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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDEESCOLA DE QUÍMICA E ALIMENTOSENGENHARIA QUÍMICA
02155 - OPERAÇÕES UNITÁRIASProf a. Dra. Christiane Saraiva Ogrodowski
Prof. Msc. Omar Fernandez Gonzalez
Prática 5 - CICLONAGEM
38740 – Miral Miranda Neto40729 – Gustavo Hoffmann Moreira
40732 – Dirceu Vanderlei Mayer
Rio Grande, 25 de abril de 2011.
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Sumário
Introdução ............................................................................................................................. 4
Objetivos .............................................................................................................................. 5
Revisão Bibliográfica ............................................................................................................ 6
Conceito Geral .................................................................................................................. 6
A trajetória da partícula ..................................................................................................... 6
Separação sólido-fluido na fenda de seção retangular ........................................................ 8
Ciclones a gás e hidrociclones ......................................................................................... 11
Diâmetro de corte na separação centrífuga ................................................................... 11
Função eficiência individual de coleta no campo centrífugo ........................................ 14
A relação vazão – perda de carga ................................................................................. 16
Vantagens do uso dos Ciclones ........................................................................................ 16
Desvantagens do uso dos Ciclones .................................................................................. 17
Classificação dos Ciclones .............................................................................................. 17
Aplicação Industrial dos ciclones .................................................................................... 18
Unidades de Craqueamento catalítico fluido (FCCU, sigla em inglês) ......................... 18
Materiais e Métodos ............................................................................................................ 20
Materiais ......................................................................................................................... 20
Método ............................................................................................................................ 20
Determinação do Ciclone ................................................................................................ 21
Medida de Vazão ............................................................................................................ 21
Medida de Diâmetro de Corte .......................................................................................... 21
Medidas de Velocidade ................................................................................................... 21
1) Na entrada do ciclone ........................................................................................ 21
2) Na seção cilíndrica do ciclone ........................................................................... 22
Medidas de Perda de Carga ............................................................................................. 22
1) Teórica .............................................................................................................. 22
2) Experimental ..................................................................................................... 22
Cálculo de Eficiências ..................................................................................................... 22
1) Eficiência Real .................................................................................................. 22 2) Eficiência Global ............................................................................................... 22
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Conclusão ........................................................................................................................... 23
Bibliografia ......................................................................................................................... 24
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Introdução
O presente trabalho trata do método de separação conhecido como ciclonagem, que se
caracteriza pela separação de sólidos de fluidos através da criação de um movimentohelicoidal para a partícula em uma estrutura cilíndrica com terminação cônica.
Tal movimento é descrito naturalmente através de fenômenos meteorológicos, econstitui a base teórica para a criação do processo de ciclonagem.
O ciclone industrial é um equipamento importante pois é capaz de separar partículasfacilmente pela sua densidade ou seu tamanho. Seu funcionamento e operação sãodemasiadamente simples, o que facilita sua utilização na indústria.
A nomenclatura “ciclone” é normalmente utilizada para aqueles equipamentos onde ofluido é um gás, na maioria dos casos ar, sendo o termo “hidrociclone” utilizado quando o
fluido for um líquido, na maioria dos casos água.
O movimento da partícula dentro do ciclone é um movimento tridimensional,caracterizado por um movimento circular no plano paralelo à base do ciclone, e ummovimento retilíneo uniformemente variado na direção perpendicular, originando assim ummovimento com trajetória helicoidal, ou em forma de hélice. A partir deste movimento aspartículas mais pesadas tendem a se acumular na parte cônica, que pela forma de funil asdepositará em outro recipiente, enquanto as partículas mais leves e finas tendem a ser
carregadas pelo ar e saem pela saída superior, onde são retidas por um filtro manga.O uso do ciclone geralmente é voltado para a separação dos materiais de forma a
obedecer a regulamentações ambientais ou evitar danificação em equipamentos posteriores.
A eficiência do ciclone dependerá de alguns fatores como as condições do local, ascaracterísticas da corrente de entrada e os dados geométricos do ciclone.
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Objetivos
Identificar o tipo de ciclone utilizado;
Determinar o diâmetro de corte do ciclone;
Calcular as velocidades de entrada e no interior do ciclone;
Determinar as perdas de carga experimental e teórica;
Encontrar os parâmetros D’ e n da distribuição granulométrica para a terra
diatomácea segundo modelo RRB;
Determinar a eficiência real e global do ciclone.
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Revisão Bibliográfica
Conceito Geral
O processamento dos materiais sólidos em geral, a combustão e demais processosquímicos, gera frequentemente efluentes gasosos que transportam ou arrastam materiaisparticulados. A separação do sólido da fase gasosa é uma imposição industrial e ambiental. Ociclone é um dos equipamentos que se destaca para atingir esta finalidade, tecnicamente eeconomicamente.
O ciclone é um equipamento no qual utilizamos as forças centrífugas para separar osmateriais sólidos da corrente gasosa. A separação do material particulado num ciclone épossível graças à inércia de uma partícula sólida transportada no meio gasoso, durante desvioda corrente gás que carrega o material particulado. As partículas não acompanham acurvatura de desvio do gás, são lançadas contra a parede do Ciclone, e pela força dagravidade descem até a saída inferior do mesmo. As partículas mais pesadas possuem ainércia maior e devem ser separadas com eficiência superior do que as pequenas e leves, nasmesmas condições de processamento. Existem ciclones de alta eficiência utilizados nos casosem que o material particulado seja fino e leve, ou quando necessite uma saída de fluído combaixa concentração de material particulado. O Ciclone Axial de diâmetro reduzido é um dosmais eficientes, pois este possui dispositivo direcionador de fluxo – adequado, paraproporcionar forças de centrifugação necessárias para a separação das partículas.
De acordo com o processamento necessário estão à disposição vários tipos de ciclones,cada um com sua devida utilização e especificação. Entre eles encontramos: Ciclones deLapple, Stairmand, Niigas 11, Multifuncionais e Tangenciais, variando conforme seufuncionamento.
A trajetória da partícula
O processo de separação sólido-fluido conduzido a partir de suspensões diluídas- adecantação- pode ser analisado através do estudo da trajetória das partículas no interior do
equipamento de separação (Brauer, 1982).
Considera-se que:
As partículas sejam caracterizadas individualmente através do diâmetrovolumétrico Dp e da esfericidade ;
A distribuição de tamanhos das partículas, isto é, a análise granulométrica,seja expressa por P D X X , sendo X a fração em massa das partículas
com diâmetro menor que Dp;
O campo de velocidades do fluido não perturbado pela presença daspartículas seja uu ;
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L
Os efeitos da aceleração e concentração de partículas sejam desprezíveis nocomportamento dinâmico destas partículas.
A equação do movimento de translação da partícula é expressa por:
bV PF S 10 (1)
vuU U U C A
DF ,2
(2)
.,Re,Re, U U U D
f C F P
D
(3)
Nestas equaçõesF e são respectivamente a densidade e a viscosidade do fluido,
S
a densidade das partículas, l a força resistiva que o fluido exerce sobre a partícula, A e Vp
a área projetada 42
p D e o volume 63
p D da partícula, b a intensidade do campo
exterior, cD o coeficiente de arraste, u, v e U respectivamente a velocidade do fluido, avelocidade da partícula e a velocidade relativa fluido-partícula.
Seja a situação simples em que se deseja determinar o diâmetro da partícula quepercorre a trajetória assinalada na figura (1) representando uma fenda retangular comdimensões B, H e L. Na situação de maior interesse tecnológico H<<B, o que equivale aconsiderar o escoamento como ocorrendo entre placas paralelas. O efeito da aceleração dapartícula não é levado em conta.
Figura 1: Fluidodinâmica da partícula na fenda de seção retangular
Equação do movimento da partícula:
Componente na direção x, 02
0 vxuxU Cd A
F ;
Componente na direção y, ;02
0 gVpsVyU Cd A
F F
Resulta da primeira equação que vx = ux e, portanto,
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y y vvvxuxU 2
122)0(
Substituindo este resultado na segunda equação, vem:
2
1
2
DF
PF s
y
c A
gV v
Que representa a velocidade terminal da partícula isolada, v t. Portanto, desprezando oefeito da aceleração da partícula:
Na direção do escoamento do fluido, vx = ux;
Na direção normal ao escoamento do fluido, vy = vt.Voltando à figura da fenda de seção retangular, pela composição do movimento da
partícula:
,
ht u
L
v
h (4)
Ondeh
u é a velocidade média do fluido em h y 0 . Portanto,
L
uhv h
t e
3234Re
t F
F s
d v
gc
(5)
Que permite calcular Re e dele o valor do diâmetro da partícula desejado.
A situação mais desfavorável para a captura da partícula corresponde à posição H h a espessura de separação da câmara. O diâmetro crítico Dpc especifica as condições
limites de separabilidade no equipamento em análise: partículas com diâmetro maior que Dpc são coletadas com eficiência de 100% independentemente da posição em que ingressam nacâmara de separação. A equação (4) toma a forma
u
L
v
H
t
, (6)
A equação de projeto para separação de partículas na fenda de seção retangular.
Separação sólido-fluido na fenda de seção retangular
O projeto e a análise do desempenho do equipamento de separação sólido-fluido podem
ser realizados em base aos seguintes resultados:
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Equação que relaciona o diâmetro de corte D às propriedades físicas do sistemaparticulado, às dimensões do equipamento e às condições operacionais;
Função eficiência individual de coleta relativa à partícula com diâmetro D,
D D (7)
que depende da configuração do equipamento, do regime de escoamento do fluido e dadinâmica da partícula;
Função eficiência global de coleta que depende da distribuição granulométrica doconjunto de partículas, D X X ,
;
1
0
dX D D
(8)
Equação que relaciona queda de pressão e vazão de fluido no equipamento deseparação.
O diâmetro do corte pode ser especificado de diferentes formas; definido como sendoo diâmetro das partículas que são coletadas com eficiência de 50% no equipamento deseparação.
Na análise da separação sólido-fluido em camada delgada B H conduzida no
equipamento representado na figura (1) serão consideradas as seguintes hipóteses:
As partículas estão igualmente distribuídas na alimentação, x = 0, independentementedo valor do diâmetro. Portanto, a eficiência de coleta da partícula com diâmetro D quepercorre a trajetória assinalada na figura é:
, H h D (9)
Estando o diâmetro de corte associado a 2 H h .
O escoamento de fluido na fenda é laminar, resultando (Bird et al. 1960, p.62).
2
6 H
y
H
yuu (10)
h
h H
huudy
hu
03
1
2
16
1(11)
H H uuu
2(12)
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L
p BH u HBQ
3
12
1, (13)
Onde Q é a vazão de fluidos e p a queda de pressão no equipamento.
Prevalece o regime de Stokes para as partículas sólidas
18
2
1
gDK v F S
t
(14)
065,0log843,0 101 K .
Combinando as equações (4), (14), (9) e (11) resulta.
21
3
1
2
1
12
1
2
1
22
1
D
D
H
h
H
h
u
Dv L
u
Dv L
H
h
H
h D
t
h
t
(15)
Portanto, a função eficiência individual de coleta D D para o equipamento
em questão, dentro das hipóteses consideradas, é:
.2,1
2,
2
123
2
2
D D
D D
D
D
(16)
A relação entre o diâmetro de corte D*, as propriedades físicas do sistema particulado,as dimensões do equipamento e as condições operacionais pode ser estabelecida combinandoas equações (4) e (14).
.
9 2
1
1
F Sg BLK
Q D
(17)
Cabe ainda mencionar que quando o escoamento de fluido é turbulento,
, BH Quh (18)
Resultando da equação (15) a denominada “eficiência teórica” do equipamento deseparação (Perry e Green, 1984, p.20-86):
.2,1
2,2
12
D D
D D D
D
(19)
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Ciclones a gás e hidrociclones
A separação de partículas no interior do ciclone é efetuada pela ação do campocentrífugo resultante da configuração do equipamento e do modo com que a suspensão oalimenta.
O estudo da fluidodinâmica da partícula no ciclone vem recebendo contribuições teóricassignificativas, o que faz prever que em futuro próximo o projeto e a análise do desempenhodesse equipamento deixem de ser fundamentalmente empíricos: Leith e Licht (1972), Blooret al. (1980), Mothes e Löffler (1985), Barrientos e Concha (1992).
Procura-se estabelecer para ciclones com diferentes configurações as equações quefornecem a relação entre diâmetro de corte, propriedades físicas do sistema, dimensões doequipamento e condições operacionais, a função eficiência de coleta relativa à partícula dediâmetro D, a expressão para eficiência global de coleta e a equação que relaciona vazão equeda de pressão no ciclone. Cabe ressaltar que a configuração do ciclone caracteriza-se poruma relação específica entre suas dimensões, expressa usualmente em termos do diâmetro daparte cilíndrica do equipamento, Dc.
Os ciclones a gás nas configurações Lapple e Stairmand são amplamente utilizados naindústria, já os hidrociclones Rietema e Bradley recebem o rótulo de equipamentos depesquisa e são distintos daqueles disponíveis comercialmente (Pereira e Massarani, 1995).
As configurações dos ciclones a gás Lapple e Stairmand estão especificadas na figura(3), e na figura (4) as configurações dos hidrociclones Rietema e Bradley.
Diâmetro de corte na separação centrífuga
,
2
1
v L
F S
c
c
cg R f Q
DK
D
D
(20)
Onde Dc é o diâmetro da parte cilíndrica do ciclone, K um parâmetro que depende da
configuração, e Q são a viscosidade e a vazão de fluido que alimenta o hidrociclone, f éum fator de correção que leva em conta o fato de que uma fração das partículas sólidas écoletada no underflow sem ação do campo centrífugo (efeito “T”) e g um fator que leva em
conta a concentração volumétrica de sólidos na alimentação, cv (Massarani, 1991).
O fator f está relacionado ao quociente entre as vazões de fluido no underflow e naalimentação, RL,
L L AR R f 1 (21)
,ccu L D D B R (22)
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E os parâmetros A, B, e C relacionados à configuração do ciclone, Du e Dc respectivamente os diâmetros do underflow e da parte cilíndrica do equipamento.
Para partículas arredondadas o fator g pode ser expresso através da seguinte equaçãoempírica:
.18,318,415,02
vvv cccg (23)
Os ciclones a gás operam com suspensões mais diluídas do que os hidrociclones efrequentemente a descarga de sólido é feita de modo intermitente a partir do barril acopladoao underflow do equipamento. Por estas razões, considera-se que para os ciclones a gás f e gnão influenciem o valor do diâmetro de corte, equação (25), ou seja, f = g = 1.
Os valores dos parâmetros de configuração A, B, C e K estão reunidos na Tabela 3,cuja validade está restrita às condições operacionais assinaladas na própria tabela. A Figura 2
ilustra os modelos de ciclone Lapple e Stairmand. A Tabela 1 mostra a configuração dosciclones a gás.
Figura 2:
Configuração dos ciclones a gás Lapple e Stairmand
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Tabela 1: Configuração dos ciclones a gás
CiclonesLapple Stairmand
Bc /Dc 0,25 0,20
D0 /Dc 0,50 0,50Hc /Dc 0,50 0,50Lc /Dc 2,0 1,50Sc /Dc 0,62 0,50Zc /Dc 2,0 2,50Du /Dc 0,25 0,37Fonte: FOUST, A.C.; Princípio das Operações Unitárias
A Figura 3 ilustra os hidrociclones Rietema e Bradley. A Tabela 2 apresenta aconfiguração destes equipamentos.
Figura 3: Configuração dos hidrociclones Rietema e Bradley
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Tabela 2: Configuração dos hidrociclones Rietema e Bradley
HidrociclonesRietema Bradley
Di /Dc 0,28 1/7
D0 /Dc 0,34 1/5L/Dc 5,0 -L1 /Dc - ½l/Dc 0,40 ½Θ 10º - 20º 9ºFonte: FOUST, A.C.; Princípio das Operações Unitárias
Tabela 3: Parâmetros de configuração do ciclone e condições operacionais
recomendadas.
Configuração Keq.20 Aeq.21 Beq.22 Ceq.2
2 βeq.31 v (m/s) Du /Dc
Lapple 0,095 - - - 315 5 < v < 20 0,25Stairmand 0,041 - - - 400 10 < v < 30 0,37Rietema 0,039 1,73 145 4,75 1200 5.103< v <5.104 0,10-0,30Bradley 0,016 1,73 55,3 2,63 7500 3.103< v <2.104 0,07-0,15
cc H B
Qu (24)
Como ,Re
F ccu D onde uc é a velocidade média do fluido na seção cilíndrica do
ciclone,
.4
2
c
c D
Qu
(25)
Função eficiência individual de coleta no campo centrífugo
A eficiência individual de coleta relativa à partícula com diâmetro D pode ser expressapelas correlações empíricas:
1) Ciclones Lapple e Stairmand
;1
2
2
D D
D D D D (26)
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2) Hidrociclones Rietema e Bradley
.1465exp
15exp
D D
D D D D (27)
Conhecida a distribuição granulométrica das partículas, X = X(D), é possívelestabelecer o valor da eficiência global de coleta no campo centrífugo,
1
0
dX I (28)
E a eficiência global alcançada no ciclone, incluindo o efeito “T”,
,1 L L R I R (29)
Sendo RL o quociente entre as vazões de fluido no underflow e na alimentação.
A integração da equação (33) para a situação bastante comum em que a distribuiçãogranulométrica pode ser representada pelo modelo de Rosin-Rammler-Bennet,
,1 'n
D De D X (30)
Toma a forma (Massarani, 1991).
1) Ciclones Lapple e Stairmand
100
'
'322,081,1
118,0
11,1
D
D
D Dn
n
n
I (31)
2) Hidrociclones Rietema e Bradley
*
'
*)'(279,044,1
138,0
13,1
D
D
D Dn
n
n
I
(32)
Cabe ressaltar que na equação (35) X é a fração mássica das partículas com diâmetromenor que D e que D’ e n são os parâmetros do modelo, respectivamente ao diâmetro dapartícula que corresponde a X = 0,632 e a dispersão.
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A relação vazão – perda de carga
A expressão clássica que relaciona a vazão e a perda de carga na Mecânica dos Fluidospara o regime turbulento é utilizada também para os ciclones.
22
cF
(33)
42
cc
D
Q
(34)
Sendo a queda de pressão medida entre o overflow e a alimentação. O valor D dependeda configuração do ciclone, como mostra a tabela (1).
A perda de carga no ciclone é relacionada a diversos fatores, como:
Forças dissipativas como o atrito na entrada e no interior do equipamento;
Perda de energia devido a efeito de alguma relação descrita pela lei dosgases, como contração e compressão;
Perdas cinéticas;
Perdas na abertura do tubo de saída do ciclone;
Perdas de pressão estática.
Vantagens do uso dos Ciclones
Ocupam pouco espaço;
Baixo custo de manutenção e operação;
Longa vida útil;
Não geram poluição secundária;
Permitem funcionamento seguro com diversos materiais sólidos a separar;
Não tem limitações operacionais pela temperatura dos gases;
Insensibilidade à diminuição temporária da temperatura abaixo do ponto deorvalho;
Não devem formam depósitos internos, por isso são higiênicos e seguros. Oferecem processamento econômico para separação de sólidos desde
baixas até elevadas concentrações, com uma alta eficiência – mesmo parapequenos diâmetros do material particulado;
Pode ser utilizada desde uma unidade ou conjunto de vários Ciclones ligadosparalelamente ou em série, atendendo assim uma ampla gama de vazões etarefas.
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Desvantagens do uso dos Ciclones
Podem sofrer abrasão interna se a velocidade do fluido for muito elevada;
Maior custo operacional se comparado a classificadores espiral, devido à energiagasta no bombeamento;
Se as condições operacionais não forem adequadas pode haver acúmulo de materialdentro do equipamento ou baixa eficiência na separação;
Não é aconselhável para partículas muito viscosas ou pegajosas.
Classificação dos Ciclones
Os ciclones podem ser classificados em diversos tipos com relação à sua forma:
a) Ciclones com entrada tangencial e fluxo de retorno;b) Ciclones de fluxo axial;
c)
Ciclones com entrada axial e fluxo de retorno.Como é mostrado na figura abaixo:
O mais utilizado é o com entrada tangencial, por gerar uma força centrífuga maiorpara facilitar a separação de particulados.
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Aplicação Industrial dos ciclones
Unidades de Craqueamento catalítico fluido (FCCU, sigla em inglês)
Aspectos ambientais
O regenerador da FCCU é uma das principais fontes de poluentes aéreos de umarefinaria. Uma refinaria moderna nos EUA com uma unidade de FCCU com capacidade de50.000 barria/dia processando com baixos níveis de enxofre, operando com combustãocompleta de CO emite as seguintes quantidades para a atmosfera: partículas finas decatalisador de 2 a 3 toneladas/dia, SOX de 3 a 4 toneladas/dia, NOX 500 kg/dia e CO entre 1,5e 2 toneladas/dia.
Equipamentos Mecânicos
De um ponto de vista mecânico, oregenerador de uma FCCU pode ser divididoem duas seções principais: o recipienteregenerador e seus compartimentos, os quaisestão incluídos o distribuidor de ar e osciclones, a câmara de ar e resfriadores docatalisador; e a seção dos gases de combustão,a qual inclui calor e o sistema de recuperação
de particulados.
Ciclones
As altas velocidades do gás dentro doregenerador resultam em arraste significativodo catalisador para o espaço vazio sobre o leitodo catalisador. Ciclones são utilizados paraseparar estas partículas de catalisador do gás decombustão da saída do regenerador e retorna
praticamente todas essas partículas para o leitodo regenerador. Em um regenerador típico, osciclones são instalados aos pares, conforme a
figura a seguir. Nesse arranjo aos pares, a saída de gás do primeiro ciclone é canalizadadiretamente para a entrada do segundo ciclone. O uso de ciclones nesta configuração aumentaa eficiência geral de separação e mantém as perdas totais de catalisador abaixo de 0,3 kg/m3 de alimentação.
Os ciclones são geralmente projetados com diâmetros entre 100 e 160 cm parafacilidade de manutenção. As velocidades de entrada no ciclone são geralmente limitadas de
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18 a 21 m/s no primeiro estágio e de 20 a 26 m/s no segundo estágio para atingir uma quedade pressão satisfatória e características de erosão. A quantidade de ciclones arranjados aospares então depende no fluxo total de gás. Encontrar espaço para dispor adequadamente todosos ciclones necessários com o regenerador frequentemente requer considerável
engenhosidade.Catalisador deixando o ciclone flui para baixo, na direção da descarga, conhecido
como tubulação de mergulho (dip leg), e constitui uma camada de catalisador no final destatubulação. Uma altura satisfatória de catalisador é desenvolvida na tubulação de mergulhopara superar a entrada do ciclone e a queda de pressão na saída e, além disso, permitir oarraste de sólidos para retornarem ao leito do regenerador. O segundo estágio marca ocomprimento excedido da tubulação de mergulho, e a marca do catalisador é mantida mesmocom a tubulação de mergulho sendo submergida no leito de borbulhamento (bubbling bed) oucom uma válvula disposta na descarga final do catalisador. No fundo aberto, com a tubulação
já submergida somente com um defletor, é uso principalmente em ciclones regeneradores deprimeiro estágio.
A metalurgia do ciclone tem nos últimos anos focado primeiramente no tipo 304 Hde aço inoxidável. O material que compõe o 304 H é de longa durabilidade e de fácilfabricação e reparo, suportando as condições operacionais dos regeneradores de altastemperaturas, e é muito resistente à oxidação e corrosão. Essencialmente, as superfíciesinternas do ciclone que são sujeitas à erosão são protegidas por uma camada de 2 cm por umrevestimento anti-erosão. Quando instalado e curado, maior parte dos revestimentosrefratários são altamente resistentes à erosão.
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Materiais e Métodos
Materiais
Balança digital analítica;
Terra Diatomácea;
Ventilador axial;
Cronômetro;
Manômetros de tubo em U;
Termômetro;
Ciclone acoplado com recipiente de coleta;
Filtro manga; Régua;
Paquímetro.
Método
Primeiramente, pesou-se as massas da terra diatomácea que foi utilizada no
experimento e o filtro manga acoplado na saída superior do ciclone. Após, ligou-se o
ventilador axial e o sistema de aquecimento para elevar a temperatura do fluido (ar). Esperou-
se a temperatura atingir cerca de 55ºC na saída superior do ciclone para tentar evitar perdas
de material na linha, já que a terra diatomácea usada poderia aderir facilmente às paredes da
tubulação ou até do ciclone. Com a velocidade da vazão ajustada, mediram-se as quedas de
pressão através de dois manômetros, o ligado à placa de orifício medindo a queda de pressão
na linha e o ligado à entrada e saída do ciclone medindo a perda de carga dentro do ciclone. A
seguir, foram adicionadas lentamente ao aparato, as 10g de terra, pesada anteriormente.
Durante esse procedimento, foi observada a variação da pressão no manômetro de tubo em U,
no ciclone. Registrou-se a variação na altura da coluna de água para que posteriormente fosse
calculado o ∆P. Após a adição de toda a massa à linha de ar que alimentava o ciclone,
desligou-se o soprador. Foi retirado o frasco coletor acoplado a base do ciclone e o filtro
manga, os quais foram pesados novamente para obter a massa da amostra contida no coletor
para o posterior cálculo das eficiências real e a quantidade de material retido na saída do
ciclone, respectivamente.
Os parâmetros do modelo RRB (n, D’) foram encontrados, a partir da distribuição
granulométrica da terra diatomácea.
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Resultados e Discussão
Determinação do Ciclone
Tabela 1: Medidas do ciclone
Parâmetros Dc S B J L Z H Ds
Dimensão (mm) 82 70 18 25 170 160 30 30
Tabela 2: Dimensões relativas do ciclone
Parâmetros Ds /Dc H/Dc S/Dc L/Dc Z/Dc J/Dc B/Dc
Dimensão relat. 0,366 0,366 0,854 2,073 1,951 0,305 0,220
Destas dimensões, apenas os valores de B/Dc aproximam o ciclone do modeloStarimand, sendo que todos os outros ou são iguais para os modelos Stairmand e Lapple ousão mais próximos dos valores do ciclone Lapple, portanto para efeitos de cálculo,considerou-se o ciclone um do tipo Lapple.
Medida de Vazão
√ Como o , Medida de Diâmetro de Corte
Sendo para o ciclone Lapple.Sendo a densidade do ar a 50ºC (obtida por regressão linear de dados do Perry
Handbook)
e a viscosidade nas mesma condições
.Sendo assim, o diâmetro de corte será:
---- Terminar com dados de ro e mi do fluidoMedidas de Velocidade
1) Na entrada do ciclone
De posse dos demais dados é possível se calcular a velocidade:
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2) Na seção cilíndrica do ciclone
De posse dos dados é possível calcular a velocidade:
Medidas de Perda de Carga1) Teórica Pelos dados obtidos anteriormente, é possível calcular à perda de carga:
2) Experimental Considerando que :
A diferença entre as perdas de carga é dada por algum erro no equipamento(tubulações, manômetros, etc.) ou na medição.
Cálculo de Eficiências1) Eficiência Real
Neste caso a eficiência foi bem baixa pois o experimento foi realizado abaixo datemperatura recomendada, e houve visível acúmulo de massa dentro do ciclone. No caso nãofoi considerada a massa do filtro manga, pois este diminui de massa após a prática, o queprovavelmente é por causa da perda de umidade pelo ar quente que chegava até o filtromanga.
2) Eficiência Global
A partir de dados obtidos com colegas que realizaram a prática de elutriação, temos
que .
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Conclusão
A partir da prática realizada foi possível determinar que a ciclone analisado se
aproxima do tipo Lapple.O diâmetro de corte foi baixo, de .As velocidades na entrada e no interior do ciclone foram de e , respectivamente.As perdas de carga teórica e experimental foram, respectivamente de e .As eficiências real e global foram de respectivamente e .A baixa eficiência e as discrepâncias ocorreram por causa de erros na execução da
prática, que acarretaram acúmulo de massa não contabilizada no ciclone.
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Bibliografia
MASSARANI, G. – Fluidodinâmica em sistemas particulados, Editora UFRJ, Rio de
Janeiro, 1997.FOUST, A.C.; Princípio das Operações Unitárias, Segunda Edição. Editora Guanabara dois,Rio de Janeiro.1982.
GEANKOPLIS, C.J. – Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias, 3ª edición, 1993. Ed.CECSA Versão eletrônica em PDF
PERRY, Robert H.; GREEN, Don W. – Perry´s Chemical Engineers’ Handbook EditoraMcGraw-Hill 1999. Versão eletrônica
KIRK – Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology – volume 5, 4th edition, 1998
MASSARANI, G. Problemas em sistemas particulados. Editora Edgard Blucher LTDA. SãoPaulo, 1984.