por Edison Ricco Junior

A poluição do ar tem mostrado ser um fator causador de doenças crônicas do aparelho respiratório, em vários graus de gravidade que vão desde pequenas alergias até severas lesões pulmonares. Tal constatação, por demais óbvias nos dias de hoje, causou nas últimas décadas um crescente vigor na legislação referente à emissão de partículas a atmosfera.
Há uma faixa de tamanho de partículas (5µ > d > 0,5µ) particularmente danosa ao sistema respiratório por seu poder de penetração e disposição nos sacos alveolares. Esta fração é chamada de poeira respirável. Com o aumento do número de indústria nos centros urbanos, cresce também a preocupação com o monitoramento e controle dos resíduos lançados à atmosfera, de modo a serem evitados danos ao meio ambiente e a saúde humana. Os resíduos liberados podem ser tanto gasosos quanto particulados. A primeira categoria é a que apresenta maior dificuldade de controle, devido à solubilidade dos agentes químicos no ar. A poluição causada por aerossóis exige apenas a separação física entre partículas e gás.
Apesar disso esse material pode causar inúmeros danos quando inalados pelo sistema respiratório humano. A lavagem das partículas suspensas no ar utilizando água é um dos métodos mais antigos de controle de poluição do ar, devido à simplicidade de lavagem e alta eficiência de coleta das partículas, este método vem sendo utilizado pelas indústrias para o controle da poluição atmosférica.
A indústria sempre enfrentou o problema de coletar poeiras muito finas e pegajosas. Equipamentos de controle ambiental tais como precipitadores eletrostáticos e filtros de manga são inteiramente satisfatórios para muitas atividades com estas características, onde problemas devido à corrosão ou entupimentos são comuns. Desta forma, a atenção para a solução do problema é voltada para os lavadores, os quais abrangem uma grande faixa de trabalho e eficiência, indo das torres de lavagem, com baixas pressões até os modernos lavadores de alta eficiência e perda de pressão chamada Venturi. Os lavadores podem controlar simultaneamente poluentes particulados e gasosos. A escolha do tipo de lavador é ditada pela restrição do espaço, (como o conjunto de equipamentos), utilização de certos tipos de poeira, diâmetro de partículas a ser coletadas, etc. O lavador
Venturi é um dos mais eficientes na remoção de partículas de diâmetro na faixa respirável. O funcionamento ocorre através da atomização líquida em um spray, em que as partículas de diâmetro abaixo de 3µ têm aplicação eficiente.
As principais vantagens e desvantagens dos lavadores Venturi comparado com outros lavadores de gases e outros equipamentos de limpeza são:
1- Apresenta alta eficiência de coleta de partícula na faixa respirável (0,5 a 5,0µ). Nesta faixa de diâmetro de partícula o lavador Venturi é normalmente mais eficiente do que outros equipamentos de coleta.
2- É um equipamento de estrutura compacta, ocupando um espaço menor na instalação industrial.
3- Os líquidos de lavagem podem ser reutilizados.
4- Os contaminantes particulados e gasosos podem ser removidos simultaneamente resultando economia de recursos.
5- Há a possibilidade de remoção de material explosivo, inflamável, com lavador Venturi o risco de operação é menor.

Materiais corrosivos podem ser neutralizados selecionando apropriadamente o líquido de lavagem. As desvantagens são:
1- Requerem alta energia para remoção de partículas finas.
2- Apresentam alto custo operacional.
3- Requerem o tratamento do efluente, dependendo do contaminante.

Descrição do Lavador Venturi
São equipamentos muito apropriados, especialmente em aplicações onde a eficiência de coleta exigida seja superior a 90% para partículas de 1µ ou menores. Eles apresentam uma seção gradualmente convergente e uma seção divergente. A garganta Venturi é uma redução entre a seção convergente e a divergente. O fluxo de ar que passa por essa garganta é forçado a fluir com alta velocidade, alcançando valores entre 50 e 90 m/s ou maiores. Após alcançar a velocidade máxima, o gás sofre uma desaceleração na seção divergente. Na Figura abaixo está apresentado um esquema de um lavador Venturi. O líquido de lavagem é injetado no interior do Venturi, normalmente na garganta, por diferentes formas. Utilizando geralmente água, mas podendo utilizar outros líquidos dependendo da natureza do contaminante. O líquido injetado seja na forma de jato na garganta ou próximo ao topo da seção convergente na forma de um filme líquido, é atomizado pela alta velocidade de gás na garganta do Venturi. As gotas resultantes da atomização são arrastadas e aceleradas pelo gás desde a formação, quando a velocidade axial das mesmas é quase nula, até a saída do equipamento, onde a velocidade das gotas é aproximadamente igual à velocidade do gás.
Pode-se dizer que uma “chuva bem fina” gerada no interior do equipamento é responsável por “lavar” o gás contendo partículas. As partículas ao se aproximarem das gotas, que são de maior tamanho, são coletadas. A alta velocidade relativa entre o líquido e o gás e o consumo específico de líquido no Venturi proporcionam uma alta eficiência. As gotas líquidas são posteriormente separadas da corrente gasosa por um separador ciclônico. No interior do Venturi o escoamento é turbulento, otimizando o contato entre as partículas a serem coletadas, ou gás a ser tratado, com as gotas líquidas. Para os lavadores Venturi, os principais parâmetros de desempenho a se considerar num projeto são a perda de carga total e eficiência de coleta. A eficiência de coleta depende da fração do líquido atomizada, da destruição inicial de tamanho, concentração e velocidade das gotas.

Considerações sobre a eficiência do lavador Venturi
Com o aglomerado formado através do choque da partícula com a gota ocorre aumento razoável do diâmetro desta, o que facilita sua coleta em um separador. A eficiência deste separador não é usualmente um fator crítico no projeto de um lavador de alta eficiência (lavador Venturi), uma vez que o diâmetro da gotícula a ser separada do fluxo gasoso é normalmente ordens de magnitude maior que a partícula original. Em lavadores úmidos que usam a interceptação líquido-partícula, o fator crítico é a eficiência de choque ao alvo.

Equações de projeto do lavador Venturi
Os estudos de Calvert e colaboradores são referência obrigatória no projeto de lavadores Venturi que consideram que a eficiência de coleta era função do parâmetro inercial (), igual a metade do número de Stokes.
O modelo de Calvert vem sendo amplamente utilizado na indústria e tem sido considerado como uma boa aproximação para explicar os vários fatores que influenciam na performance do lavador Venturi. Uma correlação semi-empírica foi proposta para estimar a eficiência de coleta de partículas, conhecida como Calvert. Tal correlação pode ser expressa através da Equação (1). Em que:

F = Função do parâmetro de impactação inercial O Fator F é dado através da Equação (2).

Sendo que:
f = fator empírico.
= Parâmetro de impactação inercial.

O fator empírico f tem um valor usualmente entre 0,1 e 0,5. Calvert et al usou 0,25 para poeira hidrofóbica. Para fins práticos f é um fator que absorve a influência de vários parâmetros não incluídos explicitamente na equação de cálculo da penetração, como outros mecanismos de coleta que não o de impactação inercial, tamanho de gota diferente daquele predito na equação de Nukyama e Tanasawa. A impactação Inercial
está apresentada pela Equação (3).

O fator empírico de ajuste f que foram encontrados por alguns autores está apresentado a seguir.

Através de um balanço de energia feito acima na garganta do Venturi, obtém-se a Equação (4) para a queda de pressão na garganta do tubo Venturi.

Onde:
ß = fator de correção de Calvert para êPG
Calvert originalmente considerou o valor de ß como sendo unitário, mas através de dados obtidos por Calvert, obteve-se ß = 0,85, utilizando em S.I. obtem-se êPG em Pascal.

Efeito do comprimento da garganta
Gargantas de maior comprimento apresentam maior eficiência na coleta, mas a queda de pressão da fase gasosa também aumenta. O comprimento da garganta requerido para a atomização das gotas aumenta com o aumento da razão líquido-gás (L/G). Equação geral para um comprimento míninimo de garganta é apresentada através da Equação (5).

Onde:
Xt = comprimento da garganta
Vgt= velocidade de gás na garganta
(L/G) = interesse industrial (razão).

Distribuição do tamanho e evolução das gotas
As características das gotas como a distribuição do tamanho e a uniformidade são considerações importantes em relação a operação dos lavadores Venturi e na determinação da eficiência deste lavador. Deste modo, o tamanho das gotas formadas em um lavador Venturi é de importância fundamental na eficiência do equipamento. Como descrito anteriormente, o líquido injetado na corrente do gás é atomizado em um fino spray. Esta atomização é causada pela alta velocidade relativa entre o líquido e o gás. As partículas fluem com a velocidade do gás podendo colidir com as gotas pelo mecanismo de impactação inercial. As partículas ficam assim aderidas nas gotas líquidas. Para o cálculo da eficiência do lavador Venturi é melhor utilizar a equação de Calvert por ser amplamente utilizada na indústria para projetos, pois tem-se apresentado uma boa aproximação disponível para explicar os vários fatores que influenciam a performance do lavador e a equação para o diâmetro médio de Sauter. A gota líquida foi estimado pela correlação empírica de Nukyama e Tanasawa.
A partir da estimativa do diâmetro de corte e razão líquido/gás, obteve-se as variáveis de queda de pressão êP e da velocidade na garganta VG.
Pode-se prever o limite de tolerâncias de particulados lançados para o ambiente através da norma regulamentadora NR-15. O comprimento da garganta é importante para um projeto de um lavador Venturi; ele tem de ser suficientemente longo para que a maior parte da coleta ocorra na garganta. Se a garganta for curta, poucas partículas serão coletadas, de maneira que grande parte do potencial de eficiência do lavador será perdida, mas se for mais longa que o necessário irá causar desnecessariamente uma grande perda de pressão.