A escolha do equipamento de controle de poluição do ar, que melhor cumprirá sua função de coleta, nem sempre é um problema de simples solução, tendo-se em vista o número de fatores intervenientes

por João Carlos Mucciacito

De uma forma geral, pode-se dizer que a escolha depende de fatores relativos às propriedades do contaminante, relativos às propriedades do gás carreador e relativos a aspectos econômicos e práticos. Há que se considerar na escolha de equipamentos de controle, vários fatores, como segue:
Estado físico do poluente: Para coleta de gases e vapores, os equipamentos de controle mais usualmente utilizados são as torres de absorção, os leitos de adsorção, os condensadores e os incineradores. A coleta de material particulado, sólido ou líquido, é em geral feita por coletores inerciais, coletores centrífugos, lavadores, filtros e precipitadores eletrostáticos.
Grau de limpeza desejado: A eficiência de coleta fixada em função dos regulamentos limitantes da quantidade do poluente que pode ser emitida é um dos fatores importantes a ser considerado. Como veremos posteriormente, a eficiência dos equipamentos de controle dependem de várias propriedades do poluente e do gás carreador, e a escolha deve ser feita em função do que é requerido em termos de eficiência.

Propriedades do gás carreador
Composição Química: só é importante quando afeta as
propriedades físicas e químicas do gás carreador. As propriedades químicas são importantes quando há a possibilidade de haver reações químicas entre o gás carreador, o contaminante e o coletor.
Temperatura: as principais influências são sobre volume do gás carreador e efeitos sobre os materiais de construção do coletor. O volume tem conseqüências sobre o tamanho do coletor que provocará alteração no custo do equipamento. A temperatura também afetará a viscosidade e a densidade, que por sua vez, afetará o rendimento da coleta. Assim, adsorção é impraticável a altas temperaturas. A resistividade elétrica de partículas varia com a temperatura, e é uma importante propriedade na precipitação elétrica de partículas. Coletores úmidos algumas vezes não podem ser utilizados devido a grande quantidade de água que se evapora, e filtros podem ser danificados pela passagem de gases excessivamente quentes.
Viscosidade: as principais influências da viscosidade se relacionam com o aumento da potência requerida com o aumento da viscosidade, e com a alteração que provocará na eficiência de coleta de material particulado.
Umidade: Alta umidade contribui para empastamento das partículas sobre o coletor, principalmente coletores inerciais e centrífugos, e filtros, provocando seu entupimento. Pode, ainda, agravar problemas de corrosão, além de ter grande influência sobre a resistividade elétrica das partículas e, portanto, em sua precipitação eletrostática. Em adsorção, pode agir como fator limitante da capacidade do leito se este adsorver vapor d’água.
Combustividade: Quando o gás carreador é inflamável ou explosivo, a principal precaução é assegurar que se esteja acima do limite superior de explosividade ou abaixo do limite inferior de explosividade da mistura. Nesses casos, lavadores são preferidos e precipitadores eletrostáticos raramente usados.
Reatividade Química: É importante em alguns casos como, por exemplo, quando se filtra um gás contendo compostos de flúor com filtros de lã de vidro, danificando os mesmos. Em geral, deve-se evitar reação entre gás e coletor.
Propriedades Elétricas: São importantes quando se trata da coleta de partículas com precipitados eletrostáticos, pois a maior ou menor facilidade de ionização do gás influencia o mecanismo básico de coleta. Outros fatores, como pressão e densidade são de menor importância e não serão aqui absorvidos.

Propriedades do contaminante
Carga: A carga, ou concentração do poluente, na entrada do equipamento de controle, e suas variações afetam diferentemente os vários tipos de coletores. Assim é que a eficiência de coleta de ciclones aumenta com a carga, mas aumenta também a possibilidade de entupimento do mesmo. Alguns equipamentos exigem mesmo a presença de pré-coletores para evitar sobrecarga em sua operação.

Solubilidade: É importante em absorvedores e lavadores em geral, pois, na maioria das vezes, quanto maior a solubilidade do poluente, maior o rendimento da coleta.
Capacidade Adsortiva: Importante em adsorção de gases e vapores. De uma forma geral, só se recomenda esse tipo de coletor para gases e vapores com massa molecular superior a 45 e, principalmente, na retenção de solventes e substâncias odoríferas.
Combustividade: Importante para eliminar o poluente por incineração, sendo também um fator a considerar para evitar riscos de explosão.
Reatividade Química: A reatividade química constitui-se num fator que pode ser utilizado na coleta do contaminante, por exemplo, na absorção química. Contudo pode também criar problemas quando, por exemplo, o contaminante reage com o material de construção do corpo coletor, danificando-o.
Propriedades Elétricas: A resistividade elétrica de partículas tem uma influência decisiva em sua coleta, nos precipitadores eletrostáticos. Partículas com altíssima ou baixíssima resistividade apresentam dificuldades de coleta em precipitadores.
Higroscopicidade: É importante por influir na possibilidade de entupimento (principalmente coletores inerciais, centrífugos e filtros) por formação de pasta devido à absorção de umidade pelas partículas.

Tamanho, forma e densidade de partículas
Estes são fatores fundamentais por exercerem influência sobre a eficiência de coleta de partículas por quase todos os mecanismos utilizados na prática, podendo-se mesmo dizer que a variação da eficiência com o tamanho da partícula é um dos aspectos mais importantes a serem considerados na escolha do coletor.
O equacionamento acurado desses fatores é complexo e trabalhoso, e simplificações têm sido feitas no sentido de tornar mais fácil e rápida a escolha de um equipamento para a coleta de material particulado, levando-se em conta sua distribuição de tamanho.
Casos inusitados devem ser resolvidos por verdadeiros especialistas, a fim de evitar danos econômicos irreparáveis devido à escolha inadequada de um equipamento que, via de regra, após instalado, não terá qualquer outra utilização a não ser aquela para a qual foi projetado.

Coletores úmidos
Princípio de funcionamento: O gás é forçado através de uma aspersão de gotas, com as quais as partículas se chocam, se depositam por difusão, e também agem como núcleo de condensação de água, consequentemente aumentando de tamanho, o que torna sua coleta mais fácil. Portanto, podemos dizer que os quatro mecanismos de coleta mais importantes no coletor úmido são impactação, a interceptação, a difusão e a condensação.
Classificação: Os tipos de lavadores de gases são inúmeros, havendo o contínuo aparecimento de novos modelos de eficiências similares apresentando algumas vantagens e desvantagens.

Neste item de trabalho, vamos nos limitar à listagem e apresentação dos tipos de coletores úmidos mais difundidos. No item referente às características gerais de eficiência e perda de carga, além de um subitem de caráter geral, cada um dos diversos tipos de lavadores será analisado separadamente.
Características Gerais: Várias relações têm sido propostas para expressar o rendimento dos diversos tipos de lavadores de gases para a coleta de material particulado.

Essas relações variam para cada um dos tipos de lavadores mencionados, dependendo de como se dá a aspersão do líquido, da direção e sentido do gás com relação ao líquido, entre vários outros fatores. Mais recentemente, Semrau desenvolveu experimentalmente o conceito de “potência de contato”, que, em essência, relaciona a eficiência de coleta de partículas com a energia gasta no processo de contato entre gás e líquido. O conceito de potência de contato afirma que, no contato gás-líquido, potência é dissipada em turbulência dos fluidos e como calor.
Essa potência consumida em termos de potência por unidade volumétrica do gás é denominada de potência de contato, não estando nela incluídas as potências por perdas elétricas e mecânicas, nem por perdas por atrito nas partes secas do lavador. Esse conceito, apesar de carecer de maior base teórica, tem se mostrado aproximadamente válido na prática. Matematicamente tem sido apresentado em termos de número de unidades de transferência (eficiência) e potência de contato (HP/1000 pés³/min).

Câmara de borrifo
É o mais simples dos coletores úmidos. As gotas, geralmente com diâmetro de 0,1 a 1 mm caem e se chocam com as partículas em movimento ascendente, sendo o impacto o principal mecanismo de coleta das partículas. São características gerais desses coletores:
- velocidade ascendente do gás, 2 a 4 pés/s;
- tamanho das gotas, 100 a 1000 µm;
- tamanho da gota para a máxima eficiência, 800 a 900 µm.

Lavadores ciclônicos
Nesses coletores úmidos, lança-se mão de um aumento da velocidade relativa entre as gotas e as partículas. Dessa forma, consegue-se aumentar consideravelmente a eficiência de coleta em comparação com a obtida em câmaras de borrifo.
A coleta se dá principalmente por impactação, sendo que a difusão só é efetiva para as partículas da ordem de 0,001 µm.
Há basicamente três tipos de lavadores ciclônicos, como segue. Um em que se movimenta tangencialmente o gás, fazendo-se com que ele entre de modo tangencial na base do corpo cilíndrico. O lavador mais comum desse tipo é o chamado lavador ciclônico Pease Anthony. No segundo tipo, o movimento espiralado é provocado no gás através de sua passagem por seções helicoidais: são os chamados lavadores ciclônicos irrigados.
O terceiro tipo é um ciclone convencional em que o gás entra tangencialmente pela base e a injeção de água se faz na entrada. Nesses coletores, determinou-se experimentalmente que o mais efetivo tamanho de gota é da ordem de 100 µm.
Por essa razão, não se recomenda sua utilização com fins de resfriamento, sendo mesmo recomendado que os gases estejam saturados na entrada do coletor, particularmente se o gás estiver a uma temperatura superior à do líquido.
Na tabelas 2 estão resumidas as principais características dos lavadores ciclônicos.

Lavadores auto-induzidos
São também chamados de lavadores inerciais de orifício. A aspersão de água é induzida pela própria passagem do fluxo gasoso através do líquido, “quebrando-o” em gotas. A quantidade de subtipos desses lavadores é imensa, indo desde o mais simples wet cap usado no topo de fornos Cubilot até os tipos mais sofisticados. As velocidades de passagem através do líquido variam de um tipo para outro, sendo uma faixa comum entre 50 e 200 pés/s. Dados experimentais indicam que, para velocidades de 50 pés/s, as gotas formadas têm um diâmetro de 300 a 400µm.

Lavadores mecânicos
São também chamados de lavadores equipados com aspersores mecânicos. O mecanismo predominante de coleta nesses lavadores é a impactação, os quais se valem de um dispositivo mecânico para promover a formação das gotas. Uma vantagem desses lavadores, tal como nos auto-induzidos, é o pequeno consumo de água e a pequena possibilidade de entupimento. Vale frisar que, na maior parte da bibliografia existente, esses coletores são subclassificados conjuntamente com os desintegradores e com os precipitadores dinâmicos úmidos.
Neste trabalho, apenas por conveniência didática, cada um deles está classificado em um item separado. A eficiência e o consumo de potência estão relacionados com a rotação e a vazão do gás.

Coletores úmidos de impactação
Os coletores de impactação são torres verticais equipadas com um ou mais obstáculos de impactação. O obstáculo de impactação corresponde a um prato perfurado com 600 a 3000 furos por pé², tendo sobre eles plaquetas a uma distância correspondente à seção da vena contracta do fluido que passa pelos furos (seção de maior velocidade).
O fluxo gasoso entra pela base da torre, em uma câmara provida de bicos aspersores de baixa pressão para, inicialmente, sofrer um processo de resfriamento, umidificação e coleta das partículas mais grosseiras. O gás, passando através dos furos a velocidades entre 75 e 100 pés/s, atomiza o líquido descendente em gotas da ordem de 100 µm.

A velocidade do gás, ao passar pelos furos, é da ordem de 20 pés/s. Convém salientar que a coleta do material particulado ocorre predominantemente
pela impactação com as gotas, e menos pela impactação contra a plaqueta (cerca de 3/16 pol de dimensão). Isso é facilmente compreensível, tendo–se em vista que o diâmetro do corpo coletor é muito grande, no caso da plaqueta, sendo, portanto, o parâmetro de impactação menor.

Lavador venturi
Nesses lavadores o fluxo gasoso tem sua velocidade aumentada ao passar através de uma constrição (garganta), onde o líquido é injetado e atomizado pela alta velocidade do gás. Os principais mecanismos de coleta são impactação (mais importante), intercepção e condensação. Em seguida ao venturi um coletor secundário (normalmente um ciclone), é instalado para coletar as partículas (que tiveram seu tamanho aumentado no venturi). As velocidades do gás na garganta (da ordem de 12000 a 24000 pés/min) atomizam quantidades de água, que variam entre 3 a 10 galões/1000 pés³, em gotas cujo tamanho médio pode ser estimado na faixa de 50 µm. Perdas de carga entre 10 e 30 pol de H₂O são valores comuns, mas perdas mais elevadas não são raras e correspondem a maiores eficiências de coleta. A condensação é um mecanismo efetivo de coleta em um lavador venturi. Se o gás, na região de baixa pressão (correspondente à garganta do venturi), está completamente saturado (de preferência supersaturado), haverá condensação sobre as partículas na região de mais altas pressões (correspondente ao expansor do venturi). A partícula cresce, sua superfície molhada auxilia a aglomeração e sua posterior coleta.

Lavadores tipo Jet
A efetividade de um lavador está diretamente relacionada com a energia despendida no processo.

A mudança de energia cinética num sistema de impactação gás-líquido vale: onde m_g é a massa de gás, m_l a massa de líquido, v_g a velocidade do líquido. Essa relação mostra que, se o líquido é injetado na garganta do venturi, o dispêndio de energia é grande, pois v_l=0. Isso faz com que, no lavador tipo jet, o líquido seja aspergido por um atomizador central com alta velocidade, desse modo fornecendo uma disponibilidade de pressão que varia de 1 a 3 pol de H₂O.

Lavadores de orifício inundado
A regulagem possível na posição do disco possibilita uma variação na perda de carga e, portanto, na eficiência, permitindo a utilização do lavador numa ampla faixa de eficiências de coleta. Esses lavadores podem apresentar altas eficiências para altas perdas de carga, quando maiores velocidades de passagem do gás criam gotas de menores dimensões.

Torre de enchimento úmida
Torres idênticas às utilizadas para absorção de gases e vapores podem ser utilizadas para a coleta de material particulado. O enchimento utilizado é do mesmo tipo e em condições normais, isto é, abaixo do ponto de inundação, as eficiências observadas são baixas para partículas menores que 5µm, tendo-se em conta os relativamente altos valores de perda de carga.

O problema de entupimento é comum e, portanto, torres de enchimento são mais usadas para coleta de névoas que de poeira. Uma variante utilizada são as torres com leito flutuante, onde o enchimento é de material de baixa densidade e permanece continuamente em flutuação, evitando o problema de entupimento (∆p = 4 pol de H₂O).

Precipitadores dinâmicos úmidos
Utilizam um ventilador para impactar as partículas contra suas pás, ao mesmo tempo em que se mantêm os atomizadores sobre elas.

Desintegradores
Para coleta de partículas da ordem de 1µm, as gotas devem ser de pequena dimensão, para possibilitar a coleta.
Essas gotas podem ser obtidas nos desintegradores através da passagem do líquido injetado axialmente entre o estator e o rotor (girando entre 350 e 750 rpm). As principais características dos desintegradores são mostradas na Tab. 10.