O equipamento utilizado nos ensaios de filtração consistia de uma linha de ar comprimido, o gerador de aerossol do tipo leito fluidizado (TSI-2300), um rotâmetro de vidro para controle da vazão, um manômetro e a câmara de ensaio. Os ensaios de filtração foram realizados através de alterações no equipamento para caracterização aerodinâmica. O
equipamento permitia testes de até 800oC. Detalhes do sistema utilizado para os ensaios de
filtração são esquematizados na Figura 3.10. Para os testes, a área real de filtração foi de
7cm2. A Tabela 3.7 apresenta as condições de operação utilizadas nos ensaios de filtração
para os filtros testados.
Tabela 3.7. Condições de operação dos ensaios de filtração.
Dados Operacionais
Fluido Ar
Material Particulado Rocha Fosfática
Diâmetro Médio Partícula (µm) 4,62
Densidade da Partícula (kg/m3) 2970
Velocidade de Filtração (m/s) 0,05
Concentração Material Particulado (kg/m³) 1,74. 10-5
Temperatura (0C) amb; 300; 700
Figura 3.10. Esquema do sistema experimental para avaliação da filtração dos filtros utilizados nos experimentos.
Inicialmente, o elemento filtrante foi inserido no porta-amostra adaptadas a um
Termopar Micromanômetro Controlador de vazão Contador de partículas Gerador de Aerossóis Meio Filtrante Forno elétrico removível com controle de aquecimento Manômetro Resfriamento Isolamento Diluição Termopar Válvula
suporte fixo e o forno fechado. O aquecimento do ar foi realizado na própria câmara de ensaios por meio de um forno acoplado a um controlador do tipo PID. A temperatura foi medida por meio de dois termopares do tipo K, sendo a leitura da temperatura feita em um leitor de temperatura (SK5, Salcas), que foram inseridos dentro do forno sendo um abaixo e outro acima da amostra. O elemento filtrante utilizado nos experimentos era virgem. Foram anotadas a temperatura e pressão ambiente para a correção dos parâmetros aerodinâmicos (vazão, densidade e viscosidade do gás). Antes de injetar o material particulado no sistema de filtração primeiramente foram verificados possíveis vazamentos. Após isso, a linha de ar comprimido foi aberta, o gerador de aerossol foi ligado para a estabilização da concentração de particulados e fixava-se a vazão desejada no rotâmetro. O controle da vazão de pó injetado no sistema foi feito diretamente no gerador.
Após 10 minutos, iniciava-se o experimento, acionando-se o cronômetro e inserindo o aerossol no sistema de filtração. A alimentação do aerossol foi feita por um gerador do tipo leito fluidizado. O aerossol gerado foi alimentado diretamente na região de aquecimento.
A cada minuto anotava-se a queda de pressão no filtro. Para a contagem das partículas que atravessaram o filtro, conectava-se a mangueira do Royco à saída desse, a cada 5 minutos e o ensaio encerrava-se aos 20 minutos. Uma vez que a queda de pressão causava uma diminuição na vazão, foram feitos ajustes periódicos nas válvulas, para a manutenção da velocidade superficial do gás permaneceu constante. Encerrado o experimento realizado, à temperatura ambiente, o filtro foi trocado e o controlador de temperatura foi ligado para o aquecimento do aerossol.
Esperou-se até atingir os 300oC e iniciava-se o experimento novamente,
realizado da mesma forma que o ensaio realizado à temperatura ambiente. Entretanto, nesse caso, o ar que saia do filtro passava por uma camisa de resfriamento antes de atingir o Royco,
pois esse equipamento suporta temperaturas de até 50oC. Ao terminar o ensaio a 300oC,
trocava-se o filtro novamente e ajustava o controlador de temperatura para que se atingisse
700oC e realizava-se o experimento da mesma maneira do realizado à 300oC.
3.3.1. Contador de Partículas
A contagem do número de partículas na entrada a na saída do filtro foram quantificadas através do contador óptico de partículas Hiac/Royco modelo 5230 (Figura 3.11).
3,5µm, 4,5µm, 6µm, 8,5µm e 12,5µm. Este equipamento fornece distribuições por tamanhos
de partículas com diâmetros aerodinâmicos de 0,3 a 25,0µm, com erro de 5%.
Este equipamento constituído de: sensor/contador, teclado, display, sistema de entrada e saída do aerossol e um medidor de vazão. Uma bomba de aerossol foi responsável pelo transporte da amostra do aerossol (vazão de 28,3 l/min, monitorada por um medidor de vazão) da entrada até o ponto de saída, passando pelo sensor. A contagem foi feita através do sensor (laser) que detectava a presença de partículas no aerossol e convertia-as em pulsos elétricos cuja amplitude foi proporcional ao tamanho da partícula. Após o término da contagem (1min), os valores poderiam ser visualizados no display e impressos.
Figura 3.11. Contador óptico de partículas Hiac/Royco modelo 5230.
3.3.2. Ensaios de Eficiência de Coleta
Para os ensaios de eficiência de coleta foi utilizado o equipamento da Figura 3.10. Os ensaios foram realizados em duas etapas, a fim de obter número total de partículas que saía do filtro (Partículas na Saída do Filtro) e número total de partículas que entrava no filtro (Partículas na Entrada do Filtro);
3.3.3 Número de Partículas na Entrada do Filtro
Nesse caso, o forno foi fechado sem a colocação do filtro no porta-amostra. Foram anotadas a temperatura e pressão ambiente para a correção dos parâmetros aerodinâmicos (vazão, densidade e viscosidade do gás).
A linha de ar comprimido foi aberta, o gerador de aerossol foi ligado para a estabilização da concentração de particulados e fixava-se a vazão desejada no rotâmetro. Após 10 minutos, iniciava-se o experimento, inserindo o aerossol no sistema de filtração. Foram realizadas 5 contagens do número de partículas para cada faixa granulométrica para permitir a estabilização dos valores. O valor assumido como o número de partícula que entrava no filtro por faixa foi uma média dos valores obtidos estabilizados.
3.3.4. Ensaios Experimentais de Eficiência de Coleta
Para a realização desse trabalho foram realizados ensaios experimentais
utilizando os filtros a três níveis de temperaturas: amb, ~300 e ~700oC e na velocidade
superficial de filtração 5 cm/s. Para cada amostra foram feitas réplicas dos ensaios experimentais.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste capítulo estão apresentados os resultados e discussões dos dados obtidos experimentalmente para o filtro de microfibra de quartzo e os filtros cerâmicos. O desempenho dos meios filtrantes foi avaliado a partir de dois parâmetros principais: 1- a resistência ao escoamento promovida pelo meio filtrante, refletida na permeabilidade do meio; 2- a capacidade de remoção de partículas do meio gasoso em função da temperatura, monitorada através da medida de eficiência de coleta.