exemplos ciclone

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Exemplo 1
Exemplo 2
Exerc´ıcio
Exemplo - Ciclone
Prof. Rafael Demuner
Operac¸o˜es de Separac¸a˜o
EQ - Escola de Qu´ımica
16 de junho de 2017
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Exemplo 1
Exemplo 2
Exerc´ıcio
Avaliac¸a˜o de Ciclone
Exemplo 1: Avaliac¸a˜o
Exemplo 1
A companhia Chalboud do Brasil adquiriu uma bateria de ciclones com as
dimenso˜es especificadas na figura abaixo para coletar part´ıculas de um fluxo de
ar a 70oC e 1 atm. A massa espec´ıfica das part´ıculas e´ 1,05 g/cm3. Verificar a
validade da seguinte especificac¸a˜o fornecida pelo fabricante do equipamento:
part´ıculas com diaˆmetro maior que 20 µm sa˜o coletadas com eficieˆncia maior
que 95%, quando o ciclone opera com velocidade de 15 m/s. Para a
verificac¸a˜o, assuma que Ne = 5. Dados: µ = 2, 05× 10−6Pa.s,
rho = 1, 02kg/m3
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Exemplo 1
Exemplo 2
Exerc´ıcio
Avaliac¸a˜o de Ciclone
Soluc¸a˜o do Exemplo 1
Soluc¸a˜o
Valores da geometria importantes: Bc = 140 mm, Hc = 275mm, Dc = 550mm
Note que:
Hc
Dc
= 0, 5 e
Bc
Dc
≈ 0, 25. Assim, o ciclone tem geometria Lapple.
Sabemos que:
d∗ =
√
9µB3c
piNeQ(ρs − ρ)
Sendo:
Q = u∞BcHc = 15 · 150× 10−3 · 275 · 10−3 = 0, 58m3/s
Logo:
d∗ =
√
9 · 2, 05× 10−6 · (140× 10−3)3
pi · 5 · 0, 58 · (1050− 1020) = 1, 35× 10
−5m = 13, 6µm
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Exemplo 1
Exemplo 2
Exerc´ıcio
Avaliac¸a˜o de Ciclone
Soluc¸a˜o do Exemplo 1
Soluc¸a˜o
Assim, a eficieˆncia individual para d = 20µm sera´:
η =
(
d
d∗
)2
1 +
(
d
d∗
)2 =
(
20
13.6
)2
1 +
(
20
13.6
)2 = 0, 68 < 0, 95
Portanto, o ciclone esta´ fora da especificac¸a˜o.
Pergunta: Qual deveria ser a especificac¸a˜o do ciclone, enta˜o?
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Exemplo 1
Exemplo 2
Exerc´ıcio
Projeto de Ciclone
Exemplo 2: Projeto
Enunciado
Uma usina em Campos, RJ, pretende secar bagac¸o de cana com o ga´s de
chamine´ proveniente da caldeira (propriedades do ar a 210oC e 1atm).
Especificar a bateria de ciclones Lapple para a recuperac¸a˜o de finos secos
sabendo-se que a vaza˜o de ga´s e´ 140 m3/min e que as part´ıculas maiores que
40µm devem ser coletadas com eficieˆncia superior a 95%. A massa espec´ıfica
do bagac¸o e´ 1,55 g/cm3. Dados: µ = 2, 7× 10−5Pa.s, ρ = 0, 73kg/m3.
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Exemplo 1
Exemplo 2
Exerc´ıcio
Projeto de Ciclone
Soluc¸a˜o do Exemplo 2
Soluc¸a˜o
Do enunciado, temos:
η =
(
d
d∗
)2
1 +
(
d
d∗
)2 =
(
40
d∗
)2
1 +
(
40
d∗
)2 = 0, 95
Resolvendo para d∗, temos: d∗ = 9, 2µm.
Vaza˜o de projeto para um ciclone (admitindo u∞ = 15m/s):
Q = u∞BcHc = 15 · 2 · Bc 2 = 30B2c (m3/s)
Assim:
d∗ = 9, 2× 10−6m =
√
9µB3c
piNeQ(ρs − ρ) =
√
9 · 2, 7× 10−5 · B3c
pi · 5 · 30 · B2c · (1550− 0, 73)
Resolvendo para Bc , temos: Bc = 0,2542 m Portanto,
Q = 30B2c = 30(0, 2542)
2 = 1, 94m3/s (vaza˜o de um ciclone).
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Exemplo 1
Exemplo 2
Exerc´ıcio
Projeto de Ciclone
Soluc¸a˜o do Exemplo 2
Soluc¸a˜o
Assim, o nu´mero de ciclones em paralelo sera´:
QT = nQ → 140
60
= n1, 94→ n = 1, 21
Portanto, n = 2.
Assim, pode-se recalcular a dimensa˜o do ciclone, utilizando a nova vaza˜o
individual Q =
140
2 · 60 = 1, 17m
3/s.
Logo:
d∗ = 9, 2× 10−6m =
√
9µB3c
piNeQ(ρs − ρ) =
√
9 · 2, 7× 10−5 · B3c
pi · 5 · 1, 17 · (1550− 0, 73)
Finalmente, obtem-se Bc = 0, 21m.
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Exemplo 1
Exemplo 2
Exerc´ıcio
Projeto de Ciclone com Eficieˆncia Global Conhecida
Exerc´ıcio
Exerc´ıcio
Especificar a bateria de ciclones Lapple para operar com 100 m3/min de ar
(520oC e 1atm) contendo cinzas de carva˜o. A eficieˆncia de coleta deve ser
superior a 80%. Determinar tambe´m a poteˆncia do soprador para a operac¸a˜o.
A densidade das part´ıculas so´lidas e´ 2, 3g/cm3 e a distribuic¸a˜o granulome´trica
e´ dada pela tabela abaixo. Dados: µ = 3, 7× 10−5Pa.s, rho = 0, 44kg/m3
o diaˆmetro e´ dado em µm!
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Exemplo 1
Exemplo 2
Exerc´ıcio
Projeto de Ciclone com Eficieˆncia Global Conhecida
Soluc¸a˜o do Exerc´ıcio
Soluc¸a˜o
Sabe-se que:
η =
∫ 1
0
(
d
d∗
)2
1 +
(
d
d∗
)2 dy = 0, 8
Sendo d(y) obtido pelo modelo RRB (via regressa˜o) com paraˆmetros
D63,2 = 21, 6µm e m = 1, 39.
Assim, a equac¸a˜o acima pode ser resolvida a fim de obter d∗. (Planilha do
Excel)
Logo: d∗ = 5, 24µm
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Exemplo 1
Exemplo 2
Exerc´ıcio
Projeto de Ciclone com Eficieˆncia Global Conhecida
Soluc¸a˜o do Exerc´ıcio
Soluc¸a˜o
Vaza˜o de projeto para um ciclone (admitindo u∞ = 15m/s):
Q = u∞BcHc = 15 · 2 · Bc 2 = 30B2c (m3/s)
Assim:
d∗ = 5, 24× 10−6m =
√
9µB3c
piNeQ(ρs − ρ) =
√
9 · 3, 7× 10−5 · B3c
pi · 5 · 30 · B2c · (2300− 0, 44)
Resolvendo para Bc , temos: Bc = 0,089 m Portanto,
Q = 30B2c = 30(0, 089)
2 = 0, 2376m3/s (vaza˜o de um ciclone).
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Exemplo 1
Exemplo 2
Exerc´ıcio
Projeto de Ciclone com Eficieˆncia Global Conhecida
Soluc¸a˜o do Exerc´ıcio
Soluc¸a˜o
Assim, o nu´mero de ciclones em paralelo sera´:
QT = nQ → 100
60
= n0, 2376→ n = 7, 014.
Portanto, n = 7.
Assim, pode-se recalcular a dimensa˜o do ciclone, utilizando a nova vaza˜o
individual Q =
100
7 · 60 = 0, 238m
3/s.
Logo:
d∗ = 5, 24× 10−6m =
√
9µB3c
piNeQ(ρs − ρ) =
√
9 · 3, 7× 10−5 · B3c
pi · 5 · 0, 238 · (2300− 0, 44)
Finalmente, obtem-se Bc = 0, 089m.
A diferenc¸a foi nas casas decimais nesse caso!
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	Exemplo 1
	Avaliação de Ciclone
	Exemplo 2
	Projeto de Ciclone
	Exercício
	Projeto de Ciclone com Eficiência Global Conhecida