Certa vez, durante um serviço

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CONTROLE DO AR

30 | Meio Filtrante |Maio/Junho 2007

por Eng° Tito A. Pacheco

DIAGNOSE DE FILTROS

DE MANGAS

Métodos de diagnose de filtros de mangas identificam a

causa primária do entupimento e/ou alta emissão, tanto em

filtros de despoeiramento como os de processo

C

erta vez, durante um serviço

de otimização de um equipamento de despoeiramento, um cliente me questionou como era possível haver apenas dois ti-pos de problemas com filtros de mangas: entupimento e alta emissão. Sua questão provinha da confusão entre causa e efeito. Os problemas em questão podem ser gerados por várias causas, podendo as mesmas, inclusive, acontecer em cascata.

Neste último caso, a única forma de resolver o problema é encontrar a causa primária, o evento que desencadeou a seqüência de acontecimentos desastro-sos. Não obstante, a maioria das causas de problemas dos Filtros de Despoeira-mento, seja a mesma dos Filtros de Processo, é neste último que é concen-trado o investimento em instrumen- tação, pois, por definição, estes são os filtros gargalos do processo. Se eles falharem, o processo industrial pára.

Medição e Controle da Vazão do Filtro

Para o conhecimento da vazão gasosa

através da Curva do Ventilador e da medição das Perdas de Carga de todo o Sistema de Despoeiramento, pode facilmente ser obtido pela medição direta na chaminé. Para tanto, pode ser utilizado o dispositivo chamado Tubo de Pitot, o qual é constituído por dois tubos concêntricos, posicionados de forma a permitir a medição na tubulação da pressão total e estática, vide Fig.1.

Como a pressão total varia ao longo da seção reta do duto, foram normalizados pontos de medida correspondentes ao ponto médio de anéis concêntricos de mesma área na seção do duto.

Dessa forma, quanto maior for o diâmetro do duto, mais pontos de medida deverão ser feitos, conforme a Fig.2.

Fig.1: Representação esquemática do perﬁl de velocidades do ar/gás no duto e do uso do Tubo de Pitot

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Fig.2: Pontos de medida (N) para inserção do Tubo de Pitot conforme o diâmetro do duto ()

A equação para cálculo da velocidade média a partir de N pontos de medida da pressão dinâmica (ou pressão de velocidade) numa seção de duto é:

Onde:

Vazão é a vazão do gás no duto, em m3/h.

é a pressão dinâmica ou de velocidade no ponto de medida i, em Pa.

é a velocidade do gás no ponto i, em m/s. é a velocidade média do gás no duto, em m/s.

é a densidade do gás, em Kg/m3_.

Área é a área da seção reta do duto, em m2_.

Estimativas grosseiras podem ser realizadas com equações baseadas na pressão de velocidade do eixo do duto, que é a máxima, ou na pressão de velocidade localizada a 0,12* , conforme segue:

Marcação

Aplicando a expressão acima nas Condições Padrões da Atmosfera, é possível obter uma expressão bem mais simplificada:

• O gás é ar atmosférico; • O gás é isento de umidade; • A medida é ao nível do mar;

• A temperatura é de 20 o_C;

• A pressão estática no duto é menor que 100mmCA e, por isso, pode ser negligenciada;

• A medida da pressão de velocidade é 19% maior que a média.

Onde:

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é a pressão dinâ-

mica média, em mmCA

(1mmCA = 9,796Pa).

é a densidade do gás, em KG/m³.

Desta forma, através da digita- ção do diâmetro do duto e da medição da pressão de velocida-de no Tubo velocida-de Pitot, é possível calcular automaticamente a va-zão através de um Medidor de Vazão, como os mostrados na Fig.3. Através do conhecimento da vazão real do sistema de fil- tração é possível ajustar corre-tamente o Dumper (válvula) de controle de vazão, de modo a obter a menor vazão possível, tal que, ainda permita uma boa captação de particulado e um bom transporte do mesmo na rede de dutos.

Com o controle da Vazão pode-rão ser obtidos muitos benefí- cios práticos para o Sistema de Filtração, conforme esquemati- zado na Tab.1, de acordo com a experiência obtida na aplica- ção da metodologia de avaliação de sistemas de despoeiramento.

Medição e Controle de Temperatura

Para cada manga filtrante existe um limite de temperatura de trabalho e de pico, sendo seu custo, em geral, proporcional à resistência térmica.

A Tab.2 apresenta algumas carac-terísticas comparativas dos prin-cipais materiais filtrantes dis-poníveis no mercado mundial e fornecidos pela Renner.

Tem sido útil classificar as man-gas para baixa temperatura (azul) e mangas para alta tem-peratura (vermelho), ou seja, cuja temperatura máxima de trabalho está acima de 150°C. Por exemplo, uma característica das mangas para alta temperatura é

Crédito: Divulgação

Fig.3: Linha de Medidores de Vazão, Pressão e Velocidade

Tab.1: Melhorias obtidas através da medição e controle eﬁcaz da vazão de captação

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que elas não propagam a cha-ma após terem sido subme-tidas a ela. Salvo as mangas de fibra de vidro e teflon ou mescla dos dois, a Renner pode fornecer quaisquer das especificações da Tab.2 com ou sem Membrana de PTFE ou também na construção de Manga Plissada ou Cartucho. Os problemas derivados da falta de monitoramento e controle da temperatura são muito graves, como segue na tabela ao lado.

Medição e Controle da Emissão de Particulado

Alta emissão de particulado é sinal que algo deve ser corrigido imediatamente no filtro de mangas. Isso porque, se não for realizada a manu-tenção a tempo, o particulado que contamina a câmara

Tab.3: Mapa de Análise de Riscos de danos por descontrole da temperatura de ﬁltração

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Crédito: Fotos Divulgação

limpa do filtro (plenum) acaba por ser jateado pelo próprio sistema de limpeza para o interior das mangas em bom estado. Como a manga é incapaz de lim-peza na face interna, (nos filtros jato pulsante), devido ao fluxo de ar comprimido unidirecional, a contaminação na face limpa da manga tende a levá-la ao entu-pimento irreversível. Por isso, se não for detectada e corrigida a alta emissão em tempo hábil, pode vir a ser necessário despender muito mais dinheiro e tempo na compra de um jogo novo de mangas, parada do processo fabril para subs-tituição das mesmas e nos testes de vedação. Isso pode ser facilmente contabilizado em reais/ano. Outras vezes, o particulado fil-trado possui alto valor agregado, sendo um enorme desperdício permitir uma emissão acima do valor especificado no projeto do filtro, emissão que normalmente pode ser calculada na ordem de

Fig.4: a) aglomeração de particulado e b) empedrecimento do particulado por condensação de umidade; c) queima do elemento ﬁltrante; d)

esfacelamento do colarinho da manga por ataque

Fig.5: Indicador e transmissor (sinal 4-20mA) de Temperatura TR1 na faixa

de 0 a 500 °C

Fig.6: Alta emissão em ﬁltro para forno de cimento

toneladas por ano de pó perdido para a atmosfera. Dessa forma, é possível identificar razões plena- mente justificadas para o monitoramento e controle da emissão, além do motivo óbvio de adequa- ção aos limites estabelecidos pela Agência Ambiental local.

Algumas causas para alta emissão de particulado no filtro são: * Falha de vedação entre o cola-rinho das mangas e o espelho; * Descosturamento ou furo em alguma manga;

* Queda de mangas (desconexão do espelho);

* Falha de isolamento (solda) entre as câmaras suja e limpa (plenum); * Passagem de pó através do elemento filtrante.

Salvo a Amostragem Direta da emissão de particulado, através de bomba succionadora, elemento filtrante e posterior análise gra- vimétrica em laboratório, todos os demais instrumentos de me-dição on-line de emissão são

indiretos. Isso significa que, quando instalados no duto ou chaminé, eles apresentam um valor arbitrário, o qual somente corresponderá ao valor verdadeiro após o de-vido ajuste de sensibilidade do instrumento medidor com base no valor obtido previamente por Amostragem Direta. A este processo de ajuste é dado o nome de Parametrização.

Por conseguinte, tanto os opa- címetros como as sondas triboelétricas demandam o processo de parametrização para poderem ser utilizados.

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Atualmente, os medidores baseados no efeito tribo-elétrico possuem capacidade de medição na ordem de 1mg/Nm3, a qual não é alcançada pelos medidores tipo opacímetros. Além disso, como não precisa de limpezas muito freqüentes, estes dispositivos são mais práticos, ao contrário dos opacímetros.

A Fig.7 apresenta o Medidor de Particulado GDM1 com a Sonda Triboelétrica RP04. A medição, portanto, ocorre através do efeito triboelétrico (geração de corrente elétrica atra- vés do choque das partículas contra a haste). A sonda deve ser instalada perpendicularmente ao eixo do duto / chaminé.

Esta corrente é então amplificada, permitindo, após a devida parametrização inicial, a Apresen-tação Gráfica da emissão em função do tempo. Além dessa característica inédita, o instrumento se comunica com os principais Economizadores informando a ocorrência de um pico de emissão. Como o pico de emissão tipicamente ocorre quando é limpa uma manga com algum furo ou falha de vedação, o Economizador Renner apresenta em seu display qual foi a última válvula acionada no momento da ocorrência deste pico de emissão. Com isso, a equipe de manutenção sabe qual é a fileira de mangas onde há problemas de passagem de pó, reduzindo drasticamente o tempo de manutenção corretiva.

Alarmes com relés de nível de emissão alto e muito alto também acompanham a configuração

Fig.7: Haste de medição RP04 (sonda) e indicador / transmissor de emissão de particulado GDM1

Crédito: Divulgação

Fig.8: Telas de Software para monitoramento de emissão, vazão,

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Fig.9: Conﬁguração típica para instrumentação e controle de um ﬁltro de mangas com limpeza off-line

poucos segundos a informação está na rede, sendo prontamen-te monitorada pela Agência Ambiental, ONGs, bem como, pela Equipe de Meio Ambiente da indústria.

Com isso, uma pronta resposta é possível, permitindo a rápida correção do problema antes que ele se torne irreversível.

Com a drástica redução dos custos destes equipamentos de monitoramento, cada vez mais eles têm se tornados acessíveis às indústrias de médio e pequeno porte, sendo um in-vestimento que, em pouco tempo, se paga pela redução do custo de parada do processo para troca de mangas, bem como, pelo custo da troca das próprias mangas.

Um bom e completo moni-toramento do Sistema de Fil-tração permite a aplicação em plenitude da Técnica

de Avaliação Dinâmica de Processos - ADP ((http://www.

Tito A. Pacheco é Engenheiro Químico formado na UFRGS. Foi responsável pela Engenharia da Renner Têxtil Ltda. desde 1997, sendo especialista em Tecnologia e Serviços de P&D em Sistemas de Despoeiramento e Controle Químico da poluição atmosférica industrial. Atua como Diretor da Vortex Consultoria Industrial Contato: (51) 99 64 63 62 / 32 76 70 76 titoap@vortexindustrial.com.br

básica do equipamento, bem como a transmissão da emissão em sinal 4-20mA e em sinal serial RS485, permitindo assim o monitoramento remoto da emissão, conforme a Fig.8. Por fim, todos os instrumen-tos de controle das variáveis críticas de um Sistema de Despoeiramento podem ser monitorados através do Soft- ware FSC num computador remoto, conforme a Fig.8.

Conclusão

Neste Artigo, foram forneci-das algumas informações para investigação e solução de pro-blemas de operação do filtro através de uma instrumentação moderna. Várias indústrias de porte em SP e ES, como gran-des siderúrgicas e companhias de cimento, têm apresentado o monitoramento de seus prin-cipais filtros de manga na internet, on-line, de modo que, quando uma manga fura, em

meiofiltrante.com.br/materias. asp?action=detalhe&id=158,

desenvolvida pelo Eng. Tito A Pacheco. Com a técnica é possível identificar falhas de Projeto do Equipamento, bem como, Falhas Operacionais com meses de antecedência da ocorrência dos problemas, permitindo assim, a execução de melhorias críticas de forma preventiva e eficaz.

Saiba mais: “Controle avançado de filtros de mangas”; Eng.Tito A. Pacheco; publicado na Revista Meio Filtrante no 25 (Janeiro/ fevereiro 2007).

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