Matheus Langner Bayer Dimensionamento de um sistema de transporte pneumático para exaustão de material particulado em uma indústria de painéis de madeira Guaratinguetá - SP 2023 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” Faculdade de Engenharia e Ciências de Guaratinguetá Matheus Langner Bayer Dimensionamento de um sistema de transporte pneumático para exaustão de material particulado em uma indústria de painéis de madeira Trabalho de Graduação apresentado ao Conselho de Curso de Graduação em Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, como parte dos requisitos para obtenção do diploma de Graduação em Engenharia Mecânica. Orientador (a): Prof. Fernando Henrique Mayworm de Araujo Coorientador (a): Prof. Dr. Celso Eduardo Tuna Guaratinguetá - SP 2023 dedico este trabalho de modo especial, à minha mãe. AGRADECIMENTOS Em primeiro lugar agradeço a Deus, por todas as graças que tem dado a mim, em especial agradeço por dar forças para chegar ao fim de mais essa jornada. Aos meus pais, pelo apoio incondicional, por me incentivarem a nunca desistir e me educando pelo exemplo de coragem e dedicação em tudo. Obrigado por serem minha base de segurança e conforto, me guiando, mesmo de longe, nos dias árduos. Ao meu irmão, e meu melhor amigo, por estar sempre do meu lado, trazendo alegria e me ensinando a encarar desafios com mais leveza. Ao meu orientador, Prof. Fernando Henrique Mayworm de Araujo, pelo respaldo, confiança e dedicação, se mostrando sempre prestativo e disposto a me apoiar, desde o início. Aos colaboradores da Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá que, independente do cargo, sempre prestaram um serviço com dedicação e solicitude. Por fim, agradeço a todos os meus amigos que fiz durante o curso, pelo companheirismo e solidariedade. “All men have limits. They learn what they are and then learn not to exceed them. I ignore mine.” Bruce Wayne RESUMO A indústria de painéis de madeira tem como principal resíduo os subprodutos do corte da madeira, formando particulados em grande quantidade. Desta forma, a utilização de sistemas de exaustão locais é um método muito comum para captar estes resíduos, normalmente através de sistemas de transporte pneumático de partículas sólidas por meio de sua mistura com um fluxo de ar. Dito isto, a proposta deste trabalho é a realização do dimensionamento e o projeto conceitual de um sistema de exaustão de resíduos particulados em uma linha de produção de painéis de madeira utilizando transporte pneumático com ventilador centrífugo, com, ao fim da linha o dimensionamento de um filtro de mangas para a separação do particulado sólido. Este trabalho será realizado com dados reais, fornecidos pela indústria, para a execução do projeto de um sistema de exaustão de resíduos particulados de madeira e sua separação por meio da utilização de um filtro de mangas, possibilitando a aplicação prática dos conceitos apresentados nas disciplinas de Mecânica dos Fluidos e Sistemas Fluidomecânicos. . PALAVRAS-CHAVE: Transporte Pneumático; Ventilação Industrial; Filtro de Mangas. Indústria de Painés de Madeira. ABSTRACT The wood panel industry has as its main waste the by-products of wood cutting, forming large amounts of particulate matter. In this way, the use of local exhaust systems is a very common method to capture these residues, normally through pneumatic transport systems of solid particles through their mixture with an air flow. That said, the purpose of this work is to carry out the design and conceptual design of a particulate waste exhaust system in a wood panel production line using pneumatic conveying with a centrifugal fan, with, at the end of the line, the design of a bag filter for the separation of solid particulates. This work will be carried out with real data, provided by the industry, for the execution of the project of a system of exhaustion of particulate wood residues and its separation through the use of a bag filter, allowing the practical application of the concepts presented in the disciplines of Fluid Mechanics and Fluidmechanical Systems. KEYWORDS: Pneumatic Transport; Industrial Ventilation; Bag Filter; Wood Panel Industry. SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................. 10 2 JUSTIFICATIVA ............................................................................................... 11 3 OBJETIVOS ...................................................................................................... 12 3.1 OBJETIVO GERAL ............................................................................................ 12 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................. 12 4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................... 13 4.1 VENTILAÇÃO INDUSTRIAL ........................................................................... 13 4.1.1 Transportes Pneumáticos .................................................................................. 13 4.1.1.1 Equipamentos geradores de pressão .................................................................... 14 4.1.1.2 Tubulações ........................................................................................................... 15 4.1.1.3 Coletores e Filtros de Mangas ............................................................................. 15 4.1.1.4 Válvulas rotativas ................................................................................................ 16 4.2 INDÚSTRIA DE PAINÉIS DE MADEIRA ........................................................ 17 5 METODOLOGIA .............................................................................................. 19 5.1 PROJETO DO SISTEMA ................................................................................... 21 5.2 RESOLUÇÃO DETALHADA PARA UM TRECHO DO SISTEMA ................. 21 5.2.1 Dimensionamento de dutos ............................................................................... 22 5.2.2 Perda de carga nos dutos retos ......................................................................... 23 5.2.3 Perda de carga nas curvas ................................................................................ 25 5.2.4 Perda de carga em bules .................................................................................... 26 5.2.5 Perda de carga no captor .................................................................................. 26 5.3 DIMENSIONAMENTO DO FILTRO DE MANGAS ........................................ 27 5.4 SELEÇÃO DO VENTILADOR .......................................................................... 27 5.5 DIMENSIONAMENTO DA ROSCA TRANSPORTADORA ........................... 28 5.6 DIMENSIONAMENTO DA VÁLVULA ROTATIVA ........................................ 28 6 RESULTADOS E DISCUSSÕES ..................................................................... 29 6.1 RESOLUÇÃO DA PERDA DE CARGA PARA O SISTEMA ........................... 29 6.1.1 Dados fornecidos do equipamento produtor de resíduos ............................... 29 6.1.2 Dimensionamento dos dutos retos .................................................................... 30 6.1.3 Perda de carga nos dutos retos ......................................................................... 31 6.1.4 Perda de carga nas curvas ................................................................................ 32 6.1.5 Perda de carga em bules, expansões e reduções .............................................. 33 6.2 DIMENSIONAMENTO DO FILTRO DE MANGAS ........................................ 33 6.3 SELEÇÃO DO VENTILADOR .......................................................................... 35 6.4 DIMENSIONAMENTO DA ROSCA TRANSPORTADORA ........................... 36 6.5 DIMENSIONAMENTO DA VÁLVULA ROTATIVA ........................................ 37 7 CONCLUSÃO .................................................................................................... 38 REFERÊNCIAS ................................................................................................. 39 BIBLIOGRAFIA CONSULTADA ................................................................... 40 APÊNDICES ...................................................................................................... 41 ANEXOS ............................................................................................................. 44 10 1 INTRODUÇÃO O transporte pneumático de partículas sólidas tem sido frequentemente utilizado em diversas indústrias para a movimentação de materiais, por meio de sua mistura com um fluxo de ar. Para que ocorra esta movimentação, há necessidade de se ter uma quantidade de ar constante e controlável, de forma a se obter um fluxo contínuo da mistura ar/partículas. Além das características do material particulado, outras três variáveis são importantes para a eficiência do transporte pneumático: volume de ar, velocidade e pressão. Devido às características específicas do transporte, há a necessidade de dimensionar uma máquina específica (ventilador, compressor, soprador) para cada projeto, de forma a atender os requisitos de vazão, pressão e velocidade do escoamento bifásico. A indústria de painéis de madeira tem como principal resíduo os subprodutos do corte da madeira, formando particulados em grande quantidade e de diversos tamanhos, como cavacos, serragem e pó. Desta forma, a utilização de sistemas de exaustão locais é um método muito comum para captar estes resíduos. Dito isto, a proposta deste trabalho é a realização do dimensionamento e o projeto conceitual de um sistema de exaustão de resíduos particulados em uma linha de produção de painéis de madeira utilizando transporte pneumático com ventilador centrífugo. Ao fim da linha será dimensionado um filtro de mangas para a separação do particulado sólido, levando em consideração as perdas de carga nos dutos de transporte, bem como no próprio filtro de mangas, o tamanho e vazão do particulado, vazão de ar para transporte e seleção do ventilador adequado para esta finalidade. . 11 2 JUSTIFICATIVA Parte da formação acadêmica de um estudante de Engenharia Mecânica inclui a habilidade do desenvolvimento e criação de desenhos de peças, dispositivos, ferramentas e máquinas, bem como a criação e aprimoramento de sistemas para aplicação na indústria. Com isso, o engenheiro mecânico é o responsável por projetar e desenvolver máquinas e sistemas termodinâmicos e fluidomecânicos para todo tipo de indústria. De forma investigativa e prática, este trabalho será realizado utilizando a aplicação prática dos conceitos apresentados nas disciplinas de Mecânica dos Fluidos e Sistemas Fluidomecânicos, permitindo a execução do projeto de um sistema de exaustão de resíduos particulados de madeira e sua separação por meio da utilização de um filtro de mangas. Essa separação e movimentação do particulado garante um bom funcionamento da operação, por permitir que as máquinas trabalhem sem acúmulo de material, o que pode comprometer a qualidade da produção, além de garantir a segurança e saúde dos colaboradores que estão em contato com o pavilhão e impedir que esse particulado seja disperso no meio ambiente, sendo encaminhado para um descarte ou utilização mais apropriado. 12 3 OBJETIVOS 3.1 OBJETIVO GERAL O presente trabalho tem como objetivo principal o desenvolvimento de um sistema de exaustão de resíduos particulados em uma linha de produção de painéis de madeira utilizando transporte pneumático com ventilador centrífugo, com o dimensionamento de um filtro de mangas para a separação do particulado sólido no final da linha de exaustão. 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Utilizar as especificações da indústria para o projeto da linha de transporte e dos acessórios necessários, com o objetivo de dimensionar os dutos e estimar as perdas de carga do escoamento.  Dimensionar o projeto de um filtro de mangas que atenda às normas ambientais para a emissão de MP (material particulado).  Dimensionar um ventilador centrífugo que atenda as condições do transporte pneumático. 13 4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 4.1 VENTILAÇÃO INDUSTRIAL Como aponta Filippo Filho (2015), devido à importância da presença do ar em todos os ambientes de trabalho, a ventilação se faz presente em praticamente todas as atividades industriais. A ventilação é aplicada tanto nos processos de controle ambiental, agindo nas questões de segurança para o metabolismo do homem quanto nos processos produtivos em si, através de sistemas de transporte de partículas. Devido a estes fatores, a ventilação industrial deve ser planejada e alterada de acordo com as necessidades do ambiente, prevenindo danos à saúde e bem estar dos trabalhadores e inclusive danos à propriedade, garantindo a ordem, a limpeza e a conservação de máquinas e equipamentos ao destinar transporte e locais previstos para depósito de materiais que podem ser descartados por ser potencialmente nocivos e afetar o meio ambiente, poluindo-o. Desta forma, além de remover elementos contaminantes de um determinado local, a ventilação industrial irá garantir o controle da poluição através da captação e coleta destes elementos, a fim de descarta-los ou dar outra finalidade dentro da própria produção, gerando uma possível economia de recursos que até então seriam desperdiçados. 4.1.1 Transportes Pneumáticos Os sistemas de Transporte Pneumático têm como objetivo principal a condução de partículas sólidas através do fluxo de um gás inerte, normalmente o ar, que carrega estas partículas, permitindo o controle e separação dos poluentes do ar no ambiente de trabalho, garantindo que estes possam ser separados e tratados em um equipamento de controle de poluentes, como filtros e lavadores, por exemplo (Filippo Filho, 2015). A quantidade de aplicações dos sistemas de transporte pneumáticos é inúmera dentro do ambiente industrial, devido à grande variedade de produtos que podem ser transportados através de um baixo custo de manutenção, garantindo segurança para os trabalhadores por ser uma operação praticamente automatizada que oferece baixo risco, além de garantir a segurança das partículas transportadas, como, por exemplo, na aplicação no transporte de produtos alimentícios. Segundo Mesquita (1988), em essência, um sistema de transporte pneumático é composto por alguns principais dispositivos, sendo eles: 14  Coletores e Filtros;  Tubulações;  Equipamentos geradores de pressão;  Válvulas rotativas. 4.1.1.1 Equipamentos geradores de pressão São dispositivos responsáveis por gerar a pressão (ou o vácuo) necessária para a movi- mentação do material particulado, os compressores ou ventiladores, fornecendo a vazão ne- cessária para o fluido fazer o transporte do particulado através das tubulações até seu destino (Filippo Filho, 2015). O principal tipo de equipamento utilizado para sistemas pneumáticos é o ventilador cen- trífugo, que consistem de equipamentos com rotores que giram em altas rotações no interior de uma carcaça em espiral. O ar entra no ventilador na direção axial ao eixo de rotação e en- tão é ejetado em um fluxo perpendicular ao eixo de aspiração pelo bocal de descarga. Normalmente os ventiladores centrífugos são divididos em classificações de acordo com o tipo de rotor, podendo ser de pás voltadas para trás, com pás radiais ou rotor de pás curvadas para frente. “Os ventiladores centrífugos de pás para frente e para trás, só são usados quando não há transporte de partículas sólidas e líquidas. Os axiais são usados para grandes vazões e cargas moderadas de partículas” (Silva, 1970, p 129). Figura 4.1 – Foto de um ventilador centrífugo 15 Fonte: Do autor 4.1.1.2 Tubulações Dentro dos sistemas de transporte pneumático, as tubulações tem a função de conduzir a mistura de ar e particulados sólidos desde a entrada até a descarga do sistema, com o objetivo de transportar os particulados mantendo um fluxo de ar com velocidade uniforme ao longo do trajeto, isolando as seções internas do sistema evitando vazamentos. Como aponta Mesquita (1988), o correto dimensionamento da tubulação tem uma im- portância grande no planejamento do sistema, uma vez que a utilização de acessórios, como válvulas, curvas e cotovelos influencia na perda de carga do sistema e, consequentemente no transporte do material. Além disso, a qualidade da instalação e do material, evitando saliên- cias abruptas e o acúmulo de sólidos ao longo da tubulação evita desgaste excessivo e esforço desnecessário sobre o sistema. Figura 4.2 – Foto de dutos de um sistema de transporte Fonte: Do autor 4.1.1.3 Coletores e Filtros de Mangas Os coletores são os dispositivos responsáveis por recolher as partículas sólidas no final da linha de transporte. Normalmente são utilizados ciclones ou filtros de mangas para sólidos finos, geralmente maiores que 5 µm. Já no caso de particulados de maior porte podem ser utilizados um silo de estocagem ou utilizar uma câmara gravitacional. (ZAULI – RIO BRANCO, 1979). 16 A utilização dos filtros é uma das mais antigas formas de remoção de partículas de um fluo gasoso, apresentando uma alta eficiência para uma ampla faixa de tamanhos de partículas. A separação das partículas ocorre quando o fluxo de gás carregado de partículas é forçado contra um meio poroso, os filtros, onde as partículas podem ser coletadas. Os filtros podem ser de tecido, de leitos filtrantes, de painéis compactados, ultrafiltros ou sólidos porosos. No caso dos filtros de tecido, os mais utilizados na aplicação de controle de poluição do ar, podem ser de fios tecidos ou compactados, construídos na forma de tubos, sacos ou envelopes, como afirma Filippo Filho (2015). Com relação à eficiência, filtros de tecido novos tem uma eficiência baixa (em torno de 60%) até que o material particulado comece a se depositar em seus poros, assim subindo sua eficiência para valores em torno de 90% ou mais. Figura 4.3 – Foto de um filtro de mangas com ventilador centrífugo Fonte: Do autor 4.1.1.4 Válvulas rotativas As válvulas rotativas são dispositivos que realizam o controle da quantidade de material particulado que terá passagem através do sistema de transporte pneumático, podendo ser utilizados tanto em entradas quanto em saídas do sistema. Seu funcionamento ocorre com um 17 rotor com palhetas que, ao rotacionar, proporcionam o fluxo de material de forma constante, proporcionando o abastecimento de material na linha de transporte. A vantagem da utilização de válvulas rotativas é a praticidade com o ajuste de vazão, uma vez que a taxa de carregamento de sólido é controlada pela velocidade de rotação da válvula, evitando entupimentos e sobrecarga de material nos dutos de transporte ou até mesmo na saída da linha, no bocal de descarga. (ZAULI – RIO BRANCO, 1979) Figura 4.4 – Foto de uma válvula rotativa com rosca transportadora Fonte: Do autor 4.2 INDÚSTRIA DE PAINÉIS DE MADEIRA O Brasil tem uma grande importância mundial na produção de painéis de madeira a partir de árvores plantadas, reunindo empresas ultramodernas que construíram parques industriais de ultima geração, com atualização constante das plantas já existentes, a fim de atender a demanda por esses materiais. Segundo a Indústria Brasileira de Árvores, a Ibá, o consumo de chapas de madeira, sejam elas de aglomerado, MDP ou MDF, durante o primeiro semestre de 2021 atingiu 4,09 milhões de m³, representando um aumento de 44,1% em comparação aos 2,84 milhões de m³ alcançados nos seis primeiros meses de 2020. Dessa forma, a implantação de linhas contínuas de produção dentro das fábricas se torna uma realidade, permitindo realizar novos processos de impressão, de impregnação, revestimento e de pintura dentro da mesma planta. 18 Indústrias de painéis de madeira possuem como resíduo principal aqueles provenientes de subprodutos do corte da madeira, gerados em grande quantidade em forma de cavacos, serragem e poeira, evidenciando a necessidade da instalação de sistemas de exaustão local. Além de ser um risco para o meio ambiente, os cavacos e pó gerados no processo podem se tornar um risco para o ambiente de trabalho, uma vez que as partículas de madeira se tornam altamente inflamáveis devido a sua maior área de contato. Assim, o processo de exaustão traz segurança e passa a gerar lucro para a empresa, reaproveitando esta matéria prima para diversos outros produtos, como briquetes e chapas produzidas a partir de fibras ou até mesmo geração de energia através da queima em fornos. 19 5 METODOLOGIA Após a apresentação da metodologia estudada, será apresentada a aplicação da mesma no desdobramento do problema. Inicialmente serão apresentados exemplos de cálculos para cada tipo de componente utilizado e, no Tópico 6 (RESULTADOS E DISCUSSÕES), as tabelas com a resolução dos cálculos para todo o sistema. O sistema proposto é um sistema que capte o material ao longo da linha e leve o material ao longo de dutos aéreos até uma linha principal próxima à parede do pavilhão que então irá sair do pavilhão e seguir até um filtro de mangas que irá separar os resíduos do ar e depositá-los em uma caçamba de onde a empresa irá dar o devido fim. O projeto proposto para o layout está apresentado nas figuras 5.1 e 5.2, onde as linhas verdes demonstram o esboço do sistema proposto, as letras são os pontos de captação e as setas indicam o sentido de movimentação do fluxo de ar com o particulado. Trata-se de um sistema que deve atender a um pavilhão composto por uma linha de produção com 11 pontos de captação de resíduos já pré-planejados pela fabricante dos equipamentos da linha. Devido ao fato de ser um material particulado que não necessita de um cuidado para evitar a sua contaminação, o material base para a produção de toda a linha é o aço carbono 1020, muito comum na indústria. Em caso de transporte de material que não pode ser contaminado, como os produtos da indústria alimentícia, por exemplo, seria indicada a utilização de um aço com maior durabilidade, como o aço inoxidável. A Figura 5.1 apresenta o layout de toda a linha de produção, dando destaque para os pontos de captação de material que são levados através dos dutos para o filtro de mangas na parte inferior do projeto. Como é possível observar na figura 5.1, os pontos (A), (B), (C) e (D) são os pontos de captação de material na linha. Nos pontos (A) e (D) existem 3 saídas de captação em cada ponto, no (B) existem 4 saídas de captação e no ponto (C) apenas uma saída. 20 Figura 5.1 - Layout dos dutos na linha de produção Fonte: Do autor Já a Figura 5.2 apresenta o layout simplificado do sistema de uma visita lateral, dando destaque para os pontos de captação de material que são levados através dos dutos para o filtro de mangas na parte inferior do projeto. Figura 5.2 - Vista lateral do layout simplificado dos dutos na linha de produção Fonte: Produção do próprio autor 21 A figura 5.3 apresenta o projeto do sistema em perspectiva isométrica da linha completa, possibilitando a análise da distribuição dos dutos dentro do pavilhão, garantindo que o sistema não interfira na produção da empresa e seja instalado de maneira que seja necessário o mínimo de adaptações na infraestrutura que a empresa já possui. 5.1 PROJETO DO SISTEMA O projeto foi desenvolvido em software CAD para auxiliar na montagem e nos cálculos. No apêndice são mostradas as vistas isométricas com indicação de diâmetros e acessórios da linha. A figura 5.3 apresenta a vista isométrica de todo o sistema, onde as linhas pretas representam os equipamentos propostos para o sistema, incluindo, tubulações, filtro de mangas, rosca transportadora, e ventilador, as letras indicam os pontos de captação do sistema e as linhas em vermelho o fluxo de ar e particulado. Figura 5.3 – Desenho isométrico do sistema completo Fonte: Produção do próprio autor 5.2 RESOLUÇÃO DETALHADA PARA UM TRECHO DO SISTEMA Para exemplificar a resolução dos cálculos, será apresentado com mais detalhes o 22 desenvolvimento referente à linha de dutos que sai do ponto (C) até a linha principal. Figura 5.4 – Desenho isométrico da linha C à Linha Principal Fonte: Produção do próprio autor 5.2.1 Dimensionamento de dutos Para o desenvolvimento do presente trabalho, o método para o dimensionamento de dutos se baseia no cálculo da equação (1) que determina a vazão volumétrica (MESQUITA; GUIMARÃES; NEFUSSI, 1988): 𝑄 = 𝐴𝑉 (1) onde Q é a vazão, em m³/s, V é a velocidade do fluxo, em m/s, e A é a área transversal da seção do duto, em m². Normalmente se faz a utilização de dutos de seção circulares na ventilação industrial, por oferecerem velocidades de ar mais uniformes e inclusive, minimizando o acumulo de material dentro do duto. A perda de carga deve ser calculada em todos os trechos da tubulação, utilizando os valores de diâmetro e vazão de cada trecho, onde o diâmetro (D), em m, pode ser determinado através da equação (2) (MESQUITA; GUIMARÃES; NEFUSSI, 1988): 23 𝐷 = √ 4 ∙ 𝑄 𝜋 ∙ 𝑉 (2) Para o ponto (C), é informado pelo fabricante da linha que a saída possui uma velocidade de saída de 25 m/s em um duto com diâmetro de 135 mm (Anexo C). Dessa forma, aplicando a equação (1), pode-se calcular a vazão nesse ponto do sistema. Q = π ∙ 0,1352 4 ∙ 25 = 𝟎, 𝟑𝟓𝟖 𝐦𝟑/𝐬 Tendo os valores de vazão, diâmetro e área dos dutos, pode-se passar para os cálculos da perda de carga. Na saída da máquina, no ponto C, é fornecida uma coifa que aumenta o diâmetro de 135 mm para 150 mm, assim, os dutos que seguem a partir deste ponto seguirão com a mesma medida, sendo então necessário recalcular a velocidade de escoamento uma vez que é sabida a vazão. V = Q 𝐴 = 0,358 π ∙ 0,1502 4 = 𝟐𝟎, 𝟐𝟔 𝐦/𝐬 5.2.2 Perda de carga nos dutos retos Deve ser feito o dimensionamento do comprimento da tubulação e seu diâmetro, bem como o material de construção. Para essa determinação, a análise abrange todos os pontos de tubulação, incluindo curvas e acessórios. Dessa forma, para o cálculo de perda de carga em dutos circulares retos pode ser utilizada a equação (3), de Darcy-Weisbach (Filippo Filho, 2015): ∆𝑝 = 𝑓 ∙ 𝐿 𝐷 ∙ 𝜌 ∙ 𝑉² 2 (3) 24 onde ∆p é a perda de carga, em m, f é o fator de atrito, adimensional, L o comprimento do duto, em m, D é o diâmetro do duto, em m, ρ é a massa específica do fluido, em kg/m³, e V a velocidade do ar em m/s. O fator de atrito f pode ser determinado de diversas maneiras, como através da equação de Colebrook, diagrama de Moody ou pelas equações de Aldsul, Miller ou Haaland, sendo essas derivadas da equação de Colebrook e permitindo um elevado grau de precisão. Para este trabalho será utilizada a equação (4), conhecida como Equação de Haaland (Filippo Filho, 2015): 𝑓 = 0,3086 ∙ {𝑙𝑜𝑔 [( 𝜀/𝐷 3,7 ) 1,11 + 6,9 𝑅𝑒 ]} −2 (4) em que ε é o valor da rugosidade absoluta, em mm, e Re é o número de Reynolds. O número de Reynolds é um número adimensional que determina o regime de escoamento do fluido, calculado com a equação (5) (MELCONIAN, 2018): 𝑅𝑒 = 𝜌𝑉𝐷 𝜇 (5) onde D é o diâmetro do duto, em m, ρ é a massa específica do fluido, em kg/m³, V a velocidade do fluido, em m/s, e μ é a viscosidade dinâmica do fluido, em N.s/m³. Tendo a nova velocidade, utilizando a equação (5), pode-se calcular o número de Reynolds para o trecho C. No caso, considerando a temperatura do fluido de 30ºC, a massa específica do ar utilizada será de 1,16 kg/m³ e a viscosidade de 186,1x10 −7 N.s/m³ (Incropera,1990). 𝑅𝑒 = 𝜌𝑉𝐷 𝜇 = 1,16 ∙ 20,26 ∙ 0,150 186,1 ∙ 10−7 = 𝟏𝟖𝟗. 𝟒𝟐𝟕 Tendo o número de Reynolds do trecho é possível calcular o fator de atrito do mesmo, utilizando a equação (4) e com a rugosidade para o aço comercial de 0,05 mm (Filippo Filho, 2015). 25 𝑓 = 0,3086 ∙ {𝑙𝑜𝑔 [( 0,05 150 3,7 ) 1,11 + 6,9 195959 ]} −2 = 𝟎, 𝟎𝟏𝟕𝟖𝟏𝟎 Saindo do ponto (C), um duto de 1,8 m leva o fluido horizontalmente em direção à parede, um duto de 5,23 m leva o fluido até a altura de 5,4 m do solo, onde, após uma curva de 90º, um outro duto de 8,65 m leva o fluido até a linha principal que irá se unir aos outros dutos por bules para chegar ao ponto de entrada do filtro de mangas. Assim, totalizam-se 15,69 m de tubulação. Tendo o comprimento da tubulação, calcula-se a perda de carga para os trechos retos de C à linha principal com a equação (3) (Melconian, 2018). ∆𝑝 = 𝑓 ∙ 𝐿 𝐷 ∙ 𝜌 ∙ 𝑉2 2 = 0,017744 ∙ 15,69 0,150 ∙ 1,16 ∙ 20,262 2 = 𝟒𝟒𝟑, 𝟑𝟔 𝐏𝐚 O Anexo A apresenta valores da rugosidade absoluta para os materiais comumente utilizados na indústria. 5.2.3 Perda de carga nas curvas Para o cálculo das perdas de carga localizadas do sistema, em conexões, curvas e outros acessórios, foi utilizado o método do fator K. “Nesse método, a perda de carga é proporcional à componente de energia cinética, ou altura cinética, do escoamento (V²/2g). A constante de proporcionalidade é o fator K, determinado para cada tipo de acessório” (Filippo Filho, 2015, p 69). A Equação (6) (Filippo Filho, 2015) é aplicada para esse cálculo, onde ha é a perda de carga, em Pa, V é a velocidade do fluido, em m/s, g é a aceleração da gravidade, em m/s² e ρ é a massa específica do fluido, em kg/m³. 𝑕𝑎 = 𝐾 ∙ 𝜌 ∙ 𝑉2 2 (6) No trecho em análise, do ponto (C) à linha principal existem duas curvas de 90º e uma curva de 45º, com valores do fator K de 0,4 e 0,2, respectivamente (Filippo Filho, 2015). Para as curvas de 90º o cálculo foi: 26 𝑕𝑎 = 𝐾 ∙ 𝜌 ∙ 𝑉2 2 = 0,4 ∙ 1,16 ∙ 20,262 2 = 𝟗𝟓, 𝟐𝟑 𝐏𝐚 Como são duas curvas basta realizar a multiplicação do resultado por 2, totalizando 190,46 Pa. No caso da curva de 45º, o cálculo realizado foi: 𝑕𝑎 = 𝐾 ∙ 𝜌 ∙ 𝑉2 2 = 0,2 ∙ 1,16 ∙ 20,262 2 = 𝟒𝟕, 𝟔𝟏 𝐏𝐚 Dessa forma, a perda de carga total em curvas no segmento analisado ΔPcurvas= 238,07 Pa. O fator K pode ser obtido através de diversas tabelas e fórmulas para o cálculo desse fator, pois ele varia principalmente pelo tipo de acessório, seu diâmetro e a forma de conexão do acessório nos dutos, como por exemplo, diferentes valores para acessórios soldados ou rosqueados. O Anexo B apresenta alguns valores do fator K para os principais acessórios. 5.2.4 Perda de carga em bules Na entrada do duto principal, vindo do ponto (C), há um bule de uma entrada, com ângulo de 45º. Para o cálculo da perda de carga localizada nesse ponto será utilizado o método do fator K, onde o valor do fator utilizado é de 0,3, aplicado na equação (6) (Woods Of Colchester, 1970). 𝑕𝑎 = 𝐾 ∙ 𝜌 ∙ 𝑉2 2 = 0,3 ∙ 1,16 ∙ 20,262 2 = 𝟕𝟏, 𝟒𝟐 𝐏𝐚 5.2.5 Perda de carga no captor A perda de carga no captor foi dado pela empresa fabricante do equipamento de onde serão transportados os resíduos, assim, a perda de carga informada é de 80 mm de coluna de água (Anexo C). Uma vez apresentado um exemplo do cálculo das perdas para um trecho do sistema, o dimensionamento do filtro de mangas e a seleção do ventilador serão executados após a de- 27 monstração de todos os resultados do sistema, uma vez que se faz necessária a utilização dos valores totais de vazão e perda de carga do sistema. 5.3 DIMENSIONAMENTO DO FILTRO DE MANGAS O dimensionamento do filtro de mangas se dá com a vazão total do sistema e a granulometria do material a ser deslocado. A seleção do material da manga é informada pelo fabricante da manga de acordo com a granulometria do material. Assim, a seleção da quantidade de mangas é feito com o cálculo da área filtrante total que deve ser feita com a Equação (7) (ZAULI – RIO BRANCO, 1979): 𝐴𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑄𝑡 𝐴𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 (7) onde Afiltrante total (m²) é a área que o somatório de mangas deve ter para atender a demanda do sistema, Qt (m³/h) é a vazão total do sistema e Afiltrante (m³/h/m²) é a capacidade filtrante definida pelo material da manga. Assim, tendo a área total de material filtrante necessário, faz-se a divisão por área filtrante de cada manga. Como as mangas são vendidas em formato cilíndrico, o cálculo da quantidade de mangas necessárias para o filtro se dá pela equação (8) (ZAULI – RIO BRANCO, 1979): 𝑁𝑚𝑎𝑛𝑔𝑎𝑠 = 𝐴𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝜋 ∙ 𝐷 ∙ 𝐻 (8) onde D (m) é o diâmetro da manga e H (m) é a altura da manga. 5.4 SELEÇÃO DO VENTILADOR Existe uma gama gigantesca de ventiladores na indústria dos mais diversos fabricantes, sendo que cada um deles apresenta as características de cada modelo de sua produção para que se escolha aquele que mais se adeque às necessidades do seu projeto. Normalmente esses valores são apresentados em forma das curvas características de cada modelo de ventilador ou tabelas com as características determinadas experimentalmente. “As características reais das máquinas são importantes para fins de seleção e análise de desempenho. Tais curvas relacionam altura útil de elevação, rendimento e potência em função 28 da vazão (H x Q; η x Q; P x Q).” (Filippo Filho, 2015, p 187). Assim, tendo os dados técnicos necessários para atingir no projeto, deve-se buscar um modelo que chegue o mais próximo das necessidades reais. 5.5 DIMENSIONAMENTO DA ROSCA TRANSPORTADORA Para realizar o dimensionamento da rosca transportadora, utilizada para retirar o material dos cantos do fundo do filtro de mangas e mover para a válvula rotativa, é considerada a vazão máxima de material sólido por hora, determinada pela equação (9) (ZAULI – RIO BRANCO, 1979). 𝑄𝑟𝑜𝑠𝑐𝑎 = 𝐷𝑒𝑥𝑡. 2 ∙ 0,7854 ∙ 𝑃 ∙ 𝑅𝑃𝑀 (9) onde Qrosca é a vazão da rosca, em m³/min, Dext é o diâmetro da rosca, em m, P é o passo, em m, e RPM é a rotação da rosca. O passo normalmente tem o mesmo valor do diâmetro externo, mas ambos podem ser atribuídos empiricamente, desde que seja atendido o valor de vazão necessário e a velocidade de rotação não ultrapasse 110 rpm. (ZAULI – RIO BRANCO, 1979). O consumo da rosca (Crosca) , em CV, é definido pela equação (10) (ZAULI – RIO BRANCO, 1979): 𝐶𝑟𝑜𝑠𝑐𝑎 = 𝑄𝑟𝑜𝑠𝑐𝑎 ∙ 𝐿 ∙ 𝑓 270 (10) onde Qrosca é a vazão da rosca, em ton/h, L é o comprimento da rosca, em m e f é o fator de atrito, que varia de acordo com o material transportado. Vale lembrar que o valor considerado para a vazão da rosca transportadora deve girar em torno de 140% do valor real de vazão de material sólido do sistema, a fim de evitar possíveis entupimentos. 5.6 DIMENSIONAMENTO DA VÁLVULA ROTATIVA A válvula rotativa deve ter uma capacidade maior que a da rosca transportadora, e trabalhar com uma vazão próxima de 25% de sua capacidade máxima. Para determinar a 29 largura da válvula, pode-se adotar esta como um múltiplo de 1,1 vezes o valor do diâmetro. (ZAULI – RIO BRANCO, 1979). Adotando-se essa proporção, o cálculo da vazão, em m³/h, é expresso pela equação (11) (ZAULI – RIO BRANCO, 1979): 𝑄𝑣𝑎𝑙 = 𝐷³ ∙ 11,66319 ∙ 𝑛 (11) onde D é o diâmetro da válvula, em m, e n é a rotação em rpm. 6 RESULTADOS E DISCUSSÕES 6.1 RESOLUÇÃO DA PERDA DE CARGA PARA O SISTEMA Após apresentar a solução dos cálculos detalhados para um trecho de dutos do sistema, as tabelas a seguir (6.1 à 6.8) demonstrarão os resultados obtidos para as demais linhas do sistema, seguindo os mesmos princípios exemplificados no tópico 6.2. Os pontos do sistema, utilizados para os cálculos dos trechos de dutos e perdas de carga, estão demonstrados na figura do Apêndice A. 6.1.1 Dados fornecidos do equipamento produtor de resíduos Na tabela 6.1 encontram-se os dados fornecidos pelo fabricante do equipamento (Anexo C) de onde serão transportados os resíduos, necessários para o dimensionamento do sistema de exaustão. Tabela 6.1 – Dados iniciais do problema Saída de Extração Superior Saída de Extração Inferior Pontos Quant. Diâmetro (mm) Velocidade (m/s) Perda de carga (mmca) Quant. Diâmetro (mm) Velocidade (m/s) Perda de carga (mmca) A 2 175 30 120 1 175 20 120 B 3 175 35 120 1 200 35 120 C 0 - - - 1 135 25 80 D 2 175 30 120 1 175 20 80 Fonte: Fornecido pela empresa de painéis 30 6.1.2 Dimensionamento dos dutos retos Na tabela 6.2 se encontram os diâmetros, velocidades e as vazões em cada trecho de dutos do sistema, sendo as vazões calculadas pela equação (1) a partir dos valores de veloci- dade e área dos dutos. Tabela 6.2 – Dimensionamento dos dutos retos Segmento Diâmetro (mm) Área (m²) Comprimento (m) Velocidade (m/s) Vazão (m³/s) Vazão (m³/h) A-1 200 0,03141593 1,800 15,313 0,481 1731,803 A-2 200 0,03141593 3,055 22,969 0,722 2597,704 A-3 200 0,03141593 3,355 22,969 0,722 2597,704 1-4 200 0,03141593 5,235 15,313 0,481 1731,803 2-3 200 0,03141593 1,205 22,969 0,722 2597,704 3-4 280 0,06157522 1,205 23,438 1,443 5195,409 4-5 350 0,09621128 8,070 20,000 1,924 6927,212 B-6 200 0,03141593 1,800 35,000 1,100 3958,407 B-7 200 0,03141593 2,864 26,797 0,842 3030,655 B-8 200 0,03141593 2,830 26,797 0,842 3030,655 B-9 200 0,03141593 2,804 26,797 0,842 3030,655 6-10 200 0,03141593 5,235 35,000 1,100 3958,407 7-8 200 0,03141593 0,800 26,797 0,842 3030,655 8-9 280 0,06157522 0,800 27,344 1,684 6061,310 9-10 350 0,09621128 1,004 26,250 2,526 9091,965 10-11 400 0,12566371 7,528 28,848 3,625 13050,372 C-12 150 0,01767146 1,800 20,260 0,358 1288,249 12-13 150 0,01767146 5,235 20,260 0,358 1288,249 13-14 150 0,01767146 8,650 20,260 0,358 1288,249 D-15 200 0,03141593 1,800 15,313 0,481 1731,803 D-16 200 0,03141593 3,055 22,969 0,722 2597,704 D-17 200 0,03141593 3,355 22,969 0,722 2597,704 15-18 200 0,03141593 5,235 15,313 0,481 1731,803 16-17 200 0,03141593 1,205 22,969 0,722 2597,704 17-18 280 0,06157522 1,205 23,438 1,443 5195,409 18-19 350 0,09621128 8,070 20,000 1,924 6927,212 5-11 350 0,09621128 6,638 20,000 1,924 6927,212 11-20 550 0,23758294 10,460 23,357 5,549 19977,584 19-14 350 0,09621128 9,305 20,000 1,924 6927,212 14-20 370 0,10752101 18,150 21,224 2,282 8215,461 21-22 650 0,33183072 1,036 23,601 7,831 28193,045 23-24 880 0,60821234 6,050 12,876 7,831 28193,045 25-26 880 0,60821234 8,970 12,876 7,831 28193,045 Fonte: Produção do próprio autor 31 6.1.3 Perda de carga nos dutos retos A tabela 6.3 apresenta os valores da perda de carga para cada segmento, tendo como base os valores de velocidade encontrados no tópico 6.2.2 e utilizando as equações (3), (4) e (5) para o cálculo. Tabela 6.3 – Perda de carga nos dutos retos Segmento Diâmetro (mm) Comprimento (m) Velocidade (m/s) Reynolds f ΔP (Pa) A-1 200 1,800 15,313 190892 0,017292 21,17 A-2 200 3,055 22,969 286338 0,016517 77,20 A-3 200 3,355 22,969 286338 0,016517 84,78 1-4 200 5,235 15,313 190892 0,017292 61,56 2-3 200 1,205 22,969 286338 0,016517 30,45 3-4 280 1,205 23,438 409054 0,015369 21,07 4-5 350 8,070 20,000 436325 0,014932 79,88 B-6 200 1,800 35,000 436325 0,015900 101,68 B-7 200 2,864 26,797 334061 0,016271 97,04 B-8 200 2,830 26,797 334061 0,016271 95,89 B-9 200 2,804 26,797 334061 0,016271 95,01 6-10 200 5,235 35,000 436325 0,015900 295,70 7-8 200 0,800 26,797 334061 0,016271 27,11 8-9 280 0,800 27,344 477230 0,015146 18,77 9-10 350 1,004 26,250 572676 0,014535 16,66 10-11 400 7,528 28,848 719254 0,014038 127,52 C-12 150 1,800 20,260 189427 0,017810 50,88 12-13 150 5,235 20,260 189427 0,017810 147,97 13-14 150 8,650 20,260 189427 0,017810 244,50 D-15 200 1,800 15,313 190892 0,017292 21,17 D-16 200 3,055 22,969 286338 0,016517 77,20 D-17 200 3,355 22,969 286338 0,016517 84,78 15-18 200 5,235 15,313 190892 0,017292 61,56 16-17 200 1,205 22,969 286338 0,016517 30,45 17-18 280 1,205 23,438 409054 0,015369 21,07 18-19 350 8,070 20,000 436325 0,014932 79,88 5-11 350 6,638 20,000 436325 0,014932 65,70 11-20 550 10,460 23,357 800755 0,013457 80,98 19-14 350 9,305 20,000 436325 0,014932 92,10 14-20 370 18,150 21,224 489496 0,014676 188,10 21-22 650 1,036 23,601 956198 0,013025 6,71 23-24 880 6,050 12,876 706283 0,013149 8,69 25-26 880 8,970 12,876 706283 0,013149 12,89 Fonte: Produção do próprio autor 32 A temperatura do fluido considerada foi de 30ºC e a aceleração da gravidade igual a 9,81 m/s² (Melconian, 2018). A massa específica do ar utilizada será de 1,16 kg/m³, com uma viscosidade de 186,1x10 −7 N.s/m³ (Incropera,1990). A rugosidade para o aço comercial utilizada (ε) foi de 0,05mm (Filippo Filho, 2015). 6.1.4 Perda de carga nas curvas A tabela 6.4 apresenta os valores da perda de carga para as curvas do sistema, dividida em segmentos, considerando os valores do fator K de 0,2 para curvas de 45º e 0,4 para curvas de 90º (Filippo Filho, 2015). Tabela 6.4 – Perda de carga nas curvas Segmento Velocidade (m/s) Curvas 45º Curvas 90º ΔP (Pa) A-1 15,313 0 1 54,40 A-2 22,969 0 1 122,39 A-3 22,969 1 0 61,20 1-4 15,313 1 0 27,20 4-5 20,000 0 1 92,80 B-6 35,000 0 1 284,20 B-7 26,797 0 1 166,59 B-8 26,797 1 0 83,30 B-9 26,797 1 0 83,30 6-10 35,000 1 0 142,10 10-11 28,848 1 0 96,53 C-12 20,260 0 1 95,23 12-13 20,260 0 1 95,23 13-14 20,260 1 0 47,61 D-15 15,313 0 1 54,40 D-16 22,969 0 1 122,39 D-17 22,969 1 0 61,20 15-18 15,313 1 0 27,20 18-19 20,000 0 1 92,80 11-20 23,357 1 0 63,29 14-20 21,224 0 1 104,51 20-21 23,601 0 1 129,22 23-24 12,876 0 2 76,93 Fonte: Produção do próprio autor 33 6.1.5 Perda de carga em bules, expansões e reduções A tabela 6.5 apresenta os valores da perda de carga para os bules, expansões e reduções do sistema. Foram projetados todos os bules com um ângulo de 45º, com um fator K de 0,3 (Woods Of Colchester, 1970). O fator K das expansões e reduções varia de acordo com o tamanho do diâmetro inicial e final, a fonte desses valores se encontra no anexo E. Tabela 6.5 – Perda de carga nos Bules, Expansões e Reduções Segmento Velocidade (m/s) Quant. de Bules Quant. de Expansões Fator K da Ex- pansão ΔP (Pa) A-3 22,969 1 0 0 91,80 1-4 15,313 1 0 0 40,80 2-3 22,969 0 1 0,15 45,90 3-4 23,438 0 1 0,075 23,90 B-8 26,797 1 0 0 124,94 B-9 26,797 1 0 0 124,94 6-10 35,000 1 0 0 213,15 7-8 26,797 0 1 0,15 62,47 8-9 27,344 0 1 0,075 32,52 9-10 26,250 0 1 0,05 19,98 10-11 28,848 1 0 0 144,80 13-14 20,260 1 0 0 71,42 D-17 22,969 1 0 0 91,80 15-18 15,313 1 0 0 40,80 16-17 22,969 0 1 0,15 45,90 17-18 23,438 0 1 0,15 47,79 5-11 20,000 0 1 0,3 69,60 11-20 23,357 1 0 0 94,93 19-14 20,000 0 1 0,05 11,60 14-20 21,224 0 1 0,48 125,41 21-22 23,601 0 1 0,5 161,53 23-24 48,945 0 1 0,5 694,72 12,876 1 0,075 7,21 Fonte: Produção do próprio autor 6.2 DIMENSIONAMENTO DO FILTRO DE MANGAS O dimensionamento do filtro de mangas se dá com a vazão total do sistema e seu esboço de projeto pode ser observado na Figura 6.5. No caso em estudo, a vazão total do sistema é de 28.193 m³/h. 34 O material em questão é o pó de madeira com granulometria informada pela empresa em torno de 0,2 mm. Para o pó de madeira, o tipo de manga filtrante indicada pelo fabricante (Renner Têxtil Ltda) é o feltro agulhado de poliéster, com gramatura de 550 g/m², com capacidade filtrante de 107 m³/h/m², ou 1,8 m³/min/m². As mangas escolhidas foram mangas com diâmetro de 150 mm x 3.100 mm de altura. Dessa forma, a área filtrante total deve ser de: 𝐴𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑄𝑡 𝐶𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 = 28.193 107 = 𝟐𝟔𝟐, 𝟗𝟓 𝒎² Enquanto o número de mangas é dado por: 𝑁𝑚𝑎𝑛𝑔𝑎𝑠 = 𝐴𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝜋 ∙ 𝐷 ∙ 𝐻 = 262,95 𝜋 ∙ 0,15 ∙ 3,1 = 𝟏𝟖𝟎 𝒎𝒂𝒏𝒈𝒂𝒔 Assim, o filtro de mangas foi dimensionado para ter 18 fileiras com 10 mangas cada. O sistema de limpeza empregado no filtro será um dispositivo pulse jet com controle eletrônico da válvula de escape acionada por uma solenoide, que libera ar com alta pressão na saída de ar das mangas para fazer com que o pó que está preso nas mangas caia e seja deposi- tado no fundo do filtro. A perda de carga do filtro de mangas é determinada empiricamente e varia entre 60 e 120 mmca onde, para efeito de segurança, será adotado o maior valor. Figura 6.5 – Layout do Filtro de mangas com o ventilador centrífugo 35 Fonte: Produção do próprio autor 6.3 SELEÇÃO DO VENTILADOR Para selecionar o ventilador deve ser escolhido um que vença a maior perda de carga apresentada por um único trecho e seja capaz de gerar uma vazão volumétrica maior ou igual à total do sistema, bem como uma velocidade que atenda aos cálculos de velocidade para transporte. A tabela abaixo mostra a soma das perdas de carga distribuídas e localizadas de todos os segmentos do sistema, apresentados nas tabelas anteriores (6.1 à 6.5) e, incluindo os valores nos captores e dutos depois do filtro e do ventilador. Tabela 6.6 – Perda de carga total dos segmentos Segmento ΔP (mmca) A-Saída do Sistema 447,547 B-Saída do Sistema 540,018 C-Saída do Sistema 320,120 D-Saída do Sistema 372,837 Fonte: Produção do próprio autor O trecho em negrito na tabela (6.6) apresenta o valor do trecho com maior perda de car- ga a ser considerada para a seleção do ventilador. 36 Tendo os valores de todo o sistema calculados, é possível buscar com os dados um ven- tilador que atenda as especificações observando as curvas e planilhas para a seleção do venti- lador. Na Tabela 6.7, são apresentados os dados obtidos a partir da planilha característica do ventilador CLB – 70 – T1. Tabela 6.7 – Dados para seleção do ventilador Q (m³/min) P (mmca) Eficiencia (%) CV 91,41 580,30 51 19,3 182,82 595,37 59 29,2 274,23 602,92 78 39,3 365,64 595,37 83 48,6 457,05 561,46 84 56,6 469,88 541,54 84 62,2 548,46 482,33 80 76,2 639,87 346,67 68 85,6 731,28 165,80 39 95,0 Fonte: Produção do próprio autor A Tabela 6.8 apresenta as características técnicas do ventilador selecionado com base nos dados do trabalho. O apêndice F apresenta a curva característica simplificada do ventila- dor, plotada com os dados retirados da Tabela 6.7. Tabela 6.8 – Características Técnicas do Ventilador Modelo CLB - 70 - T1 Vazão de ar (m³/min) 470 m³/min Pressão (mmca) 542 Rotação (rpm) 2665 Consumo (CV) 62 Temperatura (ºC) 30 Velocidade Periférica (m/s) 97,6 m/s Motor Elétrico 75 CV, 4 pólos Quantidade 1 Ventilador Fonte: Produção do próprio autor 6.4 DIMENSIONAMENTO DA ROSCA TRANSPORTADORA A rosca transportadora utilizada terá como base o valor de 8,6 m³/h de material, informado pela empresa. Assim, deve-se adotar valores de diâmetro e rotação onde o 37 resultado da vazão seja maior ou igual o valor de 21,5 m³/h de material, o que equivale a 0,358 m³/min. Para o passo, o valor utilizado será de 250 mm e 270 mm para o diâmetro, assim, a determinação da rotação será determinada por: 𝑅𝑃𝑀 = 0,358 0,2702 ∙ 0,7854 ∙ 0,250 = 𝟐𝟓 𝒓𝒑𝒎 A conversão da vazão de material para ton/h, considerando a massa específica de material igual a 150 kg/m³, se dá por: 𝑄𝑡𝑜𝑛 = 8,6 ∙ 150 1000 = 𝟏, 𝟑 𝒕𝒐𝒏/𝒉 Tendo o valor da rotação, vazão e comprimento da rosca, sendo esta projetada para ter um comprimento de 2,2 m, e considerando o fator de atrito para o material igual a 8 (ZAULI – RIO BRANCO, 1979), o consumo da rosca é dado por: 𝐶𝑟𝑜𝑠𝑐𝑎 = 𝑄𝑟𝑜𝑠𝑐𝑎 ∙ 𝐿 ∙ 𝑓 270 = 1,3 ∙ 2,2 ∙ 8 270 = 𝟎, 𝟎𝟖 𝑪𝑽 Por ser um valor muito pequeno de potência, deverá ser utilizado um motor de 3 CV para a rosca transportadora, a fim de evitar possíveis travamentos no caso de acúmulo de ma- terial. 6.5 DIMENSIONAMENTO DA VÁLVULA ROTATIVA Considerando novamente o valor da vazão de material de 8,6 m³/h, a válvula rotativa deve trabalhar com uma capacidade de 34,7 m³/h, o que equivale a 0,58 m³/min. Adotando um diâmetro de 450 mm e uma largura de 495 mm, a rotação deverá ser de: 𝑛 = 𝑄𝑣𝑎𝑙 𝐷3 ∙ 11,66319 = 34,7 0,4503 ∙ 11,66319 = 33 𝑟𝑝𝑚 onde R é o raio da válvula, em m, L é o comprimento da válvula, em m, n é a rotação em rpm. 38 7 CONCLUSÃO O trabalho mostra um possível layout de um sistema de exaustão de resíduos particulados em uma linha de produção de painéis de madeira utilizando transporte pneumático com ventilador centrífugo, um filtro de mangas com rosca transportadora e uma válvula rotativa para a separação do particulado sólido no final da linha de exaustão. Foram apresentados todos os conceitos utilizados, as especificações da indústria para o projeto da linha de transporte e dos acessórios necessários, os cálculos de perda de carga, características para seleção do ventilador e dimensionamento do filtro de mangas. Os resultados apresentados ao longo do projeto demonstram as principais características no desenvolvimento de um sistema de transporte pneumático para transporte de material particulado, sistema esse que é muito utilizado em diversos meios da indústria, comprovando que os objetivos foram alcançados, uma vez que todos os cálculos são apresentados e demonstram que o sistema proposto atende às demandas necessárias para alcançar com eficiência o transporte e a filtragem do material particulado, permitindo que este material seja reutilizado ou descartado corretamente no final do processo. Assim, pode servir como base não só para outros projetos da indústria de painéis de madeira, mas também projetos para indústria moveleira, alimentícia, de mineração, entre outras, uma vez que são sistemas com grande eficiência e auxiliam o processo produtivo de diversos ramos industriais, garantindo segurança e rendimento dentro da linha de produção. 39 REFERÊNCIAS FILIPPO FILHO, Guilherme. Bombas, ventiladores e compressores: fundamentos. São Paulo: Érica, 2015. IBÁ. Dados estatísticos. [São Paulo, SP: Indústria Brasileira de Árvores, 2017]. Disponível em: https://www.iba.org/dados-estatisticos. Acesso em: 05 fev. 2022. INCROPERA, F.P.; DEWITT, D.P. Fundamentos de transferência de calor e de massa. 3. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1990. MELCONIAN, Sarkis. Sistemas fluidomecânicos: hidráulica e pneumática. São Paulo: Érica, 2018. MESQUITA, Armando Luís de Souza; GUIMARÃES, F. A.; NEFUSSI, N.. Engenharia de ventilação industrial. 2. ed. São Paulo: Cetesb, 1988. SILVA, Remi Benedito. Ventilação. 2. ed. São Paulo: Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, 1970. WOODS OF COLCHESTER. Guía práctica de la ventilación. Barcelona: Blume, 1970. ZAULI – RIO BRANCO. Transporte pneumático. São Paulo: (Apostila), 1979. 40 BIBLIOGRAFIA CONSULTADA COMMITTEE ON INDUSTRIAL VENTILATION. Industrial ventilation: a manual of recommended practice. 16. ed. Lansing: American Conference Of Governmental Industrial Hygienists, 1980. EID, Guilherme T. Dimensionamento de um sistema de exaustão local em uma indústria moveleira. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2009. FOX, Robert W.; MCDONALD, Alan T.; PRITCHARD, Philip J.; MICHTELL, John W.. Introdução à mecânica dos fluidos. 9. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2018. MACINTYRE, Archibald Joseph. Ventilação industrial e controle da poluição. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 1990. NOGUEIRA, A. C. R; CLEZAR, C. A. Ventilação industrial. 2. ed. Florianópolis: Universidade Federal de Santa Catarina, 2009. SCHEIBEL, Matheus. Avaliação e dimensionamento de um sistema de transporte pneumático em uma indústria de leite em pó. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) - Universidade do Vale do Taquari, Lajeado, 2018. TEIXEIRA, Ciro. Transporte pneumático: conceitos e especificações. Rio de Janeiro: Bonecker, 2019. 41 APÊNDICES APÊNDICE A – Vista isométrica dos trechos do sistema APÊNDICE B – Vista isométrica do trecho A – Linha Principal 42 APÊNDICE C – Vista isométrica do trecho B – Linha Principal APÊNDICE D – Vista isométrica do trecho C – Linha Principal 43 APÊNDICE E – Vista isométrica do trecho D – Linha Principal APÊNDICE F – Curva Q x P do ventilador CLB – 70 – T1 580,30 595,37 602,92 595,37 561,46 541,54 482,33 346,67 165,80 19,3 29,2 39,3 48,6 56,6 62,2 76,2 85,6 95,0 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00 91,41 182,82 274,23 365,64 457,05 469,88 548,46 639,87 731,28 P ( m m ca ) Q (m³/min) P (mmca) CV 44 ANEXOS ANEXO A – Valores de ε (rugosidade relativa) de materiais comuns na indústria (Filippo Filho, 2015). ANEXO B – Valores do fator K para os principais acessórios (Filippo Filho, 2015). 45 ANEXO C – Dados iniciais do problema, fornecidos pelo cliente (Adaptado). ANEXO D – Perdas de carga em mudanças de direção (Woods Of Colchester, 1970). ANEXO E – Perdas de carga em expansões e reduções (Woods Of Colchester, 1970).