UNIVERSIDADE DE RIBEIRÃO PRETO

–UNAERP
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS, NATURAIS E DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA

Engenharia do Meio Ambiente

Apostila Teórica 6
Lavadores degases
(Wet scrubbers)

Saída de gás limpo

Entrada de gás sujo

Eliminador de
névoa
(opcional)

recirculação Separador
centrífugo

Dreno

purga
Disposição da
lama

bomba Tanque de sedimentação

Prof. Dr. Murilo Daniel de Mello Innocentini

http://lattes.cnpq.br/568118147107742
6
muriloinnocentini@yahoo.com.br

Ribeirão Preto–SP
Agosto de 2015
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

SUMÁRIO

6.1. INTRODUÇÃO 130

6.2. MECANISMOS DE COLETA 130
6.2.1. Material Particulado 130
6.2.2. Gases e Vapores 131
6.3. PARÂMETROS DE OPERAÇÃO DE UM LAVADOR 133
6.3.1. Queda de pressão 133
6.3.2. Razão Líquido
-Gás 133
6.4. VANTAGENS E DESVANTAGENS 134
6.5. COMPONENTES DE SISTEMAS DE LAVAGEM DE GASES 135
6.6. TIPOS DE LAVADORES 136
6.6.1. Torre de Aspersão
(Spray Tower) 137
6.7. PROJETO DE LAVADOR DE GASES TIPO TORRE DE ASPERSÃO 138
6.8. EXEMPLO 143
6.9. LISTA DE EXERCÍCIOS 145

129
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

6.1. INTRODUÇÃO

Equipamentos para a coleta a úmido de vapores, gases condensáveis e aerossóis são chamados
lavadores. Estaclasse de equipamento de controle de poluição coleta partículas pelo contato direto
com um líquido (usualmente água). Há uma grande variedade de geometrias de lavadores no mercado.
A maioria deles pode ser agrupada de acordo com o tipo de mecanismo de
ta cole
usado.
Adicionalmente, lavadores podem ser agrupados de acordo com o gasto energético, expressos através
da queda de pressão através do lavador ou pelo nível de energia necessário para a separação.

6.2. MECANISMOS DE COLETA

6.2.1. Material Particulado

O gás contendo o material particulado é forçado através de uma aspersão de gotas, com as quais
as partículas se chocam, se depositam por difusão, e também agem como núcleo de condensação de
água, conseqüentemente
aumentando de tamanho, o que torna sua coleta mais fácil. São vários os
mecanismos de coleta de partículas em um lavador, conforme descrito bela
na Ta
6.1 e ilustrado na
Figura 6.1.
Tabela
Tabela 8.2.6
.1. Mecanismos
Mecanismos de coleta
de coleta em um lavador
de partículas em umde gases.
lavador

130
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

impactação
Movimento
Browniano
interceptação
(difusão)

partícula
gota

Linhas de corrente

Figura 6.1. Mecanismos de coleta de particular em um lavador.

A Figura .62 contém a curva de eficiência de coleta típica para partículas em um lavador de
gases.

Figura 6.2. Curva de eficiência de coleta de partículas em um lavador de gases.

6.2.2. Gases e Vapores

O processo de retenção de poluentes gasosos em um líquido é conhecido como absorção.
Absorção é um processo de transferência de massa pelo qual um componente em uma fase é
transferido para outra enquanto houver um gradiente de concentração entre ambas
fases.
as

131
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

Para remover o poluente gasoso por absorção, a corrente gasosa deve entrarntato
em co
com
um líquido. As3 etapas envolvidas na absorção
são ilustradas na Figura 6.3
. Na primeira etapa, o
poluente difunde-se do meio fluido para a interface líquido
-gás. Na segunda etapa, o poluente é
transferido através da interface para o meio fluido. Esta etapa ocorre extremamente rápido assim que
as moléculas do poluente chegam à interface. Na terceira etapa, o poluente difunde
-se através do meio
líquido, permitindo que novas moléculas sejam absorvidas.

Poluente
gasoso

Figura 6.3. Etapas de absorção de um poluente gasoso em uma gota de líquido.

Para aumentar a difusão do gás e com isso melhorar o processo de absorção, o projeto de um
lavador deve:

a) Garantir uma grande

área interfacial de contato entre as fases líquida e gasosa (isto é, proporcionar
uma numerosa quantidade de minúsculas gotas de líquido).
b) Proporcionar uma boa mistura entre as fases líquida e gasosa (turbulência).
c) Permitir um tempo de residência, ou
tempo de contato, suficiente entre as fases líquida e gasosa.
Os dois primeiros fatores,
grande área de contato
e boa mistura, também são importantes para
a coleta de partículas. O terceiro fator,
tempo de residência suficiente
, desfavorece a coleta de
partículas, uma vez que neste caso, as velocidades relativas do gás e do líquido devem ser reduzidas.

132
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

Assim, obter uma boa eficiência de coleta simultânea para poluentes gasosos e particulados é
extremamente difícil, a menos que o poluente gasoso seja muito
solúvel no líquido.
A solubilidade é um fator muito importante no processo de absorção, uma vez que ela governa
a quantidade de líquido e o tempo de contato necessário para absorver um determinado gás ou vapor.
Assim, gases mais solúveis necessitam de
enor
m quantidade de líquido e são absorvidos mais
rapidamente. A solubilidade é uma função da temperatura e, em menor extensão, da pressão do
sistema. Com o aumento de temperatura, a quantidade de líquido que pode ser absorvida diminui. Por
essa razão, emlguns
a sistemas de absorção, a corrente gasosa é primeiramente resfriada antes de
entrar no lavador. Quando a pressão aumenta, a quantidade de gás absorvido em geral aumenta.

6.3. PARÂMETROS DE OPERAÇÃO DE UM LAVADOR

6.3.1. Queda de pressão

A queda de pressão através um sistema de lavagem é um importante parâmetro para avaliar o
desempenho do equipamento. Em geral, quanto maior a queda de pressão, maior a eficiência de coleta
de particulados. Contudo, também maior será o consumo energético
lacionado
re à movimentação dos
gases e ao bombeamento do líquido.
Os valores típicos de queda de pressão
de diversos tipos de
lavadores são mostrados na Tabela 6.2.

6.3.2. Razão Líquido

-Gás
Outro parâmetro importante na operação de um lavador é a vazão
líquido
de usado. É comum
na terminologia de lavadores expressar a vazão de líquido como uma função da vazão de gás que está
sendo tratado. Essa função é comumente denominada razão líquido
-gás (L/G) e é expressa em litros de
líquido por metro cúbico de gás. ( /m 3gás).
Lágua
Para a remoção de particulados, a razão L/G é função do projeto mecânico do sistema, enquanto
que para a absorção de gases a razão L/G indica a dificuldade de remover o poluente. A maioria dos
lavadores para particulados opera em razões L/G entre 0,5água3 L3gás. Razões L/G para absorção de
e /m
gases são L /m 3gás. A Tabela 8.2 apresenta as razões L/G
133requentementemaiores, atingindo 3 a 5água
típicas para diversos lavadores.

133
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

Tabela 8.2. Intervalo de queda de pressão e razão líquido gás

Tabela 6.2. Intervalo de queda de pressão
(L/G) para e razão
vários tipos delíquido
-gás (L/G) para vários os
lavadores. tip de lavadores.

6.4. VANTAGENS E DESVANTAGENS

Os coletores úmidos compreendem uma faixa tão grande de tipos diferentes que podemos dizer
que para cada coletor seco existe um coletor úmido em compet
ição e vice
-versa. Os lavadores têm sido
bem aplicadospara sistemasque operam gás a alta temperatura (500°C ou maior) e onde a umidade é
um sério obstáculo para lidar com os gases. Eles não podem ser usados onde a recuperação do resíduo
seco é uma necessidade, tendo em vista uma possível reutilização
venda
ou econômica deste material,
e também onde a dificuldade de separar os poluentes do líquido de lavagem (normalmente água)
venham ao desencontro das leis de controle de poluição das águas vigentes.
Os requisitos no consumo de energia, tanto aplicado
parte
na gasosa quanto para parte líquida,
variam inversamente ao tamanho de partícula do contaminante. No que diz respeito a faixa de trabalho,
3/h, indo
os lavadores podem tratar processos que vão desde 3.000 a 170.000 m em certos casos até a
0 m3/h.
ordem de 600.00

De maneira sucinta, podemos descrever as seguintes vantagens dos lavadores:

a) A coleta de material particulado e absorção de gases pode ser realizada simultaneamente (pode
coletar partículas e gases ao mesmo tempo).
b) Altas eficiências de coleta pod
em ser obtidas para qualquer faixa de tamanho de partícula, desde
que aplicada a energia necessária.

134
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

c) Materiais pegajosos podem ser coletados sem entupimento.

d) Efluentes gasosos a altas temperaturas podem ser tratados sem problema.
e) O conteúdo de umidade do efluente gasoso e/ou o ponto de orvalho não são fatores críticos na
operação do lavador.
f) Poeiras e gases inflamáveis podem ser manipulados sem perigo; gases e névoas corrosivas podem
ser coletados e neutralizados; evita riscos de explosão pela presença gases
de e poeiras
combustíveis.
g) Seu tamanho em geral é pequeno e seu custo inicial é relativamente baixo.
h) Dissolve partículas solúveis; executa a função secundária de resfriamento e outras aplicações como
transferência de calor, reação química e evaporação,aumentam a faixa de uso dos coletores
úmidos.

As principais desvantagens
dos lavadores são
:

a) Requer altas energias para a coleta de partículas de pequeno tamanho.

b) Sofre os problemas de corrosão e abrasão decorrentes do processamento o qual está tratando.
c) Cria resíduos líquidos e, portanto, exige sistemas de tratamento e disposição de efluentes líquidos.
d) Excessiva evaporação do líquido para gases quentes; produz a descarga de uma pluma de vapor
proveniente do caudal gasoso saturado de água.
e) Recristaliza materiais solúveis.
f) O efluente tem alta umidade relativa e baixo ponto de orvalho.
g) Locais com deficiências no abastecimento de água.
h) Partículas submicrométricas são coletadas com baixa eficiência; as partículas-molháveis
não são
difíceis de coletar; gotículas
podem sair pelo efluente do coletor.
i) Possibilidade de congelamento do líquido em zonas frias.

6.5. COMPONENTES DE SISTEMAS DE LAVAGEM DE GASES

Um sistema de lavagem de gases é composto dos seguintes componentes: a) tubulação e

ventilador para transport
e dos gases, b) câmara de saturação (opcional), c) vaso de lavagem, d)
eliminador de névoa, e) sistema de bombeamento e reciclo do líquido de lavagem, f) sistema de
tratamento do efluente líquido (lama ou solução ácida/alcalina)chaminé
e g) de exaustão. Figura
A 6.4
contém esquematicamente um sistema completo de lavagem de gases.

135
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

Figura 6.4. Esquematização dos componentes de um sistema de lavagem de gases.

6.6. TIPOS DE LAVADORES

Hoje existem, disponíveis no mercado, quase que um número infinito de lavadores. Desta
forma, é mais prático descrever somente aqueles tipos básicos que possam englobar a maioria deles,
definindo seus mecanismos de contato e suas configurações físicas.

136
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

6.6.1. Torre de Aspersão (Spray Tower)

Neste tipo de lavador(Figura 6.5)
, o ar carregado de partículas passa através de uma câmara
retangular ou circular entrando em contato com gotas do líquido gerado por bicos atomizadores. O
tamanho das gotas é controlado para otimizar o contato com as partículas e garantir a rápidaão
separaç
das gotas da corrente gasosa. A água recirculada deve ser suficientemente limpa ou filtrada para evitar
o entupimento dos bicos. Lavadores tipo spray apresentam em geral eficiência de 90% para partículas
maiores que 8m. A absorção física depende das
ropriedades
p do gás e do líquido, como viscosidade,
densidade, assim como das características do poluente (difusividade e solubilidade de equilíbrio). Estas
propriedades são dependentes da temperatura e baixas temperaturas geralmente favorecem a
absorção do
s poluentes. A absorção química é limitada pela velocidade de reação. Soluções de (NaOH)
e Na2CO3 são as mais comuns para neutralização de ácidos.
Características típicas de operação de
lavadores tipo torre de aspersão são dadas na Tabela 6.3.

Tabela 6.3.Características
Tabela de operação
8.4. Características de lavadores
de operação detipo torrede
torres deaspersão
aspersão (spray tower)

137
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

a)

b)

c)

Figura 6.5. Esquemas de lavadores do tipo torre de aspersão. a) Torre de aspersão contracorrente
vertical, b) Torre de aspersão de fluxo cruzado horizontal. c) Detalhes
de bicos de aspersão.

6.7. PROJETO DE LAVADOR DE GASES TIPO TORRE DE ASPERSÃO

As n
i formaçõesrequeridasde projetosão:

Vazãovolumétrica médiado gás a ser tratado (Q g)

Temperaturade entradado gás (T gE)
Temperaturade saídado gás (T gS)
Temperaturamédia do líquidode lavagem(Tl)
Pressãoabsolutada corrente gasosa na entrada(PgE)
Pressãoabsolutada corrente gasosa na saída(PgE)
Concentração total de entrada das partículas E) (C

Densidade da partículap()
Distribuição granulométrica do material particulado (dpi x wi)

138
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

Algumas recomendações para o dimensionamento do lavador são dadas na6.4.

Tabela

TABELA 6.4
- Recomendações para projeto de lavadores do tipo torre de aspersão.
Segundo Dullien,gás
v deve estar entre 0,60 e 1,0 m/s.
Velocidademédia do gás (vgás) Com certeza, é preciso quegásvseja menor que a
velocidade terminal da gota t(v
,gota)
Razão líquido/gásR(L/G) - também 3
Deve estar entreRL/G = 0,001 a 0,003 m 3
água/m gás.

chamado na literatura de razão L/G Quanto menor, mais econômico, mas pior o
ou QL/Q G desempenho.
Em geral, gotas em lavadores têm diâmetro entre 0,1
Diâmetro da gota (D
gota)
e 1,0 mm. O diâmetro ótimo é de 0,8 mm.
Em geral, aaltura útil do lavador não deve ultrapassar
Altura útil do lavador (HL) 7 metros, para evitar problemas na montagem e
(acimada entrada dos gases e manutenção da instalação industrial. Contudo, quanto
abaixo dos bicos atomizadores) maior a altura do lavador, maior será a eficiê
ncia de
coleta.

Inicialmente, deve
-se calcular a vazão volumétrica média do gás
m) (Q
que passa pelo lavador.
Caso seja conhecida a vazão volumétrica na entrada
E), tem-se
(Q que:

Tm 
PE 
Qm QE 
T 
P 
  (2.28)
E m 

T TS
Tm  E (2.26)
2

P PS
Pm  E (2.27)
2

139
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

As propriedades do gás devem ser calculadas na temperatura e pressão médias

m e Pm)(T
por:

PmMMg
gás  (2.24)
R(Tm 273)

1,5
T 273   273 Cn 
gás o  m  
T 273 C 
 (2.25)
 273  m n

g
Sendo os valores de R, MMo e Cn obtidos na Apostila 2 (Tabela 4).

Caso seja
m conhecidas a velocidade do gás gás
(v) e a vazão volumétrica média dos gases
m),(Q

calcula-se o diâmetro do lavador (D

L) por:

4Qm
DL  (6.1)
v gás

Por outro lado, caso sejam conhecidos

o diâmetro do lavador (D
L) e a vazão volumétrica média

dos gases (Q
m), então calcula
-se a velocidade média dos gases
gás)(vpor:

4Q
v gás  m2 (6.2)
DL

A área da seção transversal do lavador

(A) é calculada por:

2
D
A L (6.3)
4

Caso não seja especificada em projeto,

vazão
a de líquido de lavagem requerida no lavador
(QL)
pode ser estimadapor:

140
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

QL RL/GQm

(6.4)
sendo o valor de L/G
R definido em projeto ou estipulado conforme Tabela 6.4.

A eficiência fracionária de coleta do lavador é calculada por:


3 v t,gotaHL i
* 

i 1 - exp 
- 0,20R L / G  (6.5)
 2 D ( v , v )
gás 
 gota t gota 

2
  K pi 
i   (6.6)
K pi 0,7 
 

2
p dpi v gás
K pi  (6.7)
9gásD gota

sendo que:
RL/G = razão líquido 3
-gás no lavador (m 3
água/m gás) - Tabela6.4 ou estipuladapelo projeto.

dpi = diâmetro da partícula (m)

.
KPi = parâmetro de impactação
para cada tamanho de partículapi d
(-)
HL = altura do lavador (m)- Tabela 6.4ou estipuladapelo projeto.
0,20 = fator que considera que apenas 20% das gotas
atuarão na coleta das partículas.
Dgota = diâmetro da gota gerada noico
b atomizador (m)- Tabela 6.4ou estipulada pelo projeto.
vgás = velocidademédia de ascensão do gá
s no lavador (m/s)- Tabela 6.4ou estipulada pelo projeto.
gás = viscosidade do gás
(Pa.s)
i* = eficiência fracionária para uma única gota
(-).
vt,gota = velocidade terminal da gota de líquido usado na lavagem
(m/s).

A velocidade terminal da gota

vt,gota
( ) pode ser determinada pela Apostila 1:
141
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini


4 gota - gás 
0,5

v t, gota  g D gota  (1.21)

3 gásCD 
 

CD 
432
Ar

1 0,0470 Ar 2 / 3 
0,517

1 154 Ar -1/3
(1.23)


4 gota - gás  3
Ar  g gásD gota (1.24)
2
3 gás

As equações (1.23) e (1.24

) são válidas para números de Arquimedes
(Ar) entre 0 e 13000. Para
Ar > 13000, DC= 0,95 na equação (1.23
).

Para a velocidade terminal da gota, usar a densidade

gota
da de água(gota) calculada por:

gota 1.4887 10 5 Tl 5.7544 10 3 Tl 1.054110 2 Tl 1000.1

3 2
(6.8)

válida para o intervalo de temperatura da água

Tl de 0 a 100°C

Para escoamento vertical contracorrente, a queda de pressão

lavador
no deve ser suficiente
para suportar o peso das gotas de água que ficam retidas, sobrepor as perdas por atrito nas paredes e
absorver qualquer excesso de momento gerado pelas gotas. Se as duas últimas contribuições puderem
ser desprezadas, a queda pressão
de no lavador pode ser Control
estimad
of fine particle emissions from industrial sources in California
”):

QLlgotagH
P  (6.9)
( v t,gota v g )A

142
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

sendo que:
P = queda de pressão no lavador (Pa)
QL = vazão volumétrica do liquido no lavador3/s)
(m
gota = densidade do líquido pulverizado no lavador (kg/m
3)

9,8( m/s2)
g = aceleração da gravidade
H = alturaútil do lavador (m)
vg = velocidade de ascensão do gás no lavador (m/s)
vt,gota = velocidade terminal da gota no lavador (m/s)
2) (m
A = área da seção transversal do lavador

6.8. EXEMPLO

Exemplo 1: Calcule a eficiência

globalde coleta de um lavador tipo torre de aspersão, com
altura 6,0 m
e diâmetro de 1,2m. A corrente de gás entra
em contracorrente verticalmente com vazão de 3600
m3gás/hora, em temperatura de 80°C
e pressão de 710 mmHg
e sai com temperatura de 60°C
e 700 mmHg
.
1 kg/m3 e distribuição g
O material particulado de densidade400 ranulométricaapresentada a seguir
.A
g/m3. Considere quea razãoLíquido-Gás (RL/G) seja
concentração depó na entrada do lavador é de 10
de 0,003mágua/m 3gáse a gota gerada tenha diâmetro de
0,8 mm. O líquido é alimentado no lavador em
Tl = 35°C.Considere que o gás tenha as mesma propriedades físicas do ar.

Respostas:

143
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

Lavador
Dimensões Parâmetro Valor Fonte
HL (m) 6.000 Enunciado WE (kgpó/h) 36 Eq. (2.11)
3
DL (m) 1.200 Enunciado CE (gpó/m gás) 10.00 Enunciado
A (m2) 1.131 3
Eq. (6.3) QE (m gás/h) 3600 Enunciado
Parâmetro Valor Fonte TE (°C) 80 Enunciado
RL/G(m3água/m 3gás) 0.003 Enunciado PE (mmHg) 720 Enunciado
vgás (m/s) 0.871 Eq. (6.2) TS (°C) 60 Enunciado
Dgota (m) 8.00E-04 Enunciado PS (mmHg) 700 Enunciado
gota (kg/m )
3 3
994.1 Eq. (6.8) QS (m /h) 3493 Eq. (2.7)
TL (°C) 35 Enunciado Tm (°C) 70 Eq. (2.26)
Ar (-) 15557 Eq. (1.24)Pm (mmHg) 710 Eq. (2.27)
CD (-) 0.950 Eq. (1.23)Qm (m3/h) 3547 Eq. (2.28)
Exemplo 1: Calcule a eficiência
global de cole
vt,gota (m/s) 3.371 Eq. (1.21)gás (kg/m3) 0.963 Eq. (2.24)
QL (m3água/h) 10.642 Eq. (6.4) gás (Pa.s) 2.03E-05 6,0(2.25)
Eq. m e diâmetro de 1,2m. A corrente degás
P (Pa) 61.2 Eq. (6.9) p (kg/m3) 1400 Enunciado
3600 m3gás/hora, em temperatura de 80°C
e pre
MM g (g/mol) 29 Tabela 2.4
700 mmHg. O material particulado de de
WS (kg/h) 6.42 Eq. (2.21)
WC (kg/h) 29.58 apresentada a seguir
Eq. (2.10)
. A concentração de
pó n
global (-) 82.2 razão
Eq. Líquido-Gás (RL/G) seja de 0,003mágua/m
(2.14)
3
CS (g/m ) 1.84 Eq. (2.22)é alimentado no lavador eml =T 35°C
líquido
3
CS,N (g/Nm ) 2.43 Eq. (2.23)
físicasdo ar.
Enunciado Enunciado Eq. (2.17) Eq. (6.7) Eq. (6.6) Eq. (6.5) Eq. (2.18)
dpi (m) wi (-) WEi (kg/h) Kpi (-) i (-)
*
i (-) WSi (kg/h)
1 0.01 0.360 0.008 0.0001 0.0013 0.3595
2 0.02 0.720 0.033 0.0021 0.0187 0.7065
3 0.02 0.720 0.075 0.0094 0.0820 0.6609
4 0.02 0.720 0.134 0.0257 0.2085 0.5699
5 0.05 1.800 0.209 0.0528 0.3815 1.1134
6 0.05 1.800 0.301 0.0903 0.5603 0.7915
7 0.07 2.520 0.409 0.1361 0.7103 0.7301
8 0.09 3.240 0.534 0.1874 0.8185 0.5882
9 0.12 4.320 0.676 0.2415 0.8890 0.4794
10 0.15 5.400 0.835 0.2959 0.9324 0.3652
15 0.17 6.120 1.879 0.5308 0.9920 0.0488
20 0.09 3.240 3.340 0.6835 0.9980 0.0064
30 0.06 2.160 7.516 0.8369 0.9995 0.0011
40 0.05 1.800 13.362 0.9029 0.9997 0.0005
50 0.03 1.080 20.877 0.9362 0.9998 0.0002
Soma 1.00 36.00 6.42
Eq. (2.19) Eq. (2.20) Eq. (2.21)

144
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

6.9. LISTA DE EXERCÍCIOS

1) Um lavador do tipo torre de nebulização (spray tower) é usado para abatimento da emissão de
aerossóis gerados em uma caldeira movida à biomassa. O lavador disponível na empresa tem 10 m de
altura útil e 5 metros de diâmetro. O sistema de atomização de água no lavador é composto de 10 bicos,
cada um com capa cidade de 100 água m de diâmetro. Sabe
L /min e que geram gotas de 600 -se que o
3
material particulado tem densidade absoluta de 1800 kg/m, enquanto que a corrente gasosa entra no
lavador a 180°C e 760 mmHg. Com base nessas informações, forneça:

a) A vazão volumétrica de gás de combustão que pode ser alimentado no lavador para que o
mesmo opere com velocidade ascensional do gás de 0,8 m/s e com todos os bicos de atomização
em operação plena.
m.5 Considere as condições de
b) A eficiência de coleta do lavador para uma partícula de
operação do item a).

2) Um lavador de gases do tipo torre de borrifo de diâmetro útil 4 m e altura 8 m opera na remoção de
pó de feldspato (densidade de 2600 kg/m 3) de uma corrente gasosa proveniente da exaustão de um

britador aseco. A concentração de aerossol na entrada do lavador é de 103,g/Am temperatura de 35°C

e pressão atmosférica de 760 mmHg (= 1,88×10-5 Pa.s,= 1,146 kg/m3). A velocidade média dos gases
no lavador é de 1 m/s. O líquido de lavagem é água em temperatur a de 35°C, densidade de 994,1 kg/m3

e vazão volumétr ica de113,1 m3/h, com o diâmetro de gotas geradas nos bicos atomizadores de 1 mm.
Com base nessas informações e assumindo que o lavador opere isotermicamente, pergunta -se: qual
será a eficiência de colet
a para partículas com 10 m de diâmetro? ANTES QUE VOCÊ PERGUNTE: NÃO
ESTÃO FALTANDO DADOS!!!! (R: vtgota = 3,59 m/s; QG = 45239 Am3/h; Q /Q = 0,0025;* = 0,472;=
L G i i
0,98).

3) Deseja-se utilizar um lavador de gases tipo torre de borrifo para coletar

pó de açúcar arrastado de
um secador/resfriador tipo tambor rotativo, de tal forma que ele possa ser retornado ao processo.
Sabe-se que o açúcar tem densidade absoluta de 1600 3kg/m e diâmetro médio da fração arrastada de
30 m. Uma corrente de ar em vazão volumétrica de 1800 m3/h, temperatura de 60°C, pressão de 760

mmHg e concentração de pó de açúcar de 500 mg/m 3 é exaurida do secador e enviada ao lavador, que

tem diâmetro de 90 cm e altura de 4 m. Qual deve ser a vazão de líquido3/h em(água

m a 25°C) ser
a
pulverizada no lavador para que a eficiência de coleta das partículasde
m seja
30 de 99,5%? Considere
que a gota gerada no lavador tenha diâmetro de 0,8 mm? Sabendo -se que a concentraçã ” refere
-
se ao teor de sólidos solubilizados em um líquido (g de sólido por 100 g de água), qual será o brix da
solução açucarada recuperada na base do lavador?

145
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

4) Determine os seguintes parâmetros no processo de secagem de levedura esquematizado a seguir:

exaustor

Legenda: atmosfera

Corrente gasosa
Lavador tipo
Corrente líquida Torre de QL/QG = 3,0 Lágua/mar3
Corrente sólida aspersão

T = 110°C
Tanque
Clevedura = Wpó/QL = ? pulmão
com
suspensão

T = 110°C
Spray soprador
Trocador
dryer
de calor
Bateria de 4
ciclones Swift
associados
em paralelo
T = 110°C
G = 18,44 kgar/s
Wpó = ? ar = 0,922 kg/m3 pó
atmosfera
Cpó = 100 g/m3

Envase

Considere que o lavador tenha diâmetro de 6 m, altura de 6 m e que opere com razão-gás líquido
de
3,0 L/m3, diâmetro de gota de 800m, com temperatura do líquido de 25°C. Considere para efeito de
s geradas no spray dryer seja de 
cálculo de eficiência que o tamanho médio de partícula 20
m, com
densidade de 1,5 g/cm 3. A pressão atmosférica local é de 760 mmHg.

5) Uma das técnicas de tratamento de resíduos sólidos é a incineração, na qual os materiais são
destruídos através da combustão completa.produtos
Os da incineração são uma corrente gasosa, com
componentes oxidados de baixa massa molar2,(CO H2O, SO 2, etc.), e uma fração sólida de menor
volume, que deve ser disposta conforme a presença ou não de metais pesados. A escolha do tipo de
incineradordepende da capacidade de tratamento, características físicas e químicas do resíduo, além
de sua granulometria. Por exemplo, a inertização térmica de solo contaminado com hidrocarbonetos é
geralmente realizada em tambores rotativos, com a alimentação decombustível
um auxiliar para
favorecer a queima (geralmente gás natural). Os gases de combustão que saem do tambor devem ser

146
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

tratados antes de eliminados para a atmosfera. Dependendo das condições operacionais e do tipo de
solo, pode haver um grande arraste
e particulados,
d sendo necessário o uso de coletores de pó.
Considere um processo de incineração de solo (material à base de sílica e alumina) em que uma
corrente de 5000 kg/h de gases de combustão, com massa molar média de 28 g/mol, temperatura
média de 800°C e pressão de 760 mmHg saem de um tambor rotativo cilíndrico.-se Sabe
também que
a densidade das partículas é de 2500 kg/h, com esfericidade de 0,71 e distribuição granulométrica do
pó arrastado do tambor dada por:

Diâmetro de partícula
(m) 5 10 50 100
Fração mássica,i w
(%) 10 20 35 35

A equipe de engenharia estuda a seguinte configuração para o sistema de coletas de particulados finos
arrastados do forno rotativo:
Atmosfera
Lavador de gases T = 80ºC
Bateria com 2 (tipo spray tower)
ciclones tipo Lapple Exaustor
em paralelo

T = 500ºC T = 210ºC
Sólidos finos arrastados
Dtubo = 1 m
Ggás = 5000 kg/h Características do lavador:
T = 800ºC QL/QG = 4 L/m3
P = 760 mmHg
Wpó = 250 kg/h T = 35ºC
pó = 2500 kg/m3
L= 7 m
Alimentador de
Sedimentador gravitacional Vgás = 1 m/s
rosca de sólidos
Dgota = 800 m
Incinerador tipo forno rotativo

Combustível

Sólidos grosseiros

Sólidos tratados

Com bas
e no fluxograma apresentado, determine:

a) As dimensões de cada ciclone.

b) A vazão mássica de pó coletado nos ciclones.
c) A concentração de particulados na saída da chaminé na configuração B (em3mg/Nm
).

147
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

6) Determine os seguintes parâmetros no processo de secagem de levedura esquematizado

seguir: a

exaustor

T = 60°C T = 60°C
Legenda: atmosfera
CS,2 = ?
Corrente gasosa
Lavador tipo
Corrente líquida Torre de QL/QG = 1,0 L/m3
Corrente sólida aspersão

T = 110°C
Tanque
Clevedura = Wpó/QL = ? pulmão
com
T = 110°C suspensão
CS,1 = ?
T = 110°C
Spray soprador
Trocador
dryer
de calor
Bateria
de 4
ciclones
Lapple
T = 160°C
Q = 10 m3/s
Wpó = ? Cpó = 50 g/m3 pó
atmosfera

Envaze

Considere que o lavador opere com razão líquido -gás de 1,0 L/m 3, velocidade do gás de 1,0 m/s,

diâmetro de gota de 800m e altura de 6 m, com temperatura do líquido de 35°C. Considere para
efeito de cálculo de eficiência que o tamanho médioe partículas
d geradas no spray dryer é de30
m,
com densidade de 1400 kg/m 3. A pressão atmosférica local é de 760 mmHg.

7) Projete um lavador de gases, do tipo torre de nebulização, para remover material particulado
proveniente de uma caldeira. A vazão gasesde é de 10 3m/s, em temperatura de 145°C e pressão
atmosférica. As cinzas provenientes da caldeira têm densidade de 20003 ekg/m são emitidas em
concentração total de 20 g/m3. Faça as considerações adequadas de projeto e determine as dimensões
do lavador (D e L) além das condições operacionais (vazão de líquido, velocidade do ar, diâmetro de
gota, etc.). Explique cada escolha que fizer. Determine também a eficiência de coleta para uma partícula
de 3 m.

148
 Engenharia Meio Ambiente –UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini

8) Um lavador tipo torre de aspersão deve serlizado

uti para coletar cinzas oriundas da queima de
biomassa em uma caldeira. A vazão mássica dos gases efluentes da caldeira é de 8000 kg/h, com
densidade de 0,7 kg/m 3 e viscosidade de 2,1x10
-5 Pa.s. As cinzas possuem densidade de 16003kg/m
e
sua concentração no duto de entrada do lavador é de 15 g/m 3. O lavador tem 3 m de diâmetro e 6 m

de altura, e deve operar com uma razão líquido/gás de 33.L/m A gota de água no lavador deverá ter
500 m de diâmetro e a temperatura média da água de aspersão é de 36°C. termine
De a eficiência
global de coleta no lavador para a seguinte distribuição granulométrica:

dpi (m) 3,0 14,0

wi (%) 20 80

9) Um lavador tipo torre de aspersão deve ser utilizado para coletar cinzas oriundas da queima de
biomassa em uma caldeira. vazão
A mássica dos gases efluentes da caldeira é de 7000 kg/h, com
temperatura média de operação de 120°C e massa molar de 29.g/mol As cinzas possuem densidade de
3
1800 kg/m e sua concentração no du to de entrada do lavador é de 10g/m3. O lavador tem 3 m e
d
de água no lavador deverá ter006m de diâmetro e a temperatura
diâmetro e 6m de altura, e a gota
média da água de aspersão é de°C. 40 Determine a vazão de água recomendada para aspersão no
lavador de modo que a eficiência coleta
de de 10m atinja 95%.
para uma partícula

10) Lavadores de gases do tipo torre de nebulização

são equipamentos comumente utilizados para o
tratamento de poluentes provindos da exaustão de caldeiras em usinas de açúcar e álcool. Por
envolverem a coleta dos particulados a partir do contato líquido
-sólido, é muito importante que haja
um funcionamentoeconômico do equipamento, para evitar o desperdício de água e a geração de um
outro resíduo (lama), que deverá ser tratada antes do descarte. Também é muito importante que o
lavador atenda às normas de emissão dos poluentes na atmosfera. Com base nesse stórico hi
e nas
discussões realizadas em sala de aula, explique sucintamente o que acontecerá com a eficiência do
lavador na coleta de particulados se as seguintes alterações forem realizadas:

a) Aumento do diâmetro do lavador, mantendo

-se todas as outrasondições
c constantes.
b) Diminuição na temperatura do gás.

Para aumentar a eficiência do lavador, qual alteração produzirá o maior efeito: dobrar a razão- liquido
gás ou triplicar a altura do lavador. Justifique claramente a sua resposta.

149