Primeira aula - EMISSOES [Modo de Compatibilidade]

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EMISSÕES GASOSAS
Profa. Juacyara
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TRATAMENTO DE EMISSÕES 
GASOSAS
• Introdução
• Padrões de Qualidade do Ar
• Poluentes Particulados
• Remoção de poluentes Particulados
• Câmaras Gravitacionais
• Coletores Inerciais
• Coletores Centrífugos
• Coletores Úmidos
• Filtração
• Precipitador Eletrostático
• Remoção de poluentes Gasosos
• Adsorção de Poluentes Gasosos
• Absorção de Poluentes Gasosos
• Condensação
• Combustão
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Introdução
• Poluição do ar � quando o ar contém um ou mais
substâncias químicas em concentrações suficientes
para causar danos em seres humanos, animais, em
vegetais ou em materiais. Esses danos podem advir
de parâmetros físicos como som e calor.
• Classificação dos poluentes:
• Poluentes Primários� lançados diretamente no ar. Ex.:
SO2, NOx, CO, e particulados.
• Poluentes Secundários � formam-se na atmosfera por meio
de reações que ocorrem devido à presença de certas
substâncias químicas e determinadas condições físicas. Ex.:
SO3 (formado pelo SO2 e o O2 no ar) reage com o vapor
d´água para produzir H2SO4� ‘chuva ácida’.
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Principais poluentes do ar
Classes Principais Componente Descrição
Partículas Material Particulado Partículas de material sólido e líquido capazes em permanecer em 
suspensão. Ex. óleo, fuligem, poeira.
Asbesto (amianto) Produz graves problemas à saúde associado à etapa de mineração 
do amianto ou nos processos de beneficiamento desse material.
Metais Associados ao processo de mineração
Gases Inorgânicos CO Gerado no processo de combustão incompleta de combustíveis 
fósseis e outros materiais que contenham carbono em sua 
composição.
CO2 Composto resultante da combustão completa de combustíveis fósseis 
e de outros materiais combustíveis que contenham carbono, 
além de ser gerado no processo de respiração aeróbia dos 
seres vivos, que utilizam o oxigênio para poder liberar a energia 
presente nos organismos dos seres vivos.
SO2 e SO3 Produzidos pela queima de combustíveis que contenham enxofre em 
sua composição, além de serem gerados em processos 
biogênicos naturais, tanto no solo quanto na água.
NOx Principal fonte é o processo de combustão e de descargas elétricas 
na atmosfera. Fabricação de HNO3, processos de 
nitrogenação, oxidação a altas temperaturas.
HF Produzido nos processos de produção de alumínio e fertilizantes, 
bem como em refinarias de processo. São gerados em 
processos que utilizam alta temperatura e nos quais são 
utilizadas matérias-primas que contenham flúor em sua 
composição.
NH3 Fontes: Indústrias químicas, fertilizantes, processos biogênicos 
naturais. Fabricação de amônia.
H2S Subproduto gerado em refinarias de petróleo, indústrias químicas, 
papel e celulose, processos biogênicos naturais.
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Principais poluentes do ar
Gases Orgânicos Hidrocarbonetos Resultantes da queima incompleta de combustíveis, bem como da 
evaporação desses combustíveis e de outros materiais 
(solventes, por ex.). 
Aldeídos, cetonas, 
álcoois e etc.
Processo de oxidação parcial, processos petroquíicos, plásticos, 
lavagem a seco, desengraxamento.
Pesticidas e herbicidas Organoclorados, organofosforados e carbamatos. Fontes: indústrias 
que os produzem, agricultores que fazem uso dessas 
substâncias através de processos de pulverização.
Outros Oxidantes Fotoquímicos São gerados a partir de outros poluentes (hc e NOx), que foram 
lançados à atmosfera por meio da reação química entre esses 
compostos, catalisada por radiação solar. Ex. O3 e PAN (peróxi-acetil nitrato).
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Fontes dos Poluentes
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Legislação
• Padrões de Qualidade do Ar (Resolução CONAMA nº
3 de 28/06/1990)
• Os limites máximos (padrões) estão divididos em 2 níveis:
• padrões primários: inclui uma margem de segurança adequada
para proteger pessoas mais sensíveis, como crianças, idosos e
pessoas com problemas respiratórios;
• padrões secundários: é fixado sem considerar explicitamente
problemas com a saúde humana, mas levando em conta outros
elementos: danos a agricultura, a materiais, a edifícios e à vida
animal, mudanças de clima, problemas de visibilidade e conforto
pessoal.
• CONAMA 382, 2 de janeiro de 2007, Emissões na
Indústria.
• CONAMA 436, DE 22 DE DEZEMBRO DE 2011, Estabelece
os limites máximos de emissão de poluentes
atmosféricos para fontes fixas instaladas ou com pedido
de licença de instalação anteriores a 02 de janeiro de
2007.
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Poluentes Particulados 
• Poeiras: partículas sólidas pequenas resultantes da desintegração mecânica de substâncias orgânicas
ou inorgânicas seja pelo simples manuseio ou em conseqüência de operações de britagem, moagem,
esmerilhamento, peneiramento, fundição, demolição. Não tendem a flocular espontaneamente nem se
difundem,mas tendem a sedimentar por gravidade. Tamanho das partículas: 1-10.000 µm.
• Fumaça: partículas sólidas finas de carbono e outros materiais combustíveis resultantes da combustão
incompleta de matéria orgânica(carvão, madeira, óleo diesel). Tamanho das partículas: 0,1-1 µm.
• Fumos: partículas sólidas finas resultantes da condensação de vapores de metais fundidos e outros
materiais ordinariamente sólidos, quase sempre acompanhados de oxidação (partículas de chumbo e
de zinco). Tendem a flocular no ar. Tamanho das partículas: 0,03-10,0 µm.
• Cinzas: partículas sólidas finas e não combustíveis, resultantes da combustão do carvão. Têm
composição mineral ou metálica. Tamanho das partículas: 1,0-1000 µm.
• Névoas e Sprays: aerossóis formados por gotículas de líquidos resultantes da condensação de
vapores sobre certos núcleos ou da dispersão mecânica de líquidos (smog, neblina, orvalho, névoas de
ácido sulfúrico ou de tinta pulverizada, sprays de aspersão de pesticidas). Tamanho das partículas:
0,01-100 µm.
• Organismos vivos: os mais comuns são o pólen das flores (5-10 µm), os esporos de fungos (1-
10µm) e as bactérias (0,2-5 ou mesmo até 20 µm). Em certas circunstâncias especiais, pode ocorrer a
presença de vírus (0,002-0,05 µm).
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Remoção de poluentes 
particulados
• Classes de equipamentos:
• Gravitacional – separadores gravitacionais (Câmaras
gravitacionais ou coletores gravitacionais)
• Inercial (Impacto) – separadores inerciais ou de impacto
(coletores inerciais ou impactadores inerciais)
• Centrífuga – separadores centrífugos: ciclones e precipitadores
dinâmicos
• Umedecimento ou lavagem – separadores úmidos (coletores
úmidos)
• Filtração – Filtros mangas e outros filtros
• Ionização e atração eletrostática – precipitadores
eletrostáticos
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Câmaras Gravitacionais
• Princípio de Funcionamento
• Sedimentação livre das partículas devido ao seu peso.
• Aplica-se bem à coleta de partículas grosseiras. Porém, abaixo
de 50 µm (325 mesh), a eficiência é bastante pequena,
particularmente se houver correntes de convecção no
equipamento.
• Eficiência de coleta < 50% (em peso).
• Primeira aproximação de cálculo : Lei de Stokes.
• Vantagens:
• simplicidade de projeto e manutenção
• baixa perda de carga
• Desvantagens:
• requer muito espaço
• baixa eficiência de coleta.
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Coletores Inerciais 
• Princípio de Funcionamento
• A separação se baseia na grande diferença entre a quantidade de movimento das
partículas sólidas ou gotículas e a da moléculas de gás transportador.
• As partículas não seguirão a trajetória do gás se este mudar bruscamente de direção.
Sua trajetória será menos encurvada do que as linhas de fluxo do gás, sendo fácil obrigá-
las a atingir anteparos como chicanas ou material poroso de enchimento.
• Por gravidade, as partículas impactadas chegarão aos pontos de descarga.
• Tipicamente, uma velocidade mínima de escoamento de 18 m/s é necessária para
conseguir separação de partículas de 50 µm.
• Eficiências de 47-80% em peso são mencionadas.
• Vantagens:
• simplicidade de projetoe manutenção
• baixa a moderada perda de carga
• opera com grandes partículas
• opera com grandes concentrações de partículas em suspensão (g/m³)
• ocupa pouco espaço.
• Desvantagens:
• sensível a flutuações de concentração se sólidos e vazões.
• baixa eficiência de coleta de partículas pequenas
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Coletores Centrífugos 
• Princípio de Funcionamento:
• A separação se baseia na força centrífuga que atua sobre as partículas suspensas no
gás transportador, o qual é forçado numa trajetória circular ou helicoidal.
• A eficiência de coleta pode ser aumentada, diminuindo-se o raio do ciclone. Ciclone
com grandes diâmetros têm boa eficiência de coleta para partículas com diâmetros de
40-50 µm. Ciclones de alta eficiência, com diâmetros de 23 cm ou menos, possuem
boas eficiências para partículas de 15-20 µm.
• Quando ciclones de pequeno diâmetro são usados para tratar grandes vazões, é
necessário empregar uma bateria de ciclones em paralelo (ciclones múltiplos ou
multiciclones). Tais unidades podem ter eficiências de coleta 90% para particulados
na faixa de 5-10 µm.
• Para um dado ciclone, o tamanho de partícula correspondente à eficiência de coleta
de 50% (em peso), d50, é dado pela equação de Lapple:
• onde:
• µ=viscosidade do gás (kg/ms)
• b=largura da entrada do ciclone (m)
• Ne=nº de voltas efetivas no interior do ciclone
• vi=velocidade do gás na entrada (m/s)
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Coletores Úmidos
• Princípio de Funcionamento
• são equipamentos de desenho semelhante aos dos coletores a seco, 
porém incorporando sistema de lavagem (percolação e aspersão) e 
características adequadas à operação em atmosfera úmida ou com 
aspersão de líquido.
• Vantagens: 
• remoção de partículas e absorção de gases simultaneamente
• maior eficiência de coleta do que o modelo similar a seco
• coleta mais eficiente de partículas de tamanhos menores do que as 
passíveis de coleta pelo modelo similar a seco
• resfria e limpa os gases em altas temperaturas
• remove gases, vapores e névoas corrosivas.
• Desvantagens:
• corrosão e erosão
• requer tratamento dos efluentes líquidos
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Filtração
• Filtros de Manga
• Princípio de Funcionamento: são coletores de segundo estágio, sendo precedidos
de um coletor de partículas grosseiras (ciclone, por ex.). Remoção de partículas
menores que 10 µm, até próximo de 0,1 µm. Num modelo industrial típico, as
mangas podem ter cerca de 15 cm de diâmetro por 2,5 a 3 m de altura, podendo
chegar até 9 m. Num outro extremo encontram-se modelos pequenos, adaptados em
coletores de pó portáteis.
• A limpeza das mangas pode ser feita por raspagem ou agitação manual ou
automática (vibrador acionado por rotor), após interrupção da passagem de ar ou por
fluxo reverso de ar comprimido.
• Eficiência de coleta: da ordem de 95-99%, na faixa de 0,1-100µm. As primeiras
camadas de pó depositadas sobre o tecido das mangas formam um leito poroso que
contribui de modo eficaz para a retenção de sólidos.
• Vantagens:
• alta eficiência de coleta
• coleta eficiente de partículas pequenas (até próximo de 0,1 µm)
• torna possível a coleta a seco mesmo de partículas finas.
• Desvantagens:
• requer pré-resfriamento dos gases até 100-450 ºC.
• afetado pela umidade (condensação)
• sensível à velocidade de filtração
• ataque químico ao tecido das mangas.
• requer tratamento dos efluentes líquidos
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Precipitador Eletrostático
• Princípio de Funcionamento:
• O gás transportador é passado entre eletrodos mantidos a uma diferença de potencial de 10 a 100
kV, capaz de ionizar as partículas em suspensão, sejam elas sólidas ou líquidas, as quais adquirem
uma carga negativa em virtude de captação de létrons no forte campo elétrico. Uma vez ionizadas,
as partículas são atraídas eletrostaticamente para o eletrodo coletor, de maiores dimensões,
polarizado positivamente e ligado à terra, permanecendo a ele aderidas por forte atração
eletrostática. O outros eletrodo, de menores dimensões, é denominado de eletrodo de descarga,
polarizado negativamente.
• As partículas aderidas ao eletrodo coletor vão formando uma camada ou “placa”. Esta se desprende
pela ação do seu próprio peso ou com uma “pancada seca” ou vibração produzida por um
mecanismo de limpeza do equipamento. Os fragmentos caem e se acumulam, e são
periodicamente removidos.
• Vantagens:
• eficiências > 99%
• coleta eficiente (seca ou úmida) de partículas pequenas. Os precipitadores eletrostáticos são os
equipamentos mais eficientes para captar partículas sólidas ou líquidas extremamente finas.
Permitem separar aerossóis e neblinas com partículas de 0,1µm, sujeitas ao movimento browniano.
• perdas de carga e consumos de energia pequenos quando comparados aos de outros coletores de
alta eficiência.
• manutenção mínima, exceto em casos de corrosão ou material particulado severamente adesivo.
• podem operar em altas temperaturas (300-450 ºC).
• Desvantagens:
• Custo de capital elevado
• sensível a flutuações de concentração de sólidos e vazões
• riscos pessoais decorrentes da alta voltagem (25-100 kV).
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Remoção de poluentes gasosos 
• Os equipamentos para remoção de poluentes gasosos são baseados nos princípios de
adsorção e absorção com ênfase na transferência do poluente da fase gasosa para a fase
líquida/sólida. A dissolução pode ou não ser acompanhada por reação química.
• Os principais processos são:
• Adsorção
• Unidades de adsorção com leito fixo (filtros ou colunas de adsorção)
• Unidades de adsorção com leito móvel (colunas com leito expandido, adsorvedores de tambor)
• unidades de adsorção com leito fluidizado
• Absorção
• Torre de lavagens com aspersores
• Torre de absorção com pratos ou bandejas
• Torre de absorção com recheio
• Torre de absorção com telas de contato
• Lavadores venturi
• Condensação
• Condensadores de superfície
• Condensadores de contato
• Combustão
• Queimadores com chama direta (flares)
• Combustão Térmica (Incineradores ou Afterburns)
• Combustão catalítica
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Adsorção de Poluentes Gasosos 
• Princípios de Funcionamento:
• Fenômeno superficial.
• O gás penetra nos poros do sólido
• A adsorção pode ser química ou física
• São efetivos para hidrocarbonetos, H2S, SO2 e NO2.
• Adsorção Física
• Forças de van der Waals
• Pequeno calor de adsorção liberado (∆H<0), similar aos dos processos de vaporização
e condensação
• A adsorção é relativamente rápida e reversível
• Regeneração: a dessorção ocorre quando se eleva a temperatura e/ou se abaixa a
pressão parcial do gás.
• Adsorção Química
• Formação de ligações químicas (iônica ou covalente)
• Muito mais lenta que a adsorção física.
• Requer maior energia (de ativação). Em temperaturas baixas pode ser
extremamente lenta.
• A quantidade de gás adsorvido depende de sua pressão parcial e da temperatura.
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Adsorção de Poluentes Gasosos
Tipo de Adsorvente Aplicações
Carvão Ativado Eliminação de odores. Purificação de gases. Remoção de 
um grande número de COV. Recuperação de solventes.
Alumina Secagem do ar, gases e líquidos
Bauxita Tratamento de frações de petróleo. Secagem de líquidos 
e gases.
Terra de Fuller* Refino de óleos vegetais, animais e minerais, gorduras e 
graxas.
Magnésia Tratamento de gasolina e solventes. Remoção de 
impurezas metálicas de soluções cáusticas.
Sílica gel Secagem e purificação de gases.
Peneiras moleculares** Controle e recuperação de emissões de Hg, SO2 e NOx.
* Argilas ativadas ** sintéticas, de silicatos (aluminossilicatos) ou zeólitas.
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Absorção de Poluentes Gasosos 
• Princípios de Funcionamento: 
• Na absorção ou lavagem (scrubbing) a mistura gasosa é posta em contato com um 
absorvente líquido (solvente) de modo que um ou maispoluentes gasosos 
(absorvatos ou solutos) sejam removidos, tratados ou modificados pelo líquido 
absorvente.
• Solventes Reativos e Não Reativos
• reativos (ou químicos): reagem quimicamente com os poluentes removidos.
• não reativos (ou físicos): solubilizam os poluentes removidos. Como primeira 
aproximação, considera-se que a solubilidade de gases em líquidos segue a Lei de 
Henry.
• Alguns solventes utilizados:
• água
• soluções de hidróxido de sódio ou amônia
• cal, magnésia (MgO) ou seus hidróxidos
• barrilha e bicarbonato de sódio
• soluções aquosas de agentes oxidantes (hipoclorito de sódio e permanganato)
• soluções aquosas de agentes redutores
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Absorção de Poluentes Gasosos
• Exemplos:
• Remoção de SO2
• Absorção com reagentes alcalinos
• Processo de absorção com CaO
• Processo de absorção com CaCO3
• Processo Alcalino Duplo
• Processo de absorção com MgO
• Remoção de H2S
• Absorção com soluções alcalinas de agentes oxidantes 
(oxidação alcalina)
• lavagem com solução de KMO4 e NaOH.
• Remoção de NO2
• Absorção com soluções alcalinas (lavagem alcalina)
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Condensação
• Princípios de Funcionamento:
• É conseguida promovendo-se o resfriamento da mistura gasosa contendo o vapor que se deseja
remover. Aplica-se à remoção de substâncias na fase gasosa (vapores) que, nas condições
ambientes de pressão e temperatura, encontram-se na fase líquida. Os equipamentos usados
denominam-se condensadores.
• Tipos de condensadores
• Condensadores de Superfície: São idênticos aos trocadores de calor. Não há contato direto
entre o vapor a ser condensado e o líquido refrigerante. O resfriamento ocorre pelo contato
entre os vapores aquecidos e uma superfície de troca de calor mantida relativamente fria pelo
contato, do outro lado, com o líquido refrigerante.
• Condensadores de Contato: O resfriamento e a condensação dos vapores se dá pelo contato
direto entre estes e um líquido refrigerante. Os equipamentos usados são idênticos àqueles
usados para absorção: torres de lavagem (lavadores) com aspersores, torres com recheio,
torres com telas de contato, lavadores venturi e outros. A fase líquida usada depende de cada
caso, pois devem ser considerados fatores como:
• solubilidade do vapor a ser removido no líquido refrigerante
• possibilidade de reaproveitamento do condensado
• necessidade de tratar o condensado (oxidação, redução, etc.)
• absorção simultânea de outros constituintes da fase gasosa
• tipo do efluente líquido a ser gerado e como tratá-lo.
• Algumas aplicações
• remoção e/ou recuperação de COV – incluindo solventes e combustíveis em instalações
industriais de refino e armazenamento, bem como em indústria químicas e petroquímicas
• controle de odores causados por vapores de substâncias orgânicas
• remoção e/ou recuperação de óleos e gorduras em correntes aquecidas
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Combustão
• O contaminante na corrente gasosa é oxidado a um gás inerte.
• A incineração com chama direta é utilizada se 2 critérios forem
atendidos:
• a corrente gasosa deve possuir energia > 3,7 MJ/m³, para que a
chama seja auto-suportada após a ignição;
• os subprodutos não devem ser mais tóxicos que a alimentação.
• Ex. a queima do tricloroetileno produz fosgênio, que é um gás muito
tóxico.
• A combustão catalítica deve ser utilizada para materiais com
energia <3,7 MJ/m³. Geralmente, os catalisadores utilizados
são compostos de platina e paládio.
• O suporte utilizado é cerâmico.
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Referências Adicionais
• Macintyre A. J., “Ventilação Industrial e Controle da Poluição”, 
Ed. LTC, 1990.
• Peavy et al., “Environmental Engineering”, 1985