fonte: EPA, 19952 apud. LORA, 2000
4.4. Controle da Poluição Ambiental
O Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) é o órgão do Ministério
do Meio Ambiente que tem por atribuição regulamentar e definir normas para o
controle e manutenção da qualidade dos recursos naturais, entre eles, das águas,
do solo e do ar. Desse modo, o CONAMA estabelece padrões nacionais de emissão
para processos de geração de calor e conversão de energia térmica, aspecto que
engloba o processo de cogeração de energia pela queima do bagaço.
2 Environmental Protection Agency (EPA), Compilation of air pollutant emission
factors. 1995.
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Ainda, no âmbito estadual, há órgãos cuja função é controlar, fiscalizar e
monitorar as fontes de geração de poluentes. No Estado de São Paulo esse órgão é
representado pela Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (Cetesb), que
apresenta normas próprias, tendo que estar em pleno acordo com as estabelecidas
pelo CONAMA ou sendo mais restritivo (www.cetesb.sp.gov.br).
4.5. Separadores Ciclônicos
Os ciclones apresentam baixo custo de instalação, construção e
dimensionamento simples, além de serem de fácil operação e manutenção. Além
disso, são comumente empregados na coleta de materiais particulado ou fibroso e
podem ser usados para gases a elevadas temperaturas (MACINTYRE, 1990).
No equipamento, o gás entra tangencialmente ao topo do ciclone e gera um
fluxo helicoidal decrescente periférico até atingir ao trecho inferior do cone, a qual
em seguida retorna como um fluxo helicoidal ascendente central em direção ao topo,
saindo pelo duto de saída como gás limpo (MESQUITA, et al., 1988).
Assim, a força centrífuga decorrente do movimento espiral faz com que as
partículas sólidas sejam arremessadas em direção às paredes, e separado do fluxo
gasoso escoante. Nas paredes do ciclone, o material particulado é então depositado
e pela ação da gravidade caem na parte inferior do ciclone e são coletadas
(MACINTYRE, 1990).
Segundo Lee, et al. (2008), os ciclones simples são muitos utilizados como
pré-limpadores para partículas como diâmetros aerodinâmicas maiores de 10 μm, e
de um modo geral, sua eficiência para partículas em torno de 25 μm se aproxima de
90%. Já essa eficiência cai consideravelmente, em relação a particulados em torno
de 5 μm de diâmetro aerodinâmico.
No mesmo sentido, em Macintyre (1990), os ciclones apresentam um baixo
rendimento para tamanhos de partículas pequenas, inferiores a 5 μm, sendo as
forças centrífugas suficientes para a purificação dos gases, e muitas vezes, o seu o
14
seu emprego é feito anteriormente a outro separador. Ademais, podem desgastam-
se rapidamente com consequência da dureza e alta velocidade da poeira.
Entre os de ciclone empregados, três tipos de ciclones são Stairmand, Swift
e Lapple, cujas proporções geométricas em função do diâmetro do ciclone (D) são
apresentadas na Tabela 2. Já o esquema de um ciclone de entrada tangencial é
mostrado na Figura 2, descrevendo as dimensões das estruturas do ciclone.
Tabela 2: Proporção geométricas para tipos de ciclones.
Tipo a/D b/D De/D S/D h/D H/D B/D
Stairmand 0,50 0,20 0,50 0,50 1,50 4,00 0,38
Swift 0,44 0,21 0,40 0,50 1,40 3,90 0,40
Lapple 0,50 0,25 0,50 0,63 2,00 4,00 0,25
Fonte: Acervo pessoal
Figura 2: Esquema das dimensões geométricas de um ciclone.
Fonte: Acervo pessoal.
15
4.6. Ciclone Úmido
O ciclone úmido se trata de um ciclone simples em que é adaptado um
sistema de pulverização de água, visando aumentar a eficiência de coleta do
material particulado. Dessa maneira, as partículas sólidas separadas do gás
escorrem em direção a porção inferior do ciclone, local em que ocorre a coleta na
forma de lama, ou seja, a água mais o material particulado (MACINTYRE, 1990).
Segundo Majewski (2006), a água injetada no sistema tem por finalidade
aglomerar o particulado, o que resulta em uma melhor separação no ciclone úmido,
tendo este uma elevada eficiência para partículas menores que 10 μm, podendo ser
comparada à de um precipitador eletrostático. A injeção da água pulverizada no
ciclone cria um filme de água nas paredes internas do ciclone e com isso elimina o
ricocheteamento das partículas, que podem ocorrer no ciclone simples e diminui a
eficiência de coleta.
Ademais, segundo Yang e Yoshida (2004), a eficiência do ciclone úmido
depende do método de injeção do líquido, o tamanho da gota, a distribuição espacial
do fluxo do líquido e da quantidade de movimento inicial da gota.
4.7. Coleta do Material Particulado
As forças que atuam na separação das partículas sólidas no fluxo gasoso no
ciclone são a força gravitacional e, principalmente, a força inercial centrifuga.
Contudo, estas são insuficientes para remover as partículas do fluxo gasoso pelo
pequeno tamanho das partículas (MESQUITA, et al., 1988).
Desta forma, segundo Holzer (1985), com aglomeração das partículas em
gotas de água pulverizadas, ocorre um aumento da massa e do diâmetro fazendo
com que seja elevado a eficiência na separação. Os mecanismos de separação do
material particulado ocorrem em três etapas, são eles: a condução até o contato das
partículas com as gotas do líquido; a retirada das partículas das gotas e a separação
em conjunto com as gotas.
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Segundo Mesquita, et al., os mecanismos envolvidos na separação
decorrente dos corpos coletores são: a impactação inercial, considerando a massa e
portanto a inércia das partículas; a intercepção, no qual é levado em conta somente
o tamanho das partículas; e difusão, sendo significante para diâmetros inferiores a 1
μm, pois estes seguem as linhas de fluxo do gás ao redor do corpo coletor.
Segundo Park e Lee (2009), nos ciclones úmidos, partículas menores que
0,1 μm podem ser coletadas eficientemente através das gotas pela difusão
browniana, enquanto que as partículas maiores que 1 μm tem a impactação inercial
e a interceptação como os principais mecanismos.
Contudo, segundo Holzer, em estudos realizados, a difusão do particulado
nas gotas é pouco significativa para a pulverização, sendo o mais relevante a
aglomeração em sua superfície. Ademais, os mecanismos de assentamento das
partículas nas gotas de líquido são: inercial, agarramento e difusão.
Partículas de poeira conduzidas até o contato com as gotas pulverizadas do
líquido, principalmente em um processo de colisão por impacto, onde a força de
inércia é um fator preponderante, quanto maior, maior eficiência na retenção. De
forma oposta, as partículas pequenas seguem o escoamento do fluxo gasoso em
torno das gotas, tendo a sua separação majoritária decorrente de efeitos secundários.
Portanto, ainda segundo Holzer, o assentamento inercial é o principal mecanismo de
assentamento na gota e proporciona a separação do particulado e a limpeza do gás.
O deslocamento da partícula sólida no fluxo gasoso é visto na Figura 3, em
que ocorre o assentamento desta na gota do líquido devido à inercia da partícula.
Figura 3: Assentamento inercial das partículas no fluxo gasoso.
Fonte: MAJEWSKI, 2006
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4.8. Amostragem Isocinética
A amostragem isocinética consiste na coleta de material particulado
presente no fluxo gasoso, tendo a velocidade de aspiração a ser impressa pelo
equipamento de medida igual à velocidade com que os gases passam pelo local
onde ocorre a coleta.
A utilização de um conjunto de tubos, sondas, bomba de vácuo e termopares
possibilitam o controle das condições nos dutos ou chaminés e a coleta isocinética
do particulado, pois, com a área transversal do bocal da sonda e do controle de
vazão de gás calcula-se a velocidade da amostragem. Desse modo, obtêm-se uma
fração representativa do fluxo total de partículas no sistema em análise.
Nos sistemas em análise somente poderão ocorrer três situações de
amostragem diferentes, velocidade menor, igual ou superior ao registrado no gás no
interior do duto (ESMANHOTO, 2010).
Segundo Almeida Filho (2008), caso a velocidade de sucção do fluxo gasoso
seja menor em relação ao fluxo da tubulação as linhas do fluxo divergem do bocal
da sonda, mais partículas maiores serão coletadas do que existiria na realidade, isto
pois parte do fluxo é desviado do bocal, como pode ser visto na Figura 4.
Figura 4: Situação de amostragem sub isocinética.
Fonte: ALMEIDA FILHO, 2008
Com isso as partículas menores, por ter pouca inércia, seguem melhor os
desvios do fluxo gasoso, desse modo, apresentam uma captação mais difícil no
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bocal. Já as partículas maiores possuem uma maior massa e inércia, com isso não
apresentam uma rápida resposta aos desvios existentes dos gases que os
conduzem. Assim, tem-se uma coleta maior proporcionalmente no total da amostra
para estas na amostragem sub-isocinética.
Caso a velocidade de aspiração pela bomba seja maior que a do fluxo na
tubulação as linhas do fluxo convergem para dentro do bocal. Esta condição da
amostragem super-isocinética é ilustrado pela Figura 5.
Assim, ainda em Almeida Filho (2008), a composição da amostragem
coletada apresenta um número maior de partículas menores, pois estas mudam sua
direção mais facilmente devido à menor massa e inércia, em comparação a
composição real de material particulado no gás injetado.
Figura 5: Situação de amostragem superior a isocinética.
Fonte: ALMEIDA FILHO, 2008
Por fim, quando a velocidade de aspiração dos gases no bocal,
proporcionado pela bomba de vácuo, for igual à velocidade pontual registrada pelo
gás na tubulação, ocorrerá a amostragem isocinética. Então, esta amostragem é
caracterizada pela coleta do particulado cuja trajetória coincide com a área do bocal
da sonda, conforme apresentado pela Figura 6. Portanto, nesta condição, a coleta é
representativa para o fluxo real do sistema (ESMANHOTO, 2010).
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5. MATERIAIS E MÉTODOS
A seguir estão listados todos os equipamentos e materiais empregados, bem
como os métodos empregados na a realização dos experimentos.
5.1. Unidade Experimental
O sistema experimental montado no Laboratório Didático do Departamento
de Engenharia Química (DEQ) da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar)
constituiu-se basicamente por um sistema de alimentação de material particulado,
soprador, ciclone com bicos injetores de água, sistema de aquecimento e conjunto
de fornecimento de água, conforme mostra a Figura 7.
Figura 7: Esquema simplificado da unidade experimental.
Fonte: Acervo pessoal
A Tabela 3 representa as dimensões do ciclone tipo Stairmand e de entrada
tangencial que foi empegado no trabalho. Além disso, as posições dos oito bicos
injetores de água em sua estrutura, sendo quatro na porção superior e quatro
localizados no cilindro lateral do ciclone, estão mostradas na Figura 8.
21
Tabela 3: Dimensões do ciclone tipo Stairmand utilizado.
H 0,35
D 0,23
H 0,93
B 0,09
De 0,12
S 0,12
A 0,12
B 0,05
Fonte: Acervo pessoal
Figura 8: Posições dos bicos injetores de água no ciclone úmido.
Fonte: Acervo pessoal
Ademais, foi construído um selo hidráulico, uma estrutura cilíndrica em
acrílico contendo uma válvula a fim de permitir o acúmulo da lama.
O ciclone úmido montado no laboratório está apresentado na Figura 9 a
seguir:
22
Figura 9: Ciclone modificado com os bicos pulverizadores e o selo hidráulico.
Fonte: Acervo pessoal
5.2. Alimentação de Ar
A vazão corrente de ar foi fornecida pelo soprador da marca WEG de 60 Hz,
3500 rpm e 5,5 kW, cuja vazão pode ser calculada através de uma placa de orifício
situada da tubulação que conduzirá ao ciclone, anteriormente ao aquecimento. A
Figura 10 retrata o sistema de alimentação do gás, bem como a unidade
experimental.
Os ajustes na vazão do ar são feitos com o auxílio de válvulas na tubulação
de entrada e usando o anemômetro KIMO tipo MP200 para medir as quedas de
pressão, sendo os valores estabelecidos no trabalho de 100, 300 e 500 mmH2O.
Além disso, a calibração da placa de orifício para a vazão volumétrica a
temperatura ambiente tinha uma equação ajustada dado por:
𝑄𝑎𝑟 = 0,35. √∆ℎ (1)
23
onde 𝑄𝑎𝑟 é a vazão volumétrica do ar em m3.min-1 e ∆ℎ é a variação da altura da
coluna de um manômetro de água em cm.
Figura 10: Unidade experimental.
Fonte: Acervo pessoal
5.3. Sistema de Aquecimento
O sistema de aquecimento é composto por dois transformadores variadores
de voltagem da marca STP tipo VM-230, que por intermédio de resistências
promove o aquecimento do fluxo gasoso até a temperatura desejada. A ilustração do
sistema é apresentada na Figura 11.
Nos experimentos, com o objetivo de aproximar as condições encontradas
nas indústrias, a temperatura do fluxo de ar na entrada do ciclone foi fixada em
90°C, cuja temperatura e umidade foram mensuradas com o equipamento
HygroPalm da marca Rotronic.
24
Figura 11: Sistema de aquecimento do fluxo gasoso.
Fonte: Acervo pessoal
5.4. Sistema de Fornecimento de Material Particulado
O sistema alimentação de material particulado é composto por um prato
rotatório contendo uma canaleta, um controlador de rotação da marca Varired
modelo D0510/65 que permite regular a vazão do particulado injetado no sistema, e
um reservatório cônico contendo um vibrador. Definiram-se três porcentagens da
rotação máxima para o prato (100%) a serem analisadas nos experimentos, de 45,
50 e 65%.
Além destes equipamentos, é empregado ainda uma fonte de ar comprimido
em que a pressão manométrica é mantida como um padrão para todos os
experimentos de 50 kgf/cm² a fim de assegurar as mesmas condições e sendo
suficiente para arrastar o particulado.
Como é observado na Figura 12, o material particulado é mantido no
reservatório e a canaleta é preenchida através do movimento de vibração e do
deslocamento do prato rotatório. Deste modo, ao atingir a região de sucção, o
25
material é arrastado pela diferença de pressão causada pelo ar comprimido na
mangueira, sendo então ambos enviados para dentro do duto de entrada do ciclone.
Figura 12: Sistema de alimentação de material particulado.
Fonte: Acervo pessoal
5.5. Sistema de Fornecimento de Água
O sistema de fornecimento de água para o sistema constituirá de uma
bomba WEG modelo 56B0382 – 0,75CV, regime contínuo, um reservatório de água,
rotâmetro para água Applitech modelo AP3500 e oito tubos, contendo em cada uma
válvula para distribuição da água para os oito bicos pulverizadores. Assim, pela
regulagem das válvulas e do reciclo é possível se estabelecer a vazão de água que
é enviado aos bicos através do rotâmetro, como representado pela Figura 13.
26
Figura 13: Sistema de fornecimento de água.
Fonte: Acervo pessoal
5.6. Material Particulado e Distribuição Granulométrica
Nos experimentos, a princípio seriam utilizados somente a fuligem
proveniente da combustão do bagaço da cana-de-açúcar nas caldeiras da indústria
sucroalcooleira. Contudo, devido à baixa disponibilidades do material no laboratório
e as dificuldades encontradas em obtê-lo diretamente das usinas, optou-se por usar
também o pó de rocha fosfática como material particulado.
Desse modo, os materiais foram cominuídos em um moinho de bolas, sendo
a fuligem reduzida a um diâmetro de corte de 50% por difusão a laser de cerca de 9
μm e a rocha fosfática em dois diferentes diâmetros, de 25 e 5 μm.
Para a mediação da granulometria foi utilizado o Malvern Mastersizer
Microplus, localizado no Laboratório de Controle Ambiental do DEQ/UFSCar. O
equipamento utiliza a difração a laser para medir a distribuição de tamanho das
partículas, consistindo em um feixe de laser emitido e, ao atingir as partículas em
suspensão, ocorre uma variação angular na intensidade da luz. O valor da dispersão
27
é medido pela técnica de espalhamento de luz laser de baixo ângulo (LALLS – Low
Angle Laser Scattering) e está relacionado ao tamanho das partículas, sendo o
diâmetro calculado como o de uma esfera de volume equivalente aos dados obtidos
(ROCHA, 2010).
Assim, nas análises granulométricas das partículas coletas para cada
condição pelo ciclone úmido, foram retiradas alíquotas da lama em um béquer e
enviadas ao Malvern. O resultado gerado é a distribuição granulométrica conforme
exemplificado pela Figura 14, e determina também o diâmetro de corte de 50% (D0,5)
dado pela intersecção da linha da distribuição acumulativa (azul) com a linha
tracejada equivalente a 50%.
Figura 14: Distribuição granulométrica do material particulado.
Fonte: Acervo pessoal
5.7. Amostragem Isocinética
A pesquisa utilizará a amostragem isocinética a fim os dados representem o
fluxo real com maior exatidão e assim obter o teor de material particulado no gás.
O sistema conta com duas bombas de vácuo da marca Milipore de 60 Hz,
com tubos conectores para sua interligação, e com a auxílio de um suporte universal
Particle Diameter (um.)
Volume (%)
0
10
20
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.01 0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0
28
e um rotâmetro de vidro para ar, da marca Gilmont modelo 40136, é feito o ajuste da
vazão aspirada no interior das tubulações e garantir a condição isocinética.
A coleta do material é feita por uma sonda de amostragem de bocal circular,
cujo diâmetro era igual a 𝜑𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 = 4 𝑚𝑚, como é mostrado na Figura 15. Acoplada a
ela tem-se um suporte para filtro de membrana com vedações de plástico e
parafusos para afixação, impedindo o ar de escapar, conforme indicado pela Figura
16.
Figura 15: Sonda de amostragem.
Fonte: Acervo pessoal
Figura 16: Conjunto de suporte para o filtro de membrana.
Fonte: Cerda, 2004
29
Segundo Cerda (2004), para ajustar a velocidade no bocal da sonda,
calculou-se a vazão de sucção do gás pela bomba de vácuo de modo a atingir a
condição isocinética. Para isso, utilizou-se a relação:
𝑣𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 = 𝑣𝑡𝑢𝑏𝑜 (2)
Onde 𝑣𝑡𝑢𝑏𝑜 corresponde à velocidade pontual do gás na tubulação, podendo
ser referente a entrada ou a saída superior. Esta velocidade foi determinada pelo
micro manômetro da marca Furness Controls modelo FCO12 com a auxílio de um
tubo de Pitot posicionado e fixado por um suporte existente nas tubulações em um
ponto determinado da amostragem isocinética.
Por sua vez, 𝑣𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 corresponde à velocidade de sucção na seção
transversal do bocal da sonda. Como este valor já estava definido segundo a
velocidade pontual do fluxo gasoso, calculou-se a vazão volumétrica que deveria ser
empregada no bocal da sonda (𝑄𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎) segundo a equação 3, uma vez que se
conhece a área transversal do bocal da sonda (𝐴𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎).
𝑄𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 = 𝑣𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 . 𝐴𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 (3)
𝑄𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎
𝐴𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎= 𝑣𝑡𝑢𝑏𝑜 (4)
Desse modo, a sonda foi inserida até o ponto de amostragem isocinética e
afixada, na entrada do ciclone e na saída superior do gás tratado. Então, o fluxo de
gás aspirado passa pelo conjunto de filtração ocorrendo a retenção do material
particulado na membrana e deixando passar ar livre do sólido. Os experimentos
foram realizados em duplicata tanto na entrada quanto na saída, e a membrana
utilizada foi da marca Millipore tipo GS em éster de celulose 0,22 μm de poro e 47
mm de diâmetro e o tempo das amostragens foi de 5 minutos para todos os ensaios
experimentais.
Anteriormente as pesagens das membranas, tanto antes quanto após as
amostragens, os filtros de membranas foram mantidos em uma estufa com
temperatura de 60ºC por um intervalo de 24 horas. Isto a fim de secar a umidade
absorvida pela membrana pelo próprio ambiente e pelo fluxo gasoso no ciclone, e
também, para aplicar a mesma metodologia para todos os ensaios.
30
Nas pesagens foi utilizado a balança analítica de cinco casas decimais da
marca Mettler Toledo tipo XS205 dual range. Ainda, visando reduzir a influência da
eletricidade estática existente na superfície da membrana, também foi empregado o
eliminador de cargas estáticas da marca HAUG tipo PRX U SET small. Com este
excesso de cargas removido anteriormente a cada pesagem, obteve-se medidas
mas precisa das massas desejadas.
5.8. Eficiência
Segundo Almeida Filho (2008), o cálculo da eficiência total do equipamento
(𝜂) na limpeza de efluentes gasosos é dado pela equação 5, a seguir:
𝜂 =𝐶0 − 𝐶𝑠
𝐶0= 1 −
𝐶𝑠
𝐶0 (5)
onde 𝐶0 é a concentração inicial de particulados no fluxo gasoso de entrada (g.m-3);
𝐶𝑠 é a concentração final de particulados no fluxo gasoso de saída (g.m-3).
Considerando a definição da concentração (𝐶) dentro das tubulações, pela
seguinte equação 6.
𝐶 =𝑚
𝑄. 𝑡 (6)
onde 𝑚 é a massa coleta durante a amostragem (g); 𝑄 é a vazão volumétrica do
fluxo (m-3.s-1); e 𝑡 é o tempo de amostragem (s).
As equações das concentrações na entrada e na saída superior do ciclone
são dadas pelas equações 7 e 8.
𝐶0 =∆𝑚𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎0
𝑄𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎0. 𝑡
(7)
𝐶𝑠 =∆𝑚𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 𝑠
𝑄𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 𝑠. 𝑡
(8)
31
onde ∆𝑚𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 0 e ∆𝑚𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎𝑠
são as diferenças de massa das amostragens antes e
após as amostragens isocinéticas, respectivamente na entrada e na saída superior
do ciclone (g); 𝑄𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 0 e 𝑄𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 𝑠
são as vazões volumétricas de gás no fluxo na
entrada e na saída superior, respectivamente (m3.s-1).
Por sua vez, como os tempos de amostragem são mesmos nos
experimentos efetuados, resulta na equação da eficiência do equipamento na coleta
de material particulado, dada por:
𝜂 = 1 − (∆𝑚𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎𝑠
∆𝑚𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 0
) . (𝑄𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 0
𝑄𝑠𝑜𝑛𝑑𝑎 𝑠
) (8)
32
6. RESULTADOS
6.1. Adaptações do Duto de Saída
Para que a metodologia da amostragem isocinética fosse possível de ser
empregada, foi necessário avaliar o perfil de velocidades tanto no duto de entrada
quanto no duto de saída superior.
Dessa maneira, foi analisado o comportamento do fluxo de gás,
principalmente em relação ao duto superior e as configurações deste testados, como
apresentado na Figura 17.
Figura 17: Configurações testadas para o duto de saída do ciclone.
Fonte: Acervo pessoal
A configuração inicial proposta para o duto superior foi um cilindro uniforme
com o mesmo diâmetro da saída superior do ciclone de 12 cm, conforme ilustrada
através da Figura 17 (a). Contudo, após levantar o perfil de velocidades através de
33
um tubo de Pitot, notou-se a existência de vórtex em decorrência do movimento
ciclônico do fluxo gasoso que se manteve ao longo no duto. Portanto, tal
comportamento não era apropriado para a metodologia da amostragem isocinética e
buscou-se outra alternativa.
Uma segunda configuração testada, sendo construído outro duto com uma
redução do diâmetro interno do tubo para 6 cm, equivalente à metade da saída
superior do ciclone, conforme mostrado na Figura 17 (b). Na análise do perfil de
velocidades, mais uma vez foi registrado a existência de vórtex ao longo da
tubulação.
Por fim, optou-se por aumentar o comprimento do duto e também
implementar um cotovelo de 90°, conforme ilustrado pela configuração final na
Figura 18. Desta configuração, não houve a formação de vórtex e o perfil de
velocidades encontrado foi adequado à amostragem isocinética.
Figura 18: Configuração final do duto de saída superior do ciclone.
Fonte: Acervo pessoal
O duto horizontal construído teve 11 cm de diâmetro interno e 130 cm de
comprimento. Além disso, o orifício de amostragem foi situado a 112 cm do cotovelo
de 90° devido ao estudo dos perfis de velocidade ao longo da distância, estando
completamente desenvolvido neste ponto.
34
6.2. Perfis de Velocidade
Para a configuração final do equipamento, mediu-se as velocidades pontuais
do fluxo gasoso em função da posição, com o auxílio de um anemômetro e um tubo
de Pitot. Assim, obteve-se o perfil de velocidades no duto de entrada, cujo diâmetro
era de 5,5 cm, na posição imediatamente anterior a conexão ao ciclone. O passo
empregando foi de 1 cm, da extremidade do tubo contendo o orifício até o seu
oposto a 5,5 cm.
Então, foram medidas as velocidades para as vazões dadas pelas perdas de
carga de 100, 300 e 500 mmH2O, e para as temperaturas ambientes e a temperatura
de 90°C. Os resultados encontrados são apresentados na Figura 19 a seguir:
Figura 19: Perfil de velocidades no duto de entrada.
Fonte: Acervo pessoal
O mesmo procedimento foi realizado para o duto de saída, do orifício de
amostragem até a extremidade oposta a 11 cm, tendo 1 cm de passo. Os resultados
obtidos são apresentados na Figura 20.
35
Figura 20: Perfil de velocidades no duto de saída superior.
Fonte: Acervo pessoal
Desse modo foi possível determinar o ponto de amostragem, como sendo
pertence a um trecho com velocidade constante, resultando em um menor erro no
procedimento de amostragem. Portanto, pela análise dos dois gráficos plotados,
assumiu-se como ponto de amostragem no duto de entrada o ponto a 2 cm do
orifício, e para o duto de saída superior, a 9 cm do orifício de amostragem.
6.3. Operação a Seco
A partir da metodologia descrita anteriormente, realizou-se as coletas do
material particulado a fim de se obter a eficiência. A Figura 21 ilustra o
procedimento, na entrada (a) em que há uma maior concentração do material na
membrana, e na saída (b) no qual a concentração retida é consideravelmente
menor.
36
Figura 21: Membranas após as coletas na entrada (a) e saída (b) do ciclone.
Fonte: Acervo pessoal
Primeiramente, foram feitos os ensaios experimentais em duplicara para a
condição a seco no ciclone, isto para se encontrar o ponto ótimo de dois parâmetros
definidos: a vazão de ar na entrada do ciclone, dada pela queda de pressão na placa
de orifício; e a vazão de do particulado, dada pela porcentagem da rotação máxima
do prato rotativo. A temperatura foi mantida constante e igual a 90°C em todos os
ensaios.
Para isto, utilizou-se a rocha fosfática com diâmetro volumétrico de 25 μm, e
então pela amostragem isocinética foi calculado a eficiência da limpeza da corrente
gasosa pelo equipamento. Os resultados estão apresentados nas Tabelas 4, 5 e 6.
Tabela 4: Rocha fosfática, 25 μm, perda de carga na entrada de 100 mmH2O.
Rotação prato (%)
Entrada Saída superior
Eficiência v (m/s)
Qb (L/min)
∆m (g) ∆mmédio
(g) v (m/s)
Qb (L/min)
∆m (g) ∆mmédio
(g)
35
10,5 7,92
0,01552 0,014
2,8 2,11
0,00105 0,0010 0,72
0,01219 0,00099
50 0,02040
0,020 0,00142
0,0012 0,77 0,01909 0,00102
65 0,03377
0,033 0,00158
0,0017 0,81 0,03262 0,00181
37
Tabela 5: Rocha fosfática, 25 μm, perda de carga na entrada de 300 mmH2O.
Rotação prato (%)
Entrada Saída superior
Eficiência v (m/s)
Qb (L/min)
∆m (g) ∆mmédio
(g) v (m/s)
Qb (L/min)
∆m (g) ∆mmédio
(g)
35
19,2 14,48
0,019 0,021
4,6 3,47
0,0005 0,0005 0,90
0,023 0,0006
50 0,034
0,034 0,0016
0,0009 0,87 0,035 0,0010
65 0,073
0,075 0,0015
0,0017 0,91 0,078 0,0019
Tabela 6: Rocha fosfática, 25 μm, perda de carga na entrada de 500 mmH2O.
Rotação prato (%)
Entrada Saída superior
Eficiência v (m/s)
Qb (L/min)
∆m (g) ∆mmédio
(g) v (m/s)
Qb (L/min)
∆m (g) ∆mmédio
(g)
35
23,7 17,87
0,021 0,0200
5,7 4,30
0,0006 0,0005 0,89
0,0190 0,0005
50 0,033
0,033 0,0010
0,0011 0,87 0,033 0,0016
65 0,052
0,047 0,0009
0,0011 0,91 0,043 0,0013
Contudo, as eficiências foram muito próximas para as condições de 300
mmH2O, 35, e 65%, com eficiência de respectivamente 0,899 e 0,906, bem como
para a de 500 mmH2O, 35, e 65%, com eficiência de 0,886 e 0,905,
respectivamente.
Assim, fez-se novas coletas isocinéticas para estes valores dos parâmetros
e empregando um particulado de menor diâmetro, a fuligem. Os valores das
eficiências estão apresentados nas Figuras 7 e 8.
38
Tabela 7: Fuligem, perda de carga na entrada de 300 mmH2O.
Rotação prato (%)
Entrada Saída superior
Eficiência v (m/s)
Qb (L/min)
∆m (g) ∆mmédio
(g) v (m/s)
Qb (L/min)
∆m (g) ∆mmédio
(g)
35
16,9 12,74
0,005 0,005
4,3 3,24
0,0006 0,0006 0,56
0,005 0,0006
65 0,008
0,008 0,0015
0,0014 0,31 0,008 0,0013
Tabela 8: Fuligem, perda de carga na entrada de 500 mmH2O.
Rotação prato (%)
Entrada Saída superior
Eficiência v (m/s)
Qb (L/min)
∆m (g) ∆mmédio
(g) v (m/s)
Qb (L/min)
∆m (g) ∆mmédio
(g)
35
21,7 16,36
0,007 0,007
5,5 4,15
0,0010 0,0009 0,48
0,007 0,0009
65 0,018
0,019 0,0010
0,0011 0,78 0,020 0,0011
Assim, através destas análises complementares, foi possível determinar os
parâmetros para a condição ótima da eficiência para o equipamento operando a
seco. O qual foi uma vazão de ar na entrada dada pela perda de carga de 500
mmH2O, e a vazão de material particulado dado pela rotação de 65% da máxima
para o prato de alimentação do particulado.
6.4. Operação a Úmido
O passo seguinte foi realizar experimentos com o ciclone operando a úmido,
com o acionamento dos bicos pulverizadores de água. Dessa forma, a etapa visa
analisar a vazão volumétrica de água enviada ao sistema.
Com a condição ótima a seco fixada, ou seja, 500 mmH2O na entrada e 65%
da rotação do prato de alimentação do particulado, além da temperatura de 90°C e
mantendo as válvulas de todos os bicos pulverizadores de água abertos. Então,
foram feitas coletas isocinéticas em duplicatas para as vazões de água de 150, 200,
250 e 300 L.h-1 e também a operação a seco (0 L.h-1) a fim de preservar as mesmas
39
condições ambientais registradas para a operação a úmido e se ter um resultado
comparativo mais preciso.
Assim, utilizou-se três materiais particulados de diâmetros volumétricos
distintos, as rochas fosfáticas de 25 μm e 5 μm, e a fuligem com 9 μm de diâmetro.
Os valores obtidos para as condições do fluxo gasoso, na entrada e saída, e a
eficiência calculada dos experimentos são exibidos nas Tabelas 9, 10 e 11.
Tabela 9: Rocha fosfática, 25 μm.
Vazão de água
(L/h)
Entrada Saída superior
Eficiência v (m/s)
Qb (L/min)
∆m (g) ∆mmédio
(g) v (m/s)
Qb (L/min)
∆m (g) ∆mmédio
(g)
0 21,8 16,44 0,050
0,05
5,6 4,22 0,0017
0,0016 0,89 0,044 0,0014
150 21,8 16,44 0,057
5,5 4,15 0,0011
0,0010 0,93 0,066 0,0009
200 21,8 16,44 0,062
5,4 4,07 0,0010
0,0012 0,91 0,047 0,0013
250 21,8 16,44 0,052
5,2 3,92 0,0009
0,0009 0,93 0,048 0,0008
300 21,8 16,44 0,053
5 3,77 0,0009
0,0008 0,94 0,051 0,0006
Tabela 10: Fuligem, 9 μm.
Vazão de água
(L/h)
Entrada Saída superior
Eficiência v (m/s)
Qb (L/min)
∆m (g) ∆mmédio
(g) v (m/s)
Qb (L/min)
∆m (g) ∆mmédio
(g)
0 21,5 16,21 0,017
0,019
5,6 4,22 0,0013
0,0013 0,75 0,0012
150 21,5 16,21 0,024 5,5 4,15 0,0006
0,0007 0,86 0,0008
200 21,5 16,21 0,019 5,4 4,07 0,0006
0,0006 0,87 0,0007
250 21,5 16,21 0,019 5,2 3,92 0,0006
0,0006 0,87 0,0006
300 21,5 16,74 0,029 5,0 3,77 0,0004
0,0004 0,92 0,0004
40
Tabela 11: Rocha fosfática, 5 μm.
Vazão de água
(L/h)
Entrada Saída superior
Eficiência v (m/s)
Qb (L/min)
∆m (g) ∆mmédio
(g) v (m/s)
Qb (L/min)
∆m (g) ∆mmédio
(g)
0 22,2 16,74 0,023
0,027
5,6 4,22 0,0021
0,0022 0,68 0,0022
150 22,2 16,74 0,023 5,5 4,15 0,0026
0,0025 0,62 0,0024
200 22,2 16,74 0,029 5,4 4,07 0,0020
0,0021 0,68 0,0021
250 22,2 16,74 0,030 5,2 3,92 0,0022
0,0022 0,65 0,0022
300 22,2 16,74 0,029 5,0 3,77 0,0018
0,0018 0,70 0,0018
Para os particulados maiores, a rocha fosfática de 25 e a fuligem de 9 μm,
as eficiências de coleta foram superiores para os ensaios a úmido em relação aos a
seco, o que comprova o melhor desempenho da limpeza de gases pelo ciclone
úmido. Em relação à rocha fosfática, a eficiência teve um pequeno incremento,
passando de 89% a 93% com a menor vazão de água de 150 L.h-1, até o máximo de
94% alcançado na maior vazão de 300 L.h-1.
Em relação à fuligem, houve um aumento considerável da eficiência das
operações com a introdução da água, passando de 75% a seco para 86% na vazão
mínima usada até um máximo de 92% na maior vazão, ou seja, um aumento na
eficiência de 16%.
Já para a rocha fosfática de 5 μm apresentou um comportamento distinto,
pois a introdução da água no ciclone apresentou pouca influência na separação das
partículas. Como visto na Tabela 11, o aumento da eficiência foi de 68% a seco para
70% na máxima da operação a úmido, tendo um incremento de apenas 2,5%.
Portanto, em todos os conjuntos de experimentos, a máxima da eficiência foi
atingida na maior vazão de água empregada, 300 L.h-1. Ademais, para o particulado
com maiores diâmetros médios, a introdução da água na vazão mínima estudada,
ou seja 150 L.h-1, elevou a eficiência em 3,9% para a rocha fosfática de 25 μm e em
10,7% para a fuligem.
41
Nesta etapa no trabalho, também foram feitas análises da granulometria do
particulado em todas as condições. Com o auxílio do equipamento Malvern
Mastersizer, obteve-se a distribuição granulométrica em triplicata, sendo possível o
diâmetro volumétrico de corte de 50% (D0,5), correspondente ao tamanho do
diâmetro em que metade das partículas ficariam retidas. Dessa maneira, pela média
destes três valores encontrou-se o diâmetro volumétrico de corte de 50% médio (D0,5
médio) das partículas, através da coleta de uma alíquota da lama escoante na saída
inferior do ciclone úmido.
Assim, foram realizadas as análises da granulometria do material particulado
inicial, ou seja na entrada, e na saída inferior após o processo de separação na
denominada lama. Os resultados estão apresentados nas Tabelas 12, 13 e 14 a
seguir, para os três materiais estudados.
Tabela 12: Análise granulométrica e eficiência para a rocha fosfática, 25 μm.
Vazão de água (L/h)
Eficiência
Entrada Saída inferior
D0,5 médio (μm)
D0,5 médio (μm)
0 0,89
25,34
40,66
150 0,93 23,41
200 0,91 22,11
250 0,93 31,72
300 0,94 29,23
Tabela 13: Análise granulométrica e eficiência para a fuligem, 9 μm.
Vazão de água (L/h)
Eficiência
Entrada Saída inferior
D0,5 médio (μm)
D0,5 médio (μm)
0 0,75
8,84
15,23
150 0,86 14,25
200 0,87 14,37
250 0,87 14,69
300 0,92 14,29
42
Tabela 14: Análise granulométrica e eficiência para a rocha fosfática, 5 μm.
Vazão de água (L/h)
Eficiência
Entrada Saída inferior
D0,5 médio (μm)
D0,5 médio (μm)
0 0,68
5,36
16,04
150 0,62 10,21
200 0,68 10,00
250 0,65 9,88
300 0,70 9,26
Analisando os resultados, é possível notar que nos experimentos a úmido
registraram um diâmetro médio volumétrico menor em relação ao encontrado para a
operação a seco. Tal fato indica que um maior número de partículas menores foi
separado da corrente gasosa com a introdução da água pelo ciclone úmido. Assim,
no fluxo de saída, emitido ao ambiente, há uma menor quantidade das partículas
com menor diâmetro, as quais são mais danosas à saúde humana.
Para a rocha fosfática de maior granulometria, apresentada na Tabela 12, na
operação a seco o diâmetro médio da distribuição das partículas coletadas foi de
40,7 μm. Já com a introdução da água, os diâmetros variaram entre 22,1 e 31,7 μm,
comprovando uma melhora na coleta das partículas menores.
O mesmo pode se notar para fuligem, a qual passou do diâmetro médio
volumétrico de 15,2 μm na operação a seco, para 14,2 a 14,7 nas operações a
úmido. E também para a rocha fosfática de menor granulometria, de 16,0 μm na
operação a seco, para 9,3 a 10,2 μm nas operações a úmido.
Contudo, através das análises de granulometria nos experimentos, não foi
observada uma relação direta entre a maior vazão de água injetada no ciclone e a
diminuição do diâmetro médio coletado.
6.5. Análise dos Bicos Injetores de Água
Por fim, visando determinar a influência do número de bicos injetores e
assim como de suas posições, foram feitos ensaios para obter a eficiência e a
43
distribuição granulométrica da coleta. Para isso aplicou-se três configurações para
os bicos, foram elas: todos os oito bicos pulverizadores de água abertos (todos);
somente os quatros situados na porção superior (superiores); e apenas os quatros
bicos presentes no cilindro lateral que compõem o ciclone (laterais).
Ademais, empregou-se os mesmos valores dos parâmetros fixados
anteriormente além de utilizar a fuligem, pois este é o particulado com necessidade
de controle pelas usinas sucroalcooleiras. Além disso, foi usado também a vazão de
água de 150 L.h-1, uma vez que apresentou um bom resultado de eficiência e
corresponde ao menor consumo de água. Os resultados encontrados então
indicados na Tabela 15 e 16.
Tabela 15: Análise dos bicos injetores de água para a fuligem.
Bicos injetores Vazão
de água (L/h)
Entrada Saída superior
Eficiência v (m/s)
Qb (L/min)
∆mmédio (g)
v (m/s)
Qb (L/min)
∆m (g) ∆mmédio
(g)
Todos
150
21,5 16,21
0,02
5,5 4,15 0,0007
0,0007 0,86 0,0007
Superiores 21,5 16,21 5,5 4,15 0,0009
0,0010 0,81 0,0011
Laterais 21,5 16,21 5,5 4,15 0,0011
0,0010 0,80 0,0009
Tabela 16: Análise granulométrica e eficiência para a fuligem.
Bicos injetores Vazão
de água (L/h)
Eficiência
Entrada Saída inferior
D0,5 médio (μm)
D0,5 médio (μm)
Todos
150
0,86
8,84
14,25
Superiores 0,81 15,10
Laterais 0,80 12,96
Dessa forma, avaliando a eficiência através da Tabela 15, esta foi maior
enquanto todos as válvulas dos bicos injetores de água estavam abertos, como
esperado e mantendo 86% da eficiência. Para o equipamento operando somente
44
com os bicos superiores e laterais, obtiveram eficiências muito próximas, com 80,7 e
80% respectivamente.
Tal fato indica que nos experimentos, as posições dos bicos superiores e
laterais tiveram contribuições semelhantes na eficiência. Contudo, pode-se aferir que
estes atingiram volumes no interior do ciclone distintos, e assim, as impactações das
partículas sólidas causadas pelas gotas de água pulverizadas foram somadas para
atingir a eficiência de coleta obtida para o ciclone operando com todos os bicos
abertos.
Em relação a análise granulométrica, as partículas coletadas na saída
inferior do ciclone apresentaram um diâmetro médio superior ao original da fuligem
de 8,8 μm. Isso significa que a separação das partículas menores do fluxo gasoso é
menos eficiente, como pode ser visto pelo diâmetro médio na configuração com
todos os bicos abertos, cujo valor foi de 14,2 μm.
Para a configuração com somente os bicos superiores abertos, obteve-se
um diâmetro na lama de 15,1 μm. Já para apenas os bicos laterais abertos,
observou-se um comportamento distinto, pois foi medido um diâmetro menor, de
13,0 μm.
45
7. CONCLUSÃO
Primeiramente, foi necessário realizar modificações no ciclone úmido,
principalmente em relação a saída superior, a fim de torná-la adequada a
metodologia da amostragem isocinética, conforme obtido pelo perfil de velocidade.
Através das amostragens isocinéticas, obteve-se que a condição ótima para
a eficiência do ciclone operando a seco e a temperatura de 90°C, a qual foi a vazão
de ar dada pela perda de carga de 500 mmH2O e da vazão de material particulado
dada pela rotação de prato de alimentação de 65%. Nos experimentos a úmido,
mantidas estas condições encontradas, variou-se a vazão de água injetada no
ciclone pelos oito bicos e o tamanho do particulado.
Assim, comparando os experimentos a seco e a úmido, a eficiência do
ciclone úmido registrou um aumento para os particulados com diâmetro de corte de
50% médio (D0,5) de 25 e 9 μm, se elevando em 3,9 e 10,7% respectivamente com a
introdução da água a 150 L.h-1. Contudo para o menor particulado estudado, de 5
μm, tal fato não foi observado, sendo que sua eficiência oscilou em torno no valor
registrado a seco, portanto a água pulverizada teve menos influência na impactação
das partículas.
Ademais, a eficiência aumentou quanto maior o tamanho do particulado, isto
nas duas operações. A seco para os diâmetros de 25, 9 e 5 μm, obteve-se
eficiências de 88,6; 75,3 e 67,8% respectivamente. E a úmido, os maiores valores da
eficiência de coleta foram encontrados para a maior vazão de água, 300 L.h-1, para
os três diâmetros, com 93,8; 91,6 e 70,3% respectivamente.
Por estes dados, a injeção de água no ciclone teve uma maior relevância
para a fuligem de D0,5 ≈ 9 μm, e uma menor relevância em relação ao pó de rocha
fosfática com D0,5 ≈ 5 μm. Por este motivo e pela distribuição granulométrica feita no
material coletado, que diminuiu na lama, pode-se concluir que a impactação das
partículas nas gotas formadas pela pulverização da água teve uma maior eficácia
para partículas em torno de 9 μm.
46
Ademais, a posição dos bicos injetores teve influência na eficiência do
ciclone úmido. Empregou-se a fuligem e a vazão mínima de água, e tanto com
somente os quatro bicos situados na parte superior abertos quanto os quatro no
cilindro lateral tiveram eficiências de coleta muito próximos, de 80,7 e 80,2%
respectivamente, mas foram inferiores ao resultado obtido com os oito bicos abertos,
cuja eficiência foi de 86,2%. Tal fato indica que, para os dois conjuntos de bicos, as
pulverizações da água tiveram contribuições semelhantes na coleta, e se somaram
para atingir uma eficiência superior quando abertos simultaneamente.
47
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALMEIDA FILHO, F. Monitoramento e Controle de Emissão de Material
Particulado em uma Fonte Estacionária. Dissertação de Mestrado, Universidade
Federal de São Carlos, Departamento de Engenharia Química, São Carlos, 2008.
CERDA, E.V. Estudo do Perfil de Concentração em um Precipitador
Eletrostático do Tipo Placa-fio. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de
São Carlos, Departamento de Engenharia Química, São Carlos, 2004.
Centro de Gestão e Estudos Estratégicos (CGEE). Bioetanol Combustível:
uma Oportunidade para o Brasil - Brasília, 2009.
Companhia Ambiental do Estado de São Paulo - CETESB. Disponível em:
<http://www.cetesb.sp.gov.br> Acesso em 10 de Janeiro de 2014.
DIAS, M.O.S. Simulação do Processo de Produção de Etanol a partir do
Açúcar e do Bagaço, Visando a Integração do Processo e a Maximização da
Produção de Energia e Excedentes do Bagaço. Dissertação de Mestrado,
Faculdade de Engenharia Química da Universidade Estadual de Campinas,
Campinas, 2008.
ESMANHOTO, E. – Desenvolvimento de Sistema de Amostragem
Isocinética com Análise Quantitativa de Material particulado em Dutos e
Chaminés de Fontes Estacionárias. Dissertação de Mestrado, Universidade
Federal do Paraná, Curitiba, 2010.
HOLZER, K., Wet Separation of Fine Dusts and Aerosols, International
Chemical Engineering, p. 223-233, 1985.
LEE, B. K., JUNG, K. R., PARK, S. H. Development and Application of a
Novel Swirl Cyclone Scrubber - (1) Experimental. Journal of Aerosol Science, v.
39, p. 1079-1088, 2008.
LORA, E.E.S. Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira. Escola
Federal de Engenharia de Itajubá, STAB, 2000.
48
MACINTYRE, A. J. Ventilação Industrial e Controle da Poluição. 2ª
edição Ed. Guanabara, p. 403, Rio de Janeiro, 1990.
MAJEWSKI, R. Projeto, Construção e Avaliação Experimental de um
Lavador de Gases Industriais. Tese de doutorado, Escola Politécnica da
Universidade de São Paulo, São Paulo, 2006.
MESQUITA, A. L. S.; ARAÚJO, F. G.; NEFUSSI, N. Engenharia de
Ventilação Industrial. Ed. Blucher, p. 442, São Paulo, 1988.
ROCHA. S. M. S. Estudo da Influência da Velocidade e dos Ciclos de
Filtração na Formação da Torta na Limpeza de Gases em Filtro de Manga. Tese
de Doutorado em Engenharia Química, Universidade Federal de Uberlândia,
Uberlândia, 2010.
YANG, K. S., YOSHIDA, H. Effects of Mist Position on Particle Separation
Performance of Cyclone Scrubber. Separation and Purification Technology, v. 37,
p. 221-230, 2004.
49
9. ANEXO
A. Perfil de velocidade
Tabela A.1: Perfil de velocidades para 100 mmH2O e temperatura ambiente.
Condições Entrada Saída
∆h (mmH2O)
Posição (cm) Velocidade (m/s) Posição (cm) Velocidade (m/s)
100,67 0,0 8,5 0,0 0,9
T (°C) 1,0 9,2 1,0 1,0
29,8 2,0 9,7 2,0 1,2
3,0 9,0 3,0 1,3
4,0 9,1 4,0 1,5
5,0 9,3 5,0 1,5
5,4 10,0 6,0 1,7
7,0 1,9
8,0 1,9
9,0 2,0
10,0 2,0
11,0 0,8
Tabela A.2: Perfil de velocidades para 300 mmH2O e temperatura ambiente.
Condições Entrada Saída
∆h (mmH2O)
Posição (cm) Velocidade (m/s) Posição (cm) Velocidade (m/s)
298,84 0,0 16,6 0,0 2,7
T (°C) 1,0 16,8 1,0 2,9
32,0 2,0 17,2 2,0 3,2
3,0 16,3 3,0 3,3
4,0 15,5 4,0 3,4
5,0 13,3 5,0 3,4
5,4 13,0 6,0 3,5
7,0 3,6
8,0 3,7
9,0 3,8
10,0 3,8
11,0 3,0
50
Tabela A.3: Perfil de velocidades para 500 mmH2O e temperatura ambiente.
Condições Entrada Saída
∆h (mmH2O)
Posição (cm) Velocidade (m/s) Posição (cm) Velocidade (m/s)
498,72 0,0 18,8 0,0 3,6
T (°C) 1,0 20,0 1,0 3,9
34,0 2,0 21,6 2,0 4,2
3,0 21,5 3,0 4,3
4,0 21,0 4,0 4,4
5,0 18,1 5,0 4,5
5,4 16,4 6,0 4,6
7,0 4,7
8,0 4,7
9,0 4,8
10,0 4,7
11,0 3,7
Tabela A.4: Perfil de velocidades para 100 mmH2O e temperatura de 90°C.
Condições Entrada Saída
∆h (mmH2O)
Posição (cm) Velocidade (m/s) Posição (cm) Velocidade (m/s)
99,43 0,0 10,7 0,0 1,8
T (°C) 1,0 10,5 1,0 2,0
89,8 2,0 10,4 2,0 2,2
3,0 10,4 3,0 2,3
4,0 10,4 4,0 2,4
5,0 9,9 5,0 2,5
5,4 9,5 6,0 2,5
7,0 2,6
8,0 2,7
9,0 2,7
10,0 2,7
11,0 1,7
51
Tabela A.5: Perfil de velocidades para 300 mmH2O e temperatura de 90°C.
Condições Entrada Saída
∆h (mmH2O)
Posição (cm) Velocidade (m/s) Posição (cm) Velocidade (m/s)
300,12 0,0 16,9 0,0 3,4
T (°C) 1,0 18,5 1,0 3,7
90,4 2,0 18,7 2,0 3,8
3,0 18,6 3,0 3,8
4,0 17,5 4,0 4,0
5,0 15,1 5,0 4,0
5,4 13,1 6,0 4,2
7,0 4,4
8,0 4,5
9,0 4,6
10,0 4,5
11,0 3,6
Tabela A.6: Perfil de velocidades para 500 mmH2O e temperatura de 90°C.
Condições Entrada Saída
∆h (mmH2O)
Posição (cm) Velocidade (m/s) Posição (cm) Velocidade (m/s)
499,85 0,0 21,3 0,0 4,2
T (°C) 1,0 22,2 1,0 4,5
90,2 2,0 23,5 2,0 4,7
3,0 23,4 3,0 5,0
4,0 21,8 4,0 5,0
5,0 17,5 5,0 5,1
5,4 15,8 6,0 5,2
7,0 5,3
8,0 5,5
9,0 5,5
10,0 5,5
11,0 4,3
52
B. Operação a seco
Tabela B.1: Rocha fosfática, 25 μm, perda de carga na entrada de 100 mmH2O.
Rotação prato
(%)
Entrada Saída superior
mantes
(g) mdepois
(g) ∆m (g)
mmédio (g)
Desvio mantes
(g) mdepois
(g) ∆m (g)
mmédio (g)
Desvio
35 4,21063 4,22615 0,01552
0,01385 0,00167 4,21965 4,22070 0,00105
0,00102 0,00003 4,21065 4,22284 0,01219 4,21513 4,21612 0,00099
50 4,20110 4,22150 0,02040
0,01974 0,00065 4,21445 4,21587 0,00142
0,00122 0,00020 4,21786 4,23695 0,01909 4,21815 4,21917 0,00102
65 4,21755 4,25132 0,03377
0,03319 0,00057 4,17188 4,17346 0,00158
0,00170 0,00011 4,21387 4,24649 0,03262 4,20644 4,20825 0,00181
Tabela B.2: Rocha fosfática, 25 μm, perda de carga na entrada de 300 mmH2O.
Rotação prato
(%)
Entrada Saída superior
mantes
(g) mdepois
(g) ∆m (g)
mmédio (g)
Desvio mantes
(g) mdepois
(g) ∆m (g)
mmédio (g)
Desvio
35 4,19773 4,21701 0,01928
0,02124 0,00196 4,22035 4,22082 0,00047
0,00052 0,00005 4,20542 4,22862 0,02320 4,08721 4,08777 0,00056
50 4,20494 4,23930 0,03436
0,03446 0,00010 4,09003 4,09188 0,00155
0,00108 0,00007 4,08798 4,12254 0,03456 4,18128 4,18228 0,00100
65 4,20868 4,28141 0,07273
0,07545 0,00272 4,08456 4,08609 0,00153
0,00171 0,00017 4,09056 4,16873 0,07817 4,21652 4,21840 0,00188
Tabela B.3: Rocha fosfática, 25 μm, perda de carga na entrada de 500 mmH2O.
Rotação prato
(%)
Entrada Saída superior
mantes
(g) mdepois
(g) ∆m (g)
mmédio (g)
Desvio mantes
(g) mdepois
(g) ∆m (g)
mmédio (g)
Desvio
35 4,20731 4,22826 0,02095
0,02008 0,00087 4,19795 4,19855 0,00060
0,00054 0,00006 4,20825 4,22745 0,01920 4,20460 4,20508 0,00048
50 4,20382 4,23647 0,03265
0,03282 0,00018 4,19948 4,20043 0,00095
0,00105 0,00010 4,20078 4,23378 0,03300 4,20395 4,20510 0,00115
65 4,19757 4,24923 0,05166
0,04744 0,00422 4,20536 4,20626 0,00090
0,00109 0,00018 4,20346 4,24667 0,04321 4,20429 4,20556 0,00127
53
Tabela B.4: Fuligem, 9 μm, perda de carga na entrada de 300 mmH2O.
Rotação prato
(%)
Entrada Saída superior
mantes
(g) mdepois
(g) ∆m (g)
mmédio (g)
Desvio mantes
(g) mdepois
(g) ∆m (g)
mmédio (g)
Desvio
35 4,08486 4,09035 0,00549
0,00548 0,00001 4,20472 4,20536 0,00064
0,00061 0,00003 4,19853 4,20399 0,00546 4,20745 4,20803 0,00058
65 4,20413 4,21198 0,00785
0,00795 0,00011 4,22080 4,22230 0,00150
0,00140 0,00010 4,18103 4,18909 0,00806 4,08730 4,08860 0,00130
Tabela B.5: Fuligem, 9 μm, perda de carga na entrada de 500 mmH2O.
Rotação prato
(%)
Entrada Saída superior
mantes
(g) mdepois
(g) ∆m (g)
mmédio (g)
Desvio mantes
(g) mdepois
(g) ∆m (g)
mmédio (g)
Desvio
35 4,20489 4,21226 0,00737
0,00714 0,00022 4,21645 4,21742 0,00097
0,00094 0,00003 4,20452 4,21144 0,00692 4,21565 4,21656 0,00091
65 4,08345 4,10145 0,01800
0,01889 0,00089 4,21827 4,21930 0,00103
0,00106 0,00004 4,19071 4,21050 0,01979 4,22052 4,22162 0,00110
C. Operação a úmido
Tabela C.1: Operação a úmido, rocha fosfática, 25 μm.
Vazão de água
(L/h)
Entrada Saída superior
mantes
(g) mdepois
(g) ∆m (g)
mmédio (g)
Desvio mantes
(g) mdepois
(g) ∆m (g)
mmédio (g)
Desvio
0 4,20283 4,25300 0,05017
0,05289 0,00644
4,18695 4,18868 0,00173 0,00155 0,00018
4,08714 4,13133 0,04419 4,21041 4,21178 0,00137
150 4,09053 4,14719 0,05666 4,08675 4,08784 0,00109
0,00100 0,00009 4,08852 4,15442 0,06590 4,21314 4,21405 0,00091
200 4,21803 4,27971 0,06168 4,20528 4,20627 0,00099
0,00116 0,00018 4,22031 4,26683 0,04652 4,20568 4,20702 0,00134
250 4,20920 4,26131 0,05211 4,17502 4,17590 0,00088
0,00086 0,00002 4,21829 4,26625 0,04796 4,18680 4,18763 0,00083
300 4,20661 4,25967 0,05306 4,18268 4,18355 0,00087
0,00075 0,00012 4,18685 4,23750 0,05065 4,20100 4,20163 0,00063
54
Tabela C.2: Operação a úmido, fuligem, 9 μm.
Vazão de água
(L/h)
Entrada Saída superior
mantes
(g) mdepois
(g) ∆m (g)
mmédio (g)
Desvio mantes
(g) mdepois
(g) ∆m (g)
mmédio (g)
Desvio
0 4,09164 4,10913 0,01749
0,01947 0,00216
4,21315 4,21445 0,00130 0,00126 0,00005
4,20608 4,20729 0,00121
150 4,18690 4,21050 0,02360 4,19027 4,19090 0,00063
0,00069 0,00006 4,18519 4,18595 0,00076
200 4,09290 4,11194 0,01904 4,20454 4,20516 0,00062
0,00063 0,00001 4,20924 4,20989 0,00065
250 4,17455 4,19378 0,01923 4,20759 4,20816 0,00057
0,00060 0,00002 4,19021 4,19083 0,00062
300 4,22026 4,23827 0,01801 4,09072 4,09112 0,00040
0,00038 0,00002 4,21400 4,21436 0,00036
Tabela C.3: Operação a úmido, rocha fosfática, 5 μm.
Vazão de
água (L/h)
Entrada Saída superior
mantes
(g) mdepois
(g) ∆m (g)
mmédio (g)
Desvio mantes
(g) mdepois
(g) ∆m (g)
mmédio (g)
Desvio
0 4,21681 4,23948 0,02267
0,02670 0,003287
4,20766 4,20980 0,00214 0,00217 0,00003
4,20572 4,20792 0,00220
150 4,20220 4,22491 0,02271 4,20641 4,20900 0,00259
0,00251 0,00007 4,21802 4,22046 0,00244
200 4,19958 4,22904 0,02946 4,21126 4,21325 0,00199
0,00205 0,00006 4,21387 4,21599 0,00212
250 4,21936 4,24918 0,02982 4,09185 4,09406 0,00221
0,00218 0,00002 4,20372 4,20588 0,00216
300 4,20899 4,23781 0,02882 4,20655 4,20833 0,00178
0,00178 0,00000 4,22090 4,22269 0,00179
55
Tabela C.4: Análise granulométrica para a rocha fosfática, 25 μm.
Entrada Saída inferior
D0,5 (μm) D0,5médio
(μm) Vazão de água (L/h)
D0,5 (μm) D0,5médio
(μm)
25,26
25,34 0
41,63
40,66 26,59 40,09
24,16 40,25
150
24,27
23,41
23,24
22,71
200
22,19
22,11
22,38
21,77
250
34,55
31,72
36,39
24,23
300
28,75
29,23
29,71
29,22
Tabela C.5: Análise granulométrica para a fuligem, 9 μm.
Entrada Saída inferior
D0,5 (μm) D0,5médio
(μm) Vazão de água (L/h)
D0,5 (μm) D0,5médio
(μm)
8,83
8,84 0
15,24
15,23 8,85 15,16
8,85 15,28
150
14,12
14,25
14,36
14,27
200
14,29
14,37
14,42
14,39
250
14,82
14,69
14,62
14,63
300
14,24
14,29
14,39
14,24
56
Tabela C.6: Análise granulométrica para a rocha fosfática, 5 μm.
Entrada Saída inferior
D0,5 (μm) D0,5médio
(μm) Vazão de água (L/h)
D0,5 (μm) D0,5médio
(μm)
5,39
5,36 0
15,97
16,04 5,2 16,06
5,48 16,1
150
10,32
10,21
10,17
10,15
200
10,19
10,00
9,92
9,9
250
9,8
9,88
9,98
9,86
300
9,32
9,26
9,22
9,24
D. Análise dos bicos injetores de água
Tabela D.1: Análise dos bicos injetores de água.
Bicos injetores
Saída superior
mantes (g)
mdepois (g)
∆m (g) mmédio
(g) Desvio
Todos 4,20715 4,20782 0,00067
0,00068 0,00002 4,20344 4,20414 0,00070
Superiores 4,21827 4,21914 0,00087
0,00096 0,00009 4,20575 4,20680 0,00105
Laterais 4,22030 4,22141 0,00111
0,00098 0,00013 4,08952 4,09038 0,00086