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

por Eng° Tito A. Pacheco

Certa vez, durante um serviço de otimização de um equipamento de despoeiramento, um cliente me questionou como era possível haver apenas dois tipos 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 desastrosos. Não obstante, a maioria das causas de problemas dos Filtros de Despoeiramento, seja a mesma dos Filtros de Processo, é neste último que é concentrado o investimento em instrumentação, 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.

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:
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.
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* ø, conforme segue:

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 oC;
• 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:
é a velocidade média do gás no duto, em m/s.
é a pressão dinâmica média, em mmCA (1mmCA = 9,796Pa).
é a densidade do gás, em KG/m³.
Desta forma, através da digitação do diâmetro do duto e da medição da pressão de velocidade no Tubo de Pitot, é possível calcular automaticamente a vazão através de um Medidor de Vazão, como os mostrados na Fig.3. Através do conhecimento da vazão real do sistema de filtração é possível ajustar corretamente 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 poderão ser obtidos muitos benefícios práticos para o Sistema de Filtração, conforme esquematizado na Tab.1, de acordo com a experiência obtida na aplicação 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 características comparativas dos principais materiais filtrantes disponíveis no mercado mundial e fornecidos pela Renner.
Tem sido útil classificar as mangas para baixa temperatura (azul) e mangas para alta temperatura (vermelho), ou seja, cuja temperatura máxima de trabalho está acima de 150°C. Por exemplo, uma característica das mangas para alta temperatura é que elas não propagam a chama após terem sido submetidas 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 manutenção a tempo, o particulado que contamina a câmara 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 limpeza 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 entupimento 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 substituição das mesmas e nos testes de vedação. Isso pode ser facilmente contabilizado em reais/ano.

Outras vezes, o particulado filtrado 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 toneladas por ano de pó perdido para a atmosfera. Dessa forma, é possível identificar razões plenamente justificadas para o monitoramento e controle da emissão, além do motivo óbvio de adequação aos limites estabelecidos pela Agência Ambiental local.
Algumas causas para alta emissão de particulado no filtro são:
* Falha de vedação entre o colarinho 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 gravimétrica em laboratório, todos os demais instrumentos de medição 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 devido 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 opacímetros como as sondas triboelétricas demandam o processo de parametrização para poderem ser utilizados.

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 precisam 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 através 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 Apresentação 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 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 instrumentos de controle das variáveis críticas de um Sistema de Despoeiramento podem ser monitorados através do Software FSC num computador remoto, conforme a Fig.8.

Conclusão
Neste Artigo, foram fornecidas algumas informações para investigação e solução de problemas de operação do filtro através de uma instrumentação moderna. Várias indústrias de porte em SP e ES, como grandes siderúrgicas e companhias de cimento, têm apresentado o monitoramento de seus principais filtros de manga na internet, on-line, de modo que, quando uma manga fura, em poucos segundos a informação está na rede, sendo prontamente 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 investimento 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 monitoramento do Sistema de Filtração permite a aplicação em plenitude da Técnica de Avaliação Dinâmica de Processos - ADP, 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", por Eng.Tito A. Pacheco, publicado na Revista Meio Filtrante no 25 (Janeiro/fevereiro 2007).