EM-028 VENTILAÇÃO INDUSTRIAL & AR COMPRIMIDO

Transcrição

1 EM-028 VENTILAÇÃO INDUSTRIAL & AR COMPRIMIDO RESUMO AULA 6 - VENTILAÇÃO DE TANQUES 1 CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS A ventilação por exaustão encontra muita aplicação nos tanques de processamento, por exemplo: galvanoplastia, decapagem, desengraxamento etc. Uma grande dificuldade nesses casos é estabelecer a velocidade de controle adequada, pois muitas vezes a liberação do contaminante se dá à quente, com liberação de gases e envolvendo substâncias de elevada toxidez ( baixo TLV ). O ACGIH pré-classificou uma grande parte desses processos utilizando uma letra e um numero ( exemplo A3 ) que têm o seguinte significado: LETRA indicativa da toxidez TLV TLV Ponto de Fulgor Gases e vapores névoas [ ppm ] [ µg/m 3 ] [ C ] A ,1 nota B ,11 1,0 < 38 C , a 93 D > 500 > 10 > 93 Nota: A regulamentação brasileira considera uma substância inflamável quando seu ponto de fulgor é inferior à 70 C. NUMERO indicativo do modo de liberação Temperatura T ebulição T tempo de evaporação Desprendimento de gases [ C ] [ ºC ] [ h ] 1 > alto médio h baixo 4 < 34 < 38 > 50 h nulo EM VI - 1

2 Em função da classificação, as seguintes velocidades de captura ( em pés por minuto ) são recomendadas para ambiente sem turbulência: VELOCIDADES DE CAPTURA RECOMENDADAS CLASSE Capela Coifa com 2 lados abertos Coifa com Coifa 3 lados abertos livre NOTA: Não é necessário captação. Pode-se usar ventilação geral ( aula 3 ) Ranhura lateral A1 A Não usar Não usar 150 A3 B1 B2 C B3 C2 D A4 C3 D B4 C4 D3 D4 Nota Nota Nota Nota Nota Alguns exemplos de classificação : PROCESSO CONTAMINANTE LETRA NUMERO VELOCIDADE Anodização de Alumínio Ácidos crômico A e sulfúrico Galvanoplastia cromeação Ácido crômico A Limpeza de metais (Solupan) Névoa alcalina C Água quente Vapor d água D 2 50 Água fervente Vapor d água D 1 75 Decapagem de aço Ácido clorídrico A Decapagem de aço Ácido sulfúrico B ARRANJO FÍSICO O sistema preferencial para a ventilação de tanques é a ranhura lateral pois é o que menor interferência causa com as operações. Pode haver mais de uma ranhura para cobrir uma altura de trabalho maior. EM VI - 2

3 Sempre que possível o pleno deve estar para cima, como na figura à esquerda, para servir de anteparo para a turbulência externa. A ventilação por apenas um dos lados é recomendada para larguras do tanque de até 500 mm; excepcionalmente, se não houver muita turbulência no ambiente e a classificação for menos critica ( B a D ), pode-se chegar à 750 mm. Para larguras maiores de até 1200 mm aproximadamente, faz-se a exaustão pelos dois lados como mostrado na figura à direita. Um parâmetro importante no dimensionamento da ventilação de tanque é a relação entre a largura e o comprimento ( W/L ). Quando a ventilação é feita pelos dois lados devese considerar apenas a metade da largura. Para larguras ainda maiores, usa-se o sistema de sopro-exaustão que se verá mais adiante. A exaustão é quase sempre feita pelo lado mais longo do tanque. O nível do líquido no tanque deve estar bem abaixo da borda ( cerca de 150 mm ). A velocidade do ar na ranhura é tipicamente 2000 fpm ( ~10 m/s ) e o coeficiente de perda de carga é (1 + 0,78 ). Lembrar que haverá uma perda de carga adicional na entrada do ar do pleno para o duto. O pleno atrás da ranhura deve ter uma velocidade bem baixa, pelo menos a metade da velocidade na ranhura ( 5 m/s ), para manter a pressão no pleno constante e assim manter a velocidade na ranhura uniforme. Pela mesma razão, o pleno não deve ser mais longo que 1,5 a 2 m. Tanques muito longos devem ter duas ou mais tomadas de ar como mostradas na figura acima. As coifas são menos utilizadas para tanques devido a interferência que causam, dificultando o acesso das peças. Para contaminantes de maior toxidez ( A1 e A2 ), as coifas não são recomendadas porque fazem o contaminante cruzar a área de ocupação ( respiração ) do operador. Sempre que possível os tanques, principalmente os ventilados com coifa, devem ser colocados contra uma parede ou mesmo um canto da sala para diminuir o efeito da turbulência do ambiente. EM VI - 3

4 3 VAZÃO DE EXAUSTÃO Com a velocidade de captura recomendada e as dimensões do tanque estabelecidas, a vazão pode ser calculada como visto na aula 5. A norma, entretanto, já fornece a vazão requerida ( cfm/ft 2 ) em função da velocidade e da relação W/L para o caso de exaustão lateral. São considerados dois casos: tanque livre como mostrado na figura à direita da página 2, ou protegido por uma parede ou um pleno como na figura à esquerda. Velocidade Requerida [ fpm ] Vazão recomendada em cfm/ft 2 da área em planta do tanque 0 < W/L < 0,09 0,1< W/L < 0,24 0,25 < W/L < 0,49 0,5 < W/L < 0,99 1,0 < W/L < 2,0 (não recomendado) Tanque protegido [250] [250] Tanque livre [250] [250] [250] [250] 4 EXEMPLO 1 O tanque à direita na figura da página 2 tem 1,8 x 0,8 m e faz a decapagem de aço com ácido sulfúrico. Determinar a ventilação necessária. Classificação do processo : B1 Velocidade recomendada = 100 fpm Dimensões do tanque = 5,9 x 2,6 ft 0,8 / 2 Re lação W / L = = 0,22 1,8 Vazão unitária recomendada = 175 cfm/ft 2 Vazão total = 175 x 5,9 x 2,6 = 2685 cfm Ranhuras = 2 de 5,9ft de comprimento EM VI - 4

5 Velocidade na ranhura = 2000 fpm = 10 m/s 2685 L arg ura da ranhura = = 0,11 ft = 3, 3 cm 2 x 5,9 x ,2 x 10 kgf Perda de c arg a na ranhura = ] 2 2 x g m ( 1 + 0,78) = 11 [ ou mm CA Perda de carga no pleno = desprezível, entretanto, toda a carga cinética do ar se perde na expansão dentro do pleno. Perda de carga na entrada do duto = contração de 60 velocidade no duto = 10 m/s 2 1,2 x 10 = 1 + 0,08 = 6,6 mm 2 x g ( ) CA Verificação : Q = 3,7 x L x V x X ( aula 5 ) L = 5,9 ft V = 100 fpm X = 1,3 ft Q = 2840 ( a mesma do valor tabelado dentro de 5%. Note que o valor tabelado vale para uma faixa de W/L bastante ampla ) NOTA = Os valores entre parênteses na tabela resultam em vazões inferiores à calculada como na verificação, mas a norma ressalta que a experiência as recomenda como adequadas. 5 ATIVIDADES SUGERIDAS ( TANQUES ) 5.1 Dimensione ( dimensões, vazão e perda de carga ) uma coifa livre para o tanque do exemplo e compare os resultados. Que vantagem haveria na utilização de uma ou outra solução? 5.2 Altere o processo para A1 e refaça o exemplo. Compare os resultados. 5.3 Se o tanque do exemplo tivesse a metade da largura ( 400 mm ) e fosse configurado conforme a ilustração à esquerda da página 2; que largura teria cada ranhura? Qual seria a perda de carga? EM VI - 5

6 6 SOPRO-EXAUSTÃO No sistema de sopro-exaustão há dois plenos; um de insuflação operando com vazão menor e pressão maior e um de exaustão do tipo de ranhura como já visto. O nível de pressão da insuflação é maior que o da exaustão e muitas vezes ele é obtido por ar comprimido com redução de pressão. O pleno de insuflação é um tubo com uma ranhura de 3 a 6 mm de largura por toda a extensão ou com furos de 6mm de diâmetro igualmente espaçados de 20 a 50mm. O diâmetro do tubo deve ter área substancialmente maior ( mínimo 3 vezes ) que a área total da ranhura ou furos, para manter a pressão uniforme A insuflação é freqüentemente dirigida ligeiramente (menos de 20 ) para baixo para varrer a superfície do tanque. Escolhida a geometria das aberturas de insuflação ( ranhura ou furos ) e sendo a área total delas A j ( em ft 2 ), a vazão insuflada deverá ser : Q j = 243 A [ cfm] A perda de carga é a correspondente ao escoamento por um orifício delgado de bordas vivas. Não há benefício em se escarear a borda do furo porque apenas ajudaria a dispersão do jato o que é inconveniente no caso. Para ranhura ou furos o coeficiente pode ser tomado como 1,7. O pleno de exaustão deve ter o topo da ranhura a uma distância de 0,14W da borda do tanque. Se for usada mais de uma ranhura, todas devem se situar dentro desse limite. A vazão de exaustão é baseada em 75 cfm/ft 2 de superfície do tanque. j EM VI - 6

7 7 EXEMPLO 2 Seja um tanque de 2 x 1,5 m ( 6,6 x 4,9 ft ) a ser ventilado por sopro-exaustão. O dimensionamento no caso, não depende do processo. O procedimento ainda é bastante empírico e aproximado, portanto a concepção deve prever ajustes após o inicio da operação. Por exemplo: Prever numero maior de furos de insuflação podendo-se obstruir os excedentes com um parafuso rosqueado Prever placas soltas sobre as ranhuras de exaustão de modo a poder ajustar a largura. Prever folga na potência do motor do ventilador de modo a poder aumentar a vazão (rotação) com a troca das polias. A ventilação será feita pelo lado maior ( 2m ). A quantidade total de furos para insuflação será: N = 2000/30 = 67 furos de 6mm de diâmetro A área total dos furos será: A j = 0,785 x 0,6 2 x (67) = 19 cm 2 = 0,020 ft 2 A vazão de insuflação: EM VI - 7

8 Q j = 243 (0,020) 0,5 = 34,4 cfm = 1 m 3 / min = 0,017 m 3 / s A perda de carga ( pressão ) na insuflação será: Velocidade = 0,017 / 0,0019 = 9 m/s 2 essão 1,2 x 9 Pr = ( 1 + 0,7 ) = 8, mmca 2 x g 4 Área do tubo de insuflação: Vazão de exaustão: Largura da ranhura: A min = 3 x 19 = 57 cm 2 > Diámetro interno mínimo = 9 cm ( tubo de 4 ) Q e = 6,6 x 4,9 x 75 = 2425 cfm = 1,15 m 3 /s H = 2425/(2000 x 6,6) = 0,18 ft = 55 mm ( três de 20 ) Largura mínima do pleno: Área das ranhuras = 3 x 2 x 200 = 1200 cm 2 Área mínima do pleno = 2 x 1200 = 2400 cm 2 Largura mínima = 2400 / 200 = 12 cm EM VI - 8

9 8 ATIVIDADES SUGERIDAS A ventilação de tanques é tratada no capítulo 6 da referência do curso (Mesquita) e nele foi baseado o presente resumo. 8.2 Desenhe o corte A-A indicado na figura do exemplo 2 mostrando as dimensões e calculando a perda de carga total da exaustão. 8.3 Repita o exemplo 2 com o máximo espaçamento entre furos ( 50mm ). Compare a relação Q j / Q e nos dois casos. Alterou muito? EM VI - 9