Aula 5 Equipamentos de Controle MP

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PREVENÇÃO DA POLUIÇÃO PRODUÇÃO MAIS LIMPA:

Obter os mesmos produtos com menos recursos, de modo a economizar recursos e gerar menos resíduos

•PRÉ-TRATAMENTOprocesso →→→→ pré-tratamento →→→→ resíduo

•RECICLAGEMprocesso →→→→ tratamento →→→→ resíduo

•PREVENCÃOprocesso →→→→ tratamento →→→→ resíduomodificado menor

•REPROJETARnovo processo →→→→ tratamento →→→→ resíduo

reciclado

POLUIPOLUIÇÇÃO ATMOSFÃO ATMOSFÉÉRICARICA

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POLUIPOLUIÇÇÃO ATMOSFÃO ATMOSFÉÉRICARICAEQUIPAMENTOS DE CONTROLE

1- Material Particulado – MP

Remoção de poluentes particulados

O equipamentos podem ser classificados nas seguintes classes:

Gravitacional – separadores gravitacionais (câmaras gravitacionais ou coletores gravitacionais)

Inercial (Impacto) – separadores de impacto (coletores inerciais ou impactadores inerciais)

Centrífuga – separadores centrífugos: ciclones e precipitadoresdinâmicos

Umedecimento ou lavagem – separadores úmidos (coletores úmidos)

Filtração – Filtros mangas e outros filtros

Ionização e atração eletrostática – precipitadores eletrostáticos

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POLUIPOLUIÇÇÃO ATMOSFÃO ATMOSFÉÉRICARICA1- Material Particulado – MP

GRAVITACIONAL - Câmaras ou Coletores Gravitacionais

Princípio: Utilizam a deposição gravitacional das partículas carregadas pelo fluxo gasoso. Aplica-se bem à coleta de partículas grosseiras. Porém, abaixo de 50 µµµµm, a eficiência é bastante pequena, particularmente se houver correntes de convecção no equipamento. Em qualquer caso, a eficiência de coleta é inferior a 50% (em peso).

• Modo mais antigo e simples de remover MP de um gás.

• Pode ser um simples tubo horizontal com furos na base.• É usado como tratamento primário (reduzir carga para coletor final).

EQUIPAMENTOS DE CONTROLE

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Câmaras Gravitacionais:

Vantagens: simplicidade de projeto e manutençãofácil confecção na própria plantabaixa perda de cargabaixo custoresistência a corrosão e temperaturacoleta a seco (permite recuperação fácil)usadas para remover partículas abrasivasboas para não entupir filtros ou saturarciclonesnão possuem consumo de energiaausência de partes móveis – baixamanutenção


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Desvantagens:requer muito espaço para instalação requer cuidados especiais para substâncias inflamáveis ou explosivasbaixa eficiência de coleta para partículas < 50 µm


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• Velocidade inferior a 3,5 m s-1 é suficiente para a maioria dos MP

• Deposicão do MP pela diminuição da velocidade

• Podem ser usadas em série para segregar tamanhos

0 20 40 60 80 100 1200

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%)

Diâmetro da Partícula (µm)

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CUSTOS (em US$):

• Investimento: 330 a 11000 por m3 s-1

• O & M: 13 a 470 por m3 s-1

• Efetividade: 0,01 a 3,90 por ton

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INERCIAL - Coletores Inerciais

Princípio: A separação se baseia na grande diferença entre a quantidade de movimento das partículas sólidas ou gotículas e a das moléculas de gás transportador. As partículas não seguirão a trajetória do gás se este mudar bruscamente de direção. Sua trajetória será menos encurvada do que as linhas de fluxo do gás, sendo fácil obrigá-las a atingir anteparos como chicanas ou material poroso de enchimento.

Por gravidade, as partículas impactadas chegarão aos pontos de descarga. Tipicamente, uma velocidade mínima de escoamento de 18 m s-1 é necessária para conseguir separação de partículas de 50 µm. Eficiências de até 90%.

1- Material Particulado – MP-


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1- Material Particulado – MPColetores Inerciais:

Vantagens:

simplicidade de projeto e manutenção

baixa a moderada perda de carga

opera com grandes partículas

opera com grandes concentrações de partículas em suspensão (g m-³)

ocupa pouco espaço.

Desvantagens:

sensível a flutuações de vazões.

baixa eficiência de coleta de partículas < 50 µm.


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POLUIPOLUIÇÇÃO ATMOSFÃO ATMOSFÉÉRICARICAEQUIPAMENTOS DE CONTROLE 1- Material Particulado – MP

CENTRCENTRÍÍFUGO FUGO -- CiclonesCiclones

Fisher Klosterman, Inc

Fisher Klosterman, Inc

Hannigan, Inc

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CICLONESCICLONES

Projetar a partícula contra uma parede e promover seu armadilhamento.

• Também são usados como tratamento primário.• Eficiência varia com o tamanho da partícula e o projeto.

Multiciclones - São ciclones montados em bateria, istoé, dois ou mais, com uma tremonhaúnica para coleta e remoção do póprecipitado, rendimento alcança 95%.

Entrada do gás sujoSaída

do gás limpo

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Linhas de corrente

Movimento

Browniano

(difusão)

impacto

interceptação

Aglomeração de partículas

num escoamento de um gás.


CICLONESCICLONES

MECANISMO: IMPACTO

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CICLONESCICLONES

• Eficiências Típicas

MPT: 70 a 90 % MP10: 30 a 90 % MP2.5: 0 a 40 %

• Bons para anteceder precipitadores eletrostáticos ou filtros; utilizados como equipamentos de pré-limpeza.

• Muito usados para recolher MP grosseiro (Dp > 10 µm)

• Bons para fuligem de queimadores

• Usados em fluxos de 1 a 12 m3 s-1

• Podem ser usados em altas temperaturas (até 500ºC)

• Sofrem erosão


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CENTRÍFUGO - Coletores Centrífugos

Princípio: baseia-se na ação da força centrífuga que age sobre as partículas carregadas pelo fluxo de gás, empurrando-as na direção das paredes, e retirando-as do fluxo gasoso. Permite a deposição do material, que é recolhido na base do equipamento.


Usos:

Em geral é utilizado como pré-coletor para partículas de tamanho médio e grande (> 10 micrômetros)Coletor final em alguns casos

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Coletores Centrífugos


Vantagens:

Simplicidade de projeto e manutenção;

Espaço para instalação relativamente

pequeno;

Perda de carga de baixa a moderada;

Opera com grandes concentrações de

partículas em suspensão.

Baixo custo de construção

Resistência a corrosão e temperatura

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Desvantagens:

Baixa eficiência de coleta de partículas

pequenas (menores que 10 µm), coletam

partículas médias-grossas;

Pode apresentar problemas de abrasão para

determinados tipos de partículas e determinadas

velocidades.

Não pode ser utilizado para partículas com

características adesivas

Possibilidade de entupimento (partículas menores,

higroscópicas e/ou adesivas)EQUIPAMENTOS DE CONTROLE


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CUSTOS (em US$):

• Investimento: 4100 a 5000 por m3 s-1

• O & M: 1600 a 2600 por m3 s-1

• Efetividade: 0,32 a 50 por ton



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UMEDECIMENTO OU LAVAGEM -Coletores Úmidos

Princípio: O gás é forçado através de uma aspersão de gotas, que colidem com o material particulado, aglomerando as partículas e tornando a coleta facilitada (gravitacional ou inercial).

É usado como tratamento primário. Pré-coletor final de partículas de todos os tamanhos. Remove partículas na faixa de 5 - 10 µm, com eficiência de até 90%.


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1- Material Particulado – MPEQUIPAMENTOS DE CONTROLE

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1- Material Particulado – MPVantagens:

remoção de partículas e absorção de gases simultaneamente

maior eficiência de coleta do que o modelo similar a seco

coleta mais eficiente de partículas de tamanhos menores do que as passíveis de coleta pelo modelo similar a seco

resfria e limpa os gases em altas temperaturas

remove gases, vapores e névoas corrosivas

Baixo custo inicial

Seu tamanho em geral é pequeno

Desvantagens:

corrosão e erosão

requer tratamento dos efluentes líquidos e resíduos

Grande consumo de água


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ESQUEMA BESQUEMA BÁÁSICO DE SISTEMA DE CONTROLE DE POLUISICO DE SISTEMA DE CONTROLE DE POLUIÇÇÃO DO ARÃO DO AR (MAT. PARTICULADO)

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FILTRAÇÃO - Filtros de Manga

Princípio: o fluxo gasoso é forçado através de um meio poroso (filtro) onde o material particulado é retido.Periodicamente, os filtros são trocados para que o sistema não perca o rendimento necessário para coleta do MP.


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Filtros de Manga - Coleta


INTERCEPTAÇÃO

Partículas interceptadas que se moviam em suas linhas de corrente

DIFUSÃO

Partículas interceptadas durante movimento de difusão (movimento Browniano da partícula)

COLISÃO

Partículas interceptadas pela própria inércia da partícula (ação gravitacional)

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Filtros de Manga

A limpeza das mangas pode ser feita por raspagem ou agitação automática (vibrador acionado por rotor), ou por fluxo reverso de ar comprimido ou jateamento.


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Filtros de Manga - fluxo reverso


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Filtros de Manga - jateamento


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Característica do fluxo gasoso

• até 50 m3 s-1

• até 260ºC• até 23 g m-3

• ausência de umidade e corrosivos• resfriar fluxo de entrada x custo de filtros resistentes• usar ciclones para remover MP grosso e não saturar filtros


Filtros de Manga

Usos: Coletor final de partículas de todos os tamanhos inclusive submicrônicas, exceto oleosas e adesivas.

As primeiras camadas de pó depositadas sobre o tecido das mangas formam um leito poroso que contribui de modo eficaz para a retenção de sólidos.

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Vantagens:

Alta eficiência de coleta (de 95-99%)Coleta eficiente de partículas pequenas, na faixa de 0,1-100µmTorna possível a coleta a seco mesmo de partículas finas, possibilitando recuperação de material sem tratamento.Não apresenta problemas de resíduos líquidosCorrosão pouco acentuadaManutenção simplesOperação relativamente simplesPrincípio de funcionamento e projeto simplesCusto de operação moderadosVida útil longa (10 a 15 anos)


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1- Material Particulado – MPDesvantagens:

Requer pré-resfriamento dos gases até 100-260 ºCSensível à velocidade de filtraçãoAtaque químico ao tecido das mangasGrande espaço requerido para tratar grande vazões. Especialmente no caso de limpeza por fluxo reverso e por vibraçãoAlto custo de manutenção (troca de mangas)Baixa resistência a altas temperaturas. Temperaturas máximas limitadas em função do material das mangas Possibilidade de entupimento. Material higroscópico, adesivos e condensação de umidade podem ocasionar entupimento das mangas Localização de mangas furadas relativamente difícil.


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1- Material Particulado – MPFiltros: algodão, tecidos sintéticos e fibra de vidro


Filtro de fibras

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CUSTOS (em US$):

• Investimento: 13.000 a 55.000 por m3 s-1

• O & M: 11.000 a 52.000 por m3 s-1

• Efetividade: 46 a 290 por ton

Filtros de Manga

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IONIZAÇÃO E ATRAÇÃO ELETROSTÁTICA -Precipitador Eletrostático

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1- Material Particulado – MPPrecipitador Eletrostático:

Princípio: Cria um campo eletrostático que carrega as partículas que estão presentes nos gases, as quais são posteriormente atraídas por placas eletrizadas, ficando presas a elas (eletrodo). Depois, as partículas são retiradas das placas para disposição final.


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Os precipitadores eletrostáticos são os equipamentos mais eficientes para captar partículas sólidas ou líquidas extremamente finas. Permitem separar aerossóis e neblinas com partículas de 0,001µm, sujeitas ao movimento browniano.


batedores

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Simplificando:

• Ar sujo entra no equipamento e é ionizado

• O ar ionizado carrega eletricamente as partículas

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• Partículas são coletadas em placas com carga oposta

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• Remoção das partículas das placas coletoras (batedores)


Jatos Vibração mecânica

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Características Gerais:

• Eficiência de 99 a 99,9%• Tipo seco e úmido• Até 50 m3 s-1

• Até 700ºC• Entrada de 1 a 10 g m-3

• Geralmente se usa um pré-tratamento• Altamente indicado: substâncias tóxicas concentrações inferiores a 1 g m-3

• Resistividade do MP: 103 a 1010 Ω cm




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Vantagens:

Removem até 99,9% da massa total de particuladoColeta eficiente (seca ou úmida) de partículas submicrônicasTambém coletam metais associados aos MPPerdas de carga e consumos de energia pequenos quando comparados aos de outros coletores de alta eficiência.Manutenção mínima, exceto em casos de corrosão ou material particulado severamente adesivo.Podem operar em altas temperaturas (300-700ºC) e altas vazõesBaixo custo de manutenção.Coleta a seco possibilitando fácil reutilizaçãoPode coletar partículas sólidas e líquidas que são difíceis de coletar com outros equipamentosPodem ser operados continuamente por longos períodos Podem operar em altas vazões e faixa ampla de concentraçãoVida útil longa, podendo atingir mais de 20 anos

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Desvantagens:

custo de capital inicial elevado

Requer grande espaço físico para instalação

Produz ozônio nas descargas elétricas

Mão de obra especializada

riscos pessoais decorrentes da alta voltagem (25-100 kV), exigindo medidas especiais de segurança

Apresenta riscos de explosão quando processa partículas ou gases inflamáveis / explosivas

Muito sensível a variações de vazão, temperatura e umidade

Alguns materiais são de difícil coleta por apresentarem resistividade alta ou baixa

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Quando utilizar um Precipitador Eletrostático (PE) ???

• Necessidade de muita eficiência na remoção do particulado

• Necessidade em recuperar material em suspensão

• Elevada vazão de ar

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Onde aplicar o PE:

-Usinas Siderúrgicas

-Plantas de produção na indústria eletrometalúrgica, química e de papel e celulose.

-Caldeiras a carvão ou óleo, caldeira de biomassa, secadores e moinhos de carvão.

-Plantas de produção de cimento, cal e gesso (fornos, moinhos, secadores e resfriadores).

-Plantas de geração de energia (centrais termoelétricas)

-Incineradores de resíduos e lodos.

-Fornos de fusão de vidros

-Indústria de fertilizantes

-Plantas de produtos Carboquímicos e Plantas de produção de gás

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CUSTOS (em US$):

• Investimento: 65.000 a 400.000 por m3 s-1

• O & M: 10.000 a 20.000 por m3 s-1


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INERCIAL/UMEDECIMENTO OU LAVAGEM - Lavadores Tipo Venturi

Requerem coletores inerciais ligados em série para coletar as partículas + gotículas de água no fluxo gasoso.

EQUIPAMENTOS DE CONTROLE 1- Material Particulado – MP

2 - Gases

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Lavadores Tipo Venturi


• Aceleração do gás pela diminuição de área em contato com o líquido de lavagem aumento do contato gás-líquido

• Bons para MP, gases e ou vapores

• Deve ser usado para MP entre 0,5 a 5 µm

• Até 28 m3 s-1

• Até 370ºC

• Concentrações de entrada até 115 g m-3


2 - Gases

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Vantagens:Remoção de partículas e adsorção de gases simultaneamenteTrabalha com MP inflamáveis e explosivosFácil de construirCapaz de neutralizar ácidos e álcalisEm geral compactos, exigindo pouco espaço para instalaçãoColeta partículas adesivas sem ocasionar entupimentoPode tratar gases e altas temperaturas e altas umidades

Garganta Venturi

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Desvantagens:Problemas de corrosão e erosãoGera muito efluente líquido, logo requer tratamento dos efluentes líquidosGera lodo trabalhando com MP, podendo criar problema de poluição das águasO material é coletado a úmido dificultando a sua reutilizaçãoPerda de carga alta para altas eficiências de coleta (lavador venturi)Necessita material de construção especial (inox ou fibra de vidro)Custo de manutenção relativamente altoPode apresentar problemas de incrustação.

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CUSTOS (em US$):

• Investimento: 6700 a 5.900 por m3 s-1

• O & M: 870 a 2.500 por m3 s-1



2 - GasesLavadores Tipo Venturi

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99,9De 80 até 99,9% para todas partículas < 5µm

6 – 12> 0,001Separadores eletrostáticos

9995 a 99% para partículas < 5µm

25 – 250> 0,5 -1,0Filtros de manga

9590 a 95% para partículas < 5µm

375 – 750> 1,0Lavadores de gás

8580% em partículas < 20µm e mais de 95% para partículas > 50µm

25 – 75> 10Ciclones

Eficiência global (%)

Grau de limpeza esperado

Queda de Pressão (mm H2O)

Dimensões das partículas (µµµµm)

Equipamento

Comparação qualitativa de separadores de particulados


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Escolha do equipamento (dicas)

1 - Quando escolher ciclone/câmara gravitacional:

Baixo custo de capital e operação

Partículas grandes

Altas concentrações (>35 g m-3)

Deseja-se classificação das partículas

Eficiência muito alta não é requerida

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2 - Quando escolher coletores úmidos:

Baixo custo de capital e de operação

Necessidade de remoção de partículas finas com eficiência relativamente alta

Resfriamento é desejável

Umidade não causa problemas

Gases são combustíveis e/ou tóxicos

Poluentes gasosos, além de particulados, precisam ser removidos

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3 - Quando escolher filtros:

Necessidade de eficiência muito alta;

Materiais valiosos na corrente gasosa tem que ser coletados secos;

Gás está sempre acima do ponto de condensação;

Gás não-combustível (INCÊNDIO!)

Volumes são relativamente pequenos;

Temperaturas são relativamente baixas.

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4 - Quando escolher precipitador eletrostático:

Necessidade de eficiência muito alta para remoção de poeiras finas;

Manuseio de vazões muito altas de gás

Necessidade de recuperação de materiais valiosos

Gás não-combustível (INCÊNDIO!)

Não há limitação de espaço

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Tecnologias que lidam com os resíduos no final dos processos produtivos

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