FILTROS AUTOMÁTICOS COLETORES DE PÓS

FILTRO MANGAS E FILTRO CARTUCHO

CONTROLE DE PARTICULADOS NO MANUSEIO DE SÓLIDOS A GRANEL

No Manuseio de Sólidos a Granel (MSG) utilizamos os Filtros Automáticos em vários processos, pela própria natureza da forma do material manuseado que basicamente são pós que geram poeira. Aqui podemos convencionar que pó são partículas finas de materiais sólidos que rapidamente decantam e poeira são partículas mais finas do que os pós e que tendem a ficar em suspensão no meio em que se encontram.

As matérias primas e produtos finais na forma de sólidos a granel (pós) normalmente são manuseadas através de sacos, tambores, containers (bins), big-bags, carretas graneleiras, carretas pressurizadas, silos e outros, como exemplificados abaixo:

  • Descarregamento de sacos, tambores e big-bags

  • Descarregamento de carregas graneleiras

  • Descarregamento de carregas pressurizadas

  • Transferência para silos

  • Transferências em geral

  • Máquinas de empacotamento

Para o controle das poeiras geradas nos processos acima e outros, podemos utilizar um sistema de exaustão centralizado com um equipamento de controle centralizado ou equipamentos de exaustão pontual com equipamentos de controle pontual.

Como equipamento de controle temos diversas opções, tais como:

  • Coletores gravitacionais

  • Coletores inerciais

  • Coletores sônicos

  • Precipitadores térmicos

  • Coletores centrífugos (ciclones)

  • Coletores úmidos

  • Filtros

  • Precipitadores eletrostáticos

A escolha do equipamento de controle é função de diversos parâmetros tais como:

  • Eficiência de coleta

  • Temperatura

  • Composição química

  • Viscosidade

  • Umidade

  • Risco de combustão

  • Reatividade Química

  • Propriedades Elétricas

  • Carga

  • Abrasividade

EQUIPAMENTOS CENTRALIZADOS X PONTUAIS

Os sistemas de exaustão pontual com equipamento de controle pontual levam grande vantagem sobre os sistemas de exaustão centralizado com equipamentos de controle centralizados por diversas razões apontadas a seguir.

Não necessitam de rede de dutos de exaustão que tem vários inconvenientes, seja desde a instalação física com problemas de interferências e encaminhamentos mas principalmente como pontos de acúmulo de sujeira indesejável em vários processos industriais, principalmente nas indústrias alimentícias, farmacêuticas, manufatura de produtos eletrônicos entre outras.

EXPLOSIVIDADE

Os equipamentos de controle centralizados têm que ter a capacidade total para a exaustão de todos os pontos necessários, resultando em equipamentos grandes, que além de requererem uma estrutura de suportação específica com plataformas para acesso à manutenção, têm um risco de explosão (no caso de poeiras explosivas) muito maior do que equipamentos menores.

RESÍDUOS

Como se trata de um equipamento centralizado que está recebendo os particulados de diversas fontes estes particulados se misturam entre si e acabam se transformando em resíduos, que tem que ser descartados uma vez que estão contaminados e não podem ser reaproveitados no processo. Estes resíduos além de necessitarem de um manuseio adicional, terão que ser descartados de acordo com as diretrizes ambientais da empresa e dos órgãos de regulação do meio ambiente.

FILTROS COLETORES DE PÓS

  1. Introdução

Os Equipamentos para limpeza do ar removem os contaminantes de um fluxo de ar ou gás. Eles são disponíveis em uma grande gama de modelos conforme os diferentes requerimentos para limpeza do ar como qualidade de filtração requerida, quantidade e características dos contaminantes a serem removidos além das condições do fluxo de ar ou gás, irão influenciar na escolha adequada do Equipamento de Limpeza.

Os Filtros de Ar podem ser divididos em Filtros de Ar e Filtros Coletores de Pó. Os filtros de ar são dispositivos para remoção de particulados em suspensão na atmosfera, enquanto os Filtros Coletores de Pó são equipamentos projetados para retenção do material particulado gerado nas operações e processos industriais.

Os Filtros de Ar permitem concentrações máximas de particulados de cerca de 0,2 mg/m3 de ar enquanto que os Coletores de Pó trabalham com concentrações de 5,0 g /m3 de ar, ou seja, concentrações de particulados cerca de 25.000 vezes maiores.

Normalmente os Filtros de Ar são estáticos, não possuindo qualquer tipo de limpeza automática, e são utilizados até sua saturação que pode ser medido pela perda de carga. Já os Filtros Coletores de Pó, para manterem sua eficiência de filtração com a alta concentração de particulados, necessitam de um sistema de limpeza eficiente.

O Sistema de Limpeza atualmente mais utilizado, é o jato pulsante de ar comprimido (pulse jet), que tem a função de manter a perda de carga do Filtro Coletor de Pó dentro das condições de projeto de modo a garantir o fluxo de ar necessário do Sistema de Exaustão de Pó.

O sistema de Limpeza jato pulsante criam um contra fluxo de ar no elemento filtrante (manga / cartucho) removendo as partículas retidas no mesmo. Nos Filtros de manga, além do contra fluxo de ar o jato pulsante cria uma onda de choque na manga. Onda de choque esta que causa uma enorme desaceleração na movimentação das mangas fazendo com que o material particulado retido seja desprendido da manga.

Como o Filtro de Mangas tem uma eficiência de limpeza muito alta, pode-se utilizar meios filtrantes tri dimensionais do tipo feltro (não tecido) que fazem a retenção do material particulado com maior eficiência do que os meios filtrantes bi dimensionais (tecidos) normalmente utilizados nos Filtros de Cartuchos.

É EXTREMAMENTE IMPORTANTE MANTER A PERDA DE CARGA DO FILTRO DENTRO DAS CONDIÇÕES DE PROJETO PARA ASSEGURAR A EFICIÊNCIA DO SISTEMA DE EXAUSTÃO DE PÓ. PORTANTO O SISTEMA DE LIMPEZA DO FILTRO COLETOR DE PÓ TEM QUE SER EFICIENTE.

Os Filtros Coletores de Pó mais utilizados são os Filtros de Mangas e os Filtros de Cartucho.

Os Filtros de Mangas por terem maior dimensões, são normalmente utilizados para Sistemas Centrais de Exaustão de Pó, onde os pontos de captação de pó e seus respectivos captores são interligados ao Filtro por uma rede de dutos de exaustão.

Os Filtros de Cartucho, por terem sua área de filtração aumentada através das “plissas” dos cartuchos, são equipamentos mais compactos e utilizados principalmente em Sistemas Individuais de Exaustão de Pó. Como eles são instalados individualmente em cada ponto de geração de pó, o particulado retido poderá retornar ao processo, uma vez que não houve contaminação cruzada, evitando-se perda de produtos, geração e manuseio de resíduos.

As principais Vantagens dos Filtros de Manga:

  • Alta eficiência de limpeza

  • Grandes Volumes de Ar / Gás

  • Instalações Centralizadas

  • Utilização em produtos com grande dificuldade de limpeza

As principais Vantagens dos Filtros de Cartuchos:

  • Boa eficiência de limpeza

  • Dimensões Compactas

  • Instalações individualizadas SEM rede de Dutos

  • Reutilização do material coletado

  • Evita perdas

  • Não gera resíduos (manuseio e descarte)

As principais limitações dos Filtros de Manga e do Filtro de Cartuchos são:

  • Temperatura de operação: Os meios filtrantes mais utilizados são o poliéster (PE) cuja temperatura máxima de operação está em torno de 110 °C com picos de até 150 °C. Outros materiais utilizados como meio filtrante como Fibra de Vidro (260 °C) e Fibra de Cerâmica (850 °C) podem resistir a temperaturas mais altas, porém os custos são bastante elevados.

  • Presença de líquidos (água, óleo, ...) além de vapores que podem condensar no interior dos equipamentos passando para o estado líquido e formando uma pasta na superfície dos elementos filtrantes dificultando ou até impossibilitando a limpeza destes.

  • Presença de ácidos, solventes ou álcalis no fluxo de ar comprometendo a durabilidade dos elementos filtrantes. Podem ser utilizados meios filtrantes que são mais resistentes como o Polipropileno (PP), o Polifenilsulfeto (PPS) e outros.

Principais aplicações:

  • Moegas rasga sacos e bigbags

  • Pontos de transferência de pós

  • Tremonhas de recebimento de transporte pneumático

  • Silos

  • Descarregamento de pós

  • Operações com geração de pós

Elementos Filtrantes

Os cartuchos e as mangas podem ser de diferentes Elementos Filtrantes, de acordo com a temperatura, abrasividade, corrosividade, etc. Podem receber tratamentos superficiais e outros que facilitem a limpeza para determinadas partículas ou que garantam uma continuidade elétrica fazendo com que as cargas estáticas sejam descarregadas para o aterramento, evitando-se centalhamentos internamente aos equipamentos.

Dimensionamento

Os Filtros são dimensionados em função do fluxo de ar ou gás a ser filtrado, do tipo de particulado, da concentração de particulado no fluxo de ar, do sistema de limpeza utilizado entre outros. Para uma estimativa normalmente utiliza-se uma Velocidade de Filtração de 100 a 120 m3/h de fluxo de ar por m2 de área filtrante para os Filtros de Mangas e de 60 a 80 m3/h de fluxo de ar por m2 de área filtrante.

O Fluxo de Ar é dimensionado de acordo com a operação nos pontos de geração de pós. Um excelente guia para o projeto e o dimensionamento de Sistemas de Exaustão de Pós é o “Industrial Ventilation: A Manual of Recommended Practice for Design” publicado pela ACGIH American Conference of Governmental Industrial Hygienists www.acgih.org .

Explosão

Os Filtros Coletores de Pós são equipamentos suscetíveis a explosão uma vez que eles possuem os elementos necessários: Oxigênio, Combustível, Dispersão, Confinamento e faltando apenas a fonte de Calor.

A maioria dos pós são combustíveis, principalmente os orgânicos, com presença de carbono. Quanto menor a granulometria maior a Dispersão.

O pó está disperso no ar (fonte de oxigênio) e Confinado no Filtro. Se houver uma fonte de Calor como uma faísca, onda eletromagnética, eletricidade estática, e outros que liberem Energia igual ou acima da Energia Mínima de Ignição EMI, haverá a EXPLOSÃO.

Portanto estes equipamentos quando trabalharem com pós combustíveis, devem ser protegidos contra todas as possibilidades de fonte de calor, utilizando-se Mangas ou Cartuchos Antiestáticos e aterrados, não utilização de aparelhos que possam provocar faíscas ou aumento de temperatura.

Os Filtros com risco de Explosão deverão ser protegidos. Há várias formas de proteção, sendo as mais utilizadas os Eventos de Alívio, que se romperão em caso de uma explosão, aliviando a pressão interna do equipamento e eliminando o Confinamento e a proteção química, que injetará material inerte dentro do equipamento, além de bloquear todas as vias de possível propagação com válvulas de atuação ultra rápidas monitoradas por um sensor de variação de pressão.

Exemplo

Como exemplo, vamos dimensionar um Filtro de Cartucho para uma Moega Rasga Saco, onde a operação de rasgar e descarregar o produto do saco irá gerar poeira.

Vamos supor que nossa Moega Rasga Saca seja uma moega com enclausuramento total tendo somente uma abertura para o descarregamento dos sacos e esta abertura tem as seguintes dimensões: 800 mm (largura) x 500 mm (altura).

De acordo com o “Industrial Ventilation”, a velocidade captura de pós em suspensão onde não haja correntes de ar está em torno de 0,5 a 1,0 m/s dependendo de fatores como a velocidade da partícula (para partículas em movimento moderado adotar 1,0 m/s e para partículas em movimento baixo adotar 0,5 m/s). Adotaremos 0,75 m/s.

Vface = 0,75 m/s, Aface = 0,5 x 0,8 m = 0,4 m2 portanto a vazão em m3/h será

Q = 0,75 x 0,4 x 3600 = 1.080 m3/h

Utilizando-se uma velocidade de filtração de 80 m3/h/m2 = 80 m/h (pouca concentração de particulados e operação intermitente que proporciona boa limpeza do elemento filtrante)

A superfície filtrante Sf para o Filtro de Cartucho em m2 será

Sf = 1.080 / 80 = 13,5 m2

Se fosse utilizado um Filtro de Mangas com a velocidade de filtração Vf = 120 m/h, a Superfície Filtrante para o Filtro de Mangas em m2 será:

Sf = 1.80 / 120 = 9,0 m2

A Superfície Filtrante Sf necessária para um Filtro de Mangas será menor do que a necessária para um Filtro de Cartuchos, porém uma manga possui uma dimensão de aproximadamente 4 a 4,5 vezes a dimensão de um cartucho com a mesma superfície filtrante o que resultaria em um equipamento cerca de 3 vezes maior do que um Filtro de Cartuchos.

Observações

Tanto os Filtro de Mangas como os Filtro de Cartuchos possuem um Sistema de Limpeza Automático através de Jato Pulsante de Ar Comprimido, que fará a limpeza automática dos elementos filtrantes durante a operação de filtração. Esta limpeza acontecerá em um grupo de elementos filtrantes e que causarão um fluxo de particulado em contracorrente com

Os fabricantes de Filtros de Cartucho e de Filtro de Mangas devem dimensionar a seção livre interna dos filtros para permitir que a velocidade do contra fluxo seja menor do que a velocidade terminal da partícula em suspensão, pois caso contrário, a partícula não conseguirá descer no contra fluxo de ar e a limpeza do Filtro fica comprometida.

Os filtros de mangas são muito utilizados principalmente em instalações centralizadas, que requerem grandes equipamentos de controle. Já os filtros de cartucho são mais utilizados em sistemas de exaustão pontuais por serem menor do que os filtros de mangas para uma mesma capacidade de filtração, facilitando em muito a instalação destes equipamentos pontualmente.

Referências Bibliograficas:

  1. A.L.S.MESQUITA, F.A.GUIMARÃES, N.NEFUSSI “Engenharia de Ventilação Industrial” CETESB 2ª reimpressão 1988;

  2. “Air Pollution” Ed. David H.F.Liu and Bela G. Liptak

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