Coletores centrífugos

Princípio de funcionamento

- o mecanismo de coleta do particulado baseia-se na ação da força centrífuga aplicada as partículas

- o formato cilíndrico estabelece um movimento rotatório para o fluxo gasoso, criando uma força centrífuga

- a força centrífuga projeta as partículas de encontro com as paredes, retirando-as do fluxo gasoso em escoamento

Princípio de funcionamento

- o fluxo gasoso entra tangencialmente à periferia da parte superior do ciclone

- internamente ao ciclone, o formato inicialmente cilindrico do ECP torna o fluxo helicoidal descendente

- o atingir a parte inferior do ECP, em formato cônico, o fluxo retorna helicoidal ascendente até a saída na parte superior do ECP

https://www.youtube.com/watch?v=BrGXXurZers

Princípio de funcionamento

Aspectos gerais

- a força centrífuga decorrente do movimento helicoidal projeta as partículas sólidas de encontro às paredes

- com o impacto na parede do ECP, as partículas caem (por ação da força gravitacional) até o cone inferior, onde são coletadas e removidas

- são de construção simples e de baixo custo, quando comparados com outros tipos de equipamentos de coleta de poeira

- um dos equipamentos mais utilizados para tratamento de particulados até os dias atuais

Princípio de funcionamento

Mecanismo de remoção

- em um movimento circular a aceleração proporcionada pela força centrífuga é:

ae = rw²

ae é a aceleração; r é o raio da trajetória; w é a velocidade angular

- a força centrífuga (Fc) sobre a partícula de massa m é dada por:

Fc = mae = mrw²

Mecanismo de remoção

- uma vez que ωw=vtan/r, onde vtan é a velocidade tangencial da partícula:

Fc = mvtan²/r

- dependendo da velocidade tangencial e do raio aplicado, a Fc é bem maior que a força gravitacional Fg

- a geometria do ciclone maximiza a força atuante na partícula, comparado com a sedimentação apenas pela força gravitacional

Mecanismo de remoção

- para processos regidos pela lei de Stokes, pode-se obter a velocidade radial (VR) da partícula substituindo g por wr²:

Mecanismo de remoção

- quanto mais elevada a velocidade terminal, maior será a velocidade radial, e mais fácil será separar a partícula

Eficiência do ciclone

- fatores que afetam a eficiência do ciclone:

- aumento da velocidade tangencial;

- redução do diâmetro do ciclone;

- tamanho da partícula;

Eficiência do ciclone

Eficiência do ciclone

- o cálculo da eficiência de remoção pode ser calculado por alguns modelos matemáticos:

- Modelo de Leith-Licht

- Modelo de Lapple

Eficiência pelo modelo de Lapple

- a eficiência específica (n) baseia-se na razão entre o diâmetro da partícula removida com 50% de eficiência (dpc) e o diâmetro da partícula no fluxo gasoso (dp), dada por:

- a eficiência global (no) baseia-se na somatória das eficiências específicas multiplicadas pela sua proporção das sua massa (m) no fluxo gasoso:

Eficiência pelo modelo de Lapple

- o diâmetro da partícula removida com 50% de eficiência (dpc) é dada por:

- W é a largura do duto de entrada no ciclone, sendo Ne dado por:

Eficiência pelo modelo de Leith-Licht

Cálculo de eficiência do ciclone

Considere um ciclone tipo padrão (standard) com as seguintes características:

- diâmetro da partícula = 20 μm;

- diâmetro corpo do ciclone = 4 m;

- temperatura do fluxo = 293 K;

- vazão volumétrica do fluido = 20 m3/s;

- densidade da partícula = 2000 kg/m3;

- densidade do fluido= 1 kg/m3;

- fator de correção (Cunningham) = 1;

- viscosidade do fluido = 1,8 x 10-5 kg/(m.s)

a) Calcule a eficiência segundo o modelo de Leith-Lich

b) Calcule a eficiência segundo o modelo de Lapple

Cálculo de eficiência do ciclone

a) Calcule a eficiência segundo o modelo de Leith-Lich

Cálculo de eficiência do ciclone

a) Calcule a eficiência segundo o modelo de Leith-Lich

Cálculo de eficiência do ciclone

a) Calcule a eficiência segundo o modelo de Lapple