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Pedro Otelo Igreja Magalhães

1. i 87 Figura 72 Gavetas do Aspirador steps pa alas snlosfoiiapas GG eionlenendetlecciatess 88 Figura 73 Rod zios do aspirador vicek ieee eee a Aga Dn Ar ada 88 Figura 74 Ilustra o pesa aspirador sox sazsegc5s ecosaessauyaweey acu ausaa24eqaod taceee s asssavay teas dE nas 89 Figura 75 Porta de Manuten o 2 22010 2secutesteneteernedaeni dee Maver eeveeee lui deawiees 89 Figura 76 Ilustra o geral do aspirador errar 90 Figura 77 Fragmento do cat logo Heliflex para tubos flex veis 105 Figura 78 Pag 1 Cat logo ALTAIR selec o de material filtrante 106 Figura 79 Pag 2 Cat logo ALTAIR selec o de material filtrante 107 Figura 80 For as actuantes sobre uma part cula num fluido 13 108 Figura 81 Reflex o especular vs Reflex o difusa 19 ee eeeeeseesteeeeeetees 111 Figura 82 Diagrama de velocidades na p de um ventilador 11 112 Figura 83 Perda de carga m de conduta linear 7 118 Figura 84 Coeficiente de perda de Carga em curvas rectangulares 7 119 Figura 85 Coeficiente de perda de carga em transi es 7 119 Figura 86 Mecanismo simples de barra e mola 20 eeeceeeceeeeereeeeeeeeeeteeeeeaes 120 Figura 87 Mecanismo duplo de barra e mola 20 eee eeeceseeeereeeeeeeneeee
2. 29 Figura 20 Filtro Electroest tico 11 siena iss iii ET de das 30 Figura 21 Esquema tipo instala o de AC para limpeza de filtros 12 35 Figura 22 Mecanismos de capta o e recolha de particulas por tamanho 8 37 Figura 23 C mara de sedimenta o 10 cessamstuescasantss sonssasgesiquas toma idos antedtas sonetos 38 Figura 24 Tipos de separadores de sedimenta o 10 e 13 38 Figura 25 C mara de sedimenta o com anteparos ou chicanas 11 39 Figura 26 representa o de um Ciclone 11 40 Figura 27 Mecanismo princ pio de separa o do ciclone 13 40 Figura 28 Separador por impacto ou choque 11 42 Figura 29 Esquema de uma c mara de sedimenta o tipo 13 44 Figura 30 Ilustra o de um ciclone 14 rn 49 Figura 31 Carv o Activo 15 eninin eisi aaa 53 Figura 32 Estrutura tipo do carv o activo 16 53 x Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas ndice de Figuras Figura 33 Exemplo de ventiladores sas auras jun siaasqunbafaca aa spas fuma aes iene 55 Figura 34 Ventiladores por tipo de constru o 11 56 Figura 35 Ventiladores por tipo de forma de p s 11 57 Figura 36 Representa o do sistema de aspira o cceeseeceeeeeceeececeeeeeceteeeeeaeees 58 Fi
3. Figura 73 Rodizios do aspirador Outro acess rio importante a pega do carrinho que serve para que o operador quando pretende deslocar o aspirador de modo a que se consiga controlar a traject ria do aspirador Para o projecto da pega foi pensada uma solu o que alia a funcionalidade est tica geral do equipamento A forma final da pega encontra se representada na figura abaixo Figura 74 A liga o da pega estrutura uma liga o aparafusada 88 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Constru o do equipamento Figura 74 Ilustra o pega aspirador preocupa o com a manuten o do equipamento levou inclus o de uma abertura lateral para que facilmente se possa ter acesso a todo o conjunto que se encontra alojado na parte frontal Ventilador ciclones motor etc Esta porta ir tamb m permitir a f cil montagem do equipamento na fase de produ o Figura 75 Porta de manuten o A porta inclui uma grelha por onde vai sair o ar do sistema j livre de part culas e odores prejudiciais Visto que o acesso a este compartimento vai ser espor dico a liga o da porta ser aparafusada Este facto tem tamb m em conta a seguran a j que desta forma n o poss vel o f cil acesso parte motora do equipamento Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 89 Constru o do equipamento 5 7 Caracter sticas gerais do equipamento Em linh
4. y 14 m dia Se a dist ncia for maior ou igual a h dist ncia inicial ao solo a part cula vai chegar ao fundo e vai ser captada Se todas as part culas forem do mesmo tamanho o que significaria terem todas a mesma U existe uma dist ncia ao solo h entrada da c mara abaixo da qual todas as part culas desse tamanho s o capturadas na c mara e acima da qual nenhuma capturada Se for assumido que todas as part culas s o do mesmo tamanho que a sua distribui o uniforme ao longo de toda a entrada da c mara e que as part culas n o interagem umas com as outras ent o poss vel dizer que a frac o de part culas colectadas mn ou seja o rendimento da c mara dado por m LU Frac o capturada n _ 15 H Umedia Considerando que o escoamento se considera como sendo um escoamento segundo a Lei de Stokes Anexo C e para que se tenha em considera o a influ ncia do tamanho da part cula a velocidade terminal de assentamento U substitu da pela rela o de assentamento por gravidade da Lei de Stokes o que substituindo na equa o 15 d 2 n Lg Dpart Ppart 16 H Umedia 18 Har Em que g Acelera o da gravidade m s Dpart Di metro da part cula m Ppart Peso espec fico da part cula kg m Har Viscosidade din mica do ar N s m Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 45 Dimensionamento do sistema de aspira o Consideran
5. 230 400 Esquema de liga es R13 Frequ ncia Hz 50 Corrente nominal AJ 7 2 4 15 Cos Phi 0 91 Classe de temperatura gt 130 B Tipo de protec o IP54 Requer Design EC Peso L quido kg 26 00 Figura 43 Caracter sticas do Motor DRE100M2 FL 18 A curva do ventilador pode ser tra ada com recurso a dois pontos o ponto nominal e o ponto de sincronismo visto que na regi o de funcionamento que deve ser entre a velocidade nominal e a de sincronismo nominal o seu comportamento linear No ponto nominal sabe se que N 2880 rpm e uma pot ncia de 2 2kW O bin rio pode ser calculado utilizando se para o efeito a equa o 40 mas aplicando as caracter sticas do motor ficando N 2 2 103 60 Pmotor Bmotor 27 60 Bmotor zn 3500 7 29 Nm No ponto de sincronismo do motor sabe se que o bin rio nulo A velocidade de sincronismo nominal pode ser calculada utilizando a express o que se encontra em baixo que d a velocidade de sincronismo nominal N em fun o do n de pares polos do motor p um par de polos neste caso e da frequ ncia de alimenta o nominal fy que em regime normal ser a da rede el ctrica f 50 Hz 60 60 3000 rpm 39 Nsw r 66 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o Com estes dados consegue se tra ar a curva do motor e fazer o cruzamento da curva de carga do ventilador com a do motor o
6. 59 Tabela 14 Tabela de perda de carga do sistema 60 Tabela 15 Caracter sticas gerais do aspirador ceeeececesececeeeeeceeeeeceeeeecsteeeenaeees 90 Tabela 16 Mapa de custos do sistema de aspira o i 92 Tabela 17 Tabela de an lise de mercado uc s cessa srecaloso sreasl pacotes di thedoe cael esoesaue 101 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas xiii Introdu o 1 Introdu o Nos tempos que correm h cada vez mais uma maior preocupa o com o meio ambiente e com os efeitos da polui o sobre este e sobre o ser humano De facto e como se pode observar na Figura que demonstra o aumento das emiss es de CO2 desde o in cio do s culo passado at ao presente o aumento exponencial da popula o ocorrido no s culo XX auxiliado pelo crescimento acentuado da industrializa o em todo o mundo levou a um aumento da polui o do meio ambiente para n veis astron micos impens veis e insustent veis que atentam at pr pria exist ncia humana ta C02 LH Population LH e Affluence LH Life Exp RH o Metals RH Organics RH 1 s44 Aouey22dx3 2317 006T S2 UeB10 8 SIEIOW T a a N O w q q E y S lt A 0 S 3 2 0 a O e N WwW A UA DN OC O 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Figura 1 Evolu o do n vel de CO2 emitidos nos EUA 1 Esta crescente preocupa
7. F Elbow Rectangular Smooth Radius without Vanes 15 Costipents far 20 alanes See Nota 1 Covtlicient C See Note 3 3 1 09 105 4 04 1 0 a 0 x 5 145 1 38 130 2 U S Units 2 x For Stanaare Alr Metric Units A ESSDV FR 4540 where D duct diameter inches imen Vow duct wwksity lpm ims For Rectargular Oucts Ff Hew 14 20 Figura 84 Coeficiente de perda de Carga em curvas rectangulares 7 B Transition Rectangular Pyramidal 15 lena a Vinend 180 Figura 85 Coeficiente de perda de carga em transi es 7 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 119 Anexos Anexo F Dimensionamento do bra o articulado Os mecanismos de barra e mola foram desenvolvidos por George Cawardine no in cio do s culo XX A grande vantagem da utiliza o deste tipo de mecanismos s o o facto de ser um mecanismo compacto leve e de baixa in rcia O seu dimensionamento bastante simples Vamos come ar por considerar o caso mais simples a an lise do mecanismo simples de barra e mola com apenas um grau de liberdade Figura 86 a e b mg mg r length AZ tb Figura 86 Mecanismo simples de barra e mola 20 Como se pode ver existe na Figura 86 a uma massa m no ponto Z do bra o CAZ que pivotada em A pelo bra o AB Todo o mecanismo est num plano vertical e o bra o AB est numa posi o vertical O objectivo
8. Pag 2 Cat logo ALTAIR selec o de material filtrante Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 107 Anexos Anexo C Lei de Stokes Em muitos casos um fluxo g s part culas pode ser bem aproximado pela lei de Stokes na qual ignorada a influ ncia da in rcia o n de Reynolds considerado igual a Zero Imagine se uma part cula esf rica que est a assentar num fluido gasoso tal como se v na Figura 80 For a de For a de Arrasto Flutua o For a da gravidade Figura 80 For as actuantes sobre uma part cula num fluido 13 Escrevendo a Lei de Newton para a part cula obt m se a seguinte equa o TT m a Pparticula D IJ Pfluido D g Fa 41 O termo m a representa a acelera o descendente da part cula Os tr s termos no lado direito de equa o s o respectivamente a for a da gravidade a for a de flutua o e a for a de arrasto resist ncia ao ar que actuam sobre a part cula Se uma part cula est inicialmente numa posi o de repouso a sua velocidade inicial zero assim como a for a de arrasto que proporcional velocidade Se esta acelera rapidamente medida que acelera a for a de arrasto aumenta com a velocidade at que seja igual for a da gravidade menos a for a de flutua o A esta velocidade chamada de velocidade terminal de assentamento o somat rio das for as actuantes na part cula igual a zero Para ca
9. 76 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Constru o do equipamento Figura 55 Fixa o dos ciclones base A liga o entre o tubo de entrada do sistema e os ciclones ser feita por meio de uma curva sendo as curvas em instala es de despoeiramento um ponto cr tico dos sistemas isto pontos onde o desgaste maior pelo que o seu dimensionamento ser mais cuidado assim optando se assim pelo formato que se encontra exposto na Figura 56 Figura 56 Curva liga o aos ciclones A adop o deste formato vai permitir um menor desgaste uma vez que a entrada de ar n o ser tangencial curva O ar carregado de part culas vai embater directamente na zona curva ficando a parte dele depositado Assim as part culas que v m atr s ao inv s de embaterem na chapa colidem com as que est o l depositadas ou seja na pr tica utiliza se o pr prio material contaminante como protec o do sistema sa da do ciclone e visto que o ar j se encontra desprovido das part culas de maior dimens o n o necess ria um velocidade de transporte t o elevada Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 77 Constru o do equipamento Consultando a Tabela 2 que se encontra no in cio deste documento pode ver se que uma velocidade de 13 a 18 m s ser suficiente pelo que se optou por uma velocidade interm dia de 15m s esta redu o de velocidade ir permitir uma redu o d
10. Ap s a passagem pelo filtro pr separador o ar encaminhado para o filtro principal geralmente de cartuchos embora tamb m existem alguns que funcionam segundo princ pios electrost ticos nomeadamente os de tratamento de gases oleosos um exemplo dos cartuchos utilizados neste tipo de filtros pode ser observado na figura que se encontra abaixo Figura 3 Figura 3 Exemplos de cartuchos para filtros 3 Os cartuchos s o constitu dos por uma trama de tecido que deixa passar o ar mas ret m as part culas naturalmente a granulometria das part culas que se consegue reter depende do material de que constitu do o cartucho assim como da densidade da sua trama Com a utiliza o deste tipo de filtro consegue se uma grande rea filtrante num filtro de pequena dimens o o que tr s grandes benef cios em termos de efici ncia do equipamento Quanto ao material existem de diversos tipos consoante o tipo de material granulometria abrasividade etc a filtrar a efici ncia pretendida assim como a temperatura dos gases entre outros Alguns fabricantes t m no seu equipamento um sistema de limpeza do filtro este sistema geralmente de ar comprimido ao ser activado envia ar a alta velocidade em contra corrente com a direc o do fluxo de aspira o dos gases fazendo com que as part culas se desprendam do filtro e caiam num recipiente este processo normalmente conhecido por descolmatagem 8 Sistema m vel de aspira
11. blindagem est o rod zios que permitem a mobilidade do equipamento o tipo de rod zios existente na maioria dos fabricantes bastante amplo tanto a n vel de tamanho como a n vel de material Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 9 Dimensionamento do sistema de aspira o 4 Dimensionamento do sistema de aspira o Tomando de base as imposi es definidas pela empresa Setimep no dimensionamento do equipamento em quest o foram estudados os par metros essenciais da pr tica de bom funcionamento dos v rios subsistemas constituintes do equipamento O equipamento aqui em estudo e tal como foi referido no capitulo dois pode de uma forma gen rica ser dividido em tr s sub sistemas e Sistema de capta o e transporte e Sistema de tratamento constitu do por um ou mais elementos filtrantes e Sistema de ventila o extractor de extrema import ncia atingir o cumprimento dos requisitos de efici ncia solicitados boa capta o tratamento e reten o de part culas gt 0 2um Um dos par metros mais importantes a velocidade de transporte dos gases captados Na Tabela 2 est o apresentadas as velocidades recomendadas de transporte em fun o dos gases part culas a captar A velocidade recomendada apresentada como sendo resultante de testes pr ticos de capta o e transporte segundo o princ pio da n o deposi o dos mesmos Tabela 2 Velocidades de transporte recomendadas por tipo d
12. bronquiolos e os alv olos pulmonares Descolmatagem Consiste no processo de desobstru o de uma determinada malha que pode ser de qualquer tipo de material que se encontra entupida por um determinado conjunto de part culas part cula n o deixam passar qualquer tipo de material ree 3 ah 8 rs Rodizios S o essencialmente elementos cujo objectivo a movimenta o de equipamentos S o constitu dos por uma roda qual se encontra acoplado um sistema que permite a fixa o desta ao equipamento que se pretende movimentar Material at xico um tipo de material que n o tem qualquer tipo de intoxica o ou envenenamento na sua utiliza o Part culas hidrosc picas S o part culas que absorvem com facilidade gua existente em forma de vapor na atmosfera Limite de solubilidade Corresponde a concentra o m xima que se pode atingir de um soluto dentro de um solvente A t tulo de exemplo pode se considerar o caso da dissolu o de a car em gua S poss vel dissolver o a car at ser atingido o limite de solubilidade da gua a partir desse limite todo o a car adicionado vai precipitar no fundo 8 z 3 Flamabagem Tamb m conhecido como encurvadura um fen meno que ocorre em pe as esbeltas pe as onde a rea de sec o transversal pequena em rela o ao seu comprimento quando submetidas a um esfor o de compress o axial A flambagem
13. o Q U zn 6 capta o 10 F C2 A Em que C Dist ncia do captador foco poluidor mm A Area de sec o do captador m Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 15 Dimensionamento do sistema de aspira o Na Tabela 5 poss vel observar as velocidades de capta o recomendadas para diversos tipos forma o de poluentes Tabela 5 Velocidades recomendadas de capta o no ponto de emiss o Condi es de liberta o do contaminante ps Libertado em ar parado 0 25 0 5 Ex Evapora o em tanques electrodeposi o etc i Libertado em ar com velocidade baixa em relativo repouso 0 5 1 0 Ex Cabines de pintura tapetes transportadores soldadura etc A 7 Libertado em ar com movimento r pido 10 10 Ex britagem peneiras limpeza de pe as de fundi o por areia etc Libertado com Velocidade elevada em ar com movimento r pido 25 10 Ex Esmerilagem decapagem com abrasivo etc A escolha da velocidade acertada depende de muitos factores mas de uma forma geral pode se dizer que se deve optar por um valor do lado limite inferior para e Locais com correntes de ar m nimas ou favor veis capta o e Poluentes de baixa toxicidade ou s incomodativos e Polui o intermitente baixa produ o e Grande captador Grandes massas de ar em movimento Por outro lado deve escolher se um valor do lado do limite superior para e Correntes de ar per
14. o dos ciclones base errar TY Figura 56 Curva liga o aos ciclones 12 je cesienise ded baganmassspauaesiamaissos quabafatmas s 77 Figura 57 Conjunto m dulo de pr separagao eeeeesceceseceeeeeeeceeeeecseeeecseeeeenaeees 78 Figura 58 Vista de topo e lateral dos elementos filtrantes i 79 Figura 59 Pormenor entrada na c mara do filtro 80 Figura 60 Sistema de limpeza por ar COMPTiMIdO ee eeeeeeeeeeeeeeeeeeeteeeesteeeeeaeees 80 Figura 61 Ilustra o do sistema de ar comprimido eeeeceeeeneeeeeeeeeaees 81 Figura 62 Pormenor parafusos de engate r pido 81 Figura 63 Sistema de capta o do aspirador rea 82 Figura 64 Liga o rotativa do tubo flex vel 83 Figura 65 Esquema liga o rotativa us spa ier edited dis Riad add ua Gaetan 83 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas xi ndice de Figuras xii Figura 66 Candeeiro de mecanismo de barra e mola 18 84 Figura 67 Ilustra o liga o do bra o articulado 85 Figura 68 liga o interm dia bra o articulada ceseceeeeeeeecsaeenseeeseeeenees 85 Figura 69 Pormenor caixa filtro de carv o activo 86 Figura 70 Ilustra o pormenor aberturas filtro carv o activo sesser 86 Figura 71 Formato da gaveta de recolha de part culas
15. se forma para cima O segundo termo 20 00 indica qual o ngulo de dobragem a aplicar sendo a linha a tracejado que aparece no desenho planificado o eixo de dobragem da chapa Terceiro membro indica o raio a aplicar na dobragem o termo SHARP aparecer se o raio de dobragem for igual a zero para os outros casos aparecer a letra R seguida do valor do raio de dobragem por exemplo R 100 70 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Constru o do equipamento 5 1 Estrutura do equipamento A estrutura do equipamento Figura 46 ser totalmente executada em chapa de 1mm para as chapas exteriores e de 2 mm para as chapas interiores que fa am parte do sistema de aspira o Figura 46 Ilustra o estrutura aspirador A estrutura exterior foi projectada de forma a conjugar a funcionalidade com a est tica e o pre o assim optou se por uma forma paralelepip dica como que se pode ver na Figura 46 em que uma das faces no caso a frontal n o constitu da por uma chapa plana mas sim tr s chapas quinadas Desta forma obt m se um produto esteticamente mais atraente sem um aumento significativo de custo do equipamento No que diz respeito estrutura interna do aspirador que ressalvar alguns pormenores de constru o relevantes a n vel de custo e espa o ocupado pelo equipamento um deles o facto de se ter colocado o canal de entrada na c mara dos filtros setas a vermelho da Figura 47
16. 2001 U S ARMY CORPS OF ENGINEERS Adsorption Design Guide U S ARMY 2001 M J French and M B Widde The spring and lever balancing mechanism George Carwardine and the Anglepoise lamp Lancaster University UK 2000 96 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Bibliografia MIRANDA Ant nio Augusto Sousa Apontamentos de rg os de M quinas 2008 NUNES Ant nio Vasco Amaral Apontamentos de Ventila o industrial 2007 ESTEVES Jo o Miguel Clemente de Sena Apontamentos de electrotecnia e electr nica 2008 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 97 Refer ncias 9 Refer ncias 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 98 http www masterresource org 2010 04 population consumption carbon emissions and human well being in the age of industrialization part iii have higher us population consumption and newer technologies reduced well being acedido em 05 08 2011 http www plymovent com plymovent int en products mobile filters welding fumes acedido em 05 04 2011 http fgmindustrial com dustcollectors html acedido em 30 06 2011 http www heliflex pt ficheiros catalogo2011 pdf acedido em 28 09 2011 Ap ndice t cnico Heliflex http www ccohs ca oshanswers prevention ventilation hoods html acedido em 02 10 2011 Apontamentos de Ventila o Industrial Amaral Nunes Fundamentals of Industr
17. AL COL 2708 TF COL 2708 TF COL 2708 TF COL 2708 TF COL 2706 TF COL 270W Aarosii precoating Awil praca ing Cal iva com padra pr revestda Ascosil precosing Leito em p 36 48 06 08 OOL2708 TF Agroall precoating Formadura 20 40 48 60 08 1 OOL 2708 TF P papel lt 1000 tibroso eotrost rico 60 60 083 1 COL 270B AL Fitra pr eeperadora P s de pintura cornice por arco pissma x min lt 1 melia lt 10 30 42 05 07 COL 2TOB AL P s de pirtura metais por arcoplasma xmin lt 1 media lt c 10 30 42 05 07 COL 2708 AL A rosil precoating Fumos de corte plasma agoinox xmin lt t media lt 10 36 48 08 08 COL ZTOB TFYAL Aerosil precoming P de lustra o lat o 30 30 aderarne 42 54 07 09 Corgo PO delustra o inox fibroso 60 72 1 1 2 OOL 270W Fibra pr separadora plo og com granaiha 200 agomerarte 64 66 09 11 COL 2TOB P de tratamento com gramaha cer mica lt 100 66 78 11 13 OOL20B po TL Tia fait lt 100 72 90 12 15 OOL208 P detratamento com granalha a o lt 50 agomorarte 48 60 08 1 COL 2708 P de tratamento com granaiha pedra lt 100 agomorarto 66 78 11 13 COL 270B A car em p 5 200 higrosc pico explosivo 48 64 05 09 COL 2TOB AL Tabaco em p 48 60 08 1 COL 2708 P de pigmentos colorantes lt 10 cancerigano 24 30 04 05 COL 27 0B AL Cinzas de incineradores de Exas 2 200 rigrosoopion 3 3 05 08 COL ZTOW Amo de soldadura sletame oauatio amin lt 1 media lt 10 decapado 43 60
18. Figura 45 Gr fico cruzamento carga ventilador com motor a 3500 rpm A varia o da velocidade de rota o em fun o da varia o da frequ ncia pode ser retirada utilizando a seguinte express o fu _ ff Noy Ng em N Assim poss vel calcular a nova frequ ncia f que de Ed f f 63 27 H 3000 3796 63 27 Hz Funcionando a esta frequ ncia o motor ter as seguintes caracter sticas Pot ncia Pmotor 1 8 kW Bin rio Bmotor 4 85 N m Velocidade de rota o N motor 3500 rpm Por esse motivo verifica se que este motor se adequa a esta aplica o 68 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Constru o do equipamento 5 Constru o do equipamento Ap s ter sido feito o dimensionamento do sistema necess rio estudar o seu fabrico Neste cap tulo v o ser destacados e descritos os pormenores de constru o mais importantes assim como os seus prop sitos Os princ pios que foram tidos em considera o para o dimensionamento do equipamento foram os seguintes e Desgaste Aerodin mica do sistema Visto que o aspirador vai trabalhar potencialmente com part culas que podem ser bastante abrasivas importante a redu o ao m ximo de quinas vivas ao longo do sistema j que ser o os pontos onde esse problema mais se vai reflectir e Espa o Como o aspirador um equipamento que se pretende que tenha mobilidade a componente espa o assume uma gran
19. Observando o gr fico verifica se que com o recurso a uma hotte e flange linha azul do gr fico consegue captar se part culas at 350 mm enquanto sem o uso deste linha a vermelho apenas se consegue captar at 280 mm o que corresponde a um aumento de 25 da dist ncia 20 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o A perda de carga devida hotte AH orte pode ser calcula pela seguinte express o retirada do Manual do SMACNA que refere que esta fun o do coeficiente de resist ncia da hotte C que pode ser retirado da Figura 10 e a velocidade no tubo flex vel Uconauta AMnotte C Uconduta 10 O que substituindo d o seguinte resultado AHhotte 0 06 20 72 1 24 mmca Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 21 Dimensionamento do sistema de aspira o 4 2 Filtro Principal O Filtro principal tem como principal objectivo a capta o de part culas poluidoras captadas pelo aspirador Tendo por base os dados obtidos na an lise de mercado e de estado de arte efectuada sabe se que uma grande parte dos fabricantes promete uma efic cia de 99 para part culas com dimens es entre os 0 2 2um pelo que o m nimo exig vel que o filtro consiga obter um comportamento semelhante As principais caracter sticas que se pretendem para al m da capacidade de captar as part culas com o tamanho pretendido s o que o filtro principal seja
20. U2 A parcela representa a energia proporcionada pela varia o da for a Wz W12 centrifuga entre a entrada e a sa da enquanto a energia despendida para fazer a velocidade relativa variar ao longo da p do rotor 114 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Anexos As grandezas referentes aos fen menos que ocorrem entrada e sa da do rotor s o essenciais para o dimensionamento de um ventilador Alturas energ ticas s parcelas de energia que a unidade de peso de um fluido possui para deslocar se entre dois determinados pontos expressas em altura de coluna do fluido denominam se por alturas de eleva o Uma altura de eleva o representa o desn vel energ tico entre dois pontos que pode ser de press o de energia cin tica ou de ambos A conceitualiza o de algumas destas alturas ser demonstrada de seguida A energia til de eleva o H ou press o total a energia total ganha pelo fluido por unidade de peso ao passar pelo ventilador desde a boca de entrada ndice O at boca e sa da ndice 3 P gt P Ve y H 7 2 M E 58 y Yy 29 Gra as a esta energia recebida o fluido tem capacidade para escoar ao longo das condutas Como se pode ver pela f rmula acima esta energia constitu da por duas parcelas a Altura de carga est tica H que representa o ganho de energia de press o do fluido desde a entrada at sa da do ventila
21. a rea filtrante Asitrante m nima para cada tipo de filtro pode ser aferida atrav s da express o da taxa de trabalho Tx Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 33 Dimensionamento do sistema de aspira o Tx 11 Afittrante Rearranjando se a equa o anterior para que fique em ordem da rea filtrante poss vel calcular a rea filtrante m nima necess ria para o caudal definido consoante se est a utilizar filtros de mangas ou de cartuchos obtendo se os seguintes resultados Q 1500 10m TX mangas 150 Afittrante mangas 1 Afitrante cartuchos 18 8 m 80 Verifica se que para n o ultrapassar a taxa de trabalho Tx m xima permitida para cada caso a rea filtrante m nima para os cartuchos cerca do dobro da necess ria para o caso das mangas Vendo as coisas apenas por este prisma parece ser mais vi vel a utiliza o de um filtro de mangas do que de um filtro de cartuchos No entanto falta observar um aspecto de grande import ncia a rela o rea filtrante espa o ocupado Consultando cat logos de fornecedores da Setimep tanto de mangas como de cartuchos poss vel fazer um estudo de rea filtrante Vs rea ocupada para o mesmo di metro do elemento filtrante assim e tendo como base o estudo da melhor solu o para esta aplica o foi feito uma an lise comparativa que se encontra sumariado na tabela seguinte Tabela 7 Tab
22. a escolha deste tipo de tecido deve se ao facto de ser o indicado para p s de cer mica de pedra entre outros o que faz deste o tecido com mais abrang ncia de uso Visto que os filtros de cartuchos s o um tipo de filtro que pode colmatar com alguma regularidade torna se necess rio fazer a sua limpeza peri dica visto que quanto mais colmatado estiver o filtro maior ser a perda de carga e perdendo se consequentemente capacidade de capta o Segundo recomenda o do fabricante a melhor op o a utiliza o de um circuito de ar comprimido tal como o exemplo que se encontra na figura abaixo Figura 21 Figura 21 Esquema tipo instala o de AC para limpeza de filtros 12 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 35 Dimensionamento do sistema de aspira o O ar comprimido vir da rede da f brica para um reservat rio que ser incluido no sistema O dimensionamento deste reservat rio est relacionado com o ar necess rio para criar a contra press o necess ria para a descolmatagem do sistema Segundo o fabricante para que a limpeza dos dois filtros se efectue com efic cia s o necess rios 70 litros de ar press o atmosf rica 1 bar As redes de ar comprimido corrente s o regra geral de press o igual a 6bar Pela lei dos gases ideais de Boyle Mariote transforma o isot rmica o volume ocupado pelo ar necess rio limpeza do filtro press o da rede pode ser dado pela seguinte exp
23. acontece quando a pe a sofre flex o transversal devido compress o axial Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas vii ndice ndice RESUMO a e SR pia Rd doa ai da i PES PRA Can od COMA NA SD q CO DA A dC Uta a iii Agradeciment S nesine is a E T ES v NomenelatUra isi oeiia ine urise EEE EKE SEESE ESE aE ESES vi EIO a Ce 25 hen Meare cesta E EES EE vii Tidigere a a A E aerercte viii ndice de Pitas oe rea sad paca catered cp ce coe ote a x ndice de Tabelas ihren tte ais todas ia aa rea Ra R a rea xiii Wie ARM OGG AOne e es ls eevee en E A E eae ae A 1 2 Olo eY o REA EE EEEE E E tact E E EEE 5 3 An lise de mercado e de solu es 14a eben a hale ale ndoe s 6 3 1 CONCOMENCI Asn isiin aese arep tsa TE EA sche s asa 6 3 2 Constitui o do equipamento tasas Rasa Da ING SRU pa 6 3 2 1 Conjunto de transporte e capta o e ee ceescecesnceceeececeeececeeceecsteeeeeeeeees 7 3 22 Conunto Fitrante s esra ait e UDF acesas tau desde 7 320 Conjunto MOt r reesen aE E AEE TEA E E E 9 3 24 v O tros elementos ienna E E 9 4 Dimensionamento do sistema de aspira o sesessseesssesseeseressetssseesseesseessee 10 4 1 Sistema de capta o e transporte ssaecrasiuas ccesesiraadisas rap sedia neisaaatae ses 12 4 1 1 Sistema de transporte x jeidysiavsiwidesesccensacadedsasendoasheoaceasneseuensacaaniadeen cesses 12 4 12 Sistema DE CAPLACAG rsono aaa SS Raia 15 4 2 Filtro Principal EA ci 22 4 2
24. o com o meio ambiente levou imposi o de limites de polui o cada vez mais restritivos especialmente na Uni o Europeia no que diz respeito a emiss es poluentes com incid ncia especial na ind stria respons vel por grande parte deste problema no sentido de diminuir o n vel de polui o e minorar todos os efeitos desta nas pessoas Esta imposi o de limites de polui o levou necessidade da cria o de equipamentos capazes de lidar com os poluentes e de os tratar de forma eficiente reduzindo os n veis de emiss o poluidora para o meio ambiente Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 1 Introdu o Actualmente uma empresa n o ser amiga do ambiente pode ter efeitos nefastos podendo afectar desde a sa de dos pr prios trabalhadores at popula o e meio envolvente podendo ter consequ ncias muito negativas a n vel da produtividade de publicidade da imagem econ mico e at legal Um dos principais problemas ambientais industriais passa pelo tratamento de efluentes gasosos decorrentes da produ o de um determinado bem ou servi o Assim o tratamento do ar ambiente industrial surge como um aspecto importante e at decisivo para o sucesso de uma empresa pelo que o seu estudo monitoriza o e controlo imperioso Posto isto Importa saber os efeitos da exposi o do corpo humano a produtos qu micos De uma forma geral o efeito que certas part culas t m sobre o organismo
25. paredes meias com o canal de entrada de ar no ventilador setas a verde da Figura 47 e de ambos fazerem parte da estrutura do aspirador Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 71 Constru o do equipamento Figura 47 ilustra o do canal IN OUT filtro partilhado A coloca o dos canais desta forma promove uma redu o a n vel de espa o ao mesmo tempo que actua como refor o estrutural do equipamento tudo isto sem sacrif cios de performance e sem aumento de custo ou peso geral do equipamento Outra caracter stica deste equipamento o facto de a carca a exterior do ventilador assim como todo o sistema de condutas de sa da do aspirador estarem incorporados na estrutura Por acordo com o fornecedor foi fornecido Setimep o esquema da carca a do ventilador ficando o fabrico da mesma a cargo da Setimep O fornecedor Flakt Solivent fornecer apenas a turbina e o Venturi do Ventilador Na Figura 48 poss vel ver a forma como a carca a do ventilador foi incorporada na estrutura do aspirador Figura 48 Carca a e tampa do ventilador 72 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Constru o do equipamento Optou se por soldar toda a carca a do ventilador assim como de todo o sistema de condutas de sa da chapa que faz o canal de entrada na c mara nos filtro e o canal de entrada no ventilador Como se v por observa o da Figura 48 foi feita a separa o da car
26. suportar a massa m correctamente numa gama alargada de ngulos 0 V o ser apresentados dois m todos para resolver este problema M todo 1 Seria poss vel equilibrar o bra o utilizando uma for a constante vertical e descendente em C igual a mgr b A mola CB ter de exercer um momento em A igual ao desta for a vertical para todos os ngulos 9 do bra o Considere se uma for a P na direc o AC adicionada for a da mola F de modo a que o somat rio destas duas for as seja vertical Como P n o provoca nenhum momento 120 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Anexos em rela o a A a sua resultante vertical tem o mesmo momento em A que a for a F para um balanceamento exacto a resultante tem de ser sempre igual a mgr b Agora considere se ABC como um tri ngulo de for as utilizado para obter esta resultante A resultante representada por AB vertical e constante se a for a na mola for proporcional a CB isto ao comprimento da mola Ent o o comprimento livre da mola tem de ser zero Para a resultante ser igual a mgr b a escala do tri ngulo de for as tem de ser escolhida de forma a que o comprimento c represente a for a mgr b assim sendo uma extens o c da mola daria esta for a e o k da mola rela o entre a carga e a deforma o da mola dada por m g r E pe 72 b c M todo 2 Um m todo alternativo o seguinte z 1 rea do triangulo ABC BC dist ncia perpen
27. 1 Separadores por Ultrassons sssessesssesssesssseesssetssresseesseessseessseesseese 23 AD De Filtros de Mangas moisie e e at a ea stai laee puma 24 42 3 Colectores HUMIiIdosi 5cscisiecveasesegerchaasnscteaseseauraaoodaceesscaacoasnasainateoanedeuvnes 26 4 2 4 Filtros de Ar de Alta Efici ncia Filtros de cartuchos 28 4 2 5 Precipitadores T rmicos cum ubsiga as red Ea ARLS 29 426 Filtros ElSCHOCSALCOS spa a SI aane eons 30 4 2 7 Selec o do Filtro Principal 565 ASIA AD SES 32 4 3 Filtro Pr Separador cissajscaavcassdsacsadsins iciaedatidahaasseuadentisdeeadeageitesnea aeeds 37 Viii Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas ndice 43 1 Camaras sde s dimentac o senet unido deli ng bed 38 4 3 2 Separadores Centr fugos ciclones ec eeeseeceseeeeeeeeeceeeeeceeeeeesseeeesaes 40 4 3 3 Separadores por impacto ou choque 42 4 3 4 Selec o do Pr Separador stores san bgaa semp staasanesaaagaeigdas Ernie da celas putas 43 4 4 Filtro remo o de odores sena aq da casa RS ga 53 4 5 Ventilador nossisgsnnsnenusi enanti n aii deed needs 55 4 5 1 Selec o do Ventilad assadas raias de E E 58 5 Constru o do equipamento sesesesseeesseesseesseeseettsstesseessressersseeessseessresseesset 69 5 1 Estrutura do equipamento esseeesesseeseseesseeerssresstsrrssresreserssressesererresseseest 71 5 2 Filtro PRESS CD Arado armere E E E eee E E 76
28. 2 segundo norma DIN que um a o de constru o de baixo teor de carbono A escolha deste material deve se essencialmente ao facto de ser um material bastante barato e ter muito boa disponibilidade Por isso e tendo em conta que o aspirador n o ir partida trabalhar em ambientes corrosivos nem estar sujeito a grandes refor os este foi o material seleccionado como material de constitui o do aspirador Todas as liga es entre componentes em que n o esteja garantida a estanquicidade nomeadamente liga es flangeadas levar o uma junta de espuma entre os dois elementos a ligar de forma a garantir uma boa estanquicidade do sistema permitindo um correcto desempenho do sistema No Anexo G encontram se os desenhos t cnicos individuais e de conjunto de todos os constituintes que necess rio fabricar na constru o do equipamento O software utilizado para a elabora o dos desenhos t cnicos o SolidWorks insere de forma autom tica alguma informa o sobre o m todo de fabrico de alguns componentes nomeadamente os que prov m da molda o de chapa Para um melhor entendimento dos desenhos importa fazer uma pequena explica o do formato utilizado pelo software A express o tipo que aparece nos desenhos t cnicos a seguinte DOWN 20 00 SHARP O primeiro termo da express o indica o sentido da dobragem da chapa em rela o ao plano da chapa no seu estado planificado DOWN se a dobragem for para baixo e UP
29. A1A2 respectivamente e n o imp e carga sobre a mola B C Isso evidente j que a linha A B gt mant m se vertical assim sendo o par n o faz trabalho quando o angulo 0 varia por isso uma vez calculada o k da mola interior de moda a trazer a for a mg em A para o equil brio a liga o est balanceada para todos os valores de ngulos 0 e 82 Assim para calculo de k de ambas as molas temos que mg n kan bic e mg r kyan so 2 bz C2 A for a exercida sobre a cada uma das amola dada pelas equa es seguintes m gn F 1 bee ay 79 e m g n F bz C2 a2 Para esta aplica o e tendo em conta os princ pios acima descritos e o comprimento do tubo flex vel definido 3m foi definido o seguinte sistema de barras Figura 88 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 123 Anexos Figura 88 Sistemas de barras bra o tubo flex vel Em que a 1048mm b 1094mm c 60mm r 60mm az 1029mm by 977mm Cz 60mm r2 60mm Com estas e sabendo que a massa do sistema de capta o de 3 02 kg facilmente se chega ao valor k de cada mola _ 3 02 9 8 1 167 quosnos VORIS _ 3 02 9 8 1 173 92 k aT Ba OAR E a for a exercida em cada mola de 3 02 9 8 1 167 _ 1 048 551 N a 1 094 0 06 _ 3 02 9 8 1 173 F 609 N E 0 977 0 06 124 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part c
30. BZ SE Reflex o especular Reflex o difusa Figura 81 Reflex o especular vs Reflex o difusa 19 A mudan a de uma reflex o especular para uma reflex o difusa faz baixar a for a de arrasto o que faz com que a part cula se mova mais rapidamente O factor de correc o que melhor responde a esta mudan a de comportamento e tamb m o mais utilizado tem a seguinte forma Fy Fa stokes A A 49 t AA E O termo 1 E usado na f rmula normalmente denominado de Factor de Zz correc o de Cunningham e apenas aplicado para valores de A D na ordem de grandeza igual a 1 Para valores de muito maior ordem de grandeza s o usadas f rmulas mais complexas Apesar de a f rmula para o c lculo preciso de serem razoavelmente bem conhecidas baseadas na medi o da viscosidade de fluidos a constante A n o universal para todas as part culas A maioria das pessoas utiliza o valor descoberto por Milikan para got culas de leo assentando no ar A 1 728 este valor n o deriva de nenhum fundamento te rico e n o necessariamente aplic vel para todo o tipo de fluidos mas bastante utilizado pelo facto de n o existir informa o melhor Conclus o Experimentalmente verificou se que para part culas com di metro entre 0 lum e 100um pode ser utilizada com seguran a a lei de Stokes para efeitos de dimensionamento de separadores de part culas visto que para esta gama o erro no pior dos casos de 10
31. a um tubo flex vel de 3m de comprimento Este sistema movimentado e fixo atrav s de um mecanismo de barra e mola No entanto este mecanismo antes de ser implementado carece de um parecer t cnico por parte de um parceiro fornecedor especializado na rea e que data da conclus o deste trabalho ainda n o existia O filtro principal ser um filtro de cartuchos de dois cartuchos com uma rea filtrante total de 20 m e com uma capacidade de captar part culas at 0 2 um A escolha deste tipo de filtro deveu se a este ser um tipo de filtro que melhor se adapta s caracter sticas pretendidas para o equipamento em termos de mobilidade e para o tipo de part culas part culas solidas secas que se pretende captar Para uma extens o da vida til dos cartuchos foi inclu do um sistema de limpeza autom tica por ar comprimido do filtro com capacidade para duas limpezas O filtro pr separador ser um sistema de multiciclones composto por dois ciclones em paralelo com dimens es gerais de 800x600x200mm e com uma capacidade de captar part culas at 12 um A escolha deste tipo de filtro pr separador depreende se do facto de ser o nico capaz de captar as part culas de forma eficiente e ocupando um espa o razo vel Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 93 Conclus es O filtro de remo o de odores vai ser um filtro de 5kg de carv o activo com permanganato de pot ssio este valor foi o recomendado p
32. a utiliza o desta mistura tem segundo o fornecedor as seguintes vantagens e O carv o activo muito eficiente a adsorver componentes com elevado peso molecular e O BI ON bastante eficaz para componentes com baixo peso molecular e Perda de carga muito reduzida e BI ON tem um largo espectro de ac o e Como a densidade do BI ON muito maior do que a do carv o activo necessita de menos volume ou seja mais compacto Tenda em conta o caudal Q definido de projecto o fornecedor recomenda a utiliza o de um m nimo 5 kg deste produto 54 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o 4 5 Ventilador Um ventilador Figura 33 uma turbom quina que se destina a produzir o deslocamento de gases Consiste num rotor dotado de p s adequadas que accionado por um motor regra geral el ctrico A rota o do conjunto rotor p s promove a transforma o da energia mec nica proveniente do motor nas formas de energia que um fluido capaz de assumir isto em energia potencial de press o e energia cin tica Figura 33 Exemplo de ventiladores Gra as energia adquirida o fluido torna se capaz de escoar em condutas vencendo as resist ncias ao seu deslocamento perdas de carga proporcionando o caudal desejado para a finalidade que se tem em vista Um ventilador estudado como uma m quina de fluido incompress vel visto que o grau de
33. de opera o e manuten o elevado Alta efici ncia para part culas oleosas Custo inicial elevado Alta efici ncia p pequenas part culas at Pouco eficiente para fumos e part culas s lidas Filtros Olam electroest ticos Baixo n vel de opera o e manuten o Espa o grande necess rio Perda de carga muito baixa Grandes caudais e elevadas temperaturas 32 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o Tendo por base a tabela resumo supra exposta Tabela 6 poss vel desde logo colocar de parte quatro dos candidatos em an lise os separadores por ultrassons os colectores h midos os precipitadores t rmicos e os filtros electroest ticos Os separadores por ultrassons n o se afiguram como uma boa solu o para esta aplica o porque sendo uma solu o com aplica o quase inexistente a n vel industrial os custos e o tempo de desenvolvimento de uma solu o utilizando este mecanismo seriam bastante elevados o que iria inflacionar o pre o final do produto para n meros proibitivos J os colectores h midos n o se enquadram nesta aplica o por transformarem um problema de ar polu do num problema de guas residuais o que n o o que se pretende de um produto que se quer vers til e port til Quanto aos precipitadores t rmicos s o equipamentos com um custo inicial e de opera o elevados pelo que apenas se adequam para aplica es laboratoriais e de am
34. de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o Pela an lise do cat logo entendeu se que o ventilador ideal a o FOUGAL HD com p s curvadas para tr s Na figura abaixo Figura 38 poss vel observar a tabela de pr selec o do ventilador gentilmente cedida pela Flakt Portugal com ela e tendo como entrada o caudal Q em m s 1500 m h 0 42 m s e a press o necess ria em mmca 300 mmca verificou se que o FOUGAL HD 14H a melhor op o para esta aplica o ABACO DE PRESELECCION MONTAJES 4y8 TT Litt tt 7 7 E A i a A oe nmm o ea 1900 er Em F ttt Pa es SS 1400 O E _ 7 T ITIv1tItvil SS N aS E eee jarro Pa 1300 EE RA E r iY ora AEP Ene na 1100 a i SA SIS jo sd o Im ae mj f BK NY null Att Ure LULL wir wh 100 RE E pp fp feat t tt pp feet pt ttl PE BORER o EHH HLT fe 7 ma ERSE IB pii zat S22 a RN A E am HEH 832888 PYET ITET ma E ese TFA EVE EHI el pH 7H te ji Gla E uu 5 7 3 ae i a r Z Epo ww Us TY LOL NOISSUd g fm 7 yi ali Van a fe m DA 14 ram a Es Es a Ri vt a TIAMIN ER NA AMI COC MENA Ad F are Ae OEA mame ee ee a eT ee GET ND Se Gee e Si M mm nm o 05 ai 02 Q3 d4 0508 O 3 456 CAUDAL en m seg Figura 38 Tabela de pr selec o do ventilador 17 Efectuada a p
35. dos gases dando tempo s part culas de assentar no fundo Na Figura 24 podem ser vistos alguns dos tipos mais comuns de c maras de sedimenta o em a est representado o Separador com c mara simples enquanto em b o separador de c mara com gavetas e em c o separador de c mara vertical qo as sS a Outlet baffles baffles b Dust laden dl s Clean gas aae ied i gt gas c Clean E gt air Dust laden air Large Small Fine particles particles particles Figura 24 Tipos de separadores de sedimenta o 10 e 13 38 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o Z O rendimento de uma c mara de sedimenta o fun o da superf cie e independente numa primeira aproxima o da sua altura A velocidade na c mara est limitada para que a velocidade do g s n o alcance valores maiores que 3 m s e seja evitada a reentrada das part culas colectadas no fluxo gasoso O rendimento de uma c mara de sedimenta o aumenta com a diminui o da velocidade do g s o que significa que necess rio uma c mara de sedimenta o de dimens es consider veis para se conseguir colectar part culas de pequenas dimens es Uma forma de aumentar a efici ncia de uma c mara de sedimenta o atrav s da adi o de chicanas ou anteparos Figura 25 Desta forma a separa o das part culas feita n o s por gravidade como
36. efficiency of 99 The device weight is around 250kg and the estimated cost it is of about 3000 iv Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Agradecimentos Agradecimentos N o podia deixar de prestar um agradecimento especial a toda a minha fam lia em especial minha m e Maria ao meu pai Lu s minha irm Cl udia e minha namorada Manuela pois sem eles e sem o incentivo com que continuamente me presentearam n o seria poss vel sequer a minha entrada na Universidade quanto mais chegar a este ponto de ep logo desta caminhada Um reconhecimento tamb m merecido ao Eng Henrique Gon alves da Setimep n o s por me ter proporcionado esta oportunidade de poder finalizar o curso j ligado ind stria mas tamb m pelo apoio t cnico prestado ao longo de todo este projecto N o me esque o tamb m dos meus restantes colegas da Setimep a Diana e o S rgio pois tamb m eles me deram um bom apoio t cnico e moral Por fim mas n o menos importantes gostaria de expressar a minha gratid o aos orientadores da minha disserta o o professor Eng Joaquim Barbosa e o professor Eng Lu s Ferreira da Silva pela paci ncia e pelos s bios conselhos sem os quais n o seria poss vel a conclus o deste trabalho Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas v Nomenclatura Nomenclatura Grand
37. o do alum nio a de baixar o peso e a in rcia do bra o tornando o mais f cil de manusear Para al m disso como o bra o mais leve a influ ncia do peso do deste sobre o c lculo da mola do bra o pode ser ignorado No que diz respeito s liga es entre as barras e as jun es rotativas do bra o estas t m casquilhos em nylon A utiliza o destes casquilhos tem como objectivo fazer com que a rota o se efectue mais facilmente pois fica reduzido o atrito nas jun es para al m de evitar o contacto directo do alum nio com o a o Na liga o interm dia uma das caracter sticas mais importantes foi o facto de se ter retirado material de modo a reduzir no peso do bra o articulado e por conseguinte a in rcia Tal como na base encontra se soldado a uma das partes dos refor os e casquilhos que t m como principal objectivo a manuten o do espa amento desejado entre as duas partes Figura 68 liga o interm dia bra o articulada Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 85 Constru o do equipamento 5 5 Filtro carv o activo O filtro de carv o activo fica colocado na conduta de sa da dos gases Tal como se pode ver por observa o da Figura 69 a caixa que vai receber os pellets do carv o activo tens os lados com chapa perfurada para que seja poss vel a passagem do ar Figura 69 Pormenor caixa filtro de carv o activo Para facilitar a introdu o e substitui
38. o dos pellets do carv o activo a caixa do filtro aberta quer na parte superior quer na inferior Figura 70 Figura 70 Ilustra o pormenor aberturas filtro carv o activo Desta forma facilmente se consegue colocar e remover os pellets removendo a tampa devida a superior para introdu o e a inferior para remo o 86 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Constru o do equipamento 5 6 Acess rios do aspirador Ligados ao corpo do aspirador existem acess rios que s o essenciais ao funcionamento do aspirador e que s o de inclus o obrigat ria Um dos principais acess rios do aspirador s o as gavetas nestas que s o recolhidas as part culas colectadas tanto pelos ciclones filtro pr separador como pelos filtros de cartuchos filtro principal Figura 71 Formato da gaveta de recolha de part culas O formato definido para a gaveta tem a ver com a necessidade de fazer com a abertura e fecho da gaveta se fa a da forma mais fluida poss vel tal consegue se por redu o dos pontos de contacto da gaveta a observa o do destaque no lado direito da Figura 71 permite observar isso mesmo Denota se que a gaveta se encontra ligeiramente elevada em rela o base do aspirador e apoiada lateralmente em guias para a gaveta deslizar poss vel observar na mesma figura o recorte existente na parte superior da gaveta Este corte tem o sentido de permitir que a gaveta possa ser
39. o e tratamento de part culas An lise de mercado e de solu es Por fim o ar j sem a maioria das part culas que o constitu am a maioria fabricantes falam em efici ncias na ordem dos 99 para part culas com uma granulometria entre os 0 2um e os 2um direccionado para o filtro de tratamento de odores este filtro destina se a retirar qualquer odor contido nos gases e constitu do por carv o activo Por fim o ar segundo garantia de grande parte dos fabricantes sai em condi es de ser respir vel 3 2 3 Conjunto Motor Este conjunto constitu do pelo moto ventilador o conjunto que promove o funcionamento de todo o equipamento o elemento gerador de energia sob a forma de press o que vai induzir a corrente de ar que vai fazer o equipamento aspirar Em todos os fabricantes a alimenta o deste conjunto feita electricamente normalmente corrente trif sica 3 2 4 Outros elementos Para al m dos elementos acima descritos existem ainda outros importantes a considerar desde logo a blindagem do equipamento que a respons vel pela protec o do equipamento para al m de ser o elemento estrutural de suporte de fixa o de todos os componentes constituintes do sistema Esta tem um formato tipicamente c bico em metal embora tamb m haja em formatos mais aerodin micos e noutros materiais como pol meros e executada de forma a ser poss vel o acesso ao interior para manuten o do equipamento Ligado
40. os efeitos desta sobre as pessoas no segundo s o apresentados os objectivos para o trabalho definidos pela Setimep enquanto no terceiro exposta a pesquisa de mercado efectuada assim como uma caracteriza o dos equipamentos Os cap tulos quatro e cinco s o dedicados ao projecto do equipamento O primeiro dedicado concep o do sistema com o dimensionamento de todos os seus constituintes e o segundo onde exposta toda a mec nica da constru o do equipamento O sexto e s timo cap tulo versam sobre as conclus es sobre a execu o deste projecto e sobre as propostas de trabalho futuro Nos dois ltimos cap tulos est o expostos a bibliogafia e refer ncias utilizadas para a elabora o deste projecto Foi efectuado um estudo de enquadramento do equipamento no sector industrial tendo como resultado o sistema apresentado neste trabalho suportado pela inexist ncia do equipamento abrangendo as lacunas do mercado actual e tendo em conta os constrangimentos impostos O sistema foi dimensionado tendo em conta um caudal imposto de 1500 m h A velocidade de transporte escolhida foi de 20 m s Dimensionou se o sistema de capta o uma hotte acoplado a um tubo flex vel e suportado por um bra o articulado de movimenta o e fixa o do sistema O conjunto filtrante constitu do por dois elementos um filtro pr separador e um filtro principal Como pr separador foi selecionado e dimensionado da pan plia um sistema de multicicl
41. ou a acelera o gravitacional pela centrifuga j que a massa a mesma Efectuar isto causa um problema porque passa a haver duas velocidades diferentes na equa o A melhor forma de evitar confus es designar a velocidade de assentamento de U e a velocidade ao longo da traject ria circular de U Observando a Figura 27 poss vel ver as for as que est o em jogo quando um corpo descreve uma traject ria curva Como se v pela figura existem duas velocidades de assentamento uma devida for a centr fuga e outra devida for a gravitacional No entanto e como a for a centr fuga cerca de 100x superior gravitacional a velocidade de assentamento devida for a grav tica pode ser ignorada A velocidade de assentamento U vai ser ent o a velocidade na direc o radial do movimento da part cula Substituindo os elementos referidos acima na Lei de Stokes obt m se a seguinte equa o Ue Des Pparticula 27 18 Ustuido 48 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o Na Figura 30 poss vel ver um exemplo de um ciclone com as suas medidas tipo Gos out N a Figura 30 Ilustra o de um ciclone 14 Os ciclones j foram objecto de in meros estudos sobre a sua geometria e propor o das suas medidas de forma a aumentar ao m ximo a sua efici ncia Destes estudos resultaram as propor es que melhoram a efici ncia
42. para o servi o pretendido Estas grandezas cujo estudo te rico se encontra no Anexo D por caracterizarem as condi es de funcionamento s o denominadas por caracter sticas e s o as seguintes a Velocidade de rota o do ventilador n rpm ou rad s b Di metro de sa da do rotor d2 c Caudal Q d Altura de eleva o energia de press o H til manom trica e motriz e Pot ncias P til total de eleva o e motriz f Rendimentos n hidr ulico mec nico e total As equa es dispon veis para estudar a interdepend ncia entre estas grandezas n o permitem a realiza o de um estudo baseado em considera es puramente te ricas No estudo de ventiladores o usual recorrer a ensaios laboratoriais que permitem estatisticamente exprimir a varia o de uma grandeza em fun o de outra Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 57 Dimensionamento do sistema de aspira o Com os valores obtidos experimentalmente os fabricantes elaboram tabelas e gr ficos com o comportamento dos ventiladores em fun o da varia o das grandezas representadas As curvas que traduzem a depend ncia entre duas das grandezas uma vez fixadas as demais denominam se por curvas caracter sticas As mais importantes s o a Para um valor constante de n Varia o de H Pm e n em fun o de Q b Varia o de H Q Pm em fun o de n c Curvas de igual rendimento no campo das grandezas Q e H
43. pode ser sintetizado na seguinte tabela Tabela 1 Tabela 1 Tipos de efeitos de part culas contaminantes e suas consequ ncias Tipo de Efeito Consequ ncias Efeito de sobrecarga nas vias respirat rias perturbando por Sem efeito espec fico isso as trocas gasosas Irrita o e num estado mais avan ado destrui o das Irritante corrosivo mucosas Ex Poeiras de soda c ustica Conduz forma o de um tecido fibroso no pulm o fazendo Fibrog neo com que este perca a elasticidade perturbando gravemente Ex S lica livre cristalizada t amianto as trocas gasosas Ataque do organismo originando a destrui o de certas T xico fun es e rg os Ex Chumbo Ap s um per odo de sensibiliza o por exposi es Alerg nico sucessivas a inala o de uma quantidade muito baixa pode Ex Poeiras de certas madeiras provocar reac es violentas como crise de asma etc Asfixiante Apesar de n o ser t xico n o permite manter a vida Ex Azoto H lio Hidrog nio Existem no essencial tr s formas de penetra o de produtos qu micos no organismo humano Via percut nea atrav s da pele Via digestiva atrav s da ingest o ou via pulmonar atrav s da respira o sendo esta ltima o principal ve culo de contamina o Todas as mat rias em suspens o podem penetrar nas vias respirat rias Importa agora distinguir os v rios tipos de part culas segundo os seguintes
44. rcia de encontro s paredes do ciclone como o ar assume uma traject ria espiral descendente as part culas s lidas s o encaminhadas para a parte inferior do cone onde s o captadas O fluxo gasoso ao atingir o inferior do cone inicia um movimento helicoidal ascendente chegando ao cilindro onde iniciou o escoamento e saindo pela boca superior do ciclone O factor fundamental para o bom funcionamento de um ciclone o seu di metro uma vez que a sua efici ncia cresce inversamente deste Como a perda de carga cresce com o quadrado da velocidade existe um compromisso entre ambos os factores que impede a diminui o do valor do di metro para valores que levariam a perdas de cargas proibitivas Por esse motivo a velocidade de entrada no ciclone geralmente na ordem dos 18 22 m s No entanto o factor mais importante nas caracter sticas da reten o de um ciclone s o as propriedades do res duo a separar sendo a mais importante o di metro da part cula Em geral pode se afirmar que a efici ncia de um ciclone aumenta com o di metro e a densidade da part cula a velocidade dos gases o comprimento do cone e o di metro de sa da diminuindo em fun o do aumento da viscosidade do g s e o di metro do corpo do ciclone Um tipo de ciclone muito utilizado na pr tica s o os multiciclones estes s o constitu dos por um agrupamento de pequenos ciclones que trabalham em paralelo Apresentam algumas vantagens em rela o aos ciclones conven
45. s o demasiado elevadas para um equipamento que se quer m vel e compacto Esta situa o seria ainda mais agravada para o caso de part culas com densidades e ou di metros menores Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 47 Dimensionamento do sistema de aspira o Ciclone No dimensionamento de ciclones podem ser considerados tal como no caso das c maras de sedimenta o dois modelos fluxo em bloco e fluxo em mistura Como se referiu acima os ciclones utilizam o movimento rotativo isto a for a centr fuga como m todo de separa o das part culas Esta pseudo for a n o mais do que o resultado da in rcia do corpo que faz com que a part cula queira seguir em frente ao mesmo tempo que outras for as a fazem mover numa traject ria curva Se um corpo se move numa traject ria circular de raio r com uma velocidade linear Uc ent o a sua velocidade angular w ser w 25 r E a for a centr fuga F pode ser dada pela seguinte equa o m Ug F m w2 r 26 r Para a formula o do problema necess rio usar a equivalente centr fuga da Lei de Stokes A Lei de Stokes pode ser obtida formulando a for a de arrasto que igual for a gravitacional menos a for a de flutua o Normalmente esta for a de flutua o pode ser desprezada por ser muito pequena Para se obter a equivalente centr fuga apenas necess rio substituir a for a gravitacional pela centr fuga
46. ser um captador de part culas de maior dimens o ao inv s da concorr ncia que apenas utiliza este tipo de componente como protec o ao filtro principal contra part culas que acidentalmente entrem no sistema No fundo passa se de um sistema com dois elementos filtrantes mais um de protec o utilizado pela concorr ncia para um sistema com tr s elementos filtrantes independentes que trabalhar o em conjunto para a filtra o de part culas solidas e gases Desta forma poss vel a utiliza o sem riscos do aspirador em ambientes mais agressivos como por exemplo na aspira o de uma rebarbagem de pe as met licas ou de corte de pedra entre outras De real ar que n o ser o abordados neste cap tulo quaisquer aspectos construtivos relativos aos componentes e sistemas que v o ser dimensionados seleccionados ficando essa especifica o para o cap tulo seguinte O estudo destes elementos apresentado de seguida Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 11 Dimensionamento do sistema de aspira o 4 1 Sistema de capta o e transporte O sistema de capta o e transporte do aspirador constitu do por um elemento respons vel pela capta o dos poluentes e um elemento respons vel pelo transporte dos poluentes at aos elementos filtrantes 4 1 1 Sistema de transporte O sistema de transporte do aspirador ser constitu do por um tubo flex vel para que se possa movimentar de encontro ao foco polu
47. sistema de aspira o fluxo em mistura Ls e iriuxo em bloco 24 No caso part culas de pequena dimens o lt 10um os dois modelos d o respostas similares em termos de efici ncia J para part culas de maior dimens o as diferen as tornam se maiores e os dois modelos d o respostas diferentes Imaginando por hip tese a separa o de part culas p de pedra com uma densidade 1600 kg m e um di metro t pico de 100um e aplicando com o aux lio do Excel as equa es acima descritas para o c lculo das dimens es necess rias para a c mara separar as part culas do ar verificou se que para a obten o de uma percentagem de 100 de capta o segundo o modelo fluxo em bloco ser necess ria uma c mara de 950mm de comprimento por 950mm de largura Tabela 9 De ressalvar que a c mara poder ter outra propor o que n o um cubo mas o comprimento e a largura fazem variar na mesma propor o o di metro de part culas que poss vel colectar Tabela 9 Rendimento de uma c mara de sedimenta o de 950x950mm Part culas um n Fluxo em bloco n Fluxo em mistura 1 0 0 10 1 1 20 4 4 30 9 9 40 17 15 50 26 23 60 38 31 70 51 40 80 67 49 90 85 57 100 100 65 120 78 140 87 150 91 Este facto permite concluir que est solu o n o vi vel j que as dimens es necess rias para que a c mara possa cumprir o seu servi o
48. suas partes principais 2 6 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas An lise de mercado e de solu es 3 2 1 Conjunto de transporte e capta o O conjunto de transporte e capta o constitu do pela hotte e pelo bra o de transporte articulado A hotte respons vel pela capta o das part culas que se pretende captar e tratar O seu formato usual o c nico provavelmente pelo facto de se procurar garantir uma uniformidade de aspira o em todas a direc es Normalmente existe na entrada da hotte uma rede de protec o cujo objectivo proteger o equipamento contra part culas de grandes dimens es tais como papeis pl sticos luvas bon s etc que possam entupir e ou danificar o equipamento O bra o de transporte o respons vel pelo transporte das part culas desde o ponto de capta o at ao conjunto filtrante Tem normalmente 9 graus de liberdade permitindo ao bra o movimento de rota o em torno do seu eixo na liga o carca a movimento de rota o em cada uma das r tulas duas e dois movimentos esf ricos na liga o com a camp nula Estes 9 graus de liberdade permitem um posicionamento gil e preciso do conjunto Para que o bra o se movimente e se fixe na posi o pretendida necess rio um sistema de movimenta o e fixa o do bra o este na maioria dos casos constitu do por um conjunto de barras que dividem o bra o geralmente em 2 partes e que ligadas por
49. 0 AIREX 3 00 1 3 00 Macho Acoplador Ar Jap R 1 2 51 315 60 AIREX 8 25 1 8 25 Tubo Flexivel HELIFLEX PU METAL 3m HELIFLEX 25 81 3 77 42 Rodizio GAYNER 33 976 FD RODALGES 9 87 2 19 74 Rodizio GAYNER 33 974 FD RODALG S 8 38 2 16 76 Vedante espuma 4m A CAQUANT 5 00 4 20 00 TOTAL 2 903 63 92 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Conclus es 6 Conclus es A realiza o do presente projecto permitiu adquirir conhecimentos nas mais diversas reas atrav s de experi ncias de trabalho que s um projecto completo como o de uma tese de mestrado poderia providenciar O tema proposto um sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas foi bastante interessante e aliciante pois permitiu estudar e obter uma pan plia de conhecimentos Como todo o in cio a articula o das diferentes reas de conhecimento n o foi f cil tendo em considera o a tarefa a desenvolver Uma boa organiza o num trabalho desta envergadura foi considerada crucial bem como a defini o de objectivos claros e tang veis No que ao trabalho desenvolvido diz respeito para cumprir os objectivos definidos o sistema foi desmembrado em cinco partes principais com os resultados que se seguem O sistema de capta o e transporte consiste numa hotte circular com 226mm de di metro com uma capacidade de captar at uma dist ncia de 350mm de dist ncia e que acoplada
50. 08 1 COL 270W Aarosil erecoating fimo de tor cg aro exaust o amin lt 1 modia lt 10 coco 48 06 08 COL20BTF Rematimerto com tation Corte laser om plexigiass xmin lt 1 media lt 10 adererte aggomerate 24 30 0A 0 5 OOL 270m Ageoail preco sing in continuo P de carv o 72 1 12 COL ATOR AL P de alum nio adorno explosivo 30 48 05 08 COL 2708 AL Aarosil procoming P de alumina 18 30 03 05 COL 2Z7OB AL Aarosil precoating P de tijolos 48 05 08 COL2OW Figura 78 Pag 1 Cat logo ALTAIR selec o de material filtrante 106 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Anexos Negro fumo rigosc pico 18 30 03 05 COLZTOBTE Agrosil precoating P de ferra fundida aglomeranto 30 48 06 08 COLZTOW Aaroall precoating P de cer mica 4 0 08 1 COL 2708 P de agia 10 40 Higrosc pico w 0 5 08 COL270B TF P de caf 6 72 1 12 OOL 2708 P de tera 48 60 08 1 COL 2708 P de imentos agomerane 30 48 05 08 COL 270B TF Asroail precoatng P de ferilizanes 39 48 05 08 OOL270W P de gesso 30 48 05 0 8 COL 270W P de couro oletmst tico 45 60 08 1 OOL 2708 AL Calcom peda 30 60 65 78 11 1 3 COL 2708 P de m rmore lt 50 olotrost tico wW 48 05 08 OOL 270B AL P s met licos oleosos lt 200 48 50 08 0 83 COL 2708 0WR Aerosil presoating P s met licos secos lt 200 eletrost tico 72 1 12 COL 270B AL P de smoladu a metais lt 20 eletrost rico 0 72 1 12 COL 2708 AL
51. 0mm e L 170mm 4 Redu o quadrangular 170x170mm para 100x100mm e L 50mm 5 Tro o recto rectangular 460x60mm e L 203mm 6 Tro o recto rectangular 460x60mm e L 100mm 7 Tro o recto rectangular 460x60mm p e L 779mm 8 Entrada c mara do filtro 4xAberturas de 460x50mm 9 Tro o recto rectangular 1200x100mm e L 650mm No c lculo de todos os elementos de condutas foram utilizados os gr ficos e tabelas de perda de carga do manual de dimensionamento de condutas de ventila o do SMACNA que se encontram no Anexo E Utilizando a tabela 14 6 que mostra a perda de carga por metro de conduta poss vel calcular a perda de carga no elemento 1 AH tendo como entradas da tabela o Caudal Q 1500 m h a velocidade do escoamento U 20 72 m s e o di metro da conduta 160mm O valor obtido o seguinte AH 29 Pa m Tendo a conduta um comprimento de 100mm obt m se uma perda de carga no elemento n 1 de AH 29 0 100 2 9 Pa 0 29 mmca Recorrendo as tabelas respectivas e por m todos andlogos ao agora apresentado foram calculas as respectivas perdas de cargas dos restantes elementos Com as perdas de cargas dos elementos calculadas apenas necess rio proceder a soma destas para se conhecer a perda de carga no sistema AH orar O resultado dos v rios c lculos de perda de carga assim como a perda de carga total encontram se expostos na Tabela 14 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 59 Dimensio
52. 4 5 1 Selec o do Ventilador No que diz respeito ao dimensionamento do ventilador e visto que j se encontra definido o caudal Q 1500 m h necess rio calcular a perda de carga ao longo do sistema ou seja a energia que o ventilador precisa transferir ao ar para que este ven a todos os acidentes ao longo do sistema Foram previamente calculadas as perdas de carga nos principais elementos que comp em sistema hotte de entrada ao longo do tubo flex vel nos ciclones e no filtro principal pelo que resta ent o calcular as perdas nas condutas de liga o entre os v rios elementos Por observa o da figura abaixo Figura 36 que uma representa o simples do sistema de aspira o que se quer implementar poss vel fazer o levantamento dos elementos cuja perda de carga se pretende calcular anig Figura 36 Representa o do sistema de aspira o 58 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o Calculando passo a passo a perda de carga e come ando por fazer um levantamento de todos os elementos de conduta utilizados e expondo os sob a forma de tabela Tabela 13 temos Tabela 13 Elementos de liga o entre o tubo flex vel e os ciclones Elemento Dimens es 1 Tro o recto redondo 160mm e L100mm 2 Entrada curva 160mm para 170x170mm 3 Curva a 90 redonda conduta quadrada Raio de curvatura 17
53. 5 3 TRIER oih ei a RA ices EE E AEREAS DER RE E 79 5 4 Sistema de capta o e transporte a sizes des furados ja asas gde tate ox 82 5 5 Filtro carv o acti 0 inienn e e Mees e a an at 86 5 6 Acess rios do ASPITAGOT 5cisicssdasdvsssicacsaidesaaasesacsvensdcesgagesedancessdeda ss seenetacess 87 5 7 Caracter sticas gerais do equipamento ri 90 6 ONCIAS ES xi sica seats sue ctanen aT oe Dia Dt as dean cia nar a AES 93 T Propostas de trabalho futuro cicisciasyscesssdceadscensdaacssuncea es devedacssussaaevanescevs seaeaacsde ses 95 8 Bibliografia ar RR RR teva ERR E UA RR RD ORE OUR ORE A eNit 96 9 Referencias cuiuisazesninspaisssioacapion ga Dadas Lag d o she add SI Dos SENTA ana Sb IA beat ipa dis Ar ee 98 ANEXOS ds aceita Da re pah ik ok DAE a Ne ae or Do GE a an Nada da 100 AMEX 5 CE BG IEG Pai POR eC 101 ALOE Beisecui cca marisa E E ac O tado Dada d epa asa 105 ANEXO af aa A NR ta Be ctr a ae ued TE ES 108 PEK DD A esha deste eas aaa eases Np hae ase ales oping die aed sed gta ened 112 ANEXO Files oras pao tau ta ob A dal saat cutee SU ac aa diate dedea tt aah cis 118 ANEXO Bien 2 A BE NG BGA dG OLN BEM EO Ca 120 AMIGO A Be can aa a DL a a dsatscatle tie tes 128 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas ix ndice de Figuras ndice de Figuras Figura 1 Evolu o do nivel de CO2 emitidos nos EUA 1 1 Figura 2 Ilustra o de um aspirador m vel tipo e s
54. Assim e visto que a gama tamanho das part culas que se encontra dentro dessa gama e como n o se tratam de dispositivos em que a ordem de precis o exigida elevada conclui se que se pode usar a lei de Stokes com seguran a para o c lculo dos dispositivos de separa o Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 111 Anexos Anexo D Fundamentos Te ricos do dimensionamento de Ventiladores Diagrama de velocidades Nos ventiladores como em todas as turbom quinas uma part cula de fluido em contacto com a p do rotor n o tem a mesma traject ria que a do ponto do rotor com a qual a cada instante entra em contacto Ao mesmo tempo que o ponto da p descreve uma circunfer ncia a part cula percorre uma traject ria sobre a superf cie de p movimento relativo A composi o desse movimento relativo e do movimento simult neo do ponto da p movimento de arrastamento resulta no movimento absoluto da traject ria da part cula Para um determinado ponto M correspondente a uma part cula de fluido em contacto com a p podemos caracterizar o movimento pela velocidade ao longo da traject ria correspondente Na Figura 82 poss vel ver o digrama de velocidade para os pontos 1 entrada 2 sa da e M ponto aleat rio de uma p de um ventilador TRAJ ABSOLUTA PERFIL DA P TRAJ RELATIVA f Figura 82 Diagrama de velocidades na p de um ventilador 11 O diagrama de velocidades form
55. P s tarmactutioos lt 60 30 48 05 08 COL Z70m Aasi precoating P s pl sticos lt 200 dotrostation 48 00 08 083 COLZTOB AL P s de PVC lt 200 etotrost tico 48 60 08 1 COL 2708 AL Pimura a p lt 50 eletrost rico 45 60 08 1 COL 270B AL P de corte borr acha agiomorante 4 0 0 8 1 coLzrow Arcail precoating Sal em p 30 3 05 058 COLZT0B AL Tratamento jato de areia metais lt 200 5 0 0 9 1 COL2708 Serragem lt 200 6 72 1 12 OOL 2708 Sica elstrost rico 45 60 08 1 COL 2708 AL Sitcwos elstrost rico 45 60 08 1 OOL 270B AL Purga s as prb mistradas para const ho 4 48 056 08 COL 270W Amido agomorato 30 48 05 0 8 COL 270w Agrosil precoating P de taco 18 34 03 0 65 O0 270W Aorosil precoating P de toner 22 34 036 056 OOL2708 AL Aaroail precoating Fumos de sokiaduaem a o oleoso lt 50 oleoso 3 48 06 08 COL 2708 TF Aorosil precos ingl Fumos de soldadura em a o decapado lt 50 decapado 48 60 Os 1 COL 270W P de polimento madeira lt 100 55 60 09 1 COL 2708 P de polimento pintura lt 50 elstrost rico 48 55 os 0 9 COL 2708 AL Mesciagem pigmentas tintas 3 40 056 066 OOL 270W P s de processo de desmante de fus es em temo 66 60 09 1 COL 2708 Purga s os p s pl sticos 38 48 063 08 COLON Rem uma obra tena ATA Ra pata de ero rma de cam peara E quo ory ir racomentames Popeda Ar le aprximacam ante 20 Para orm agies mala per mer erinacas comtactar o res Degaram T c PSA eco lee Figura 79
56. Pedro Otelo Igreja Magalh es Sistema de Aspira o e Tratamento de Part culas UMinho 2011 Universidade do Minho Escola de Engenharia Pedro Otelo Igreja Magalh es Sistema de Aspira o e Tratamento de Part culas Outubro de 2011 Universidade do Minho Escola de Engenharia Pedro Otelo Igreja Magalh es Sistema de Aspira o e Tratamento de Part culas Disserta o de Mestrado Mestrado Integrado em Engenharia Mec nica Especializa o em Tecnologias da Manufactura Trabalho realizado sob a orienta o do Eng Jos Joaquim Carneiro Barbosa e do Eng Lu s Fernando Sousa Ferreira da Silva Outubro de 2011 AUTORIZADA A REPRODU O PARCIAL DESTA DISSERTA O APENAS PARA EFEITOS DE INVESTIGA O MEDIANTE DECLARA O ESCRITA DO INTERESSADO QUE A TAL SE COMPROMETE Universidade do Minho _ _ Assinatura Resumo Resumo Este trabalho foi efectuado no mbito da conclus o do Mestrado Integrado do curso de Engenharia Mec nica da Universidade do Minho Foi proposto pela empresa Setimep na pessoa do Eng Henrique Gon alves o projecto de um sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas poluentes O presente relat rio encontra se dividido em 9 cap tulos Nos tr s primeiros cap tulos de caracter introdut rio s o expostas as bases do projecto No primeiro justificada a necessidade do equipamento aqui projectado destacando a problem tica da polui o do meio ambiente e
57. a o 4 2 6 Filtros Electroest ticos S o separadores que utilizam o princ pio da precipita o el ctrica como m todo de separa o de part culas A precipita o el ctrica um processo f sico segundo o qual uma part cula contida num fluxo gasoso carregada electricamente e sob a influ ncia de um corpo el ctrico separada da corrente gasosa O sistema bastante simples tal como se pode ver na Figura 20 consiste numa superf cie carregada positivamente ligada terra que vai funcionar como colector Pr ximo desta colocado um el ctrodo emissor carregado negativamente Suporte dos lementos de Alta Tens o isoladores de Alta Tens o Selagem d g s Placas cole Figura 20 Filtro Electroest tico 11 30 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o N Quando em funcionamento devido elevada tens o uma imensa quantidade de electr es saem do el ctrodo e bombardeiam as mol culas do g s pr ximas do mesmo A pot ncia deste bombardeamento faz com que se formem i es gasosos positivos e negativos que se deslocam para os el ctrodos de carga oposta por efeito do intenso campo el ctrico existente Os i es positivos retornam ao el ctrodo negativo e recuperam os electr es perdidos os i es gasosos negativos dirigem se para a placa colectora ligada terra e por isso positiva em rela o a estes Este facto faz com que a pa
58. a o articulado Isto acontece por data da elabora o deste relat rio n o havia ainda contacto firmado com um fornecedor especializado neste sector que auxiliasse no dimensionamento das molas para o bra o articulado O estudo de custos efectuado e que resultou na elabora o de um mapa de custos do equipamento encontra se sintetizado na tabela abaixo Tabela 16 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 91 Constru o do equipamento Tabela 16 Mapa de custos do sistema de aspira o Fornecedor UNIT QUANT PRE O Toba hode chapa METALOGONDE 1 600 00 1 1 600 00 Inclui material parafusos etc Cartuchos CAR325 PS1 600 175 COL270B ALTAIR 80 30 2 160 60 TF SV Carv o activo BI ON AC 5kg BIOCONSERVACION 4 13 5 20 65 Turbina Venturi do Ventilador FV 38 R2 S4 FLAKT SOLIVENT 290 00 1 290 00 Motor trifasico DRE100M2 FF P 2 2kW SEW 283 54 1 283 54 ED S1 nM 2880rpm Conversor de frequ ncia MOVITRAC LTE MCLTEB0022 5A3 4 00 SEW 285 35 1 285 35 REF 08297193 Temporizador com diferencial de a ASCO NUMATICS 48 56 1 48 56 press o Electrovalvula 1 2 SCG210C087 ASCO NUMATICS 28 98 2 57 96 o Anti retorno 1 2 346 02 ASCO NUMATICS 6 87 1 6 87 Passamuros 1 2 ASCO NUMATICS ASCO NUMATICS 4 93 1 4 93 Joelho Roscas FF 1 2 51 213 6
59. a comum aos dois tal como se pode ver por observa o da Figura 54 Figura 54 Representa o da entrada comum dos ciclones Na entrada dos ciclones logo a seguir redu o quadrangular procedeu se coloca o de uma chapa vis vel no destaque a vermelho da mesma figura O objectivo da coloca o desta chapa promover a separa o do caudal mais cedo de modo a evitar que o ar circule preferencialmente por um dos ciclones provocando um desgaste n o uniforme do sistema Al m disso serve como ponto de refor o do local onde ocorre a separa o das chapas ponto azul da mesma figura sem a exist ncia da chapa este seria o ponto onde iria ocorrer embate das part culas por ser o ponto de separa o e que iria sofrer maior desgaste rompendo e abrindo rapidamente um ponto de fuga de ar no sistema comprometendo o Com a aplica o desta chapa as part culas ter o de ir comendo a chapa at chegar a esse ponto A constru o soldada dos ciclones ser em chapa de 2mm pelo facto de se tratar de um elemento que estar sujeito a desgaste devido passagem de part culas importante que este seja refor ado Os ciclones ter o na sua base quatro refor os comummente denominados de cachorros Figura 55 o objectivo da coloca o destes elementos proporcionar uma protec o contra a flambagem dos ciclones devido a choques acidentais e ou ao pr prio peso do conjunto dando lhes quatro pontos de apoio adicionais
60. a no ciclone Uj de 19 m s e a perda de carga no ciclone AH cictone de 140 5 mmca Na tabela abaixo Tabela 11 est o resumidas as caracter sticas geom tricas do ciclone Tabela 11 Dimens es do Ciclone seleccionado Dimens es Ciclone mm D 200 B 75 De 150 H 150 Le 400 Se 25 Ze 400 Je 50 J na Tabela 12 est demonstrado o rendimento esperado com a utiliza o de dois ciclones em paralelo com as dimens es indicadas na tabela acima Tabela 11 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 51 Dimensionamento do sistema de aspira o Tabela 12 Rendimento do Ciclone Dpart um nbloco n mistura Como se pode verificar com dois ciclones em paralelo poss vel obter uma solu o compacta o conjunto tem dimens es aproximadas de 400x200x800mm com uma efici ncia de cerca de 10x melhor que o necess rio j que em termos te ricos este conjunto conseguir com um rendimento de 100 captar part culas a partir de 12um quando o m nimo seria de 100um Desta forma obt m se uma protec o mais eficiente ao filtro principal levando a uma maior durabilidade deste isto tudo com uma perda de carga aceit vel tendo em conta o tipo de equipamento 52 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o 4 4 Filtro remo o de odores O filtro de remo o
61. ado pelos vectores U W e V A velocidade tangencial U tangente circunfer ncia descrita pelo ponto M da p pode ser dado pela seguinte f rmula U Q r 50 112 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Anexos Em que Q o seu modulo e dado pelo produto da velocidade angular e o raio r N correspondente ao ponto M Q 1 n 30 rad s W corresponde velocidade relativa isto velocidade da part cula no ponto M percorrendo a traject ria que corresponde ao perfil da p V velocidade absoluta dado pela soma geom trica das duas anteriores e tangente traject ria absoluta no ponto M O diagrama fica completo com a indica o de e ngulo a que V forma com U e Angulo B que W forma com o prolongamento de U em sentido oposto o ngulo da p no ponto considerado 2 e A projec o de V sobre U isto a componente perif rica de Ve que representada por V Esta grandeza aparece na equa o da energia cedida pelo rotor ao fluido e A projec o de V sobre a direc o radial Vn Esta componente interv m no c lculo do caudal do ventilador Os diagramas de velocidades mais importantes s o os de entrada e sa da das p s do rotor pois representam as grandezas que aparecem na equa o de Euler conhecida como a Equa o de Energia das Turbom quinas Equa o da Energia Se for aplicada uma pot ncia P pelo rotor a uma massa de g s
62. angas filtrar part culas com dimens es at 0 2um 28 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o 4 2 5 Precipitadores T rmicos Os separadores por precipita o t rmica t m como mecanismo de separa o a temperatura O princ pio o de que quando um corpo pelo qual passa uma corrente de ar polu do aquecido produzida uma zona livre de part culas volta deste O tamanho desta zona directamente proporcional ao gradiente de temperatura entre o corpo e o fluxo gasoso Assim a aplica o de um corpo quente num fluxo de ar carregado com part culas faz com que as part culas se desviem da sua traject ria podendo ser captadas Este princ pio pode ser observado na Figura 19 Ar Poluido Corpo Quente Capta o de Part culas Ar Limpo Figura 19 Mecanismo de funcionamento de um precipitador t rmico A efici ncia deste tipo de separadores aumenta com a diminui o do tamanho das part culas menos in rcia para vencer e tem uma perda de carga m nima Contudo este tipo de separador apenas utilizado para a recolha de pequenas amostras ou seja em pequena escala visto que o aquecimento e manuten o de um corpo de dimens es consider veis a uma temperatura elevada t m custos demasiado elevados para que possa ser aplicado a n vel industrial Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 29 Dimensionamento do sistema de aspir
63. aplica es industriais correntes Ultrassons Permite colecta de materiais hidrosc picos Projecto constru o e instala o dif cil e caro Custos de instala o e de manuten o elevados Boa efici ncia p pequenas part culas at Necessita limpeza peri dica 0 2um Filtros de Projecto constru o e instala o simples Possibilidade de entupimento com grandes Mangas concentra es de p e em p s hidrosc picos Relativamente Compacto Baixo n vel de manuten o Perda de carga relativamente elevada Boa efici ncia p pequenas part culas 1 um Sistema relativamente caro Projecto constru o e instala o relativamente Colector samples H mido Utiliza o em Elevadas concentra es de Transforma o de um problema de tratamento poluente de ar para um de tratamento de gua Utiliza o em altas temperaturas Alta efici ncia p pequenas part culas at Entupimento com grandes concentra es de p 0 2um e em p s hidrosc picos Filtro de Projecto constru o e instala o simples Elemento filtrante mais fr gil Cartuchos Muito compacto Necessita limpeza peri dica Baixo n vel de manuten o Perda de carga relativamente elevada Equipamento econ mico Alta efici ncia p pequenas part culas melhora Necessidade de materiais que aguentem altas com a diminui o do tamanho das part culas temperaturas Precipitadores Custo de fabrico elevado T rmicos Perda de carga muito reduzida Custo
64. as gerais o aspirador ter o seguinte aspecto Figura 74 Figura 76 Ilustra o geral do aspirador Um resumo das principais caracter sticas do equipamento pode ser visto na tabela abaixo Tabela 15 Caracter sticas gerais do aspirador Principais caracter sticas do aspirador Caracter stica Valor Caudal m h 1500 Area Filtrante m 20 Unidade Filtrante Ciclones Filtro de cartuchos Filtro de carv o activado Pot ncia Motor kW 2 2 Ruido Motor DBa 69 Comprimento bra o m 3 Di metro tubo flex vel mm 160 Peso kg 250 90 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Constru o do equipamento As dimens es gerais do aspirador s o as seguintes Em termos de custo do equipamento foi efectuado o estudo do custo dos constituintes do equipamento motor tubo flex vel rod zios etc os pre os foram obtidos por contacto directo com o fornecedor foi tamb m feita um primeira aproxima o ao pre o da constru o do equipamento em parceria com o principal fornecedor Setimep ao qual geralmente contratado o fabrico dos equipamentos projectados pela Setimep Com estes dois par metros determinados foi poss vel fazer o levantamento do custo geral do equipamento tendo sido elaborado um mapa de custos dos v rios constituintes do equipamento De real ar que neste mapa n o se encontra uma estimativa de custo das molas do br
65. ativo o seu tempo til de vida Ter Para al m de conseguir captar as part culas com o tamanho pretendido o pr separador deve ser e Compacto e Manuten o m nima e Sem consum veis e Leve e Baixo custo Recorrendo Figura 22 e tendo como refer ncia a necessidade de separa o de pelo menos 100um poss vel fazer uma pr selec o dos tipos de separadores de part culas adequados para servir de pr separador ess Ultrasonics very limited industrial application m t 4 Centrifugal Separators uid Scubbers High Efficiency Air Filters Thermal Precipitation Particle Diameter Micrometers Figura 22 Mecanismos de capta o e recolha de particulas por tamanho 8 Verifica se a exist ncia de 3 tipos de separadores indicados para a capta o pretendida as c maras de sedimenta o separadores centr fugos ciclones e separadores por impacto ou choque Em primeira inst ncia importante perceber o modo de funcionamento de cada um destes tipos de separadores Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 37 Dimensionamento do sistema de aspira o 4 3 1 C maras de sedimenta o youd Figura 23 Camara de sedimenta o 10 C maras de sedimenta o Figura 23 s o um tipo de separadores que utiliza a gravidade como m todo de separa o das part culas do ar De forma b sica s o constitu dos por uma c mara longa que promove a desacelera o
66. btendo se o seguinte gr fico Figura 44 Bin rio vs Velocidade de rota o O 500 1000 1500 2000 2500 2880 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 Velocidade de rota o N rpm ha nn Q j E zZ a 2 E a Figura 44 Grafico cruzamento carga ventilador com motor Como se pode verificar pelo grafico as duas linhas cruzam se no ponto de 2916 rpm e bin rio 5 17 N m este o ponto em que o motor vai accionar o ventilador e denominado de ponto de funcionamento Neste ponto de funcionamento a velocidade n o corresponde necess ria 3500 rpm existem duas formas de contornar o problema atrav s do uso de uma desmultiplica o geralmente correias e polias ou atrav s do uso de um variador de frequ ncia Visto que o uso de uma transmiss o ir aumentar em muito o espa o ocupado pelo sistema optou se pelo uso de um variador de frequ ncia Assim sendo necess rio calcular qual a frequ ncia de acionamento para que o motor rode a 3500 rpm Tra ando uma perpendicular passando pela velocidade a que se pretende acionar o ventilador 3500 rpm verifica se que a nova velocidade de sincronismo do motor Ns de 3796 rpm tal como se v na Figura 45 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 67 Dimensionamento do sistema de aspira o co 2 ls ca O 500 1000 1500 2000 2500 2880 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 Velocidade de rota o N rpm
67. ca a do ventilador em duas partes Esta separa o tem como objectivo permitir o acesso ao interior do ventilador permitindo a instala o manuten o e substitui o tanto da turbina como do venturi deste A liga o entre as duas partes Figura 49 efectuada por parafusos e var es roscados intermediados por uma junta de esponja que vai promover a estanquicidade do sistema garantindo desta forma a efici ncia do ventilador em funcionamento Figura 49 Liga o soldada ventilador O motor do ventilador encontra se directamente ligado carca a do ventilador utilizando parafusos para fixa o Figura 50 tal como est referido no cap tulo que se refere ao dimensionamento do ventilador O motor que tem uma flange de 200mm a mais pequena dispon vel ficar colocado entre os dois ciclones Figura 50 conseguindo se desta forma uma grande redu o do espa o necess rio Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 73 Constru o do equipamento Figura 50 Fixa o motor do ventilador A chapa de suporte dos cartuchos Figura 51 de 3mm uma vez que ter de suportar o peso dos cartuchos assim com a constante press o e contra press o originada pelo funcionamento do sistema de aspira o A fixa o dos cartuchos chapa feita por interm dio de var es roscados M10 tal como recomendado pelo fabricante que est o soldados chapa de suporte Figura 51 Chapa suporte cartucho
68. cionais menor perda de carga para efici ncias equivalentes maior efici ncia menor custo menor espa o necess rio e melhor resist ncia eros o Os multiciclones apresentam efici ncia muito alta e uma excelente qualidade de separa o devido aos pequenos di metros perda de carga aceit vel conseguidos pelo elevado n mero de unidades que os comp em Contudo apresentam um problema s rio que o aumento da probabilidade de entupimento Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 41 Dimensionamento do sistema de aspira o 4 3 3 Separadores por impacto ou choque Figura 28 Separador por impacto ou choque 11 Os separadores por impacto Figura 28 s o separadores que usam o choque como mecanismo de separa o S o constitu dos por uma malha de fibras met licas como por exemplo malha de a o com uma espessura de 100 150mm pela qual o ar obrigado a passar e atravessar Devido aleatoriedade de distribui o das fibras met licas o ar submetido a in meras mudan as de direc o o que provoca o choque das part culas com as fibras met licas levando aglomera o das part culas Assim as part culas ficam retidas no filtro o que implica que este tem de ser lavado ou substitu do para manter a sua efic cia Este tipo de separadores s o maioritariamente utilizados na captura de part culas e fluidos oleosos A sua utiliza o desaconselhada para gases com grandes concentra es de
69. compress o que se verifica neste t o reduzido que pode ser desprezado Os ventiladores podem ser classificados de v rias formas sendo as mais correntes a Segundo o n vel energ tico de press o que produzem podem ser de e Baixa press o Press o efectiva at 200 mmca e M dia press o Press o efectiva de 200 a 800mmca e Alta press o Press o efectiva de 800 a 2500mmca e Muito alta press o Press o efectiva de 2500 a 10000mmca Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 55 Dimensionamento do sistema de aspira o 56 b Segundo a modalidade construtiva podem ser Centr fugos As part culas gasosas descrevem uma traject ria normal ao eixo do ventilador isto em espiral Figura 34 a Fornecem press o est tica em fun o do caudal movimentado H lico Centr fugos As part culas gasosas descrevem uma traject ria helicoidal Figura 34 b e c Axiais As part culas gasosas descrevem uma traject ria paralela ao eixo do ventilador Figura 34 d Trabalham com diferen as de press o nulas ou baixas Centrifuaas Helicoidais Helico axiais Axiais Figura 34 Ventiladores por tipo de constru o 11 c Segundo a forma das p s P s radiais rectas Robusto movimenta grandes cargas de part culas ideal para trabalho pesado e tem rendimento baixo Figura 35 a P s inclinadas para tr s curvas usado para gases limpos silencios
70. de temperatura hidroscopia etc Um filtro de mangas consegue dependendo do tipo de material de que s o constitu das as mangas captar part culas com dimens es at 0 2 um A perda de carga t pica deste tipo de equipamentos da ordem dos 100 150 mmca Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 25 Dimensionamento do sistema de aspira o 4 2 3 Colectores H midos Os colectores h midos geralmente denominados por vias h midas s o equipamentos cujo mecanismo de colecta consiste em fazer contactar o fluxo de g s sujo com as gotas de um fluido geralmente gua que pulverizada sobre o fluxo de ar part culas especialmente utilizado no tratamento de gases com grande concentra o de p ou em gases a temperaturas muito elevadas Um exemplo deste tipo de colectores pode ser visualizado na figura abaixo Figura 16 aumnador Aspersores e gotos ida r c m poeira f ff f k Add Portinhola para limpeza Figura 16 Exemplo de colector h mido 11 O funcionamento base deste tipo de equipamento o seguinte Introduzindo se no fluxo gasoso gotas de grande dimens o 50um de um qualquer fluido as part culas do g s polu do aderem s gotas do l quido se entrarem em contacto com este O conjunto l quido p posteriormente separado do fluxo gasoso Um separador h mido completo constitu do por v rias partes como se pode ver por observa o d
71. de Reynolds e Cy pode ser dada por 24 C FOIA Renna me Reparticula Part culas demasiado pequenas para a aplica o da lei de Stokes Quando as part culas se tornam demasiado pequenas outro dos princ pios que levaram lei de Stokes torna se impreciso A lei de Stokes assume que um fluido onde uma part cula se move um meio cont nuo A realidade que gases e l quidos e s lidos reais n o s o verdadeiramente meios cont nuos visto que s o constitu dos por tomos e mol culas Se uma part cula que viaja no fluido bastante maior que os espa os entre os tomos e as mol culas do fluido a interac o entre os dois id ntica que se verificaria se o fluido fosse um meio cont nuo medida que se reduz o tamanho da part cula para a ordem do espa o intermolecular do fluido o modo como a part cula interage com as mol culas do fluido altera se Quando uma part cula tem um grande n de colis es moleculares por unidade de tempo a maioria das mol culas faz uma reflex o especular Figura 81 com o ngulo de reflex o igual ao raio de incid ncia Se o n de colis es pequeno uma frac o significativa das mol culas da colis o absorvida na superf cie da part cula e mant m se l o tempo suficiente para que se esque am da direc o de onde vieram Neste caso a reflex o difusa Figura 81 ou seja aleat ria 110 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Anexos
72. de import ncia Uma arruma o cuidada e criteriosa de todos os componentes do sistema ser vital para a ocupa o do menor espa o poss vel e Fabrico Custo essencial que a produ o seja o mais simples poss vel de forma a minimizar o custo de produ o deve estar tamb m facilitado o acesso a todos os componentes e consum veis para se obter um equipamento de f cil manuten o e amigo do utilizador e Est tica A est tica do equipamento outro ponto a ter em considera o visto que este se destina comercializa o Considerando que nesta fase o n vel de produ o deste equipamento ser unit rio ser o desde logo exclu das tecnologias de fabrico que necessitem a compra de equipamentos espec ficos Assim pode afirmar se que os processos de fabrico preferenciais ser o a soldadura e o corte dobragem e quinagem de chapa pois s o processos que regra geral utilizam equipamentos bastante flex veis e que permitem a fabrica o de componentes com todo o tipo de geometria O tipo de soldadura ser TIG ou MIG consoante o existente nos eventuais fornecedores consultados no entanto ser privilegiado o uso da soldadura TIG visto que com esta se obt m soldaduras de melhor qualidade especialmente quando se trata de chapas de baixa espessura Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 69 Constru o do equipamento O material privilegiado ser o S235JR segundo a norma europeia S37
73. de odores destina se tal como o seu nome evidencia a remover os odores do ar retirando lhe os produtos qu micos gasosos nocivos O tipo de filtro de remo o de odores mais utilizado o de carv o activo Figura 31 pela sua efic cia versatilidade disponibilidade e pre o bastante competitivo Figura 31 Carv o Activo 15 O carv o activo tem essencialmente dois constituintes o carv o vegetal e carbono activo o seu processo de fabrico consiste em duas fases carboniza o e activa o na primeira carboniza o materiais ricos em carbono tais como a casca de coco cascas de frutos secos madeira etc s o secos e carbonizados de forma a separar o carbono dos restantes tipos de materiais a carboniza o ocorre a uma temperatura 400 600 C numa atmosfera pobre em oxig nio de forma a restringir a combust o Depois desta fase as part culas s o activadas Esta activa o ocorre pela exposi o das part culas carbonizadas a um agente activador tal como vapor a alta temperatura O vapor faz com que a estrutura destas passe para uma estrutura tipo grafite tridimensional altamente porosa Figura 32 Atom Part ot amolecule London Disperson Fores Van der Waals Force b Part of Ciranhite Platelet Figura 32 Estrutura tipo do carv o activo 16 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 53 Dimensionamento do sistema de aspira o O tamanho dos poros fun o do tempo que a
74. de peso espec fico y este g s adquire uma energia H altura de eleva o gra as qual tem condi es de escoar segundo um caudal Q Pode se escrever que P y Q He 50 Leonarde Euler deduziu a equa o da energia H cedida pelo rotor unidade de peso de fluido U2 Vy U1 Vy HS 51 g Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 113 Anexos Na grande maioria dos casos o rotor projectado de modo a que a entrada do fluido seja radial o que elimina o termo negativo a 90 simplificando a equa o de Euler ficando da seguinte forma Doe Vos He 52 g Pelo diagrama de velocidades temos que E o 18 y 7 4 ana 53 tan p Ficando U 2 He SR q 54 Observa se portanto a import ncia fundamental do que se passa sa da do rotor e por consequ ncia da velocidade de sa da Uz e do ngulo de inclina o das p s sa da do rotor 85 Se for aplicada a equa o de Bernoulli aos pontos de sa da e entrada do rotor chegaremos a uma express o para a altura total de eleva o H til na an lise do que acontece no rotor do ventilador Assim temos U2 U W y W2 W 2 1 2 2 1 1 H 55 29 29 29 ps A energia cedida pelo rotor ao fluido pode ser apresentada de duas formas e Energia de press o press o est tica dada por P P U U W W Hy Eee Sc 56 Y 2g 2g e Energia din mica ou cin tica dada por V A Ve H 57
75. dicular de A da linha BC 73 Ou seja o bra o em rela o a A da for a F na mola BC por outras palavras a dist ncia perpendicular de A da linha BC 2 rea do triangulo ABC dist ncia perpendicular de A da linha BC DG 74 No entanto a rea do triangulo ABC igual a 1 gt b c sin0 75 2 Assim sendo o bra o da for a F em rela o a A b c sin 76 a O momento necess rio m g r sin6 por isso para existir balanceamento necess rio que F b c sin6 a m g r sin6 77 ou Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 121 Anexos F a 78 Por outras palavras a tens o F na mola proporcional ao seu comprimento a tal como referido anteriormente o k da mola k mgr bc Para que a tens o F seja zero a tamb m tem de ser zero isto a mola tem de ter comprimento livre zero Comprimento livre zero ent o o principal requisito para um balanceamento perfeito Uma mola com zero comprimento livre zero uma mola que exerce uma for a igual a zero quando o seu comprimento zero Como l gico n o existe nenhuma mola que consiga contrair at ao comprimento zero porque em algum momento as espiras da mola v o tocar uma na outra e a mola n o se pode contrair mais Molas de zero comprimento livre s o fabricadas introduzindo na mola uma pr tens o de modo a que se fosse poss vel contrair a mola para al m do m nimo o ponto de equil brio ocorreria no pont
76. do objecto ao mesmo tempo que lhe permite movimentar se rapidamente quando necess rio Existem v rios tipos de dispositivos deste g nero os contrapesos os mecanismos de molas e os mecanismos de barra e mola Este ultima um dos mecanismos mais utilizados na movimenta o de bra os de aspira o pelo facto de ser um mecanismo compacto leve e de baixa in rcia Os mecanismos de barra e mola foram desenvolvidos por George Cawardine no in cio do s culo XX sendo a aplica o mais conhecida dos mecanismos de barra e mola a dos candeeiros de secret ria Figura 66 x i Figura 66 Candeeiro de mecanismo de barra e mola 18 O dimensionamento do mecanismo barra e mola utlizado nesta aplica o encontra se descrito no Anexo F Real ando os aspectos construtivos mais importantes do bra o articulado pode se come ar por destacar a fixa o deste ao aspirador nomeadamente uni o rotativa Tal como se verifica na Figura 67 a liga o do bra o articulado ao bra o efectuada por uma flange adaptada qual est soldada metade da base dois refor os e um casquinho A fun o dos refor os e do casquilho a de garantir a manuten o do espa amento entre as duas partes da base do bra o 84 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Constru o do equipamento Figura 67 Ilustra o liga o do bra o articulado As barras do bra o articulado s o em alum nio o objectivo da utiliza
77. do Bra o m Di metro do tubo mm Pr Manga flex vel do bra o Sistema de aza do SA pai AG Mec nico resistente chama Carv o activado opcional E SRA 1600 ou 2360 a 3950 SKW 1200 ou 1800 SRA 1 1 ou 2 2 SKW 0 75 ou 1 1 pend 680 750 1225 700 700 1300 SRA 62 ou 63 SKW 75a 78 SRA 110 ou 135 SKW 135 ou 140 102 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Anexos Clean Go Cleaning No Smoke Tipo de filtro mac nicos carv o Filtro de cartuchos PTFE ano Filtoo 2500 EMK 1500 Clean Go 1380 ou 1420 e Mh StrongMaster 3000 MFC 1200 Cleaning No Smoke 1600 ou 2000 JetClean 1100 a 1600 EM 75 Clean Go 1 1 Cleaning No Smoke 1 1 ou 2 2 JetClean 0 75 a 2 2 Go 700 1038 738 Cleaning No Smoke 810 810 1150 cair os too FMR ee StrongMaster 70 Pepa 74 ou 76 JetClean 71a75 il Clean Go 2 5 Filtoo 160 EMK 125 a 160 Clean Go 150 StrongMaster 160 MFC 125 a 160 ici sap M1 125 a 160 EMK 118 MFC 119 Cemig No Smoke 148 ou 176 M1 169 JetClean 125 a 160 so de Filtoo Manga flex vel Manga Fl xivel M1 aaa StrongMaster v rios Lav ve pa EA RS Ms Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 103 Anexos Filtro HEPA ou mecanico te ou Celulose PHS 1275 Master PCFS 1275 ter Master 2a 4 Filter Master XL 2 a 4 200 M N o 104 Sistema m vel de aspira o
78. do agora o modelo de fluxo em mistura assume se que o fluxo de g s est totalmente misturado no eixo z e n o misturado no eixo x ver Figura 29 Isto porque a mistura na direc o x tem um efeito quase nulo na efici ncia de capta o Considera se agora uma sec o da c mara de sedimenta o com um comprimento dx Nesta sec o a frac o de part culas n que passam e que chegam ao solo ser igual dist ncia vertical que a part cula cai por efeito da gravidade dividida pela altura da sec o o que pode ser escrito como U d Frac o colectada n a ai 17 A altera o da concentra o c de part culas que passa pela sec o de Cc U y dy Eee 5 18 G c n H O tempo d que em m dia a part cula passa nesta sec o de dx d 19 i U m dia Pela combina o das duas equa es anteriores obt m se d U a ae 20 c H Um dia O que pode ser integrado desde a entrada x 0 at sa da x L da c mara o que resulta em c U L li out bh 21 Cin H Um aia Ou Vel n 1 1 e roca 22 Cin Finalmente e considerando mais uma vez que se trata de um escoamento segundo a lei de Stokes obt m se L g D Pparticula n T ee 23 Comparando o resultado obtido com o obtido na assun o de fluxo em bloco verifica se que a equa o anterior se pode reescrever como 46 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do
79. do peso a atingir estipulada pela Setimep 150kg foi fruto de uma an lise prim ria do mercado dos sistemas de aspira o de fumos que revelou que muitos destes equipamentos t m um peso na ordem dos 100 a 180 kg Contudo uma observa o mais atenta mostra que estes equipamentos com peso mais reduzido s o equipamentos estudados e desenvolvidos por multinacionais em que a escala de venda se mede aos milhares e n o s unidades Por este motivo a aposta destas empresas passa pela aplica o de materiais polim ricos mais leves o que provoca uma grande redu o do peso mas cujo custo de desenvolvimento neste momento e para o n vel de produ o pretendido proibitivo para a Setimep Em resumo poss vel concluir que foi poss vel dimensionar com sucesso um sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas com as caracter sticas desejadas faltando agora passar do papel para a pr tica atrav s da produ o de um prot tipo para testes de forma a ser poss vel colocar o equipamento venda 94 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Propostas de trabalho futuro 7 Propostas de trabalho futuro A partir deste ponto e como trabalho futuro a desenvolver ser interessante o estudo do comportamento do sistema usando um software de simula o obtendo se deste modo uma forma de valida o dos c lculos te ricos efectuados para al m de se estudar op es alternativas do sistema Para al m diss
80. dor e a altura de carga din mica Hy que representa o ganho de energia cin tica do fluido desde a entrada at sa da do ventilador P3 Po Sap ae ou H Hs He 59 Va Vo Vg Dig ou Hy Hy Ayo 60 A altura total de eleva o H a energia total cedida pelo rotor do ventilador ao fluido Uma parte desta energia perdida por efeito e atritos e turbul ncias no ventilador denominadas de perdas hidraulicas H de modo que a energia til H igual a H H H 61 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 115 Anexos A altura motriz de eleva o Hm a energia fornecida pelo veio do motor que acciona o ventilador Nem toda esta energia aproveitada pelo rotor para comunicar ao fluido a energia Hg pois parte desta perdida por perdas mec nicas Hp nos rolamentos na transmiss o etc Pode se ent o escrever que Hm He Hp 62 Pot ncias O trabalho efectuado ou a energia cedida para efectuar trabalho numa determinada unidade de tempo constitui a pot ncia Isto significa que a cada altura de eleva o corresponde uma pot ncia com a mesma designa o A Pot ncia til P a pot ncia ganha pelo fluido ao passar pelo ventilador P y QH 63 A Pot ncia total de eleva o P a pot ncia cedida pelas p s do rotor ao fluido Pe Y Q He 64 A Pot ncia motriz mec nica ou efectiva Pn a pot ncia fornecida pelo motor ao eixo do rotor do v
81. dos ciclones tendo como ponto de partida o seu di metro D apresentadas na Tabela 10 Tabela 10 Tabela de medidas de um ciclone Dimens es Ciclones de Ciclones de Figura 30 Efici ncia Padr o Alta Efici ncia B De 0 375 De 4 De De 0 75 D 2 H De 0 75 De 2 Le D 2 D 2 Sc D 8 D 8 Ze De 2 D 2 Je D 4 D 4 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 49 Dimensionamento do sistema de aspira o De real ar que apesar de os ciclones de alta efici ncia terem uma melhor efic cia de separa o tamb m induzem uma maior perda de carga pelo que n o de descartar a utiliza o de um ciclone de efici ncia padr o ao inv s de um de alta efici ncia A largura da conduta B entrada do ciclone ser a dist ncia m xima que uma qualquer part cula ter de percorrer at chegar parede equivalente a H nas equa es da c mara de sedimenta o O comprimento de fluxo gasoso L que atravessa o ciclone dado pela seguinte equa o L N 7 D 28 Em que N o numero de voltas que o g s da antes de chegar zona do cone e um valor emp rico Experimentalmente foi determinado que o g s d entre 5 a 10 voltas antes de entrar na zona c nica Este comprimento L o equivalente do L das equa es da c mara de sedimenta o Substituindo se directamente das equa es da c mara de sedimenta o obt m se as seguintes express es Para flu
82. e Compacto e Simples e Baixa Manuten o e Leve e Baixo Custo Centrifugal Separators 0001 0 01 0 1 l 10 100 1 000 10 000 Imm lem Particle Diameter Micrometers Figura 12 Mecanismos de capta o e recolha de particulas por tamanho 8 Analisando a Figura 12 pode verificar se a exist ncia de v rios tipos de separadores indicados para a capta o pretendida a saber Separadores por ultrassons filtros de mangas colectores h midos filtros anaer bios filtros de alta efici ncia filtros de cartuchos precipitadores t rmicos e filtros electrost ticos Em primeiro lugar essencial perceber o modo de funcionamento de cada um destes tipos de separadores assim como as vantagens e desvantagens da sua utiliza o 22 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o 4 2 1 Separadores por Ultrassons Os separadores por ultrassons s o separadores que utilizam ondas ultrass nicas como m todo de separa o de part culas h Fluido com part culas Particulas aglomeradas no centro em suspens o por efeito dos ultra sons Q Q Emissor Saida Ar limpo Sa da Particulas de Ultra sons Figura 13 Mecanismo de separa o do separador por Ultrassons 9 Por observa o da Figura 13 poss vel perceber o mecanismo que estes utilizam O fluxo gasoso obrigado a atravessar uma c mara onde um emissor de ondas ultrass nica
83. e Master s Degree in Mechanical Engineering The company Setimep represented by Eng Henrique Gon alves proposed the project of a mobile system for aspiration and treatment of solid particles This report is divided into nine chapters In the first three chapters of introductory character there are exposed the bases of the project The first one justified the need of the equipment by highlighting the problem of environmental pollution and its effect on people the second shows the objectives defined by Setimep for the work while in the third is exposed the market research carried out and a characterization of equipments of the same family The chapters four and five are dedicated to the design of the equipment The first one is dedicated to the design of the system and all its constituents and in the second it is exposed the equipment building characteristics The sixth and seventh chapter deals with the conclusions of this project and proposals for future work In the last two chapters are exposed the bibliography and the references used in this project All the components of the system were study taking into account the constraints imposed by the company A tax flow of 1500 m3 h has been imposed for the design of the system The chosen transport speed was of 20 m s For the extraction system it was selected and designed a hood coupled to a flexible tube that connects to the filtration elements This assembly is held by an articulated arm with s
84. e industrial Numa qualquer f brica onde decorre um processo produtivo tendo em vista a elabora o de um produto ou a presta o de um servi o nem sempre o foco poluidor se 2 encontra fixo no mesmo local Assim sendo logico que exista tamb m um equipamento m vel que possa tratar esse foco vari vel pelo que a utiliza o de equipamentos m veis de aspira o e tratamento de part culas poluentes faz todo o sentido Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 3 Introdu o Ap s an lise das MTD melhores t cnicas dispon veis ou BREF jun o da sigla BAT Best Available Tecniques com REF Reference Documents que consistem numa s rie de documentos emitidos regularmente pela UE onde est o sintetizadas as melhores t cnicas dispon veis para os v rios sectores de actividade industrial a empresa Setimep detectou a exist ncia de uma lacuna no que diz respeito ao tratamento de gases com part culas por via seca A inexist ncia de sistemas m veis de aspira o de part culas solidas de baixa ou m dia press o Os equipamentos existentes est o vocacionados para o tratamento de fumos secos ou oleosos ou s o de alta press o No intuito de colmatar esta defici ncia existente no mercado a Setimep decidiu investir no projecto de um aspirador m vel de capta o e tratamento por via seca de gases contendo part culas s lidas A Setimep uma empresa que projecta constr i e instala equipa
85. e part cula Velocidades de transporte recomendadas m s Gases e Vapores 5 a6 m s Fumos 7 a 10 m s Poeiras muito finas e leves 10 a 13 m s Poeiras secas e p s 13 a 18 m s Poeiras industriais m dias 18 a 20 m s Poeiras pesadas 20 a 23 m s Poeiras pesadas e h midas gt 23m s O equipamento a projectar vocacionado para a ind stria dita na g ria como pesada sendo estas as principais industrias clientes da empresa Setimep Assim por an lise pr tica foi recolhida informa o nas ind strias alvo e verificou se que as poeiras destinadas ao equipamento de despoeiramento s o normalmente secas e peso considerado m dio a pesado Assim definiu se uma velocidade de transporte de 20 m s como sendo o par metro de velocidade recomendado e suficiente para a abrang ncia da maioria das part culas analisadas 10 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o Neste ponto e ap s ter sido analisado o estado de arte recolhidas as imposi es de projecto e definida a velocidade de transporte poss vel avan ar para o dimensionamento de todo o equipamento O sistema aqui em estudo ser constitu do por um sistema de capta o e transporte um pr separador um filtro principal um filtro de odores e um ventilador A principal inova o deste sistema em rela o aos demais concorrentes da mesma fam lia o facto de o pr filtro de destinar a
86. e passo conclu do poss vel calcular a curva da carga atrav s da seguinte equa o AH k Q 36 Sendo a press o AH e o caudal Q conhecidos est se em condi es de calcular o valor da constante da equa o k AH 308 2 z 7 EPE I x 1771 Deste modo a equa o da carga a seguinte AH 1771 Q Tra ando a equa o da carga a azul sobre o gr fico da curva caracter stica do ventilador Figura 39 verifica se que um ventilador do tipo RO na zona de utiliza o 13 consegue cumprir com a fun o necess ria 62 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o A A ec ot eH f RA ao at tt ea ar as ee Z EA na D bit en Mine Pression en mm CE d 20 C Figura 39 Gr fico da curva caracter stica do ventilador FOUGAL HD 14H 17 A pot ncia absorvida pelo ventilador ser de cerca de 2 3 kW conforme se pode ver no gr fico seguinte Figura 40 Puissance absorb sur l arbre en Ch B bt D D bit en tin Ye Figura 40 Grafico da pot ncia absorvida pelo Ventilador 17 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 63 Dimensionamento do sistema de aspira o Ap s esta selec o entrou se em contacto com o fornecedor que sugeriu a utiliza o de um ventilador especial com dimens es mais reduzidas funcionando com um variador de frequ ncia
87. e tratamento de part culas Anexos Anexo B Documentos de Fornecedores a a llel E a E IE IEE 1 BHs ajaj EJE E AHH KJaj BIB a BEHEJ EJE EJE E Baa JE uma f 1 Bay VE REM Cod f Figura 77 Fragmento do cat logo Heliflex para tubos flex veis Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 105 Anexos Polvere de amianto Sullato de c loul em p Cimento Pode orzas de carv o P de c v o Metalz a o Farinha Fumos de corte c oxig rio inox P de grafte P de moagem ist o P de moagem ferro fundida P de moagem mat rias pl sticas P de moagem inox P de moagem ago P de moagem madeira Fumos de corte laser Fumos de corte laser inox Po de oal lt 100 3 0 40 lt 4 xmin lt 1 moda lt 10 lt 200 xmin lt 1 mada lt 10 30 50 lt 4 lt 0 4 100 lt 40 20 30 2 200 amin lt 1 moda lt 10 x min lt 1 media lt 10 30 60 cancengeio rigrasc gica rigrasc gico explosivo explosivo explosivo explosivo 30 48 48 60 48 60 30 45 48 60 30 42 w 48 36 45 30 36 48 60 60 72 66 78 48 0 60 72 60 72 30 36 D B 3 3 05 08 08 1 08 1 05 08 08 1 05 07 05 08 08 08 05 06 08 1 1 1 2 11 13 08 1 1 12 1 1 2 05 06 0 5 0 6 0 6 0 6 COL 2708 AL COL 2708 TF COL 2708 COL 2708 TF COL 2708 AL COL 2708 AL COL 2708 AL COL 2708 TF COL 2708 AL COL 2708 TF COL 2708 TF COL 2708
88. eeeees 122 Figura 88 Sistemas de barras bra o tubo flex vel 124 Figura 89 Tabela de selec o de materiais para molas 21 125 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas ndice de Tabelas ndice de Tabelas Tabela 1 Tipos de efeitos de part culas contaminantes e suas consequ ncias 2 Tabela 2 Velocidades de transporte recomendadas por tipo de part cula 10 Tabela 3 Coeficiente de resist ncia para curvas a 90 14 Tabela 4 Factor K para curvas 90 s i sisccisuscadseacddeataavensecedenccecasteceseranssactesstbensecessa 14 Tabela 5 Velocidades recomendadas de capta o no ponto de emiss o 16 Tabela 6 Vantagens e Desvantagens separadores para filtro principal 32 Tabela 7 Comparativo mangas vs cartuchos c cceeesceceeececeeeeeceeeeecseeeeceteeeesaeees 34 Tabela 8 Vantagens e Desvantagens separadores para pr filtro 43 Tabela 9 Rendimento de uma c mara de sedimenta o de 950x950mm 47 Tabela 10 Tabela de medidas de um ciclone 49 Tabela 11 Dimens es do Ciclone seleccionado cecceeeesecseeeceeeeeceeeeeceneeeenaeees 51 Tabela 12 Rendimento do Ciclone sis qssscrpsaadasi ces pas oenldsahecas ees iacacses eet pesa 52 Tabela 13 Elementos de liga o entre o tubo flex vel e os ciclones
89. el A liga o entre os dois ser feita pela liga o do tubo entrada da hote que t m uma entrada rebaixada para o efeito sendo depois apertado com uma abra adeira Figura 63 Sistema de capta o do aspirador Como se pode ver pela Figura 63 o captador tem na frente uma rede cujo objectivo o de protec o contra a entrada de elementos de grandes de dimens es tais como pl sticos ou pap is no sistema de aspira o j que a entrada destes poderia entupir o sistema o que levaria a uma sobrecarga do sistema podendo inclusivamente avariar algum componente do mesmo Ainda na mesma figura Figura 63 poss vel ver que o captador tem um var o a toda a volta deste O objectivo desde var o o de servir de pega de modo a permitir ao operador o f cil direcionamento do captador para a posi o desejada O captador encontra se ligado ao bra o articulado por uma jun o rotativa dupla o que permite um ajuste mais fino e adequado do captador em rela o fonte poluidora e por isso possibilita o melhoramento da efic cia de aspira o No que diz respeito liga o do tubo flex vel ao aspirador esta efectuada gra as a uma liga o flangeada na base do tubo flex vel que por sua vez est ligada ao tubo flex vel da mesma forma que este se liga ao captador Esta liga o tem no entanto um pormenor diferenciador j que permite um grau de liberdade ao bra o que o de rota o sobre si pr prio Este efeit
90. ela 7 Comparativo mangas vs cartuchos Area filtrante Area filtrante por N de elementos Espa o Tipo de filtro necess ria m elemento m7 necess rio ocupado m Mangas 10 0 61 6 1 57 0 74 Cartuchos 18 8 10 1 8852 0 21 Conclui se pois que apesar de uma solu o com filtros de cartuchos necessitar de cerca do dobro da rea filtrante a solu o ocupa cerca de 4 vezes menos espa o Para al m disso o volume ocupado quase 1 m pela solu o por filtro de mangas sem d vida invi vel para utiliza o em equipamentos onde a mobilidade um requisito essencial 34 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o Assim sendo e apesar dos filtros de cartuchos serem mais fr geis que os filtros de mangas ocupam muito menos espa o e considerando que este sistema de aspira o para uma utiliza o normal isto para a colecta de part culas secas A escolha entre filtros de mangas e filtros de cartuchos fica facilitada pendendo claramente para os filtros de cartuchos O equipamento a utilizar como filtro principal ser ent o um filtro de cartuchos com a utiliza o de 2 cartuchos da marca Altair fornecedor Setimep Na an lise do cat logo Anexo B Figura 78 e Figura 79 decidiu se que o melhor tecido filtrante para esta aplica o seria o tecido COL 270B TF que consiste num tecido de 100 poli ster com um revestimento em Teflon
91. elo fabricante tendo em conta o caudal de ar a tratar e a temperatura do mesmo O ventilador ser um Ventilador com uma capacidade de gerar 308 mmca de press o e um caudal de 1500 m h a uma velocidade de 3500 rpm A op o por este ventilador foi pelo facto de ser o que melhor se adequa a esta aplica o j que consegue vencer as perdas de carga ao longo do sistema e debitar o caudal pretendido tudo isto com um ventilador de dimens es reduzidas No que diz respeito constru o do sistema esta foi pensada de modo a considerar os seguintes aspectos Desgaste aerodin mica do sistema espa o fabrico custo e est tica O material escolhido como preferencial foi o a o de constru o S235JR e o processo de fabrico a constru o soldada A escolha deste material e processo de fabrico foi feita pois s o os que minimizam o custo de fabrico tendo em conta uma cad ncia de produ o unit ria A maioria dos objectivos propostos para o trabalho foram atingidos com a obten o de um equipamento m vel dimens es de 800x1200x1200mm com um caudal de 1500 m h capaz de aspirar e tratar part culas solidas com dimens es de at 0 2 um a um pre o considerado competitivo lt 3000 No entanto n o foi poss vel atingir o par metro previamente definido relativo ao peso do equipamento que foi ultrapassado em mais de 50 devido ao material escolhido para a produ o do equipamento o a o de constru o S235JR A especifica o
92. entilador Pn Y Q Hm 65 Rendimentos O rendimento a rela o entre a pot ncia aproveitada e a fornecida Temos no caso dos ventiladores Rendimento hidr ulico p 66 Rendimento mec nico p 67 Rendimento total i i 68 116 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Anexos Rendimento volum trico Q 2 007 69 Nv Em que Q Volume de g s realmente deslocado por ac o do ventilador Qr Volume de g s de g s que fica continuamente a circular no interior do ventilador em consequ ncia das diferen as de press o que provocam recircula o interna de uma parcela de g s normalmente designado por caudal de fugas Quando referida a pot ncia de ventiladores em cat logos normalmente sempre fazendo refer ncia pot ncia motriz y Q H Pn Y Q Hm 70 n Quando V3 Vo H H assim a pot ncia motriz fica 0 H Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 117 Anexos Anexo E Tabelas do SMACNA utilizadas s TU DUR O ni wee wee fay eae Sone PR ie AEE os ca 2 a Pr LP PRE 100 090 m 1000 i AIA QUANTITY Lis at 1 204 Agim Figure 14 2 DUCT FRICTION LOSS CHART Metric Units 2 awa DL EVA Fi ie E e AVA ARE aly DA DN CAR 4 Do le 8 frcr JON LOSS Pam 14 7 Figura 83 Perda de carga m de conduta linear 7 118 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Anexos
93. eral conseguem com razo vel efic cia a separa o de part culas at lum Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 27 Dimensionamento do sistema de aspira o 4 2 4 Filtros de Ar de Alta Efici ncia Filtros de cartuchos Os filtros de ar de alta efici ncia denominados comercialmente por filtros de cartuchos s o filtros bastante similares aos filtros de mangas visto que t m o mesmo mecanismo de capta o e separa o de p crivagem A diferen a entre os dois consiste no modo como o meio filtrante est disposto Enquanto nos filtros de mangas tem se um corpo cil ndrico as mangas nos casos dos filtros de cartuchos tem se um corpo tamb m de forma cil ndrica mas que formado por pregas formando um esp cie de fole A diferen a entre os dois facilmente percept vel por observa o da Figura 18 E Figura 18 Mangas vs Cartuchos Facilmente se entende que este formato dos cartuchos provoca um grande aumento da rea filtrante do elemento com a mesma ocupa o de espa o da o nome de filtros de ar de alta efici ncia No entanto este formato torna o filtro mais propenso a colmatagem isto a ficar com os poros obstru dos especialmente quando se lida com gases carregados com part culas hidrosc picas Para al m disso tem uma perda de carga caracter stica ligeiramente superior aos filtros de mangas Em termos de capacidade de filtra o consegue tal como no caso dos filtros de m
94. esist ncia da curva ser de 0 36 1 7 0 612 Substituindo na equa o 3 sabendo que o peso espec fico do ar a 20 C p 1 204 kg m a perda de carga na curva ser de 0 612 1 204 20 72 AH curvas 158 2 Pa A perda de carga total obtida pela soma da perda de carga ao longo da tubagem perda de carga distribu da com a perda de carga na curva perda de carga local AHrotal AHrypagem AH curvas 5 AHrota 144 158 2 302 2 Pa 30 22 mmca 4 1 2 Sistema de capta o O sistema de capta o ou captador um dispositivo atrav s do qual devido a um diferencial de press es entre o ar ambiente e o existente no captador se estabelece um fluxo de ar para o interior do mesmo escoamento do ambiente para o interior do sistema ou seja necess ria uma depress o v cuo parcial no captador Importa ter em considera o duas velocidades a velocidade de escoamento ao longo do tubo e a velocidade segundo a qual o ar carregado de part culas se desloca desde o foco poluidor at ao captador Para que o contaminante entre no sistema e n o se espalhe necess rio induzir a forma o de uma corrente de ar para o interior As part culas contaminantes de acordo com a sua natureza dever o ser induzidas a deslocarem se em direc o ao captador com uma certa velocidade denominada por velocidade de capta o Ucapta o Esta velocidade pode ser determinada pela seguinte equa
95. ezas Unidades Nomes S mbolos Nomes S mbolos Caudal Q metro c bico por hora m h Velocidade linear U metro por segundo m s Area A metro quadrado m Di metro D metro m Energia de press o H Pascal Pa Peso espec fico p quilograma por metro c bico kg m Dist ncia X metro m Sec o S metro quadrado m Taxa de trabalho Tx metro c bico por hora por metro quadrado m h m Volume V metro c bico m Tempo pag40 t segundo sS Comprimento L metro m Acelera o da gravidade g metro por segundo ao quadrado ms Viscosidade din mica u Newton vezes segundo por metro quadrado N s m Velocidade angular w radianos por segundo rad s For a F Newton N Raio r metro m Massa m quilograma kg Largura W metro m Velocidade de rota o N rota es por minuto rpm Pot ncia P Watt W Rendimento n percentagem Bin rio B Newton vezes metro Nm Frequ ncia f Hertz Hz Acelera o metros por segundo ao quadrado m s vi Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Gloss rio Gloss rio Vias respirat rias superirores S o os elementos do sistema respirat rio que se encarregam de levar o ar desde o ambiente at entrada dos pulm es S o constitu das pelas fossas nasais mucosa nasal mucosa olfat ria faringe laringe e traqueia Ze 2 a 3 Jae Vias respirat rias inferirores S o os elementos do sistema respirat rios respons veis pelas trocas gasosas com o sangue S o constitu das pelos br nquios os
96. forma a melhor perceber o principio de funcionamento destes e verificar o estado em que se encontra o mercado quais os principais concorrentes e as solu es que apresentam Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 5 An lise de mercado e de solu es 3 An lise de mercado e de solu es Ap s uma extensa an lise de mercado foi poss vel n o s conhecer os principais fabricantes de equipamentos m veis de extrac o e tratamento de gases contaminados fumos de soldadura part culas s lidas e ou odores como tamb m compreender bastante bem a constitui o e funcionamento desta fam lia de equipamentos 3 1 Concorr ncia Em termos concorr ncia e tendo como refer ncia a tabela do Anexo A poss vel observar a exist ncia de um grande n mero de fabricantes deste tipo de equipamentos com solu es diferentes no mercado estando no entanto todos vocacionados tal como os documentos MTD indiciavam para a rea de tratamento de gases e ou part cula oleosas e n o para o tratamento de part culas s lidas 3 2 Constitui o do equipamento Funcionalmente pode se dividir este tipo de equipamentos em 3 partes principais O conjunto de capta o e transporte o conjunto filtrante e o conjunto motor Uma ilustra o destes tr s conjuntos apresentada na Figura 2 Conjunto de capta o e transporte Conjunto Filtrante Conjunto Motor Figura 2 Ilustra o de um aspirador m vel tipo e
97. gura 37 Montagem tipo 4 do ventilador 17 60 Figura 38 Tabela de pr selec o do ventilador 17 61 Figura 39 Gr fico da curva caracter stica do ventilador FOUGAL HD 14H 17 63 Figura 40 Gr fico da pot ncia absorvida pelo Ventilador 17 63 Figura 41 Curva caracter stica do ventilador FV 38 R2 S4 17 64 Figura 42 curva da carga provocada pelo Ventilador cee ceeeeesecsteceeeeeseeeenees 65 Figura 43 Caracter sticas do Motor DRE100M2 FL 18 eeeeeeeeeeeeeteeeeteees 66 Figura 44 Gr fico cruzamento carga ventilador com motor 67 Figura 45 Gr fico cruzamento carga ventilador com motor a 3500 rpm 68 Figura 46 Ilustra o estrutura aspirador ss reeeeareernanes 71 Figura 47 ilustra o do canal IN OUT filtro partilhado eee eeseeeeeeenees 12 Figura 48 Carca a e tampa do ventilador ease 72 Figura 49 Liga o soldada ventilador is rrereeareeraanes 13 Figura 50 Fixa o motor do ventilador errar 74 Figura 51 Chapa suporte cartuchos aasusis egradtam assado Leilaviin nein 74 Figura 52 Chapas deflectoras c mara filtro 75 Figura 53 Pormenores curvas do canal de entrada na c mara do filtro 75 Figura 54 Representa o da entrada comum dos ciclones 20 0 eeeeeeeeeeseeeeeeeeeeeeeees 76 Figura 55 Fixa
98. ial Hygiene 3 Edi o National Safety Council 1988 Single half wavelength ultrasonic particle filter Predictions of the transfer matrix multilayer resonator model and experimental filtration results 2001 Principles of Gas Solid Flows Cambridge University Press 1998 Ventila o Industrial e Controle da Polui o 2 Edi o LTC 1990 www Altair srl com acedido em 22 08 2011 Air Pollution Control Engineering McGraw Hill 1995 Apontamentos de Projecto de Redes de Fluidos 2009 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Refer ncias 15 http www phreshfilter com difference php acedido a 22 10 2011 16 Adsorption Design Guide U S Army Corps of Engineers 2001 17 http www flaktwoods fr acedido em 22 02 2011 18 http www sew eurodrive pt acedido em 22 02 2011 19 http arco a jesus blogspot com acedido em 22 09 2011 20 www wikip dia pt acedido em 22 01 2011 21 The spring and lever balancing mechanism George Carwardine and the Anglepoise lamp 22 Apontamentos de rg os de M quinas 2008 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 99 Anexos Anexos 100 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Anexos Anexo A An lise de Mercado Tabela 17 Tabela de an lise de mercado box750 0 55 Airbox1250 0 75 Kirbox7 50 oe Nivel de ru do dba Airbox1250 72 Airbox2000 72 Airbox750 2 Airbox1250 3 Airb
99. idor Da mec nica dos fluidos sabe se que o caudal Q que escoa por uma tubagem fun o da velocidade de escoamento U e da rea de sec o da tubagem A a equa o a seguinte Q U A 1 Ora como o tubo ser de sec o circular poss vel rescrever a fun o 1 de modo a calcular o di metro de tubagem Dtubagem necess rio para o caudal e velocidade pretendidos resultando na seguinte express o Deubagem oe 2 g U m Tendo como refer ncia caudal Q 1500 m h e uma velocidade de transporte Viransporte 20 m s obt m se o di metro de tubagem seguinte 4 1500 Deubagem 3600 22 7 0 163m 163mm Verifica se que necess rio um tubo com um di metro de 163mm prov vel que n o exista um tubo com este di metro espec fico pelo que ser necess rio normalizar este valor segundo o que existe nos fabricantes Assim e consultando o cat logo de um dos fornecedores da Setimep deste tipo de produtos a Heliflex foi seleccionado o tipo de tubo mais adequado para esta aplica o o tubo heliflex pu metal Figura 4 que segundo o fabricante tem excelente resist ncia abras o a altas e baixas temperaturas temperatura de utiliza o 40 80 C sendo um tubo adequado para a aplica o em ind strias pesadas como por exemplo da ind stria cer mica uma dos principias reas de actua o da Setimep 12 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de a
100. introduzida e retirada sem embater nas chapas deflectoras que entram ligeiramente dentro da gaveta de forma a garantir que as part culas entram dentro desta De real ar que este recorte apenas existe nas gavetas da c mara do filtro de cartuchos pois nos ciclones n o houve necessidade de coloca o de chapas deflectoras Na parte interior da gaveta existe uma pega de modo a facilitar o seu transporte No aspirador foram colocadas tr s gavetas id nticas da Figura 72 uma para o filtro pr separador e duas para o filtro principal cada uma com uma capacidade de 241 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 87 Constru o do equipamento Gaveta filtro Gavetas filtro pr separador principal Figura 72 Gavetas do aspirador A utiliza o de tr s gavetas iguais leva a uma standardiza o da constru o do equipamento e por isso a um menor custo A mobilidade do aspirador conseguida por meio de quatro rod zios Figura 73 todos eles com eixo rotativo dois deles os traseiros t m trav o de modo a ser poss vel a fixa o segura do aspirador at mesmo em superf cies inclinadas A fixa o dos rod zios ao aspirador feita por flange nos dianteiros e por var o roscado nos traseiros esta diferen a deve se ao espa o reduzido que existe entre a gaveta e o final do aspirador que leva a que esta seja a melhor solu o Cada um dos rod zios tem uma capacidade de suportar uma massa at 100 kg
101. lcular esta velocidade e sabendo que a essa velocidade a acelera o igual a zero temos que TU Fa D g Orai 7 Pftuido 42 Para c lculo da velocidade terminal de assentamento necess ria uma rela o entre a for a de arrasto e a velocidade Esta rela o foi estudada e trabalhada matematicamente por Stokes resultando na seguinte equa o 108 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Anexos Fa 3T HUftuiao D U 43 O que alterando na equa o acima e resolvendo em ordem velocidade U temos 2 Pparticuta Prtuido U g D e 18 Hfluido Esta equa o conhecida pelo nome de Lei de Stokes A Lei de Stokes j foi verificada numa vasta gama de situa es em que as suas assun es se mostraram boas No entanto tanto para part culas muito grandes como para part culas muito pequenas verifica se que as assun es da Lei falham Part culas demasiado grandes para a aplica o da Lei de Stokes Quando se vai para part culas de cada vez maior dimens o eventualmente verifica se que o fluxo de fluido que passa a volta da esfera deixa de obedecer aproxima o de que a velocidade na periferia negligenci vel Assim a equa o de arrasto de Stokes que baseada nessa assun o torna se imprecisa Em part culas de ainda maior dimens o o fluxo de fluido em volta da part cula torna se turbulento e as principais assun es da Lei de Stokes tornam se inaplic
102. mentos de filtra o e purifica o de ar industrial nomeadamente e Filtros de Mangas e Filtros de Cartuchos e Filtros Electroest ticos e Circuitos de Condutas e Equipamentos de armazenamento e Unidades de v cuo aplicadas e transporte pneum tico aspira o industrial e Cogera o e etc Com mais de 30 anos de experi ncia na rea do despoeiramento tanto a n vel nacional como internacional Europa Am rica do Sul e frica a Setimep aposta n o s no cumprimento da legisla o em vigor no que respeita s emiss es de part culas poluentes como tamb m no aumento do n vel de efici ncia energ tica e de produtividade nas empresas e na a robustez e standardiza o dos seus equipamentos 4 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Objectivos 2 Objectivos As especifica es definidas pela Setimep que serviram como base de projecto formam os seguintes e Caudal Q 1500 m h a 20 C Min 1200 m h Max 2000 m3 h e Temperatura de funcionamento maxima T C max 80 C e Bra o articulado de suporte exterior conduta e Peso na ordem dos 150 kg e Pre o m ximo de produ o a atingir 3000 e Estudo de potenciais opcionais e variantes do produto Com estes par metros definidos foi efectuada uma an lise de mercado e de estado de arte dos equipamentos dentro da fam lia do equipamento que se pretende projectar principalmente os de aspira o de fumos de soldadura de
103. mprimento ideal a utilizar de forma a minimizar o desperd cio de material ser um tubo com 3m de comprimento para cada aspirador Assim sendo a perda de carga ao longo da tubagem AH upagem ser igual a AHtubagem 48 3 144 Pa Obtida a perda de carga ao longo da conduta poss vel calcular a perda de carga nas curvas de tubagem AH curvas utilizando a fun o seguinte n TJ2 Grau 3 AH curvas 2 Em que Coeficiente de resist ncia da curva p Peso espec fico do ar kg m Projectando j um pouco como vai ser o bra o pode se dizer que este ser um bra o com uma articula o a meio e que na posi o recolhida far no m ximo uma curva de 180 Este corresponde ao pior caso de aspira o isto quando a perda de carga por efeito da curva ser maior Utilizando as tabelas Tabela 3 e Tabela 4 do ap ndice t cnico do fabricante que se encontram em baixo poss vel obter o par metro em falta na express o 3 Tabela 3 Coeficiente de resist ncia para curvas a 90 R D 1 2 4 6 10 90 0 36 0 22 0 17 0 13 0 15 Tabela 4 Factor K para curvas 90 30 60 120 150 180 K 0 4 0 7 1 25 1 5 1 7 90 K 4 14 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o Com a refer ncia de um ngulo de 180 e a indica o do fabricante de um Raio de curvatura m nimo igual ao di metro da tubagem o coeficiente de r
104. nado fluxo em mistura Quer considerando um ou outro modelo sabe se que a velocidade m dia horizontal Um dia do g s na c mara por ser obtida utilizando a equa o 1 ou seja em fun o do caudal Q e da rea de sec o da c mara dimens es L e H da Figura 29 Q Um dia LH Figura 29 Esquema de uma c mara de sedimenta o tipo 13 No caso do modelo de fluxo em bloco deve se assumir que 1 A velocidade horizontal na c mara igual Umegig em toda a c mara 2 A componente horizontal da velocidade das part culas sempre igual Umegia 3 A componente vertical da velocidade das part culas sempre igual sua velocidade terminal de assentamento devida gravidade U 4 Se a part cula assentar no fundo n o torna a reentrar no fluxo 44 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o Com estas condi es poss vel prever o comportamento de uma c mara de sedimenta o de acordo com o modelo de fluxo em bloco Considere se que uma dada part cula entra na c mara a uma determinada dist ncia h do fundo o per odo de tempo t que o g s demora a atravessar a c mara na direc o do fluxo dimens o L da Figura 29 pode ser dado pela seguinte fun o t 13 Durante esse per odo de tempo a part cula descer uma dist ncia vertical dist ncia vertical de assentamento de Dist ncia Vertical de assentamento t U U
105. namento do sistema de aspira o Tabela 14 Tabela de perda de carga do sistema Perda de carga nos elementos principais 1 Hotte de entrada 1 24 mmca 2 Tubo Flex vel 30 2 mmca 3 Ciclones 140 5mmca 4 Filtro de cartuchos 120 mmca Perda de carga nos elementos de liga o 1 Tro o recto redondo 0 29 mmca 2 Entrada curva 0 62 mmca 3 Curva a 90 redonda conduta quadrada 0 44 mmca 4 Redu o quadrangular 1 13 mmca 5 Tro o recto rectangular 0 81 mmca 6 Tro o recto rectangular 0 53 mmca 7 Tro o recto rectangular 3 12 mmca 8 Entrada c mara do filtro 0 003 mmca 9 Tro o recto rectangular 0 002 mmca Perda de Carga TOTAL 298 9 mmca Ora visto que a perda de carga total AH otai de 289 9 mmca podemos afirmar que o ventilador necess rio para esta aplica o um de m dia press o Segundo recomenda o do fabricante FlaktWoods o tipo de ventilador recomendado para a nossa aplica o um ventilador centr fugo Ap s an lise dos v rios tipos de montagem existentes verificou se que a mais adequada seria a do tipo 4 que consiste num acoplamento directo da turbina ao motor permitindo desta forma um n vel de manuten o m nimo e dimens es gerais do ventilador reduzidas ao m ximo Um esquema deste tipo de montagem pode ser observado na Figura 37 Figura 37 Montagem tipo 4 do ventilador 17 60 Sistema m vel de aspira o e tratamento
106. ndo se que o fluxo de ar carregado de part culas contacte directamente com os filtros Com o objectivo de promover os dois efeitos colocou se entrada da c mara dos filtros uma placa que vai fazer com que o fluxo gasoso proveniente do sistema de condutas n o ataque logo o filtro visto que n o o consegue ver de imediato Al m disso a placa est a uma dist ncia tal da conduta de entrada que faz com que a velocidade des a para os 4 m s Assim aumentada a longevidade do filtro sem se necessitar de um aumento de peso significativo e sem aumentar significativamente as dimens es do equipamento Este pormenor pode ser visto com mais detalhe na Figura 59 que se encontra abaixo Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 79 Constru o do equipamento Figura 59 Pormenor entrada na c mara do filtro O sistema de limpeza dos filtros por ar comprimido encontra se ligado porta de acesso ao filtro por interm dio de parafusos Figura 60 Desta forma consegue se ter acesso f cil aos filtros para instala o manuten o e substitui o assim como a todo o sistema de limpeza J Figura 60 Sistema de limpeza por ar comprimido O enchimento do reservat rio de ar comprimido feito atrav s de um acoplamento r pido de ar comprimido que permite a liga o directa rede e o r pido enchimento do reservat rio quando necess rio A liga o entre o acoplamento r pido e o reserva
107. o pot ncia autolimitada consegue altas press es e tem bom rendimento Figura 35 b P s inclinadas para a frente curvas Consegue altas press es e tem bom rendimento Figura 35 c P s curvas de sa da radial Consegue altas press es e caudais elevados Figura 35 d P s inclinadas para tr s planas usado para gases limpos ou com baixa concentra o de part culas consegue m dias press es Figura 35 e Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o wy YY Poe DG E A PRA PBS PV Soda MT lh ta NV we uati EN su ei xa a Oh PAS RADIAIS RETAS PAS CURVADAS PAS CURVADAS PAS CURVAS PAS RETAS PARA TRAS PARA FRENTE DE SA DA RADIAL PARA TRAS Figura 35 Ventiladores por tipo de forma de pas 11 d Segundo o n de entradas de aspira o no rotor e Entrada unilateral ou simples aspira o e Entrada bilateral ou dupla aspira o e Segundo o n de rotores e De est gio simples Com um rotor apenas o caso mais usual e De est gio duplo com dois rotores montados no mesmo eixo O ar entra no 2 est gio com a energia recebida no 1 rotor e recebe a do 2 conseguindo se assim press es mais elevadas Existem certas grandezas no funcionamento e comportamento de ventiladores que s o de grande import ncia pois da combina o adequada das mesmas que se consegue escolher adequadamente o tipo de ventilador certo
108. o de comprimento zero Na pr tica as molas s o feitas combinando uma mola com comprimento negativo feita com uma pr tens o tal que o ponto de equil brio tenha um comprimento negativo com um material inel stico de comprimento apropriado de modo a que o ponto for a zero seja no de comprimento zero Considerando agora um mecanismo de barra e mola id ntico ao que se vai utilizar para controlar o bra o do aspirador isto com dois graus de liberdade e que se pode ver na Figura 87 Figura 87 Mecanismo duplo de barra e mola 20 Este mecanismo com dois graus de liberdade pode ser feito utilizando um mecanismo de paralelogramo ou um equivalente para levar a refer ncia vertical do ponto interior para o exterior AjL B e AsL B s o liga es r gidas congruentes e a 122 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Anexos cadeia paralelogr mica de barras mant m A B paralelo a A B isto vertical A mola B2C2 do mecanismo exterior necessita ser desenhada de acordo com os requisitos descritos anteriormente No que diz respeito ao mecanismo interior o peso mg em Z pode ser substitu do por uma for a mg em A gt conjuntamente com o parm g r sin 03 A for a vertical mg em A suportada pela mola BC que tem de ser comprimento livre zero e uma dureza k calculada utilizando a mesma express o 72 O par m g n sin0 suportado inteiramente pela tens o e compress o nos bra os Lil e
109. o desgaste no resto do sistema Uma imagem geral do sistema de pr separa o de particulados pode ser vista na Figura 57 Optou se por uma sa da directa dos ciclones destaque a vermelho da mesma figura de maneira a ocupar o m nimo de espa o A liga o do m dulo de pr separa o do aspirador ao resto do sistema feita atrav s de uma liga o flangeada com a entrada do canal de entrada na c mara dos filtros intermediada por uma junta de espuma de forma a promover a estanquicidade Este m dulo fica tamb m ligado por parafusos base da blindagem do equipamento Figura 57 Conjunto m dulo de pr separa o 78 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Constru o do equipamento O m dulo de pr separa o tem na parte inferior uma c mara onde est instalada uma gaveta que recebe todo o p colectado pelos ciclones Nesta c mara existem duas barras que servem como guia e suporte da gaveta destaque azul da Figura 57 5 3 Filtro principal Este m dulo constitu do por dois elementos filtrantes os filtros de cartuchos Estes est o dispostos na vertical lado a lado tal como se v na Figura 58 de modo a minimizar o espa o ocupado Figura 58 Vista de topo e lateral dos elementos filtrantes Um dos aspectos com o qual necess ria maior aten o a protec o dos elementos filtrantes esta protec o faz se regra geral atrav s da redu o da velocidade do fluxo e impedi
110. o esquema da Figura 177 26 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o Misturador nr G S LIMPO G s Liquido MISTURA Separador G S LIQUIDO Gas Liquido GAS SUJO Lavador LIQUIDO SUJO LIQUIDO LIMPO Separador Liquido S lido BOMBA RECIRCULA O SOLIDOS COLECTADOS Figura 17 Componentes de um colector h mido O g s carregado de part culas g s sujo entra no colector h mido onde misturado com o l quido no chamado lavador ap s esta mistura o conjunto passa para um separador g s l quido onde o g s separado do l quido sujo de part culas e sai limpo do colector Uma observa o atenta do esquema permite verificar um problema inerente da utiliza o deste tipo de captador o tratamento do g s origina um l quido gua polu do isto passa se de um problema de polui o atmosf rica para um problema de polui o h drica Nesta situa o e quando n o se consegue reutilizar a gua em algum outro ponto da unidade fabril onde est inserido o colector geralmente introduzido um separador l quido s lido no sistema fazendo se re circular a gua pelo sistema embora nunca seja poss vel reutilizar a agua a 100 devido ao limite de satura o da gua Os colectores h midos dependendo do tipo de separadores que englobam podem ter perdas de carga bastante diversas podendo ir dos 6mmca at aos 150 mmca Em g
111. o foi conseguido atrav s da constru o de uma liga o rotativa Figura 64 82 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Constru o do equipamento Figura 64 Liga o rotativa do tubo flex vel A base do tubo flex vel est ligada atrav s de uma liga o flangeada a um tubo de entrada no equipamento que tem uma flange livre e sem fura o ou seja que n o se encontra fixa pousada Sobre a flange existe uma outra com um rebaixe de 3 5mm que encaixa sobre a flange livre com uma folga de 0 5mm e ligada flange interna do equipamento por parafusos Como a liga o entre a flange e o tubo n o fixa permite a rota o do tubo em rela o flange que est fixa na flange interna O esquema da liga o pode ser visto na Figura 65 que se encontra abaixo Folga 0 5 mm Flange com rebaixe Flange livre sem fura o Flange interna Figura 65 Esquema liga o rotativa Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 83 Constru o do equipamento O tubo flex vel assim como o captador devem ter mobilidade de forma a ser poss vel desloca los para a posi o mais apropriada no entanto esta mobilidade deve ser controlada isto o conjunto deve ficar fixo na posi o pretendida Existem algumas formas de se conseguir esse prop sito atrav s de um dispositivo equilibrador que n o mais do que um mecanismo que suporta ou equilibra o peso de um determina
112. o para instala o Boa efici ncia p pequenas part culas at Necessita limpeza e lavagem peri dicas 4um Projecto constru o e instala o Possibilidade de entupimento com grandes concentra es de p Separadores relativamente simples por impacto ou T i ee ms choque Excelente para a captura de part culas Necessita de substitui o peri dica da oleosas Espa o relativamente pequeno para instala o malha Numa primeira an lise poss vel logo partida eliminar um dos tipos de separadores de part culas anteriormente descritos o separador por impacto ou choque Os motivos que levam a esta decis o s o essencialmente o facto de este ser um tipo de separador que necessita de limpeza regular ou substitui o para al m de ser mais adequado para part culas oleosas e haver um risco substancial de entupimento do sistema pelo que este separador n o certamente o mais adequado para este tipo de aplica o Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 43 Dimensionamento do sistema de aspira o Restam ent o as c maras de sedimenta o e os ciclones C mara de Sedimenta o Existem dois modelos distintos para o dimensionamento de C maras de Sedimenta o Figura 29 Um que assume que as part culas viajam com o fluxo gasoso como um bloco denominado de fluxo em bloco e outro que assume que as part culas viajam totalmente misturadas no fluxo gasoso denomi
113. o ser importante a constru o de um prot tipo f sico para testar o seu funcionamento e verificar se este consegue realmente cumprir com os prop sitos para o qual foi dimensionado Com o produto devidamente testado validado e pronto para venda ser interessante o estudo de outras vers es deste equipamento como por exemplo a possibilidade de comercializa o sem o m dulo de pr separa o assim como de opcionais para o equipamento como ilumina o outros tipos de tubos etc Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 95 Bibliografia 8 Bibliografia DE NEVERS Noel Air Pollution Control Engineering McGraw Hill 1995 FAN Liang Shih ZHU Chao Principles of Gas Solid Flows Cambridge University Press 1998 MACINTYRE Archibald Joseph Ventila o Industrial e Controle da Polui o 2 Edi o LTC 1990 MACEDO Ricardo Manual de Higiene do Trabalho na Ind stria Funda o Calouste Gulbenkian 1988 BROWN R C Air Filtration Pergamon Press 1993 PLOG Barbara A MPH CIH CSP Fundamentals of Industrial Hygiene 3 Edi o National Safety Council 1988 MARTINS Luis Apontamentos de Projecto de Redes de Fluidos 2009 HAWKESA Jeremy J COAKLEY W Terence GROSCHL Martin BENES Ewald ARMSTRONG Sian TASKER Paul J NOWOTNY Helmut Single half wavelength ultrasonic particle filter Predictions of the transfer matrix multilayer resonator model and experimental filtration results
114. ones dois conseguindo se captar part culas at 12 um Como filtro principal foi selecionado um filtro de cartuchos com dois cartuchos tendo efici ncia filtrante at 0 2 um e t m um sistema de limpeza autom tica de modo a aumentar a vida til dos cartuchos e uniformizar o caudal de capta o O ventilador selecionado teve como principal objectivo o comprimento dos requisitos de caudal e press o para vencer as perdas de carga do sistema calculadas 300 mmca foi selecionado o ventilador FV38 R2 S4 da Flakt Solyvent Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas i Resumo Com o sistema dimensionado procedeu se ao projecto de fabrico com a preocupa o de minimizar custos de fabrico ergonomia favor vel aliados a robustez e com a premissa de minimizar o espa o ocupado Utilizou se para a constru o do equipamento preferencialmente o a o S235JR como material e a soldadura TIG como tecnologia de fabrico de modo a minimizar os custos de produ o O resultado obtido foi um produto final cujas dimens es gerais s o de 1000x800x 1220 com um caudal de aspira o de 1500 m3 h e garantindo uma emiss o lt a 0 2 um para a atmosfera com efici ncia de 99 O peso do equipamento ronda os 250kg e o seu custo final estimado de cerca de 3000 ii Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Abstract Abstract The work described in this paper has been done in the context of the conclusion of th
115. ostragem No que diz respeito aos filtros electroest ticos n o s o uma op o vi vel porque n o t m a melhor efici ncia para part culas s lidas secas que s o o principal contaminante que se pretende captar Restam ent o duas possibilidades os filtros de mangas e os filtros de cartuchos que importa comparar de forma a escolher a melhor op o Tal como j foi referido na descri o de cada tipo de equipamento os filtros de mangas e de cartuchos funcionam segundo o mesmo princ pio de separa o a crivagem a grande diferen a entre estes dois tipos de filtros reside na forma como o elemento filtrante tecido est disposto De uma forma geral sabe se que um filtro de cartuchos para a mesma rea filtrante muito mais compacto do que um filtro de mangas por m n o permite taxas de trabalho t o elevadas Dados indicativos facultados por fornecedores da Setimep referem que num filtro de mangas pode ser aplicada uma taxa de trabalho at 150 m h m enquanto num filtro de cartuchos a taxa de trabalho n o deve ir al m dos 80m m h Tal diferen a explic vel pelo facto de um filtro de cartuchos ter uma forma alhetada mais fr gil do que o de mangas e tem tend ncia a colmatar com maior facilidade e por esse motivo necess ria uma maior rea filtrante para o mesmo caudal Para se perceber melhor a real diferen a um simples c lculo pode ser feito Considerando o caudal pretendido para esta aplica o Q 1500 m h
116. ox2000 3 0x750 125 Airbox1250 150 Comprimento do Bra o m Di metro do tubo mm Airbox750 75 Easy trunk 181 Peso kg Airbox1250 133 ou 190 Porta trunk 154 Airbox2000 195 ou 225 MFE 1300 MFD 1250 MFS 1250 MFE 0 75 MFD 0 75 MFS 0 75 Easy trunk 1 12 Porta trunk 1 12 iterCart Original 0 75 FilterCart W3 0 75 FilterCart Carbon 0 55 MFE 1210 810 900 FilterCart Original 1145 770 1410 711 1040 980 Porta trunk 699 1020 899 isy trunk 70 Porta trunk 75 Easy trunk 20u3 Porta trunk 20u3 MFD 1210 810 900 FilterCart W3 1145 770 1410 MFS 1210 810 1020 FilterCart Carbon 1145 770 1410 LAL 69 Ori MFD 69 MFS 69 MFE 4a 10 MFD 4a 10 MFS 4a10 MFE 200 MFD 200 MFS 200 MFE 145 MFD 108 MFS 130 FilterCart W3 73 FilterCart Carbon 74 FilterCart Original 2 ou 3 FilterCart W3 2 ou 3 FilterCart Carbon 2 160 FilterCart W3 160 FilterCart Carbon 160 Filt Original 73 FilterCart W3 73 FilterCart Carbon 82 Porta trunk 152 do bra o Airbox750 n o Airbox1250 n o Sistema de limpeza do filtro Easy t sim Porta trunk n o Opcional Airbox2000 n o Representa o Sim Electro Portugal EI e e EA eee Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 101 Anexos Empresa Pais o o Capacidade m3 h Dimens es 840 665 1270 F em de ru do dba Comprimento
117. para se conseguir atingir as condi es de caudal e press o Assim consegue se uma optimiza o do espa o pelo custo de um variador de frequ ncia que para pequenos ventiladores n o elevado Acresce que a utiliza o de um variador de frequ ncia permitir na fase de testes do produto testar o ventilador sobre v rias velocidades e ver os efeitos dessas varia es O estudo feito pela Flakt fornecedor revelou que a melhor op o seria a utiliza o do ventilador com a refer ncia FV 38 R2 S4 As principais caracter sticas deste ventilador s o as seguintes e Press o alcan ada 308 mmca e Pot ncia Absorvida Pyentitador 1 6 kW e Rendimento do Ventilador 76 79 e Velocidade de rota o N 3500 rpm A curva caracter stica do ventilador a seguinte mmH20 Diferencia de presi n est tica en la instalaci n 0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 Caudal a la entrada de la instalacion m3 h Figura 41 Curva caracter stica do ventilador FV 38 R2 S4 17 64 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o A sele o do motor adequado para este ventilador deve ter em conta que a pot ncia bin rio e velocidade do motor devem ser suficientes para movimentar a carga ventilador Em primeiro lugar necess rio calcular a curva da carga bin rio B vs velocidade de rota o N de modo a poder cruzar com a curva do motor e da retirar o
118. pira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o Observando a figura abaixo Figura 10 tabela retirada do guia de dimensionamento de condutas do SMACNA poss vel concluir que a rea de sec o transversal entrada da Hotte A1 deve ser no m nimo o dobro da rea de sec o da conduta A2 G Hood Tapered Flanged or Unflanged 2 Coefficient O Lon aoe aor cor mor roo voor or seo io ost G08 ooo one 6 o7 052 oas Ae ZA amp is major angle tor rectangular hoods Note 9 With screen in opening at Os Cy Rom table C Scteen coet Tabie 14 17 where Av Ares atO Ay Aren at D As i 7 14 43 Figura 10 Tabela para dimensionamento de Hottes 7 Square Hood or Rect Hood Assim e impondo uma Hotte de sec o circular o di metro de entrada da Hotte Dhotte pode ser calculado utilizando a equa o presente na figura anterior Figura 10 id Dhotte T D onduta A 2 A4 go 2 To 4 Dhotte v2 Deonduta 7 Em que A Area de sec o da entrada da hotte mm A rea de sec o da conduta mm Dhotte V2 160 226 mm Verifica se que a Hotte dever um di metro m nimo de entrada de 226mm a que corresponde uma velocidade de aproximadamente 10 m s Impondo um ngulo de abertura de 40 Valor que minimiza a perda de carga na hotte verifica se que se necessita de um comprimento de cerca de 91 mm Resumindo necessita
119. poluentes j que h risco de um entupimento r pido do separador 42 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o 4 3 4 Selec o do Pr Separador Um estudo comparativo prim rio de todas as solu es poss veis permite a elabora o da Tabela 8 onde est o expostas as principais vantagens e desvantagens do uso dos v rios tipos de separadores que podem servir como pr separador Tabela 8 Vantagens e Desvantagens separadores para pr filtro Tipo de separador Vantagens Baixa perda de carga 10 a 25 mmca Projecto constru o e instala o simples Baixo custo de instala o e de manuten o Desvantagens Requer espa o grande para instala o Baixa efici ncia p pequenas part culas C mara de Sedimenta o Limita o de temperatura apenas pelo material lt 40 um de constru o Colecta a seco permite recupera o mais f cil Perda de carga m dia 80 a 180 mmca Baixa efici ncia p pequenas part culas Projecto constru o e instala o relativamente lt 5 um simples Separadores Limita o de temperatura apenas pelo material Possibilidade de entupimento no caso de Centr fugos z part culas adesivas ou higrosc picas 7 de constru o Ciclones Baixo custo de instala o e de manuten o Possibilidade de abras o para determinadas part culas e determinada velocidade Espa o relativamente pequen
120. ponto de funcionamento Pelas Leis de semelhan a dos ventiladores sabe se que a pot ncia absorvida P varia com o cubo da raz o da velocidade de rota o do ventilador N ou seja No Pp 37 N P O bin rio resistente do ventilador para cada valor de rota o pode ser calculado Byentilador atrav s do uso de a seguinte equa o N Pyentitador Bventilador 27 60 38 Com estas duas equa es e com o aux lio do Excel determinou se a curva da carga que tem a forma apresentada na figura abaixo Figura 42 no Bin rio vs Velocidade de rota o 5 E 2 a 2 i bls E a 500 1000 1500 2000 2500 2880 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 Velocidade de rota o N rpm Figura 42 curva da carga provocada pelo Ventilador Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 65 Dimensionamento do sistema de aspira o Fazendo uma pesquisa dos motores poss veis no cat logo de um dos fornecedores Setimep a SEW verifica se que o motor que mais se aproxima do pretendido o DRE100M2 FL cujas caracter sticas se podem ver na figura abaixo Figura 43 DRE100M2 FL Velocidade nominal do motor 1 min 2880 Entrada posi o de montagem B5 Posi o da caixa de terminais 0 Posi o da entrada de cabos conector X Eixo de sa da mm 28x60 Di metro do flange mm 200 Pot ncia do motor kW 2 20 Classe de efici ncia IE2 Fator de dura o 1 100 Tens o do motor V
121. prings to make it possible to move and fix the extraction system in the desired position The filtration system consists in two elements a pre filter and a main filter As pre filter it was selected and designed from the range of possible solutions a system with cyclones two managing to capture particles up to 12 um As main filter it was selected and designed a cartridge filter two cartridges managing to capture particles up to 0 2 um The cartridge filters have an automatic cleaning system with compressed air as recommended by the manufacturer in order to extend the filter life expectation The system fan was selected so that it could generate enough pressure energy to overcome the pressure drop across the system calculated using the tables of SMACNA For the calculated pressure drop of 300 mmH 0 the selected fan was the FV38 R2 S4 from Flakt Solyvent Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas iii Abstract With all the system design finished the next step was to make the manufacturing project with the premises of minimizing the equipment space and also to ensure robustness The preferential used material was the S235JR construction steel and the manufacturing process was the TIG welding The purpose of this chooses was to minimize the fabrication costs to the maximum The final product is a equipment with overall dimensions of 1000x800x1220 that have the capacity to capture and filter particles up to 0 2 um with an
122. prismas 2 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Introdu o Quanto ao seu tamanho pode se distinguir o seguinte Part culas inal veis S o elementos de maior dimens o na ordem dos 10 a 15um como por exemplo poeiras grossas e que apenas penetram as vias respirat rias superiores ficando retidas a assim sendo a sua ac o e efeitos s o localizados Part culas respir veis S o part culas mais finas dimens es inferiores a 10um e que conseguem penetrar at s vias respirat rias profundas alv olos pulmonares estas t m uma ac o e efeitos maiores j que podem passar para a corrente sangu nea e da propagarem se para o corpo e todos os seus rg os No que diz respeito ao seu estado f sico e comportamento pode se destacar Gases Como o pr prio nome indicia s o part culas poluentes que se encontram exclusivamente sob a forma gasosa o seu comportamento e densidade pouco diferem do ar puro e a gravidade n o tem um papel significativo Aeross is S o um sistema constitu do por um g s geralmente ar ambiente onde se encontram dispersas part culas s lidas e ou l quidas Neste caso a gravidade pode desempenhar um papel importante especialmente para baixas velocidades do ar Entendendo os efeitos perniciosos que determinados tipos de part culas t m no ser humano f cil perceber e entender a necessidade de capta o de poluentes gasosos em ambient
123. quer tipo de part cula tendo em conta as melhores condi es Uma forma de aumentar a dist ncia de capta o atrav s da indu o de uma direc o preferencial para o escoamento dos gases este efeito conseguido pela coloca o de uma hotte ou exaustor entrada do tubo flex vel esta hotte corresponder essencialmente a um cone fixo ao tubo flex vel De forma gen rica pode dizer se que existem tr s tipos comuns de hottes envolventes recebedoras ou capturadoras Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 17 Dimensionamento do sistema de aspira o Hotte Envolvente Rodeia o foco poluidor e fechada em pelo menos 2 dos lados Sempre que poss vel deve ser utilizada pois o tipo de hotte mais eficaz Figura 7 Hotte envolvente 6 Hotte Recebedora desenhada para captar emiss es poluidoras que saem com alguma velocidade aproveitando o seu movimento natural para as captar o caso dos exaustores de cozinha ou para capta o de poluentes em fornos de fundi o Contaminants rising from hot process Figura 8 Hotte Recebedora 6 Hotte capturadora colocada perto do foco poluidor sem o envolver neste caso a ar puxado para dentro da hotte sendo capturado Fan Figura 9 Hotte capturadora 6 Para o caso do aspirador m vel a hotte a utilizar ser do tipo recebedora visto que o foco de polui o vari vel 18 Sistema m vel de as
124. r selec o foi requerida ao fabricante a curva caracter stica do ventilador Ap s observa o da curva caracter stica do ventilador verificou se que esta foi retirada com ar temperatura de 20 C press o atmosf rica pelo que se torna necess ria a rectifica o da press o necess ria o que se consegue com a s mula de c lculo seguinte fornecida pelo fornecedor Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 61 Dimensionamento do sistema de aspira o a 273 15 Patm Pruncionamento 16 altitude 34 Pruncionamento Pot 573 45 4 AT Es 16 altitude O sinal ser usado consoante se trate de um caso de aspira o ventilador no fim do sistema neste caso utiliza se o sinal ou de insufla o ventilador no in cio do sistema neste caso utiliza se o sinal Ora como neste caso temos aspira o o sinal a utilizar ser o sinal de Como n o se sabe a que altitude o aspirador vai funcionar e sabendo por informa o do fornecedor que essa diferen a n o relevante para pequenos ventiladores e baixos caudais como o caso n o ser considerado esse par metro Procedendo substitui o obtemos o seguinte 4983 273 15 10329 300 ere 5 Pfuncionamento 4 273 15 20 10329 g m Este valor permite obter a press o necess ria corrigida com recurso seguinte express o sed 1 2 Prefer ncia _ 39 308 mmca 35 AHcorriaido AH corrigido Preal 1 169 Com est
125. ress o PeVi P V 12 Tendo como entrada o volume de ar V1 press o ambiente P necess rio para a limpeza do filtro o volume ocupado por esta massa de ar V2 press o da rede P ser de 70 1 87 6 V V2 117L Com o intuito de fazer com que o equipamento n o perca a sua mobilidade decidiu se aumentar o reservat rio para o dobro da capacidade permitindo desta forma utilizando electrov lvulas comandadas por um PLC que sejam feitas duas limpezas em cada elemento filtrante sem necessidade de recorrer rede Por recomenda o da ALTAIR fabricante o filtro n o deve trabalhar com uma diferen a de press o superior a 200 mmca pelo que ser instalado um temporizador com um sensor que vai medir o diferencial de press o entre as duas zonas do filtro e comandar a necessidade de limpeza do filtro o que significa que o PLC ser programado para disparar quando a diferen a de press o for superior m xima recomendada pelo fabricante O per odo entre limpezas depender assim da utiliza o que se der ao equipamento 36 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o 4 3 Filtro Pr Separador O filtro pr separador tem como principal objectivo a capta o de part culas de maior dimens o gt 100um Desta forma o filtro principal fica protegido contra este tipo de part culas que de outra forma o poderiam danificar diminuindo de modo signific
126. s 74 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Constru o do equipamento Na parte inferior da c mara dos filtros foram colocadas chapas inclinadas destaque a vermelho da Figura 52 a fun o destas servir de deflector direcionando todo o p que seja colectado pelos filtros para o interior das gavetas Figura 52 Chapas deflectoras c mara filtro Na figura em baixo est o expostos mais dois pormenores importantes que s o as curvas do canal de acesso c mara dos filtros com o objectivo de minimizar o desgaste nas condutas do sistema optou se por curvas suaves para as zonas de mudan a de direc o do fluxo que s o as zonas de desgaste mais critico a op o por este tipo de solu es permite ent o uma maior longevidade do equipamento sem aumento Em substancial do custo Figura 53 Pormenores curvas do canal de entrada na c mara do filtro Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 75 Constru o do equipamento 5 2 Filtro Pr Separador Este m dulo tal como foi referido aquando do seu dimensionamento constitu do por dois ciclones O principal aspecto a ter em conta o posicionamento dos ciclones de forma a minimizar o espa o ocupado e o material necess rio Ap s uma an lise das melhores solu es verificou se que a solu o que permitiria uma maior poupan a de espa o e de material seria colocando os dois ciclones lado a lado com a entrad
127. s irradia o fluxo gasoso gerando uma for a denominada de for a de radia o ac stica As part culas ao serem bombardeadas com as ondas ultrass nicas s o for adas a aglomerar se no centro da c mara separando as part culas s lidas do fluxo gasoso Esta tecnologia utilizada na rea da medicina nomeadamente na separa o de componentes do sangue por exemplo gl bulos vermelhos part culas com 6 8um O seu potencial de implementa o elevado contudo a sua utiliza o a n vel industrial bastante reduzida pelo que de momento n o se figura como uma boa op o para um equipamento que se quer implementar no imediato e com pre os competitivos j que o custo de investimento e o tempo de investiga o seriam avultados Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 23 Dimensionamento do sistema de aspira o 4 2 2 Filtros de Mangas Os Filtros de Mangas s o separadores cujo princ pio de separa o a crivagem Figura 14 o tipo de filtro mais empregue a n vel industrial pelo facto de ser simples barato de f cil manuten o e com uma aplicabilidade quase universal Filter cake Gas solid flow Figura 14 Mecanismo de separa o do filtro de mangas 10 O ar com part culas Figura 15 entra no filtro passando o fluxo gasoso por um tecido fibroso mangas do filtro que funciona como crivo Como o espa o entre fibras do filtro menor que o tamanho das part culas estas n o con
128. s part culas s o expostas ao vapor longos tempos de exposi o resultam em poros maiores Os filtros de carv o activo funcionam por adsor o que um fen meno de ades o da qual resulta a acumula o de uma subst ncia gasosa ou dissolvida na superf cie de um corpo tipicamente uma superf cie constitu da por um material poroso neste caso carv o activo Quando as mol culas da subst ncia s o fixadas libertam energia ou seja a adsor o um processo exot rmico A diferen a entre absor o e adsor o reside no facto de que na absor o as impurezas misturam se com o absorvente formando uma solu o enquanto na adsor o as impurezas ficam retidas na superf cie do absorvente neste caso do carv o activo O uso do carv o activo muito amplo quase universal s o exemplos de utiliza o de carv o activo os seguintes Fornos rotativos recupera o de gases recupera o de solventes purifica o do ar respiradores industriais descolora o de produtos qu micos industriais de incinera o tratamento de gases de combust o H2S dioxinas odor dos cigarros tratamento de guas residuais tratamento de gua pot vel entre outros Ap s consulta de fornecedores de carv o activo verificou se visto n o se saber o tipo de part culas que se pretende tratar que a melhor op o seria a utiliza o de uma mistura contendo n o s carv o activo como tamb m BI ON Constitu do por permanganato de pot ssio
129. se de uma hotte com um di metro inicial de 226mm um di metro final de 160mm e um comprimento de 91 mm Outra maneira de aumentar a dist ncia de capta o atrav s da introdu o de uma flange exterior na hotte o seu efeito pode ser verificado atrav s da compara o da express o 6 que permite calcular a velocidade de capta o para tubos sem flange com a seguinte que permite calcular a velocidade de capta o para de tubos com flange Q Ucapta o 07500 X2 45 8 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 19 Dimensionamento do sistema de aspira o A compara o pode ser feita fazendo uma raz o entre as duas obtendo se o seguinte resultado U E a l CAPAO ff tange 0 75010 X S Ucapta o cy rtange AN IS 0 75 1 33 9 Ou seja com o recurso a uma flange verifica se um aumento da velocidade de capta o em 33 A compara o gr fica entre as duas solu es poss vel utilizando um gr fico similar ao da Figura 6 obtendo se o gr fico seguinte Figura 11 Tubo sa da simples vs Com hotte e Flange Ar parado Vparticulas O Zona calma V part culas baixa Zona movimento intenso ta oO n ia E e wo r Q o v Ke v mo 3 q 2 v gt __ eee 40 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 350 400 Distancia ao captador Figura 11 Gr fico compara o Tubo de sa da simples vs Com hotte e flange
130. seguem passar pelo tecido ficando retidas na superf cie ar sob press o 9 o Bocois de tS an Q dl insuflamento Wey VENTURI de or nos Ve Wal y mongas N A E Saido de e limpo E A o de limpezo nos P a o reversa do ar Ar com Coletor 4 poeira ae pe q q E E JANGA EM FILTRAGEM MANGA EM LIMPEZA V lvula e removedor da poeiro Figura 15 Modo de funcionamento de um filtro de mangas 11 24 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o Todo o filtro se encontra em depress o por efeito de um ventilador que se encontra a jusante deste Este facto leva a que as part culas fiquem presas s mangas levando a um entupimento progressivo desta e ao aumento da perda de carga do sistema Para impedir isso injectado em contra corrente ar ambiente ou ar comprimido que faz insuflar momentaneamente a manga sacudindo as part culas limpando a e fazendo com que as part culas caiam numa tremonha que se encontra abaixo das mangas onde s o recolhidas e armazenadas Este efeito pode ser visto do lado direito da Figura 15 na qual se pode ver uma manga em filtra o e em limpeza O material do qual pode ser constitu do o elemento filtrante as mangas bastante variado e a sua escolha que tem uma influ ncia decisiva no desempenho do equipamento depende essencialmente das caracter sticas do fluxo que vai ser tratado abrasivida
131. siderando um coeficiente de seguran a n 2 de Sey 735 av 367MPa Tmax A tens o de corte T na mola n o poder ultrapassar esse valor 126 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Anexos PT ee Cayes DE O e Ou seja a mola pode cumprir sem risco nenhum a sua fun o Fazendo c lculos an logos foi dimensionada a mola 2 tendo se obtido os seguintes resultados D 0 035 m 35mm d 0 005 m 5mm A tens o m xima admiss vel foi de Tmax 367MPa Enquanto a tens o instalada de Tt 0 52 MPa Concluindo se que tamb m est pode cumprir perfeitamente as suas fun es Fazendo um resumo pode se dizer que s o necess rias molas com as seguintes caracter sticas Mola 1 Mola 2 k 526 592 L mm 1049 1029 D mm 36 35 D mm 5 5 No entanto e como n o se trata de uma rea de especialidade da Setimep recomend vel que estes c lculos sejam validados por um potencial fornecedor da rea Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 127 Anexos Anexo G Desenhos t cnicos 128 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas
132. spira o Figura 4 Heliflex pu metal 4 um tubo at xico de cor transparente com superf cie interna lisa em poliuretano refor ado com uma espiral em a o cobreado Quanto ao di metro e como se pode ver pelo excerto do cat logo que se encontra no na Figura 77 do Anexo B n o existem tubos com di metro de 163mm pelo que se procedeu para a normaliza o para o valor mais pr ximo que no caso um tubo de di metro 160mm A velocidade de transporte real passar a ser de pe 0 AO gs E Donam 10 3600 0 1602 7 20 72 m s A perda de carga ao longo da tubagem pode ser calcula com recurso a uma stimula de c lculo fornecida pela Heliflex Em primeiro lugar e recorre se ao grafico da Figura 5 que permite determinar a perda de carga por metro linear de tubagem HH fee oat O I E 25 A E E EMA il LI T te eee oe aan oF A ae PRA AL U PA H SPM eas NO T gt Pertedecharge Ap PA m PA RS SH EEH RROK ann A DO RS NU il he LPAI U LA Figura 5 Gr fico de perda de carga 5 Q mY min 000 to Dib A CICA Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 13 Dimensionamento do sistema de aspira o Tendo como entrada uma conduta com di metro D 160mm e o caudal de Q 1500 m h obt m se uma perda de carga AH ubagem de AH ubagem 48 Pa m Visto que a Heliflex apenas fornece tubo em rolos de 10 20 ou 30 metros decidiu se que o co
133. ssagem de g s fique inundada de i es gasosos negativos formando se uma corrente de i es gasosos negativos entre os el ctrodos e a placa Inevitavelmente devido ao n mero imenso de part culas gasosas ir dar se o choque das part culas existentes no fluxo de ar polu do com os i es gasosos negativos Esse choque faz com que estas fiquem carregadas negativamente e sejam rapidamente atra das em direc o s placas colectoras ficando a presas e retidas por intensas for as electrost ticas A camada de part culas que se vai acumulando na placa por efeito do seu peso de vibradores ou outros encaminhada para uma tremonha onde acumulada e recolhida Este tipo de separadores consegue a capta o de part culas com dimens es at 0 1um e t m uma perda de carga bastante baixa 2 a 13 mmca especialmente eficaz para o tratamento de part culas oleosas com boa condutividade el ctrica Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 31 Dimensionamento do sistema de aspira o 4 2 7 Selec o do Filtro Principal Um estudo comparativo prim rio de todas as solu es poss veis permite a elabora o da Tabela 6 onde est o expostas as principais vantagens e desvantagens do uso dos v rios tipos de separadores Tabela 6 Vantagens e Desvantagens separadores para filtro principal Tipo de separador Separador por Vantagens Boa efici ncia de colecta 6um Desvantagens Falta de estudo em
134. t rio efectuada por interm dio de um sistema que inclui uma v lvula anti retorno e garantir a estanquicidade do reservat rio uma v lvula passamuros para se fazer a passagem do 80 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Constru o do equipamento interior para o exterior do equipamento e o respectivo sistema de condutas Na figura abaixo Figura 61 encontra se uma ilustra o do sistema agora descrito Acoplamento R pido V lvula Passamuros Circuito AC V lvula Anti Retorno Figura 61 Ilustra o do sistema de ar comprimido O reservat rio ter ainda na sua parte inferior uma v lvula de seguran a que ser activada no caso de ser ultrapassada uma press o m xima de 10 bar Tal como nos casos anteriores a liga o entre a porta e a estrutura do aspirador tem uma junta para que o sistema seja o mais estanque poss vel Os parafusos de liga o da porta s o de engate r pido para que a inspec o c mara dos filtros se fa a de forma r pida e sem necessidade de ferramentas Um pormenor desses parafusos de engate r pido est representado na figura abaixo Figura 62 destaque a vermelho Figura 62 Pormenor parafusos de engate r pido Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 81 Constru o do equipamento 5 4 Sistema de capta o e transporte O sistema de capta o e transporte constitu do por dois elementos o captador e o tubo flex v
135. tamb m por impacto e in rcia AR PURIFICADO ANTEPARO gt AR POLU DO P SEDIMENTADO LA AR POLUIDO PURIFICADO Figura 25 C mara de sedimenta o com anteparos ou chicanas 11 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 39 Dimensionamento do sistema de aspira o 4 3 2 Separadores Centr fugos ciclones Figura 26 representa o de um Ciclone 11 Os ciclones Figura 26 s o separadores que utilizam movimento rotativo como mecanismo de separa o de part culas S o constitu dos por um cilindro onde a entrada do ar feita tangencialmente em rela o ao raio Na parte inferior desse cilindro encontra se um cone que promove a invers o do fluxo de g s de descendente para ascendente saindo o g s por um cone interno existente na parte superior do ciclone O princ pio de funcionamento o seguinte O fluxo gasoso que entra tangencialmente no ciclone for ado a descrever um movimento helicoidal de maneira a que a for a centr fuga aplicada s part culas que viajam com o g s seja superior s for as de coes o e da gravidade Figura 27 Axis of rotaticy gt Due t centrifugal force Figura 27 Mecanismo princ pio de separa o do ciclone 13 40 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o Assim que esta condi o atingida as part culas s o arrastadas pela sua propria in
136. turbadoras e Poluentes de alta toxicidade e Alta produ o uso intensivo e Pequeno captador somente uso local Como o sistema de aspira o m vel o captador tem de ser for osamente pequeno somente para uso local Com este pressuposto opta se por utilizar de valores de captura perto do limite superior da gama apresentada na Tabela 5 pois desta forma fica abrangida uma maior gama de aplica es no universo dos clientes alvo Para o tubo previamente seleccionado de di metro 160mm poss vel utilizando a fun o 6 e as velocidades de captura recomendadas da Tabela 5 determinar a dist ncia a que poss vel captar o poluente utilizando este tubo para cada tipo de situa o Esta informa o pode ser compilada sob a forma do gr fico que se encontra abaixo 16 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o Velocidade de Capta o vs Dist ncia do captador Ar parado Vparticulas O Zona calma V part culas baixa ta N Zona movimento intenso ta oO oo n Ss E e wo r o o v Ke v mo 3 Q 2 v gt 40 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 350 400 Dist ncia ao captador Figura 6 Gr fico Velocidade de capta o vs Dist ncia Captador Como se pode verificar por observa o directa do gr fico a partir de cerca de 280mm de dist ncia o captador deixa de conseguir capturar qual
137. uas partes principais 2 6 Figura 3 Exemplos de cartuchos para filtros 3 8 Figura 4 Heliflex pu metal 4 sa cidisccarssarcadevsassievassasassdeveqanesdnvenstansnccusseavascudasea 13 Figura 5 Gr fico de perda de carga 9 cscys gssiecteeslecastosimaseriodyeatamnbeecinestioeenees 13 Figura 6 Gr fico Velocidade de capta o vs Dist ncia Captador 17 Figura 7 Hotte envolvente 6 5 disc scacvcseutos orsssaagucadeasidecdacacsadonacs weteasehebsdhasducoaabonndss 18 Figura 8 Hotte Recebedora 6 sas isa rss puasinaupsdazasagaas quanta Cosa craa made da cessa e adenaaada 18 Figura 9 Hotte capturadora 6 sas pan a EE 18 Figura 10 Tabela para dimensionamento de Hottes 7 19 Figura 11 Gr fico compara o Tubo de sa da simples vs Com hotte e flange 20 Figura 12 Mecanismos de capta o e recolha de particulas por tamanho 8 22 Figura 13 Mecanismo de separa o do separador por Ultrassons 9 23 Figura 14 Mecanismo de separa o do filtro de mangas 10 24 Figura 15 Modo de funcionamento de um filtro de mangas 11 24 Figura 16 Exemplo de colector h mido 11 26 Figura 177 Componentes de um colector h mido 27 Figura 18 Mangas vs Cartuchos saias Sendo cds ese eae A Ea Sa a 28 Figura 19 Mecanismo de funcionamento de um precipitador t rmico
138. ulas Anexos O dimensionamento das duas molas pode ser efectuado utilizando as f rmulas de rg os de m quinas Em primeiro lugar importa definir o material do qual vai ser feita a mola o que pode ser feito recorrendo tabela da Figura 89 c mm MPa mm relativo rcowacewoa onto 0165 one zu 26 2 wane enpeadoendeo 0 180 05 17 omr ws i a wane estroawe oro 07 7 om us 1 aAgoaonevanido 0 2 osen ors 205 a Emomesico 0 20 16 85 om sm a momo 05 25 oms vor en e oras o om Figura 89 Tabela de selec o de materiais para molas 21 Numa primeira aproxima o foi escolhido o material de menor custo ou seja O arame estirado duro A adop o deste material poss vel por se tratar de uma aplica o em que n o h solicita o constante e intensiva da mola Selecionado o material e com o k da mola j calculado anteriormente poss vel calcular as dimens es restantes da mola necess rias para que a fun o seja cumprida recorrendo express o seguinte F 1 d G k 80 y w 8 D Na Em que F Carga aplicada na mola N D Di metro m dio da mola De Di m Y Deforma o linear da mola m D Di metro do arame m x 4C 1 0 615 L Ky Factor de correc o de Wahl Kw a 2415 Na N de espiras activas Na G Modulo de elasticidade ao corte GPa C ndice de mola D d A tens o de r
139. um ponto rodam uma relativamente outra este sistema pode ser interno ou externo ao tubo de transporte A movimenta o e fixa o do conjunto faz se recorrendo a um conjunto de molas ligadas a barras O tubo de transporte mediante o fabricante pode ser de tipos bastante diferentes de tubo flex vel em toda a sua extens o outros com tubos r gidos intercalados com tubo flex vel nos cotovelos e at com tubo r gido em toda a sua extens o Quanto a dimens es gerais os comprimentos mais usuais s o de 2 a 3 m embora existam alguns com comprimentos de 4 com um di metro varia entre os 120 e os 160 mm Ap s a passagem do p pelo conjunto de transporte este chega ao conjunto filtrante 3 2 2 Conjunto Filtrante O conjunto filtrante o respons vel pela reten o e tratamento do g s poluente e por norma constitu do por tr s elementos filtrantes diferentes um pr separador um filtro principal e um filtro de tratamento de odores O pr separador destina se capta o de part culas de grandes dimens es trata se de um filtro mec nico que por interpor obst culos passagem do ar ret m as part culas de grandes dimens es A exist ncia deste pr separador serve sobretudo para evitar que Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 7 An lise de mercado e de solu es part culas de grandes de dimens es colidam com o filtro principal situa o que provocaria um desgaste e rompimento prematuro deste
140. uptura trac o Sut da mola pode ser aferida recorrendo f rmula abaixo com di metro do arame d e recorrendo aos dados da tabela da Figura 89 A am Si 81 Com a tens o de ruptura trac o Sut ao corte pode ser obtida a tens o de ced ncia ao corte em tors o da mola Ssy utilizando a seguinte express o Soy 0 56 Sup 82 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 125 Anexos Para cargas est ticas o valor da tens o de corte m xima T max tem de ser inferior a tens o de ced ncia ao corte em tors o da mola S y ou por outro lado igual a esta com um determinado factor de seguran a n Ssy N Tmax 83 A tens o de corte devido carga por sua vez pode ser aferida atrav s da express o que se encontra abaixo descrita 8 F D K 84 T Ww Fe d3 Para a valida o do dimensionamento T lt Tmax Utilizando o Excel como ferramenta de c lculo foi poss vel aferir para o caso da mola 1 que para se obter o k da mola pretendido ser necess ria uma mola com as seguintes caracter sticas D 0 036 m 36mm d 0 005 m 5mm Para verifica o da validade da selec o temos em primeiro lugar de calcular a tens o de ruptura S que de 1783 ut 50 190 1313 MPa Com esta a tens o de ced ncia de corte S aferida facilmente Ssy 0 56 1313 735Mpa Assim a tens o m xima de corte admiss vel Tmax con
141. veis Embora tenham sido feitas v rias tentativas para encontrar uma f rmula equivalente estudada por Stokes aplicada a part culas maiores ainda n o existiu f rmula te rica que conseguisse representar os dados obtidos experimentalmente em mais do que uma pequena gama de valores No entanto os dados experimentais podem ser facilmente atingidos com uma rela o n o dimensional Um novo par metro denominado por coeficiente de arrasto Cy definido pela seguinte equa o Fa D Pftuido 5 a O n de Reynolds discutido amplamente em textos da rea da mec nica dos fluidos Ca um n mero adimensional e corresponde ao r cio entre as for as de in rcia actuantes sobre uma massa de fluido e as for as viscosas actuantes sobre a mesma massa de Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas 109 Anexos fluido no mesmo fluxo A f rmula com a qual se obt m o n de Reynolds para uma part cula ent o a seguinte D V Priuiao R i particula Ufluido 46 Algumas teorias apontam que para esferas lisas num escoamento de um fluido Newtoniano uniforme subs nico e de densidade constante o coeficiente de arrasto Ca depende em exclusivo do n Reynolds Esta condi o foi verificada experimentalmente com precis o satisfat ria para uma gama de n de Reynolds de 0 3 lt Reparticula lt 1000 47 Verifica se que para a gama acima representada que a rela o entre o n
142. xo em bloco temos N n De U VE E 29 Para fluxo em mistura temos jase 30 O que substituindo na Lei de Stokes Centrifuga da que Para fluxo em bloco Para fluxo em mistura 1 e ern 2 Uma estimativa da perda de carga no ciclone pode ser calculada com recurso seguinte express o 50 Sistema m vel de aspira o e tratamento de part culas Dimensionamento do sistema de aspira o D 2 c 2 AHcicione Pg s Uc 2 D a 1 Pg s Ue 33 e Em que g Acelera o da gravidade m s Dpart Di metro da part cula m Ppart Peso espec fico da part cula kg m Har Viscosidade din mica do ar N s m Tal como j foi referido acima a velocidade de entrada no ciclone U para que este tenha uma boa efici ncia tem de ser na ordem dos 18 22 m s e a perda de carga caracter stica para ciclones de 80 150 mmca Procedeu se ent o ao c lculo do ciclone ideal para esta aplica o tendo presente n o s o objectivo do tamanho m nimo de part culas a separar 100um como tamb m uma grande preocupa o com a ocupa o do menor espa o poss vel Para tal utilizou se a ferramenta de c lculo Excel sendo dimensionado o ciclone com as dimens es ideais para esta aplica o em particular Verificou se que a melhor solu o seria a utiliza o n o de um mas sim de dois ciclones de efici ncia padr o em paralelo visto ser esta a solu o que melhor se adequa a esta aplica o A velocidade de entrad

Pedro Otelo Igreja Magalhães

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