equipamentos de controle de particulados

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5- SELEÇÃO, DIMENSIONAMENTO E AVALIAÇÃO ECONÔMICA 
DE EQUIPAMENTOS PARA O CONTROLE DE 
PARTICULADOS 
 
5.1- Equipamentos para o controle de particulados: Seleção 
 
5.1.1- Introdução ao controle de particulados 
 
 Os equipamentos mais utilizados para o controle de particulados são: 
• Separadores ciclônicos; 
• Separadores úmidos (lavadores de gás ou scrubbers); 
• Filtros eletrostáticos; 
• Filtros de manga. 
 Na indústria e outras atividades humanas, apresentam-se emissões de 
particulados de diferentes características (dimensões e densidade das partículas, 
concentração, etc). A granulometria das partículas constitui o parâmetro mais 
importante para definir o tipo de separador que é possível utilizar com alta eficiência. A 
relação entre separadores de partículas e as dimensões das mesmas aparece na Figura 
5.1, cortesia da firma Lodge Sturtevant Ltda. 
 
 
 
Figura 5.1- Relação entre separadores de partículas e dimensões das mesmas 
(Cortesia da firma Lodge Sturtevant Ltda). 
 
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O efeito de separação dos particulados do fluxo de gás deve-se à ação de 
diferentes forças que garantem a deposição das partículas sobre uma superfície (Tabela 
5.1). 
 
Tabela 5.1- Forças atuantes e superfícies de separação em diferentes separadores 
de partículas. 
Separador Forças principais de separação Superfícies de separação 
Separador ciclônico Centrífuga Cilíndrica 
Filtro eletrostático Eletrostática Plana e cilíndrica 
Filtro de mangas Interceptação direta Cilíndrica composta de material têxtil e a “torta” de partículas. 
Lavador de gás 
(scrubber) 
Inercial 
Difusional 
Intercepção direta 
Esférica ou irregular. 
 
Durante a seleção de um separador de particulados devem ser considerados : 
• Eficiência que se pretende atingir. Este parametro é calculado em base da emissão 
final permissível prevista nos padrões de emissão.; 
• Consumo de energia; 
• Custo do investimento; 
• Natureza física e química dos particulados (composição granulométrica, densidade, 
resistividade etc.). A composição granulométrica de uma amostra de particulados 
refere-se a sua divisão em frações atendendo ao diâmetro médio das partículas. É 
determinada experimentalmente utilizando separadores inerciais denominados 
impactadores em cascata.; 
• Periculosidade (incêndios e explosões). 
 
Vejamos num exemplo geral de um separador de particulados como se definem 
os conceitos de eficiência integral (ou global) e de eficiência por frações (Figura 5.2; 
Licht, 1988). 
Particulados removidos Y 
Qo .co – Y = ε 
 
SEPARADOR
Vazão de gás Qo 
Emissão de paticulados ε 
Gás limpo c
Gás + particulados 
 c0 [g/m3] 
 
c - Massa de particulados por unidade de volume do gás, g/m3; 
Q – Vaxão de gás, m3/s; 
n - Número de partículas por unidade de volume do gás, 1/m3; 
ε - Taxa mássica de emissão de particulados, g/s; 
Y - Taxa mássica de particulados removidos, g/s. 
 
Figura 5.2- Esquema geral de um separador de particulados (Licht, 1988). 
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 O conceito de eficiência total é: 
 
 
oooo
oo
o
o
cQ
1
cQ
cQ
c
ccE ⋅
ε−=⋅
ε−⋅=−= (5.1) 
 
 A equação anterior é utilizada quando dispõe-se dos resultados de medições da 
carga de particulados na entrada e na saída do separador. A eficiência total pode ser 
calculada a partir da eficiência de separação de cada fração e se denomina eficiência por 
frações. Ë utilizada em cálculos de projeto quando conhece-se a granulometria do 
particulado 
 
 ∑
=
∆⋅=
n
1i
iif fEE (5.2) 
Sendo: 
Efi - Eficiência por frações: eficiência de separação das partículas com diâmetro dpi; 
∆fi - Fração em massa de particulados de diâmetro dpi. 
 A Figura 5.3 ilutra estas duas formas de cálculo da eficiência de separadores de 
particulados. 
 Outros conceitos importantes são: 
 
• Penetração: Fração em massa dos particulados de diâmetro dpi que não são 
separados pelo separador, ou seja que passam através do mesmo. 
 
 P Ei f i= −1 (5.3) 
 
 E1
c
c
cQ
P
ooo
−==⋅
ε= (5.4) 
 
• Diâmetro de corte (dpc): Diâmetro das partículas que são separadas com 50 % de 
eficiência, ou seja Efi = 0,5. 
 
 A eficiência por frações para diferentes separadores de partículas é variada. 
Assim um ciclone convencional para partículas de 20 µm apresenta uma eficiência de 
60 %, já para um ciclone de alta eficiência com este mesmo diâmetro de partículas a 
mesma seria de mais de 90 %. Igual eficiência alcança um lavador de gás tipo Venturi 
para partículas de 1 µm. A Figura 5.4 apresenta curvas de eficiência por frações para 
alguns tipos de separadores, descritas por uma equação geral do tipo (Ogawa, 1983): 
 
 ( )mpiif dexp1E ⋅α−−= (5.5) 
 
 Utilizando o conceito de diâmetro de corte dpc (Efi = 50 %) temos: 
 
 ( ) m
pc
m
pc d
693,0
d
2ln ==α (5.6) 
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 ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛⋅−−=
m
pc
ip
if d
d
693,0exp1E (5.7) 
 
SEPARADOR
Co = 850,0 mg/Nm3 C = 126,0 mg/Nm3
8510
0850
612608500 ,
,
,,
C
CC
E
o
=−=−=
Seção de entrada
Seção de saída
 
 
a) Quando conhecida a carga de particulados na entrada e na saída do separador. 
 
SEPARADOR
8510250703508040990 ,,.,,.,,.,fEE ifi =++=∆=∑
Seção de entrada
Seção de saída
Composição granulométrica
d1 ⇒ 40 % em massa (0,40)
d2 ⇒ 35 % em massa (0,35)
d3 ⇒ 25 % em massa (0,25)
Eficiência por frações
Ef1 ⇒ 99 % (0,99)
Ef2 ⇒ 80 % (0,80)
Ef3 ⇒ 40 % (0,40)
 
 
b) Quando conhecida a composição granulométrica e a eficiência de separação de cada 
fração. 
 
Figura 5.3 Ilustração do conceito de eficiência em separadores de particulados. 
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Figura 5.4- Curvas de eficiência por frações para diferentes separadores de 
partículas. 
 
 Para separadores ciclônicos o índice de separação é de m = 0,8 - 1,5, para torres 
de nebulização m = 1,5 e para lavadores tipo Venturi m = 2,0 (Ogawa, 1983). 
 Stairmand (1970) apresenta a eficiência total de diferentes separadores para três 
tipos de pós “standards”: superfino, fino e grosso. A granulometria destes pós e a 
eficiência total de separação utilizando diferentes separadores são apresentadas nas 
Tabelas 5.2 e 5.3, respetivamente. 
 
Tabela 5.2 - Composição granulométrica de pós “standards” (Stairmand, 1970). 
Fração em peso com dimensões menores que a indicada, %Dimensões das 
partículas, µm Pó superfino Pó fino Pó grosso 
150 - 100 - 
104 - 97 - 
75 100 90 46 
60 99 80 40 
40 97 65 32 
30 96 55 27 
20 95 45 21 
10 90 30 12 
7,5 85 26 9 
5,0 75 20 6 
2,5 56 12 3 
 
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Tabela 5.3- Eficiência total de diferentes tipos de separadores para os pós 
“standards” (Stairmand, 1970). 
Eficiência total, % Tipo de separador Pó grosso Pó fino Pó superfino
Ciclones de média eficiência. 84,6 65,3 22,4 
Ciclones de alta eficiência. 93,9 84,2 52,3 
Lavador tipo Venturi de médio consumo de 
energia. 99,94 99,8 99,3 
Lavador tipo Venturi de alto consumo de 
energia. 99,97 99,9 99,6 
Filtro de mangas com limpeza por 
sacudimento mecânico. 99,97 99,92 99,6 
Filtro de mangas com limpeza por pulso-jet 
inverso. 99,98 99,95 99,8 
Precipitador eletrostático. 99,5 98,5 94,8 
 As Tabelas 5.4 e 5.5 apresentam alguns dados úteis para a seleção do 
equipamento de separação de particulados. OGAWA (1983), apresenta outros 
parâmetros e características de separadores de particulados (Tabela 5.6). 
Tabela 5.4 - Comparação qualitativa de separadores de particulados.Tipo de separador 
Avaliação Ciclones Lavadores de gás Filtros de mangas 
Precipitadores 
eletrostáticos 
Vantagens 
• Baixo custo; 
• Operação a 
altas 
temperaturas; 
• Baixo custo de 
manutenção 
(não tem partes 
móveis). 
• Pode tratar 
particulados 
inflamáveis e 
explosivos; 
• Absorção e 
remoção de 
particulados no 
mesmo 
equipamento; 
• Variada eficiência 
de remoção; 
• Neutralização de 
gases e particulados 
corrosivos; 
• Resfriamento dos 
gases. 
• Alta eficiência; 
• Pode separar 
uma grande 
variedade de 
particulados; 
• Projeto modular;
• Baixa queda de 
pressão. 
• Alta eficiência; 
• Pode tratar 
grandes volumes 
de gases com 
uma pequena 
queda de 
pressão; 
• Separação seca e 
úmida; 
• Ampla faixa de 
temperaturas de 
operação; 
• Baixos custos de 
operação. 
Desvanta-
gens 
• Baixa 
eficiência 
(dc < 5-10 µm); 
• Alto custo de 
operação 
(queda de 
pressão). 
• Corrosão; 
• Poluição secundária 
(um efluente líquido 
a tratar); 
• Contaminação das 
partículas (não 
recicláveis). 
• Ocupa uma área 
considerável; 
• Dano às mangas 
por altas 
temperaturas e 
gases 
corrosivos; 
• As mangas não 
operam em 
condições 
úmidas; 
• Perigo de fogo e 
explosão. 
• Alto custo de 
investimento; 
• Não controla 
emissões 
gasosas; 
• Pouca 
flexibilidade; 
• Ocupa um 
grande espaço; 
• É afetado pela 
resistividade das 
cinzas. 
 
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Tabela 5.5- Dados para a seleção de equipamentos de separação de particulados 
(HANLY & PETRONKA, 1993; SILVA & HERVAS, 1998). 
φ (a) ∆p (b) 
Grau de 
limpeza 
esperado
η (c) T (d) Equipamento 
µm mmH2O % % °C 
IC (e) CO (f) ∆P (g) 
Ciclones >10 25-75 80 (φ<20) 80 (φ>50) 85 500 1 1 1 
Torres de 
nebulização >3 50-175 
98 (φ>5) 
50 (φ<3) 95 200-250 2 2-3 0,3 
Lavadores tipo 
Venturi >3-1,0 375-750 
90-95 
(φ<5) 99 200-250 2-3 3-4 3-4 
Filtros de manga >0,5-1,0 25-250 95-99 (φ<5) 99 200-250 8-10 2-3 0,8 
Separadores 
Eletrostáticos >0,001 6-12 
80-99,9 
(φ<5) 99 500 10-15 1-2 0,3 
a) Dimensões das partículas; 
b) Queda de pressão; 
c) Eficiência global para um pó típico; 
d) Temperatura máxima do gás; 
e) Investimento de capital relativo ao ciclone; 
f) Custo de operação relativo ao ciclone; 
g) Consumo médio de potência relativo ao ciclone. 
 
Tabela 5.6- Outros parâmetros e características de separadores de particulados 
(Ogawa, 1993). 
Tipo de separador Diâmetro de corte dpc, µm Velocidade do gás, m/s 
Câmara de sedimentação 35 0,5-0,8 
Ciclone, D =2-3 m 25 12,0-18,0 
Ciclone, D = 0,4-1,0 m 10-16 - 
Ciclone, D = 0,1-0,4 m 3,5-6,0 - 
Ciclone, D = 0,1 m 2,5 - 
Filtro de mangas 0,5-1,0 - 
Separador eletrostático 0,5-1,0 0,5-1,0 
 
5.1.2 - Conceitos básicos sobre propriedades de partículas e características do fluxo 
gás-sólido 
 
 Dimensões das partículas. 
 
 O termo diâmetro é geralmente aplicável a uma esfera, porém pode descrever 
também as dimensões de partículas irregulares a partir das seguintes expressões: 
 
Valor aritmético médio. 
 
 
3
hbL
d ppppi
⋅⋅= (5.8) 
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Valor médio geométrico. 
 
 
3
ppppi hbLd ⋅⋅= (5.9) 
 
Sendo: L, b, h - Comprimento, largura e altura da partícula, respectivamente. 
 
Forma 
 
 Outra característica importante que pode afetar o fluxo gás-sólido é a forma das 
partículas, caracterizada pela esfericidade das mesmas φs: 
 
 
p
s
s F
F=φ (5.10) 
 
Sendo Fs e Fp as áreas superficiais de uma esfera e de uma partícula de igual volume, 
respectivamente. Por tanto, a esfericidade assume valores na faixa de 0 < φs >1. 
 
Densidade 
 
 Em relação aos particulados a densidade pode ser: 
• Densidade em pilha (densidade do material solto, incluindo os espaços entre 
partículas); 
• Densidade da partícula (densidade aparente do material, incluindo os poros no 
sólido); 
• Densidade do esqueleto ou verdadeira (é a densidade própria do material sem 
considerar a existência de poros, sendo medida com picnômetros gasosos). 
 
Características do fluxo gás-sólido. 
 
 A força de resistência (FD) é a força líquida exercida pelo fluido sobre a partícula 
na direção do movimento. Pode-se calculá-la utilizando a lei de Stokes: 
 
 
2
uACud3F
2
r
ppDrpD ⋅ρ⋅⋅=⋅⋅µ⋅π⋅= (5.11) 
 
Sendo: 
CD- Coeficiente empírico de resistência; 
Ap- Área projetada da partícula (secção transversal) na direção normal ao fluxo, m2; 
ur- Velocidade relativa entre o fluido e a partícula, m/s; 
µ-- Viscosidade do fluido, kg/(m.s); 
ρp- Densidade da partícula, kg/m3; 
dp– Diâmetro da partícula, m; 
 
 Para uma partícula esférica de diâmetro dp: 
 
 
2
udC
4
F
2
r2
ppDD ⋅⋅ρ⋅⋅π= (5.12) 
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 Quando as dimensões das partículas são comparáveis com o percurso livre das 
moléculas de um gás é necessário levar em conta o efeito de “discontinuidade” do meio 
gasoso. Isto se realiza por meio do fator de correção de Cunningham ou fator de 
deslizamento Cc, que entra na equação de Stokes: 
 
 
c
pr
D C
du3
F
⋅⋅µ⋅π⋅= (5.13) 
 
 ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛−⋅+⋅+=
n
nc K
10,1exp40,0257,1K1C (5.14) 
 
Sendo o número de Knudsen calculado como: 
 
 
p
g
n d
2K
λ= (5.15) 
 
Onde λg é o percurso livre das moléculas do gás: 
 
 
g
g
g
T
MP
1145,0
⋅
µ⋅=λ , (5.16) 
 
Sendo: 
 
Pg- Pressão do gás, kPa; 
M- Massa molecular do gás; 
Tg- Temperatura do gás, K. 
 
 Assim, por exemplo, para partículas de 0,01 µm no ar (1 atm e 298 K) o fator de 
correção de Cunningham vale 22,7 (Benitez, 1993). 
 
5.2- Separadores ciclônicos: dimensionamento, cálculo da eficiência e 
queda de pressão 
 
5.2.1- Classificação dos ciclones 
 
Os separadores ciclônicos têm como princípio de operação, a ação da força 
centrífuga sobre as partículas sólidas em movimento num fluxo rotativo, como é 
mostrado na Figura 5.5. 
 Os separadores ciclônicos podem ser classificados como: 
• Ciclone com entrada tangencial e fluxo em retorno (Figura 5.6-a); 
• Ciclone de fluxo axial (Figura 5.6-b); 
• Ciclone com entrada axial e fluxo em retorno (Figura 5.6-c). 
 
A eficiência do ciclone tangencial é maior que do ciclone axial pois a força 
centrífuga, que causa a separação dos particulados, é maior quando é criada pela entrada 
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tangencial do gás e a rotação do mesmo dentro do ciclone, do que quando é criada por 
meio de pás direcionadoras, como no caso dos ciclones do tipo axial. A disposição de 
vários ciclones em paralelo, chamados de multiciclones, permite empregar células de 
alta eficiência com menor diâmetro e maior velocidade de entrada do gás. 
 
 
 
Figura 5.5- Princípio de operação de um separador ciclônico. 
 
 
 a) b) c) 
a) Com entrada tangencial e fluxo em retorno; 
b) De fluxo axial; 
c) Com entrada axial e fluxo em retorno. 
 
Figura 5.6 - Separadores ciclônicos. 
 
 
5.2.2- Dimensionamento 
 
 Como se observa na Figura 5.7 necessitam-se 8 dimensões para especificar um 
ciclone de entrada tangencial. Estas dimensões são determinadas através de relações 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 85
adimensionais tipo ka = la/D, kb = b/D. Na Tabela 5.7 são apresentados os valores destas 
relações adimensionais para ciclones de alta eficiência e de propósito geral 
(convencionais), obtidos por diferentes autores para configurações que têm demonstrado 
serem práticas e efetivas (Koch e Licht, 1977). 
 
 
 
Figura 5.7- Dimensões típicas de um ciclone. 
 
Independentemente da configuração selecionada,devem seguir as seguintes 
recomendações: 
• a ≤ s para evitar o curto-circuito dos particulados da seção de entrada ao tubo de 
saída; 
• b ≤ (D - De)/2 - para evitar uma queda de pressão excessiva; 
• H ≥ 3 D - para manter a ponta do vórtex formado pelos gases dentro da seção cônica 
do ciclone; 
• O ângulo de inclinação do cone do ciclone deve ser ≈ 7-8o para garantir um 
deslizamento rápido do pó; 
• De/D ≈ 0,4-0,5, H/De ≈ 8-10 e s/De ≈ 1 para garantir a operação com máxima 
eficiência; 
• P < 2,48 kPa. 
 
Como dados iniciais para o cálculo temos o fluxo volumêtrico de gás e a 
velocidade de entrada selecionada uT1 (geralmente entre 15-30 m/s). Com estes dados 
calculam-se os valores de a e D pelas seguintes equações: 
 
 
2/1
b1T
a
ku
kQa ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
⋅
⋅= (5.17) 
 
 
ak
aD= (5.18) 
 
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Tabela 5.7- Coeficientes adimensionais para o dimensionamento de ciclones (Koch 
e Licht, 1977). 
Alta eficiência Propósito geral 
Termo Descrição Stairmand Swift Swift Peterson e Witby 
D Diâmetro da seção cilíndrica (corpo) do ciclone 1,0 1,0 1,0 1,0 
a, ka Altura da seção de entrada 0,5 0,44 0,5 0,583 
b, kb Largura da seção de entrada 0,2 0,21 0,25 0,208 
s, ks 
Comprimento do tubo de saída do 
ciclone 0,5 0,5 0,6 0,583 
De, kDe 
Diâmetro de tubo de saída do 
ciclone 0,5 0,4 0,5 0,5 
H, kH Altura total 4,0 3,9 3,75 3,17 
h, kh Altura da seção cilíndrica do ciclone 1,5 1,4 1,75 1,333 
B, kB Diâmetro da seção de saída do pó 0,375 0,4 0,4 0,5 
K Parâmetro de configuração 551,3 699,2 381,8 342,3 
NH Carga de velocidade na entrada 6,40 9,24 8,0 7,76 
Surf Parâmetro de superfície 3,67 3,57 3,65 3,20 
Q/D2, 
m/h 
Relação fluxo de gás/diâmetro do 
ciclone 5,38 4,95 6,86 - 
 
 O valor de D pode também ser calculado pela relação Q/D2 apresentada na 
Tabela 5.7, lembrando que trata-se somente de valores recomendados e não de 
especificações. Para ciclones de alta eficiência e de propósito geral segundo Dirgo e 
Leith (1986): 
 
 [ ]
80
QD
2
1
= , sendo Q expressado em m3/h (5.12) 
 
 As outras dimensões são calculadas sucessivamente a partir dos coeficientes 
adimensionais utilizando o valor calculado de D, por exemplo, Dkb b ⋅= . 
Seleção da velocidade do gás na entrada do ciclone. 
 
 Para conseguir uma alta eficiência de separação a velocidade de entrada do gás 
deve ser a maior possível sem causar a re-entrada das partículas ao fluxo de gás e sem 
exceder a denominada “velocidade de salto” us - velocidade mínima do gás que evita a 
decantação das partículas sólidas do fluxo de gás que as arrasta (Koch y Licht, 1977). 
 Kalen & Zenz (1974) demonstraram que a máxima eficiência do ciclone 
corresponde a um valor da relação entre a velocidade de entrada do gás e a velocidade 
de salto de uT1/us = 1,25 e a re-entrada das partículas ao fluxo de gás de uT1/us = 1,36. 
 A equação para o cálculo da velocidade de salto é: 
 
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 ( ) uD
D
b1
D
b
g
3078,5u 3
2
t
067,0
3
1
4,0
3/1
2
g
p
s ⋅⋅
⎥⎥
⎥⎥
⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎢⎢
⎢
⎣
⎡
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
⋅⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
ρ
ρ⋅µ⋅⋅= m/s (5.20) 
5.2.3- Cálculo da eficiência 
 
 Vários autores tem desenvolvido equações para o cálculo da eficiência em 
ciclones, sendo atualmente mais utilizadas as de Leith & Licht (1972) e Lapple 
(Theodore & Buonicore, 1984). Vejamos cada uma delas em detalhe: 
 
Equações de Leith & Licht 
 
 Este modelo é válido para ciclones com D > 0,203 m e não é aplicável a 
equipamentos que trabalham com altas pressões. Considera a influência de 3 fatores: a 
forma do ciclone, a natureza do fluxo gás/sólido e a distribuição da velocidade 
tangencial do gás. A equação principal do modelo é: 
 
 ( )Npif dMexp1E ⋅−−= (5.21) 
 
Sendo: 
 
 
2
N
g
p
3 18
)1n(
D
QK2M ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
µ⋅
+⋅ρ⋅⋅⋅= (5.22) 
 
K- Parâmetro de configuração do ciclone (Tabela 5.6); 
ρp- Densidade das partículas, kg/m3; 
µg- Viscosidade cinemática do gás, kg/m.s. 
 
 
1n
1N += (5.23) 
 
 ( )[ ] 3,014,0
283
TD67,011n ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛⋅⋅−−= (5.24) 
 
O parâmetro n define a velocidade tangencial do gás dentro do ciclone em 
relação à posição radial, e naturalmente define a força centrífuga e a eficiência de 
separação. 
 
 constanteRu nT ≈⋅ (5.25) 
 
 Para um fluido ideal n = 1; no ciclone n ≈ 0,6. 
 
 O diâmetro de corte dpc calcula-se como: 
 
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( )1n
pc M
6931,0d
+
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛= (5.26) 
 
 Se os valores dos coeficientes adimensionais Ka, Kb e Kc não são conhecidos 
(como é o caso de um ciclone já existente cuja eficiência se deseja calcular), o valor do 
parâmetro de configuração do ciclone K é calculado como (Dirgo & Leith, 1986): 
 
⎪⎭
⎪⎬
⎫
⎪⎩
⎪⎨
⎧ −⋅⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛−+⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ ++⋅⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −+⋅+⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
⋅−⋅⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛−⋅⋅
⋅π=
D
s
D
L
D
D
D
h
D
d
D
d1
D
hLs
3
1
D2
a
D
s
D
D12
ba
DK
2
e
2
2
cc
2
e
2
 (5.27) 
 
Sendo: 
L- comprimento natural do ciclone. É a maior distância na qual o vórtex de gás 
estendesse por baixo do duto de saída do gás. 
 
 
3
1
2
e ba
DD3,2L ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
⋅⋅⋅= (5.28) 
 
dc- Diâmetro do cone no comprimento natural do ciclone. 
 
 ( ) ( )( )hH
hLsBDDdc −
−+⋅−−= (5.29) 
 
 Se o comprimento natural do ciclone excede (H-s) na equação para o cálculo de 
K, L deve ser substituído por (H-s) e dc por B. 
 
Equações de Lapple 
 Também conhecida como método simplificado de Lapple e fundamenta-se em 
assumir que a curva Efi = f (dpi/dpc) para um ciclone dado (Figura 5.8) é a mesma que 
para ciclones geometricamente semelhantes. Logo que calculado o valor do diâmetro de 
corte, para o caso que se analiza, com a ajuda da curva da Figura 5.8, constrói-se o 
gráfico Efi = f (dpi) para as novas condições. 
 
Nota: Todas as equações na continuação utilizam unidades de medida inglesas. 
 
 O diâmetro de corte é calculado como: 
 ( )
2
1
gp1Tt
g
pc uN2
b9
d ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
ρ−ρ⋅⋅⋅π⋅
⋅µ⋅= (5.30) 
Sendo: 
NT- Número efetivo de voltas que o fluxo de gás realiza no ciclone. 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 89
 
D
u)
Q
V(
N
1T
ciclon
t ⋅π
⋅
= (5.31) 
Vciclon- Volume efetivo do ciclone. 
 
 ( )( ) ⎭⎬
⎫
⎩⎨
⎧ ⋅⋅−⋅+⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −⋅⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
−
−⋅π= aD2hD
3
BD
BD
hH
4
V 2e
2
33
ciclon (5.32) 
 
 Para um ciclone convencional: 
 
 3ciclon D135,2V ⋅= (5.33) 
 
 
 
Figura 5.8- Curva Efi = f (dpi/dpc) (Theodore & Buonicore, 1988). 
 
 Mothes (1988) apresenta um gráfico que compara valores da eficiência por 
frações obtidos experimentalmente com os valores calculados pelos modelos de Leith e 
Licht, Dietz, Muschelknautz e por um modelo proposto pelo próprio Mothes. De acordo 
com estes resultados, o modelo de Leith & Licht é aceitável somente para partículas 
maiores de 1,5 µm, o que corresponde à faixa utilizada nos cálculos de engenharia (de 
acordo com a faixa de dimensões de partículas para os quais os separadores ciclônicos 
são geralmente utilizados). 
 
 
 
 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 90
5.2.4- Cálculo da queda de pressão 
 
 A queda de pressão é calculada pelo método de Shepherd e Lapple: 
 
 HNu0502,0p
2
1Tg ⋅⋅ρ⋅=∆ , kPa (5.34) 
 
Sendo: 
ρg- Densidade da corrente gás-partícula, g/cm3; 
NH- Carga de velocidade na entrada. 
 
5.2.5- Metodologia geral para o projeto de ciclones (Licht, 1980) 
 
1. Selecionar uma configuração da Tabela 5.7; 
2. Selecionar uma velocidade de entrada uT1; 
3. Calcular o diâmetro daseção cilíndrica do ciclone D; 
4. Calcular as outras dimensões do ciclone com base nos coeficientes adimensionais k 
para a configuração selecionada; 
5. Calcular a queda de pressão ∆p; 
6. Analisar se uT1, D e ∆p são excessivamente grandes. O valor de uT1 deve comparar-se 
com o valor de us. Analise a possibilidade de utilizar vários ciclones em paralelo. 
Para nc ciclones em paralelo repita os itens 2 e 3 utilizando o valor de Q/nc no lugar 
de Q; 
7. Calcular as eficiências por frações e a total; 
8. Compare a eficiência calculada com a desejada. Se não alcançar o valor desejado, 
utilize um valor maior de uT1; 
9. Estime o custo do ciclone. 
 
5.3- Lavadores de gás: parâmetros de operação e eficiência 
 
5.3.1- Classificação dos lavadores de gás: parâmetros principais. 
 
 O lavador de gás ou scrubber é um dispositivo no qual realiza-se a separação de 
um conjunto de particulados, ou de um contaminante gasoso de um gás, mediante a 
lavagem do mesmo com água, que na maioria dos casos é nebulizada para formar 
pequenas gotas. 
 
 Segundo Theodore & Buonicore (1988) os lavadores de gás podem classificar-se 
em três grandes grupos: 
 
• Torres de nebulização 
• Instalacões de leito empacotado; 
• Lavadores Venturi. 
 
 
 Calvert (1984) propõe uma classificação mais detalhada: 
 
• Lavadores de bandejas; 
• Lavadores com empacotamento maciço; 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 91
• Lavadores com empacotamento fibroso; 
• Sprays pré-formados; 
• Sprays nebulizados por gás; 
• Lavadores centrífugos; 
• Lavadores de chicanas e fluxo secundário; 
• Lavadores de impacto; 
• Lavadores acionados mecanicamente; 
• Lavadores de leito em movimento. 
 
 A Figura 5.9 apresenta os parâmetros principais de alguns tipos de lavadores de 
gás Antes de analisar os dados incluídos nesta figura faz-se necessário definir o 
parâmetro relação água/ar: 
 
Relação água/ar [QL/QG]- É a relação entre o fluxo de água utilizado para a limpeza do 
gás e o fluxo de ar que está sendo limpo, geralmente se expressa em L/m3. É o 
parâmetro mais importante do lavador de gás, conjuntamente com a queda de pressão no 
equipamento. 
 
Na prática industrial os tipos de lavadores mais utilizados são os lavadores de 
bandejas e as diferentes variantes existentes de lavadores tipo Venturi (sprays pré-
formados e nebulizados por gás). Estes são os equipamentos que veremos com mais 
detalhes a seguir: 
• Lavadores de bandejas: São construídos na forma de torre vertical com uma ou mais 
bandejas perfuradas em seu interior (Figura 5.10). A lavagem do gás acontece 
durante o contato do mesmo com as gotas de água no volume do lavador e durante o 
burbulhamento na camada de água que cobre as bandejas. A eficiência de separação 
aumenta com a diminuição do diâmetro dos orifícios das bandejas. Para orifícios de 
3,2 mm o diâmetro de corte é de dpc = 1,0 µm (Calvert, 1984); 
• Sprays pré-formados: Neste tipo de lavador de gás o líquido entra na garganta do 
Venturi já atomizado por um sistema de bocais (Figura 5.11). A eficiência de 
separação de particulados é função do tamanho e trajetória das gotas, da velocidade 
do gás e da relação líquido/gás. O diâmetro das gotas de água é de 100-500 µm, o 
diâmetro de corte dpc = 0.7-2.0 µm, e a relação líquido/gás 4-13 l/m3 (Calvert, 
1984); 
• Sprays atomizados por gás: É o mais comum dos lavadores tipo Venturi. A 
nebulização do líquido é causada pelo próprio gás, que alcança uma velocidade na 
garganta do Venturi de 60-120 m/s (Figura 5.12). O diâmetro de corte nestes 
equipamentos é dpc = 0,1-0,4 µm. 
 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 92
 
 
Figura 5.9 - Parâmetros de operação alguns tipos de lavadores de gás. 
 
 
 a) b) 
a) Bandeja com bubblecaps 
b)Bandeja perfurada. 
 
Figura 5.10- Lavador de bandejas (Calvert, 1984). 
 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 93
Vo
Água 
Ar Ar 
Bocal 
nebulizador
Garganta 
do Venturi 
Vg
 
 
Figura 5.11- Lavador Venturi com spray pré-formado por bocais pneumáticos. 
 
Figura 5.12- Esquema dos processos que acontecem num lavador tipo Venturi 
(spray nebulizado pelo gás). Cortesia da empresa Lodge Sturtevant. 
 
Cálculo da eficiência em um lavador tipo torre de nebulização 
 
Em torres de nebulização a penetração para particulas de diâmetro i. 
 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 94
 ( ) ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ η⋅⋅⋅−=⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
−⋅⋅⋅
η⋅⋅⋅⋅−=
g
itdd
gtddg
itdl
ti Q
VA25,0exp
VVrQ4
ZVQ3expP (5.35) 
Onde: 
 
Ql- Vazão volumétrica de líquido, m3/s; 
Qg- Vazão volumétrica do gás, m3/s; 
Vg- Velocidade superficial do gás, m/s; 
Vtd- Velocidade terminal de queda livre das gotas, m/s; 
ηi- Eficiência de remoção de partículas de diâmetro i por uma gotícula; 
rd- Radio das gotas, m. 
Z- Comprimento da região de contato gás / líquido no lavador, m; 
Ad- Seção do lavador ocupada pelas gotas. 
 
 
2
p
p
i 7,0K
K
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
+=η (5.36) 
 
Kp- Parâmetro de impacto. 
 
 
dG
p
2
pp
p D9
dC
K ⋅µ⋅
ν⋅⋅ρ⋅= (5.37) 
 
C- Fator de correção de Cunningham, adimensional. 
ρp- Densidade da partícula, kg/m3; 
dD - Diâmetro da gota, m; 
νp- Velocidade da partícula (νp = νG), m/s; 
dP- Diâmetro da partícula, m; 
µg- Viscosidade do gás, kg/m.s. 
 
 A velocidade terminal das gotas calcula-se como: 
 
 
( )
g
gd
2
d
td 18000000
gD
µ⋅
⋅ρ−ρ⋅=ν (5.38) 
 
ρd- Densidade da gota, kg/m3; 
ρg- Densidade do gás, kg/m3; 
µg- Viscosidade do gás, kg/(m.s); 
g– Constante da aceleração da gravidade, m/s2. 
 
 Como resultados dos cálculos pode-se determinar o diâmetro médio ótimo das 
gotas de água no lavador de gás (Figura 5.13) e a dependência do diâmetro de corte do 
cumprimento da zona de contato gás/liquido Z para diferentes diâmetros médios das 
gotas de água (Figura 5.14). 
 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 95
 
 
Figura 5.13- Determinação do diâmetro médio ótimo das gotas de água num 
lavador de gás. 
 
 
Figura 5.14- Dependência do diâmetro de corte do cumprimento da zona de 
contato gás/líquido Z para diferentes diâmetros médios das gotas de 
água. 
 
Cálculo da eficiência e da queda de pressão em um lavador tipo Venturi. 
 
 Calvert propõe uma metodologia para a determinação da eficiência de separação 
em um lavador tipo Venturi (Licht, 1988), que será descrita a seguir: 
 
1- Determinação do número de Knudsen e do fator de Cunningham (ver equações 5.15 e 
5.14); 
2- Determinação do diâmetro das gotas por nebulização no Venturi. 
 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 96
a) No caso em que o spray é nebulizado pelo gás, a equação de cálculo é: 
 
 602.1
g
932.1
G
L9
d V
Q
Q
106,319,42
D
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛⋅⋅+
= (5.39) 
Sendo: 
dD - Diâmetro das gotas de água logo após a nebulização, µm; 
vg- Velocidade média da mescla gás/água no Venturi, m/s (valor entre 30,4 e 91,4); 
G
L
Q
Q - Relação fluxo de líquido / fluxo de gás, m3L/ m3G (valor entre 0,0006012 e 
0,0024048). 
 
e 
 
vg – 0,752 vgarg 
 
Onde 
vgarg- Velocidade do gás na garganta do Venturi; 
 
b) Para o caso de sprays pré-formados com bocais pneumáticos utiliza-se a equação de 
Nukiyama e Tanasawa. O bocal pneumático consiste num anel central de líquido 
circulando por um bocal concêntrico de ar (ver Figura 5.11). 
 
 
5,1
G
L
45,0
D
D
Drel
d Q
Q53207681
V
585000D ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛⋅
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
ρ⋅σ
µ⋅+ρ
σ⋅= (5.40) 
 
Sendo: 
 
Vrel- Velocidade relativa do gás Vrel = (Vg - Vo), m/s; 
σ- Tensão superficialdo líquido, N/m; 
ρD- Densidade do líquido, kg/m3; 
µD- Viscosidade cinemática do líquido, kg/m.s; 
QL- Fluxo de líquido, m3/min; 
QG- Fluxo de gás, m3/min. 
 
3- Cálculo do diâmetro aerodinâmico das partículas de cinzas. 
 
 2pipi
2
pai dc1000d ⋅ρ⋅⋅= (5.41) 
 
 Neste caso ci é o fator de Cunningham para a partícula de diâmetro dpi. 
 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 97
4- Cálculo do parâmetro inercial Kpti . 
 
 
dg
argg
2
pai
pti D9
V.d
K ⋅µ⋅= (5.42) 
 
5- Cálculo do parâmetro F (Kpti * f). 
 
 ( ) ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡
++⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +⋅⋅+⋅−−⋅=⋅
f*K7,0
49,0
7,0
7,0fK
ln4,1fK7,0
K
1fKF
pti
pti
pti
pti
pti (5.43) 
 
O coeficiente experimental f leva em conta todos os parâmetros não 
considerados explicitamente durante o cálculo da penetração e da eficiência. Que valor 
tomar para coeficiente ? 
 
• Calvert recomenda f = 0,25 para partículas hidrófobas; f = 0,4 – 0,5 para partículas 
hidrofílicas; f = 0,5 para lavadores Venturi de grande escala. 
• Calvert em seu livro “Scrubber Handbook” realiza todos os cálculos para f = 0,25. 
• Um estudo de Rudnick et al. (1986) mostrou que com o valor f = 0,31 obtém-se um 
ajuste muito melhor que com 0,25. 
 
6- Cálculo da penetração Pti. 
 
 ( )⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ ⋅⋅⋅µ
⋅ρ⋅⋅= fKFVD
Q
Q
55
2expP ptiargg
g
dd
G
L
it (5.44) 
Unidades: 
G
L
Q
Q - m3/m3; 
ρd- kg/m3; 
dD - m; 
µg- kg/m.s; 
Vgarg- m/s. 
 
7- Cálculo da eficiência por frações. 
 
 itif P1E −= (5.45) 
 
8- A eficiência total. 
 
 ∑
=
∆⋅=
m
1i
ifit fEE (5.46) 
 
 Além do método de Calvert para o cálculo da eficiência em lavadores Venturi 
utiliza-se o método de Johnstone (Theodore & Buonicore, 1988) e o método de Yung et 
al. (1978). 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 98
Método de Johnstone 
 
 ( ) ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ ϕ⋅⋅⋅−−= 5,0i
G
L
if Q
Qk1337,0exp1E (5.47) 
 
 
dg
arggp
2
p
i D
Vd
03387,0 ⋅µ
⋅ρ⋅⋅=ϕ (5.48) 
 
Sendo: 
ϕ1 - Parâmetro de impacto inercial (adimensional); 
k - Coeficiente de correlação (valores entre 7,48 e 14,96 m3/m3). 
 
Unidades: 
ρp- kg/m3; 
Vgarg- m/s; 
µg- kg/m.s; 
dD - µm. 
 
Projeto de lavadores tipo Venturi. 
 
 Licht (1988) propõe um método geral para o projeto de lavadores tipo Venturi 
que consta dos seguintes passos: 
1. Selecione, na faixa de valores usualmente utilizados, um par de valores para QL/QG e 
Vgarg; 
2. Com base nestes valores calcule o diâmetro Sauter das gotas de água dD através das 
equações vistas anteriormente no texto; 
3. Para o valor selecionado de Vgarg e o calculado de dD calcule Red e Cd. 
 
 
( )
g
gDarggd
1D
VVD
Re µ
ρ⋅−⋅= (5.49) 
 
 313,0
1D1D
1D Re
60,3
Re
24C += (5.50) 
 
A expressão anterior é a equação de Schiller & Naumann, válida na faixa de 
valores 0,5 < Rep< 3; 
 
4. Utilizando os valores determinados no ponto 3, calcular 
dgG
dL
CQ
QB ⋅ρ⋅
ρ⋅= , (5.51) 
5. Selecione uma dimensão de partícula dpi e calcule o valor do fator de Cunningham 
Cci; 
6. Para esta partícula, calcular 
( )
dg
dargg
2
pigci
pti D9
VVdC
K ⋅µ⋅
−⋅⋅ρ⋅= ; (5.52) 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 99
7. Selecione um valor de L (comprimento adimensional da garganta; recomenda-se 
assumir L = 2-3), calcule o comprimento da garganta lgarg e ugarg; 
 
 argg
Dd
gD l
D2
C3
L ⋅ρ⋅⋅
ρ⋅⋅= (5.53) 
 
 ( )1XXX12
V
Vu 22
t
d
argg −⋅+−⋅== (5.54) 
 
Onde o valor de X calcula-se como 1
D16
Cx3
X
dd
gd +ρ⋅⋅
ρ⋅⋅⋅= e argglx = (5.55) 
 
8. Calcule a penetração Pti (Yung et al., 1978); 
 
( ) ( )[ ]
( )
( )
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +−++−
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +−+−−
−+−+−=
−
−
5,0
il1
il
5,0
ilil
il
5,0
ilt1
il
t
5,0
il
til
5,0
t
5,1
til
til
i
7,0
Ktan
K
7,01K02,52,4K4
7,0K
1
7,0
Ku1tan
K
7,0u1K02,5
7,0u1K
1
u12,4u1K4
7,0)u1(K
1
B
Pln
 (5.56) 
 
9. Repita os passos 5-7 para diferentes dimensões de partículas; 
10. Calcule a eficiência total de separação; 
11. Repita todos os cálculos para diferentes valores de QL/QG e/ou Vgarg. Considere 
também outros valores para L e para ugarg; 
12. Determine o comprimento da garganta e a queda de pressão total. 
 
5.4- Precipitadores eletrostáticos: características construtivas e 
dimensionamento. 
 
5.4.1 Fundamentos teóricos da operação de precipitadores eletrostáticos. Tipos de 
precipitadores e aplicações. 
 
 O separador ou precipitador eletrostático é um equipamento para o controle de 
particulados, que utiliza forças elétricas para movimentar as partículas desde o fluxo de 
gases até os eletrodos coletores. Os precipitadores são os únicos equipamentos de 
controle de particulados nos quais as forças de remoção atuam somente sobre as 
partículas e não sobre todo o fluxo de gás. Isto provoca altas eficiências de separação 
(99,5 %) com uma pequena queda de pressão do gás, de aproximadamente 5 polegadas 
de H2O (Keifer). 
 Entre os maiores fabricantes destes equipamentos no mundo destaca-se a firma 
Lodge Sturtevant subsidíaria da FLS miljo a/s, que tem comercializado e instalado mais 
de 4000 precipitadores eletrostáticos. Outros fabricantes de renome são a United 
McGill, a Marsulex Environmental Technologies e a ASEA Brown-Bovery (ABB). 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 100
 
Principio de operação (Figura 5.15): 
 
• Dá-se uma descarga elétrica nas partículas, forçando-as a passar através de uma 
coroa (região de ionização do gás). O efeito coroa é produzido pelos eletrodos de 
descarga, mantidos com alta voltagem no centro do fluxo de gás; 
• Deposição das partículas nos eletrodos coletores e remoção dos mesmos por 
sacudimento dos eletrodos ou lavagem com água. 
 
 
 
Figura 5.15- Princípio de operação de um precipitador eletrostático (Cortesia da 
Marsulex Environmental Technologies). 
 
A Figura 5.16 ilustra como varia a concentração de particulados desde a entrada 
até a saída do precipitador. 
 
 
 
Figura 5.16- Variação da concentração de cinzas desde a entrada até a saída do 
precipitador (Cortesia da Marsulex Environmental Technologies). 
 
 Os precipitadores eletrostáticos tem aumentado extraordinariamente sua 
eficiência nos últimos anos (Figura 5.17) em conseqüência da aprovação de normas de 
emissão cada vez mais rigorosas e à acirrada concorrência com os filtros de mangas. 
Atualmente já é possível alcançar concentrações de particulados no gás de 5-10 mg/Nm3 
à saída destes equipamentos (Gaiotto, 1997). 
Os tipos de precipitadores mais difundidos são os seguintes: 
• De placa e arame; 
• De placas planas; 
• Úmido. 
 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 101
 
 
Figura 5.17- Emissões garantidas e obtidas após os precipitadores eletrostáticos. 
Valores médios de vários países e aplicações (Gaiotto, 1997). 
 
Precipitador de placa e arame (Figuras 5.18 e 5.19). 
 
 Esta configuração é utilizada em uma ampla variedade de aplicações industriais: 
caldeiras para carvão, fornos de cimento, incineradores de resíduos sólidos, caldeiras 
recuperadoras de plantas de papel, etc. 
 
 
Figura 5.18- Precipitador eletrostático de placa e arame (Cortesia da ABB do 
Brasil). 
 
Nos precipitadores de placa e arame o fluxo de gás passa entre placas metálicas 
paralelas. Os arames suspensos entre as placas constituem os eletrodos de descarga de 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 102
alta voltagem. Os eletrodos geralmente recebem uma polaridadenegativa, já que uma 
coroa negativa suporta uma voltagem maior que uma positiva antes que ocorra a 
descarga. Os íons gerados na coroa seguem as linhas do campo elétrico desde os arames 
até as placas coletoras. Assim cada arame estabelece uma zona de carga através da qual 
passam as partículas, absorvendo parte dos íons. A Figura 5.20 mostra detalhes 
construtivos dos eletrodos de descarga e coletores. 
 
 
 
Figura 5.19- Disposição dos eletrodos coletores e de descarga em um precipitador 
de placa e arame (Cortesia da Marsulex Environmental 
Technologies). 
 
Precipitador de placas planas (Figura 5.21). 
 
Utilizados, geralmente, em aplicações de pequena escala (50-100 m3/s) para 
partículas de alta resistividade e dimensões 1-2 µm. A firma United McGill’s utiliza 
este tipo de precipitador para o controle de particulados em caldeiras, fornos, 
incineradores e outros tipos de processos industriais com capacidades máximas de até 
944 m3/s. Os precipitadores fabricados por esta firma diferencia-se dos projetos 
convencionais por terem o eletrodo coletor de alta voltagem rodeado por agulhas em 
suas bordas laterais que geram o efeito coroa e o campo eletrostático (Figura 5.22). 
 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 103
 
Figura 5.20- Detalhes construtivos dos eletrodos de descarga e coletores de um 
precipitador de placa e arame (Cortesia da firma Lodge Sturtevant 
Ltda). 
 
As superfícies coletoras neste precipitador consistem em fileiras paralelas 
alternadas de placas coletoras de alta voltagem e de placas coletoras conectadas à terra. 
Ambos tipos de placas estão carregadas com polaridade oposta e colocadas à distâncias 
menores entre elas do que nos precipitadores convencionais. A carga das partículas é 
aleatória, podendo ser positiva ou negativa. Desta maneira nos precipitadores da McGill 
a placa de descarga também é coletora, o que incrementa a área de superfície coletora 
em 30 %. O consumo de energia é menor 70 % do que em precipitadores convencionais 
devido ao uso mais eficiente da energia (operação com baixos níveis de voltagem: 20-
30 kV e corrente). A construção dos precipitadores é modular, o que permite 
dimensioná-lo para diferentes capacidades. A limpeza das placas é feita por 
sacudimento mecânico através de um martelo móvel ou por acionamento pneumático. 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 104
 
 
 
Figura 5.21- Disposição dos eletrodos no precipitador de placas planas (Cortesia 
da United McGill). 
 
Precipitador úmido (Figura 5.23). 
 
 O método de remoção úmida é efetivo para partículas com características 
aglomerantes. A utilização de precipitadores convencionais para este tipo de particulado 
provocará a acumulação das mesmas na placa coletora, reduzindo a eficiência de 
remoção e exigindo uma limpeza mais frequente. A água é nebulizada no fluxo de gás 
para esfriá-lo e condensar a maioria dos poluentes. As partículas sólidas e poluentes 
condensados recebem descarga elétrica e são coletados nas placas bipolares. Os bocais 
de nebulização primários nebulizam a seção de pré-resfriamento e os difusores de 
entrada afim de saturar o fluxo de gás, prevenindo o endurecimento e a combustão do 
material coletado. Os bocais secundários além de complementar os primários removem 
o material coletado das placas. A água após filtrada é reincorporada ao sistema. 
 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 105
 
 
Figura 5.22- Disposição das agulhas nas bordas da placa coletora de alta voltagem 
e fotografia do efeito coroa criado ao aplicar corrente à placa 
(Cortesia da United McGill). 
 
 Durante a operação de precipitadores eletrostáticos o parâmetro mais importante 
é a voltagem. O gráfico das características típicas de operação (Figura 5.24) mostra que 
a menor concentração de particulados à saída do precipitador corresponde ao valor 
máximo de voltagem e não da corrente. 
 
 
 
Figura 5.23- Esquema de um precipitador eletrostático tipo úmido indicando a 
disposição dos bocais de nebulização da água (Cortesia da Krebs). 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 106
 
 
Figura 5.24- Características típicas de operação de um precipitador eletrostático 
(Cortesia da firma Lodge Sturtevant Ltd). 
 
Influência da resistividade do particulado sobre a eficiência do precipitador 
 
 A resistividade das partículas é um dos fatores que mais afeta a eficiência dos 
precipitadores eletrostáticos. As partículas depositadas sobre as superfícies coletoras 
devem possuir ao menos uma condutividade elétrica pequena, afim de conduzir as 
correntes de íons da coroa à terra. Caso contrário aparece um campo elétrico no material 
depositado nos eletrodos coletores, por causa da passagem dos íons através da camada 
de material para alcançar o eletrodo. Este fenômeno pode chegar a provocar uma coroa 
inversa ou re-ionização das partículas (Figura 5.25) que afeta o processo de carga das 
partículas e em consequência a eficiência do precipitador. 
 Para resistividades maiores de 2.1011 ohm.cm começa aparecer o efeito de coroa 
inversa (Turner, 1988), fazendo-se necessário reduzir a voltagem e a corrente para 
diminuir o excessivo cintilar. Evidentemente que a redução da voltagem e da corrente 
provoca a diminuição da eficiência de separação. Segundo Keifer o projeto da placa 
coletora da United McGill permite a operação eficiente com particulados de 
resistividade 8.104 – 5.1011 ohm.cm. 
 
 
 
Figura 5.25- Descrição física do efeito de coroa inversa em precipitadores 
eletrostáticos (Cortesia da ABB do Brasil). 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 107
Métodos para resolver os problemas relacionados com a alta resistividade da cinza. 
 
• Melhorar a limpeza dos eletrodos coletores; 
• Melhorar os métodos de energização elétrica (por exemplo aplicação de voltagem 
pulsante); 
• Condicionamento químico e térmico do gás: adição de umidade, adição de 
pequenas quantidades de reativos químicos tais como o SO3, baixar a temperatura 
do gás até um valor inferior a 130 oC ou elevá-la acima de 350 oC. 
Cálculo da área de coleção do precipitador 
 A eficiência por frações em precipitadores eletrostáticos calcula-se pela equação 
de Deutsh-Anderson: 
 
 ( ) ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ ⋅−−=η
Q
UA
exp1d ticpi (5.57) 
Sendo: 
Uti- Velocidade terminal da partícula no campo elétrico; 
dpi- Diâmetro da partícula; 
Ac- Área total de eletrodos coletores; 
Q- Fluxo volumétrico de gás. 
 
 O termo We é a velocidade efetiva de migração que define o comportamento de 
um conglomerado de particulados para condições de operação dadas (We é o 
equivalente a Uti para um conglomerado de partículas). Utilizando a equação de Deutsh-
Anderson pode-se calcular a área específica de coleção SCA. 
 
 ( )
e
tc
W
1ln
Q
ASCA η−−== (5.58) 
 
 Turner et al. (1988) apresenta Tabelas com os valores de We para diferentes 
tipos de particulados e de separadores eletrostáticos (Tabelas 5.8, 5.9 e 5.10). A 
eficiência é determinada a partir da concentração de particulados que necessita-se obter 
à saída do precipitador e da ocorrência ou não do efeito coroa em base à resistividade do 
particulado. 
Tabela 5.8- Velocidade efetiva de migração (m/s) para precipitadores eletrostáticos 
do tipo placa e arame (Turner et al., 1988). 
Eficiência % Fonte de 
particulados (a) 95 99 99,5 99,9 
 sem CI com CI sem CI com CI sem CI com CI sem CI com CI
Carvão 
betuminoso 0,126 0,031 0,101 0,025 0,093 0,024 0,082 0,021 
Outros tipos de 
carvão 0,097 0,029 0,079 0,022 0,079 0,021 0,072 0,019 
Incineradores 0,153 0,114 0,106 0,094 
a) Cinza volátil com uma temperatura de 420 K para carvão e de 530 K em incineradores; 
CI, Coroa Inversa. 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na IndústriaAçucareira 108
Tabela 5.9- Velocidade efetiva de migração (m/s) para precipitadores eletrostáticos 
úmidos do tipo placa-arame* (Turner et al., 1988). 
Eficiência % Fonte de particulados 95 99 99,5 99,9 
Cinza volátil de carvâo betuminoso 0,314 0,330 0,338 0,249 
Cinza volátil de outros tipos de carvão 0,400 0,427 0,441 0,314 
 
Tabela 5.10- Velocidade efetiva de migração (m/s) para precipitadores 
eletrostáticos de placa plana (Turner et al., 1988). 
Eficiência % Fonte de particulados 95 99 99,5 99,9 
Cinza volátil de carvão betuminosoa 0,132 0,151 0,186 0,160 
Cinza volátil de outros tipos de carvãoa 0,155 0,112 0,151 0,135 
Cinza volátil de incineradoresb 0,252 0,169 0,211 0,183 
a) A uma temperatura de 420 K e sem coroa inversa; 
b) A uma temperatura de 395 K e sem coroa inversa. 
 
5.5-O separador de núcleo 
 
 O separador de núcleo “Core separator” é um novo sistema de separação de 
particulados baseado no efeito centrífugo. O sistema tem eficiência superior aos 
ciclones, porquanto os processos de separação e coleta são realizados em dois 
componentes separados (Figuras 5.26 e 5.27) , evitando-se assim o arraste de 
particulados que acontece na seção de saída do gás dos ciclones. 
 
 
 
Figura 5.26- Principio de operação de um separador de núcleo (Cortesia da firma 
LSR Technologies) 
 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 109
 
 
Figura 5.27- Disposição modular de um separador de núcleo (Cortesia da firma 
LSR Technologies). 
 
 O separador de núcleo tem um custo aproximadamente três vezes maior que um 
ciclone. Porém para partículas de dimensões menores de 10 µm a eficiência do 
separador de núcleo e do multiciclone é de 94 e 20 % respectivamente (Wysk, 1996). A 
Figura 5.28 mostra que o separador de núcleo é tão eficiente como um lavador tipo 
Venturi. 
 
 
 
Figura 5.28- Curvas de eficiência por frações para diferentes separadores de 
particulados (Cortesia da firma LSR Technologies) 
 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 110
5.6- Avaliação preliminar do custo de sistemas de separação de 
particulados 
 
5.6.1- Aspectos gerais. 
 
 Dois problemas gerais que aparecem durante a avaliação do custo de sistemas de 
separação de particulados são: 
• A atualização de custos de anos anteriores; 
• O cálculo do custo de um sistema de uma dada capacidade, conhecendo-se dados 
sobre custos de sistemas semelhantes de capacidades diferentes. 
 
 As equações utilizadas nestes casos são: 
 
 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛⋅=
Antigo
tesenePr
AntigotesenePr Indice
IndiceCustoCusto (5.59) 
 
 
b
A
B
AB Capacidade
CapacidadeCustoCusto ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛⋅= (5.60) 
 
 Os índices de custo são publicados mensalmente pela Chemical Engineering. O 
expoente b da segunda equação são mostrados na Tabela 5.11 (Cooper & Alley, 1994). 
 
Tabela 5.11- Valor do expoente de custo b para diferentes separadores de 
particulados. 
Equipamento b 
Ciclones 0,65 
Multiciclones 0,65 
Torres de atomização 0,62 
Venturi de baixo consumo de energia 0,76 
Venturi de alto consumo de energia 0,72 
Precipitadores 0,62 
Filtros de mangas 0,60 
 
5.6.2- Determinação do custo de separadores ciclônicos. 
 
 Segundo Vatavuk (1990) o custo de um ciclone (valores de junho de 1990) pode 
ser calculado pela seguinte expressão: 
 
 [ ] 903,0ba57800EC ⋅⋅= , $ (5.61) 
 
Sendo: 
a- Altura da seção de entrada do ciclone; 
b- Largura da seção de entrada do ciclone. 
 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 111
 Para um multiciclone (valores de junho de 1990) segundo Benitez (1993): 
 
 cc N72baN7000EC ⋅+⋅⋅⋅= , $ (5.62) 
 
Sendo: 
Nc - Número de ciclones. 
 
 Em ciclones e multiciclones o custo total do investimento (incluindo custos de 
montagem e tubulações) é aproximadamente o dobro do custo do equipamento EC. 
 
5.6.3- Determinação do custo de lavadores de gás. 
 
 Na Figura 5.29 apresentam-se dados de custos aproximados de lavadores de gás, 
obtidos por consulta a vários fabricantes brasileiros e estrangeiros para a aplicação 
específica em caldeiras para bagaço. Estes valores não incluem os custos de montagem. 
O material de fabricação do lavador tipo torre de nebulização é aço carbono, enquanto o 
lavador tipo Venturi é construído de aço inox. De acordo com COOPER & ALLEY 
(1994) se o lavador de gás for construído em aço inox 304, o valor do custo para um 
lavador construído de aço carbono deve-se multiplicar por 1,9; se construído em aço 
inox 306, por 2,7; e se construído em fibra de vidro, por 1,7. 
 
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0 20 40 60 80
Vazão de gás, Nm3/s
Pr
eç
o 
do
 la
va
do
r d
e 
gá
s,
 
M
ilh
õe
s 
de
 U
S$
Torre de Nebulização Lavador tipo Venturi
 
 
Figura 5.29- Custo aproximado de lavadores de gás tipo torre de nebulização e 
Venturi (1999). 
 
5.6.4- Determinação do custo de precipitadores eletrostáticos. 
 
 Turner et al. (1988) apresentam uma equação para o cálculo do custo de 
investimento em precipitadores eletrostáticos: 
 
 epbcep AaEC ⋅= (5.63) 
 
 Os valores de aep e bep são tomados da Tabela 5.20. 
 Silva E., Controle da Poluição do Ar na Indústria Açucareira 112
 
Tabela 5.20- Valores dos coeficientes aep e bep para a determinação do custo de 
investimento em precipitadores eletrostáticos (Turner et al., 1988). 
Área de eletrodos Ac, m2 aep bep 
930-4600 4551 0,6276 
4600-93000 715 0,8431 
 
 O custo total de instalação de precipitadores eletrostáticos é 2,2 vezes maior que 
o custo do equipamento EC. 
 
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] 3 [g/m o c Gás + 
particulados 
ε Emissão de 
particulados 
gás Q Vazão de limpo c Gás - Y = C o .c o Q removidos Particulados o gás Q Vazão de SEPARADO
R