Ventilação Aplicada à Engenharia de Segurança do Trabalho

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO ESPECIALIZAÇÃO em ENGENHARIA de SEGURANÇA do TRABALHO Ventilação Aplicada à Engenharia de Segurança do Trabalho (7ª Aula) Prof. Alex Maurício Araújo Recife

2 Purificação do Ar Os poluentes exauridos do ambiente de trabalho (vapores, gases, névoas, particulados e poeiras) devem ser coletados ou tratados para liberação na atmosfera.

3 Os equipamentos para a coleta ou tratamento de poluentes do ar podem ser agrupados segundo os mecanismo de: Coleta e eliminação de PARTÍCULAS ação de filtragem (coleta via meio poroso FILTROS) ação da força de gravidade (COLETORES GRAVITACIONAIS) ação de forças de inércia (COLETORES INERCIAIS) ação das forças centrífugas (CICLONES) ação de lavagem por água (LAVADORES, câmaras ou torres de BORRIFO, lavadores VENTURI) ação de ionização e atração eletrostática (PRECIPITADORES ELETROSTÁTICOS)

4 FILTROS Um dos mais antigos métodos de remoção de partículas de um fluido gasoso. Os filtros atuam em virtude dos seguintes mecanismos de interação com as partículas: - Impacto inercial: partículas ( >3 ) são coletadas devido sua inércia impedir de acompanhar o fluxo do ar ao redor dos filamentos do tecido. O efeito cresce com a massa e velocidade da partícula. Elas deixam o fluxo e colidem com os filamentos do tecido. (1 mícron = 10-6 m ). - Interceptação direta: partículas com (1 3) que acompanham o fluxo do ar são retidas nas malhas constituídas por fios micrométricos do tecido. - Movimento browniano: partículas entre (0,1 1,0) tocam os filamentos face seu movimento aleatório. Partículas menores têm mais mobilidade browniana, expondo-se mais que as maiores à colisão com os fios.

5 A escolha do filtro depende do tipo de pó e do diâmetro médio ( ) das partículas. A tabela mostra indicações de tamanho das partículas de vários materiais: Cabelo humano ( ) Para efeitos comparativos Limite de visão humana (10 40) (Ref.1, pg. 288)

6 Tipos de Filtros PAINÉIS usa vários tipos de meio filtrante, conforme a classe, sob forma de mantas alojadas em armações. (Ref.1, pg. 285)

7 FILTROS DE TECIDOS Formas - Sacos - Mangas - Painéis lisos - Painéis ondulados Aplicações -Captação de poeira de moagem - Mistura e pesagem de grãos - Moagem de pedra, argila e minerais - Trituração de cimento - Limpeza por abrasão Quando a (C) de partículas é muito alta, usa-se, antes do filtro, um separador tipo inercial para reter as partículas maiores O rendimento dos filtros de tecido supera 93%

8 Materiais de tecidos usados em filtros industriais (Ref.1, pg. 292)

9 FILTROS DE MANGA 1) Ar c/ pó entra p/ dentro da manga e deixa o pó no lado de dentro do tecido; 2) Ar c/ pó penetra de fora p/ dentro e sai pela parte central da boca superior, deixando o pó no lado de fora do tecido. (Ref.1, pg. 293) Válvula Rotativa: Equipamento adaptado em filtros e ciclones para controlar a quantidade de material a ser descarregado em transporte pneumático ou qualquer outro tipo de recipiente.

10 Usa em poeiras finas em forte (C) em processos contínuos, limpeza por ar comprimido com comando automático. (Ref.1, pg. 296) Filtro automático de mangas (Ref.1, pg. 298)

11 COLETORES GRAVITACIONAIS (de sedimentação) Câmara metálica de grandes dimensões, em relação às do duto que nela introduz o ar poluído, com o fim de reduzir a velocidade do fluxo, permitindo a deposição de partículas relativamente grandes ( ) pelo seu peso. (Coletor gravitacional de 1 câmara) No fluxo de (E S) as partículas maiores vão se depositando no cone de coleta. O pó acumulado é retirado periodicamente por A. (Ref.1, pg. 303)

12 Vantagens -Baixo custo -Pouco desgaste -Consomem pouca potência Aplicações -Pré-coletor em indústria -Coletas de cinzas em caldeiras a carvão -Recebem gases com altas T s -Operações de refino de metais Solução para uma maior deposição de partículas médias e pequenas (coletor de câmaras múltiplas) Solução para uma maior deposição de pós finos (coletor de câmaras múltiplas, de chicanas, placas dispostas alternadas p/ induzir formação de redemoinhos de eixo perpendicular ao fluxo) (Ref.1, pg. 304)

13 COLETOR DE CÂMARAS INERCIAIS São câmaras em que se faz o desvio do fluxo do ar e devido à inércia, as partículas mais pesadas tendem a conservar sua trajetória original caindo em dispositivo de captura. Aplicações - Pré-coletores - Є (50-200) (Ref.1, pg. 306)

14 COLETORES CENTRÍFUGOS ou CICLONES Usado para coletar as partículas de maior tamanho e peso específico funcionando como pré-coletor, de modo a reduzir a carga de coleta no coletor principal. Induzem um movimento rotatório para o gás de modo que a força centrífuga sendo maior que o peso e a coesão, resulta num lançamento das partículas contra as paredes, separando-as do fluxo do gás. A entrada do gás é tangencial à periferia da parte alta do cone de modo a criar um fluxo helicoidal descendente que ao alcançar a parte inferior retorna como fluxo helicoidal ascendente central até a boca de saída na parte superior do ciclone. As partículas sólidas em suspensão no ar, sob o efeito da força centrífuga, tendem a deslocar-se para a película de ar junto às paredes do ciclone. (Ref.1, pg 307)

15 Aplicações -Coleta de material particulado ou fibroso -Baixo custo Vantagens -Fácil de projetar -Consomem pouca potência -Fácil construção e manutenção -Pode usar com T elevada -Baixo rendimento para < 5 Desvantagens -Desgaste rápido com pó de alta dureza e velocidade -Podem entupir com poeiras pegajosas, úmidas e em altas C.

16 COLETORES ÚMIDOS - LAVADORES DE GASES Objetivam a captura de pó ou gases poluentes mesmo em T elevadas. Lavador de ar convencional / coletor úmido Usado quando a C de pó é alta e > 10, funciona também com (1 10). O ar com pó recebe água pulverizada bombeada do tanque do lavador. As partículas em choque com as gotículas de água de H2O (20 50), caem formando lodo. Um eliminador de gotas impede as gotículas saírem do lavador. (Ref. 1. Pág.317)

17 Eliminador de Gotas Executado com perfil especial de polipropileno tipo onda dupla, montagem modulada em painéis, com dimensões que facilitam a desmontagem e limpeza e com alta capacidade de reter as gotículas arrastadas pelo ventilador, reduzindo esse arraste a um percentual ínfimo da vazão de água circulada. Construído através da união de chapas corrugadas que formam câmaras com o desenho de "S", pelas quais passa o fluxo de ar, cujas partículas de líquido se chocam contra as paredes destas, aglomerando-se e sendo eliminadas pela ação da força de gravidade. Quando montado na horizontal (fluxo vertical de ar), permite que as gotas drenadas escorram no contrafluxo do ar; quando montado na vertical (fluxo horizontal de ar), deve ter inclinação entre 5 e 10 em relação à vertical, facilitando a drenagem do líquido separado. Trabalha com velocidades de 2,5 a 3,5 m/s, em sistemas ar/água, e apresenta perda de carga de 1,27 mmca e eficiência de remoção de até 99%.

18 CICLONE ÚMIDO Ciclone com sistema de borrifamento de água, as partículas tendem a escorrer pela superfície do coletor até o local onde é feita a coleta do material retido sob a forma de lodo ou lama. (Ref.1, pág. 319)

19 PRECIPITADOR / FILTRO ELETROSTÁTICO O ar em contato com uma alta ddp se ioniza, os íons chocam-se com as partículas, carregando-as eletricamente, causando a sua migração em direção ao pólo (eletrodo coletor) de carga contrária. (Ref.4, pág.378) Unidade de controle de emissão de particulados contidos nos gases de combustão ou de outras correntes gasosas (fumaça, poeira) em processos industriais.

20 TIPOS

21 - Usinas termoelétricas - Fábricas de cimento -Alto custo inicial Usos - Aciarias - Fundições de metais não-ferrosos - Fábricas de celulose Desvantagens -Requer espaço -Perigos de alta-tensão -Só serve para material particulado Características - Rendimento de coleta em peso de (95 99%) para (0,1 200 m); - Podem tratar gases a altas temperaturas; - A energia é consumida apenas para carregar as partículas, logo a perda de pressão é baixa (0,1 0,5 pol H2O).

22 Separação e coleta de GASES E VAPORES absorção (dissolução gás líquido): por líquidos no qual o gás é solúvel (TORRES de BORRIFO (spray), de ENCHIMENTO, de PRATOS) adsorção: substâncias de alta porosidade retém poluentes gasosos/fumaças pela ação de forças de atração moleculares (Van der Waals) e afinidade química (CARVÃO ATIVADO, ALUMINA ATIVADA, SÍLICA-GEL) ( colunas ou caixas c/ leitos ou camadas de adsorvedor c/ (15-90cm) de espessura. O gás atravessa os leitos de adsorção c/ v=10m/min (odores) e v=20m/min (solventes) ) incineração de resíduos gasosos ( FLARES tochas, INCINERADORES) condensação de vapores (resfriamento realizado em CONDENSADORES)

23 T. Borrifo- o gás contido no ar atravessa a torre de baixo/cima, aspersores espalham gotículas do solvente (H 2 O) que absorve o gás, caindo o condensado em bacia de onde é recirculado. / T. Enchimento- o gás passa por leito de recheio p/ assegurar maior área de contato c/ o solvente que cai de aspersores do alto da torre (contracorrente) / T. Pratos- série de bandejas (pratos) c/ furos sobre os quais são postos copos invertidos que permitem o gás ascendente borbulhar numa camada fina de líquido solvente lançado nas bandejas. Lavador de Gases - Câmara de Borrifo

24 Na torre de enchimento, o íntimo contato entre o solvente e o soluto ocorre ao passar os mesmos por uma camada de recheio. O material e o formato do enchimento proporcionam um aumento da área superficial de contato. Na torre de pratos os contato entre o solvente e o soluto é feito em vários pratos. Os principais tipos de enchimentos são: anéis de raschig, sela de berl, anéis pall, sela de intalox e tellerette.

25 Nos leitos de adsorção os poluentes são retidos por substâncias com alta superfície específica (alta porosidade) por forças de atração moleculares ou por afinidade química. Os materiais capazes de adsorver são denominados adsorvedores. Dentre os principais adsorvedores estão o carvão ativado, a alumina e a sílica-gel. O carvão ativado é uma forma de carbono puro de grande porosidade, que contem micro poros que adsorvem moléculas, sem modificar a composição química do produto tratado. Esse tipo de carvão é obtido a partir da queima controlada com baixo teor de oxigênio de certas madeiras, a uma temperatura de 800 C a 1000 C tomando-se o cuidado de evitar que ocorra a queima total do material, mantendo assim sua porosidade.

26 Filtros de carvão ativado Funcionam segundo o fenômeno físico da adsorção molecular sendo mais apropriados para eliminar odores desagradáveis. São postos após filtro convencional ou eletrostático, protegendo-os de poeira, pólen, bactérias e particulados. O carvão é de origem vegetal. Casca de coco fornece grande área de adsorção sem liberação de pó. O carvão ativado é obtido através de pirólise (carbonização) controlada de materiais carbonáceos de origem vegetal, animal ou mineral com posterior ativação termoquímica. A pirólise controlada propicia a cristalização do carbono, formando poros dentro do carvão. (Ref.1, pg. 303)

27 Os flares são equipamentos que estão localizados no ponto de emissão dos poluentes e que promovem a queima destes em espaço aberto. Este equipamento é utilizado quando os gases combustíveis estão em concentrações próximas ou acima do limite inferior de inflamabilidade. Podem ser do tipo elevado, localizados na chaminé de saída das substâncias ou ao nível do solo. Os elevados são à melhor condição para a dispersão dos poluentes. São empregados basicamente em refinarias de petróleo e/ou em petroquímicas, servindo tal equipamento também como dispositivo de segurança. Os efluentes tem poder calorífico p/ manter a combustão sem o uso de um combustível adicional. A incineração é um método bastante eficaz na eliminação de gases e vapores de origem orgânica. A combustão, que é o processo utilizado na incineração, transforma os contaminantes combustíveis em dióxido de carbono e vapor de água, no caso de combustão completa. A incineração também pode ser utilizada para a oxidação de compostos inorgânicos como por exemplo o gás sulfídrico, que é um gás de mau odor.

28 CONDENSADORES DE VAPORES / coletores de condensação Condensadores são dispositivos simples, baratos que usam água ou ar para resfriar uma corrente de vapor condensado. São usados como dispositivos de pré-tratamento, antes dos absorvedores e incineradores, para reduzir o volume de gás total a ser tratado em equipamentos de controle mais caros. Reduzem o custo total do sistema de controle. A condensação de um gás ocorre de três maneiras: (1) em uma dada temperatura, a pressão do sistema é aumentada (compressão do volume de gás) até que a pressão parcial do gás iguale a pressão de vapor; (2) em uma pressão fixada, o gás é resfriado até que a pressão parcial iguale a pressão de vapor; ou (3) usando uma combinação de compressão e resfriamento do gás até que a pressão parcial iguale a pressão de vapor. Na prática, os condensadores operam através da extração de calor. Os condensadores diferem na maneira de remover calor e no tipo de dispositivo usado. As duas diferentes maneiras de condensação são contato direto (ou contato), onde o meio resfriante com vapores e condensados estão intimamente misturados e combinados, e indireto (ou superficial), onde o meio resfriante e vapor/condensado são separados por uma superfície de algum tipo. Os condensadores de contato são mais simples, mais baratos de instalar, e requerem menos equipamentos auxiliares e manutenção. O condensado/resfriado de um condensador de contato tem um volume de 10 a 20 vezes a superfície condensadora. Os condensadores de superfície formam a grande parte dos condensadores usados para controle de poluição do ar.

29 Filtros eliminadores de névoas Eliminam névoa líquida, corrosivas e contaminantes solúveis contidos no ar ou em fluxo de outros gases, que ocorrem em processos e indústrias químicas, petroquímicas, têxteis, fertilizantes, etc. As partículas são coletadas, agregadas e coalescem formando uma lâmina líquida, que pela pressão dinâmica do gás, move-se através do leito. Formado um fluxo líquido, este é drenado por gravidade. Coalescência - fenômeno físico de crescimento da massa das gotículas líquidas por contato com outras. (Ref.1, pg. 300)

30 Eliminador de Névoa de Óleo Trata-se de um equipamento compacto para a instalação no corpo de máquinas operatrizes (tornos automáticos e outras máquinas), destinado à exaustão e retenção da névoa de óleo proveniente do processo de usinagem. Funcionamento: A névoa é aspirada e retida em três estágios através de uma manta de feltro instalada interiormente. Simultaneamente, por centrifugação e aglutinação, o óleo é acumulado, drenado e devolvido ao processo. Vantagens: - diminui a poluição do ambiente de trabalho; - elimina a concentração da névoa, reduz a manutenção das máquinas adjacentes; - longe do contato com a névoa o operador fica resguardado de eventuais irritações da pele; - evita a adoção de um sistema central tornando as máquinas independentes, com baixo consumo e livres para modificações de layout; - recupera o óleo em forma de névoa devolvendo-o ao processo; - fácil reposição das mantas. Características Construtivas: Atende uma vazão de ar de até 800m³/h, com um motor de 1,5 CV, 2 pólos, diretamente acoplado.

31 Lavador de Gases Os Lavadores de Gases são destinados à limpeza de gases via úmida, caracterizados por alta versatilidade e eficiência e baixo consumo de energia. Aplicações: - abatimento de vapores ácidos, básicos, etc. - controle de odores - despoluição de tanques de galvanoplastia - alta eficiência, baixa energia Funcionamento: Uma bomba d'água (5) eleva o líquido de lavagem da piscina ao distribuidor (3) no topo do leito de recheio. O líquido de lavagem desce por gravidade através do recheio (2), umedecendo-o continuadamente. Os gases poluídos (1) são forçados em contracorrente através deste recheio. Como o meio líquido possui mais afinidade com os poluentes do que com os gases, estes poluentes passam dos gases para o líquido de lavagem. Este líquido, geralmente composto de água e reagente, neutraliza e estabiliza os poluentes. Eficiência: A eficiência se relaciona com as concentrações e propriedades dos poluentes. Com a profundidade do recheio, tamanho e tipo de corpos de enchimento e reagentes/aditivos do líquido de lavagem. 1 - Entrada de Gases 2 - Recheio 3 - Distribuidor d'água 4 - Eliminador de Névoas 5 - Bomba de Recirculação 6 - Depósito de Sólidos

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33 Seleção econômica de coletores p/ contaminantes sólidos de granulometria conhecida Obs. Rotoclones são ciclones associados a ventiladores que aumentam a aceleração centrífuga do pó.

34 CONCLUSÕES SELEÇÃO e APLICAÇÃO dependem: - grau de pureza desejado; -temperatura; -umidade; -estado químico; -estado físico (sólido; líquido, gás, vapor). PORTANTO, são equipamentos ESPECÍFICOS para cada TIPO DE SISTEMA.

35 NORMAS REGULAMENTADORAS 1) NBR 14679:2001: Sistemas de condicionamento de ar e ventilação Execução de serviços de higienização. Origem: Projeto 04: :2000 ABNT/CB-04 Comitê Brasileiro de Máquinas e Equipamentos Mecânicos CE-04:008:08 Comissão de Estudo de Ventilação Industrial Esta Norma foi baseada na Recomendação Normativa ABRAVA I Renabrava I: Válida a partir de Palavras-chave: Serviços de higienização. Ventilação. Ar-condicionado 2) NBR 6401:1980: Instalações centrais de ar-condicionado para conforto Parâmetros de projeto. 3) NBR 13971:1997: Sistemas de refrigeração, condicionamento de ar e ventilação Manutenção programada. 4) NBR 10080: Instalações de ar condicionado para salas de computadores.

36 5) NBR 10085: Medições de temperatura em condicionamento de ar. 6) Recomendação Normativa ABRAVA - Associação Brasileira de Refrigeração, Ar condicionado, Ventilação e Aquecimento. 7) Recomendações Técnicas da Sociedade Brasileira de Meio Ambiente Qualidade de Ar de Interiores BRASINDOOR. 8) Resolução-RE nº 176, de 24 de outubro de 2000, da Agência Nacional de Vigilância Sanitária Anvisa, do Ministério da Saúde. (estabelece critérios e metodologias de análise para avaliar a qualidade do ar interior em ambientes climatizados artificialmente de uso público e coletivo e relaciona as principais fontes poluentes químicas e biológicas). 9) Portaria nº 3.523/GM, de 28 de agosto de 1998, da Agência Nacional de Vigilância Sanitária Anvisa, do Ministério da Saúde. (estabelece procedimentos de verificação visual do estado de limpeza e manutenção da integridade e eficiência de todos os componentes dos sistemas de climatização para garantir a qualidade do ar e prevenção de riscos à saúde dos ocupantes de ambientes climatizados). 10) NB-10/1978 ABNT- Ventilação. 11) NR-15/1978- Atividades e operações insalubres. Nível de emissão no ambiente laboral limite de tolerância (anexo 11)

37 12) ABNT/CB-55 Refrigeração, Ar Condicionado, Ventilação e Aquecimento Gestor Interino: Carlos Eduardo Marchesi Trombini Secretaria Técnica: ABRAVA - Associação Brasileira de Refrigeração, Ar Condicionado, Ventilação e Aquecimento Chefe de Secretaria: Jamile Maria Haddad Zahran Av. Rio Branco, 1492 Cep: São Paulo - SP Fone: (11) Fax : (11) cb55@abnt.org.br Âmbito de atuação do CB: Normalização no campo da refrigeração, ar condicionado, ventilação e aquecimento compreendendo refrigeração comercial e industrial, ar condicionado comercial e industrial, ventilação comercial e industrial e aquecimento convencional e solar, no que concerne à terminologia, classificação; identificação; desempenho e ensaios de máquinas, equipamentos e sistemas; projeto, execução e manutenção de sistemas; conservação de alimentos perecíveis; conforto humano; qualidade do ar e conservação de energia em ambiente comercial e industrial. (Fim da 7a. Aula)