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Particulados ou material particulado (MP) são partículas muito finas de sólidos ou líquidos, suspensos em um gás, variando em forma, composição química e tamanho, normalmente, entre 10 nm a 100 µm em diâmetro aerodinâmico (BAIRD, 2002).

A Agência de Proteção Ambiental Environmental Protection Agency (EPA) implementou em 1995, nos Estados Unidos, o programa Environmental Technology

Verification (ETV), para gerar dados independentes e confiáveis de novas

tecnologias de controle industrial de filtração. Foi adotado um aparelho de testes com base na norma VDI 3926, para medir o desempenho dos meios filtrantes na remoção de partículas finas, MP2,5 (até diâmetro de 2,5 μm), juntamente com queda

de pressão para produtos comercias prontos (TRENHOLM et al., 2008).

3.3.1. Propriedades das Partículas

O MP é classificado pelo diâmetro aerodinâmico médio das partículas. As partículas inaláveis grossas (MP2,5-10) são as que possuem o diâmetro médio no

intervalo de 2,5 a 10 µm e as partículas finas ou respiráveis (MP2,5) são as inferiores

a 2,5 µm. Recentemente nova subdivisão considera o MP inferior a 2,5 µm como partículas quasi-ultrafinas (MP0,25) e ultrafinas (MP0,1) (MINGUILLÓN et al., 2008).

A determinação do tamanho da partícula deve ser precedida da definição do parâmetro que será utilizado para tal, e, de como serão apresenta dos os dados da distribuição. A escolha dos parâmetros que representam o tamanho de partícula depende do formato dela. O tamanho de uma partícula esférica homogênea é definido unicamente por seu diâmetro aerodinâmico, ao passo que uma partícula cúbica, o único parâmetro necessário é a dimensão da aresta (ALLEN, 1997).

O tamanho dos particulados isoladamente não é de grande interesse, pois a faixa granulométrica de uma corrente gasosa a ser limpa é bastante variável. Desta forma, a distribuição granulométrica do material particulado é de grande importância na análise, obtida pela técnica de peneiramento, pois permite ter a noção imediata dos particulados finos (ROCHA, 2010). É possível observar as partículas por meio da técnica de microscopia eletrônica de varredura, para medir o diâmetro de cada partícula individualmente e, ao dividi-lo pelo número total de partículas, obtêm-se o

diâmetro médio, ou seja, um único número que representa o tamanho de partícula (AZEVEDO, 2009).

As menores partículas da distribuição controlam muitos aspectos dos ciclos de filtração, pois são elas que penetram no não tecido no início da filtração e formam a torta de filtração subsequente (WAKEMAN, 2007). As partículas de maiores diâmetros efetuam um recobrimento menos eficiente das fibras, resultando em menor queda de pressão (AGUIAR et al., 2008).

3.3.2. Mecanismo de Captura

A dinâmica para a coleta e deposição das partículas nas fibras é fortemente ligada ao mecanismo de captura, que estão ilustrados na Figura 3.7.

Figura 3.7 - Mecanismos de captura de particulados (Adaptado de TANABE, 2008).

A sedimentação gravitacional é um mecanismo aplicável para partículas grossas com diâmetro acima de 10 μm e com baixas velocidades de gás. A eficiência depende da direção do fluxo, ou seja, a coleta é maior quando o fluxo ocorre de cima para baixo com acúmulo na superfície do filtro (FRISING et al., 2003). A impactação inercial representa o principal mecanismo de captura para filtro

cartucho, que ocorre devido à inércia dos particulados. Quando as partículas não conseguem seguir o fluxo do gás, acabam se chocando com as fibras e aderindo ao filtro, principalmente para particulados de diâmetros maiores que 0,5 μm. Quanto maior a energia cinética das partículas, maior a eficiência de captura (DULLIEN, 1989). A captura por interceptação direta depende do tamanho da partícula, sendo coletada quando se aproxima da fibra a uma distância igual do seu raio. Acontece especialmente quando se trabalha com partículas maiores que 1 μm (BARROS, 2010). A difusão é o mecanismo de coleta que apresenta importância para partículas de diâmetros abaixo de 0,4 μm. As partículas menores em função da sua energia térmica estão em constante movimento aleatório, similar ao que ocorre com as moléculas dos gases, “movimento browniano”, o qual é diretamente proporcional à

temperatura e inversamente proporcional à velocidade da partícula e ao seu diâmetro da partícula (DONOVAN, 1985; MELLO, 2007). A atração elétrica entre a partícula e a fibra coletora poderá ocorrer pela presença de cargas na partícula ou pode ser induzida por um campo elétrico. O mecanismo por campo é predominante para partículas com diâmetro acima de 1 μm (AGUIAR et al., 2008).

Normalmente, para a captura de particulados por filtros cartuchos a concentração de pó no fluxo gasoso fica entre 0,1 a 100 g/m3 _{e a massa de pó}

depositada por unidade de área de tecido com 200 a 2000 g/m2 _{(MATTESON, 1987).}

O aumento da temperatura provoca modificações nas propriedades dos gases (densidade e viscosidade) e na estrutura das fibras (dilatação e encolhimento), afetando a permeabilidade do meio filtrante e alterando a eficiência de coleta dos particulados (INNOCENTINI, 1997). No Quadro 3.2 são apresentados os efeitos sobre os principais mecanismos de coleta para um filtro cartucho, em condições de temperatura e pressão elevadas (FREITAS, 2003).

Quadro 3.2 - Efeito da temperatura e pressão para diferentes mecanismos (FREITAS, 2003).

Mecanismo Efeito da Temperatura

Elevada

Efeito da Pressão

Elevada Efeito Combinado

Interceptação

Direta Nenhum Nenhum Nenhum Impactação

Inercial Significativamente adverso Ligeiramente adverso Adverso Difusão Modestamente favorável Nenhum Modestamente

A ANOVA é um método eficaz para identificar diferenças entre as médias experimentais de grupos, devido às várias causas atuando simultaneamente, para determinar se existe um efeito de tratamento entre grupos. A avaliação é alcançada por meio de análise das variâncias. Assim, através da ANOVA é possível determinar quais fatores tem efeitos relevantes na resposta e, também, como o efeito de um fator varia com os níveis de estudo dos outros fatores (BARROS NETO; SCARMINIO; BRUNS, 2003).

3.3.3. Legislação

A legislação aplicável a este estudo é variada e tem origem nos níveis federal, estadual e municipal. Deste modo, é apresentada a normatização relacionada às emissões atmosféricas, focada nas concentrações de material particulado em ambientes industriais, considerando que a poluição deve ser controlada na fonte, seja por meio de equipamentos de controle do tipo “fim de tubo”, seja utilizando processos menos poluidores, em razão do Princípio de Prevenção à Poluição.

A aplicação industrial de filtro cartucho em planta petroquímica de polietileno, objetivo específico deste estudo, é classificada pela resolução CONAMA nº 382, de 26 de dezembro de 2006, que estabelece os limites máximos de emissão de poluentes atmosféricos para fontes fixas. O anexo VI desta resolução - processos de refinarias de petróleo, unidades de processo que usam calor, pressão em correntes de hidrocarbonetos, discriminado pelo tipo de fonte, limita a emissão de material particulado em 75 mg/Nm3, em base seca e corrigido a 8% de oxigênio. A conversão da concentração medida para a condição referencial de oxigênio é apresentada na Equação 3.5, não sendo aplicável quando ocorrer injeção de oxigênio puro no processo.

CR= 21 - OR x CM (3.5)

21 - OM

Onde:

CR - concentração do poluente corrigida para a condição desta resolução;

OR - percentagem de oxigênio de referência, conforme esta resolução, estabelecida

para cada fonte fixa de emissão;

OM - percentagem de oxigênio medido durante a amostragem;

De acordo com especialistas, o tipo de poluição limitada pelo CONAMA afeta a todos igualmente, pois provoca danos à saúde mesmo as pessoas que residem distante das regiões industriais. Porém, no sentido de periculosidade as partículas finas (MP2,5) ou respiráveis são as que requerem o maior controle, sendo que quanto

menores os particulados maiores os efeitos provocados à saúde.