EM-028 VENTILAÇÃO INDUSTRIAL & AR COMPRIMIDO

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 0 10 0 0,1 nota B 11 100 0,11 1,0 < 38 C 101 500 1,1 10 38 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 > 93 0-11 0-3 alto 2 65-93 12-28 3-12 médio 3 34-92 29-38 12 50 h baixo 4 < 34 < 38 > 50 h nulo EM-028 2003 VI - 1

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 A2 100 150 Não usar Não usar 150 A3 B1 B2 C1 75 100 125 175 100 B3 C2 D1 65 90 100 150 75 A4 C3 D2 50 75 75 125 50 B4 C4 D3 D4 Nota Nota Nota Nota Nota Alguns exemplos de classificação : PROCESSO CONTAMINANTE LETRA NUMERO VELOCIDADE Anodização de Alumínio Ácidos crômico A 1 150 e sulfúrico Galvanoplastia cromeação Ácido crômico A 1 150 Limpeza de metais (Solupan) Névoa alcalina C 1 100 Água quente Vapor d água D 2 50 Água fervente Vapor d água D 1 75 Decapagem de aço Ácido clorídrico A 2 150 Decapagem de aço Ácido sulfúrico B 1 100 2 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-028 2003 VI - 2

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-028 2003 VI - 3

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 50 50 60 75 90 100 75 75 90 110 130 150 100 100 125 150 175 200 150 150 190 225 [250] [250] Tanque livre 50 75 90 100 110 125 75 110 130 150 170 190 100 150 175 200 225 250 150 225 [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-028 2003 VI - 4

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 2000 2 1,2 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-028 2003 VI - 5

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-028 2003 VI - 6

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-028 2003 VI - 7

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-028 2003 VI - 8

8 ATIVIDADES SUGERIDAS 2 8.1 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-028 2003 VI - 9