Por John Woolever, Gerente de produto da Donaldson Torit
A coleta de pó usando elementos filtrantes plissados conhecidos como cartuchos se tornou uma solução onipresente para as exigências de ventilação industrial nas últimas décadas. Equipamento de coleta de pó de cartucho pode ser agrupado em duas categorias com base na orientação do cartucho e no projeto do fluxo de ar do gabinete:
1) Um coletor de fluxo descendente com filtros de cartucho posicionados horizontalmente e a entrada de ar sujo posicionada acima de todos os elementos filtrantes; e
2) Projetos de coletores de fluxo cruzado ou de fluxo ascendente com filtros de cartucho pendurados verticalmente e a entrada de ar sujo posicionada abaixo ou na lateral do meio filtrante.
Alguns no mercado de ventilação industrial afirmam que um coletor com cartuchos verticais é superior; citam exemplos anedóticos sem dados de suporte. No entanto, fatos confiáveis apoiam as vantagens de um projeto de coletor de fluxo descendente, incluindo o Industrial Ventilation Manual (Manual de ventilação industrial) da American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH®, Conferência americana de higienistas industriais governamentais):
A seção 8.3.2 do Industrial Ventilation Manual declara,a pesquisa patrocinada pela EPA¹ mostrou que o desempenho superior resulta do fluxo para baixo da corrente de fluxo de ar. Este fluxo para baixo reduz a redeposição, pois ajuda a gravidade na movimentação de partículas de pó em direção à tremonha.
Antes de rever outros fatores sobre este assunto, uma breve revisão das origens da coleta de cartuchos é benéfica.
Na década de 1970, os coletores de cartuchos foram originalmente projetados para replicar os coletores de pó com filtro de mangas de tecido penduradas verticalmente com ar sujo entrando no coletor abaixo dos filtros. (Ver imagem A.) O elemento plissado de um filtro cartucho proporcionou eficiência de filtragem superior e reduziu as emissões sobre um tecido de manga comparável. No entanto, o novo estilo de coletor de pó ainda tinha muitas das mesmas limitações de seu antecessor de filtro de mangas, inclusive:
- O pó descarregado dos filtros de cartucho limpos ainda é necessário para combater o ar que entra antes de se assentar na tremonha/recipiente de contenção. Isso provocou a reentrada de pó na superfície do elemento filtrante, com maior queda de pressão operacional líquida e menor vida útil do filtro.
- As atividades de troca de filtro permaneceram demoradas, sujas e geralmente desagradáveis porque a manutenção dos filtros ainda exigia que um operador abrisse o câmara de ar através de uma grande porta de acesso.
Melhorias no projeto do coletor vertical foram realizadas ao longo dos anos com a inclusão de entradas laterais (que permitiram ao operador entrar no coletor próximo ao elemento filtrante em vez de abaixo dele). Isso gerou alguma redução da reentrada de pó. Entretanto, as partículas de pó limpas ainda eram impactadas pelo ar que entrava, e os processos de troca de cartucho ainda expunham os operadores e o ambiente do coletor de pó a uma grande abertura para a câmara de ar suja. (Ver imagem B.)
Finalmente, nos anos 1980, foi alcançado um avanço ao girar a orientação do cartucho filtrante da vertical para a horizontal e ao posicionar a entrada de ar sujo acima de todos os elementos filtrantes. Essa mudança resultou em um padrão de fluxo de ar de entrada alinhado com a localização final desejada do pó descarregado dos cartuchos de filtro limpos. Como a gravidade direciona naturalmente as partículas de pó descarregadas para baixo em direção ao recipiente de contenção localizado no fundo do coletor, o padrão de entrada de ar de um coletor de fluxo descendente poderia agora ajudar no movimento das partículas para o recipiente de armazenamento na base da unidade, em vez de lutar contra ele. (Ver imagem C.)
Este projeto aperfeiçoado de gerenciamento do fluxo de ar reduziu a reentrada de pó, que poderia ser melhorada ainda mais com o uso de cartuchos de filtro contendo elementos filtrantes de fibra fina que são carregados na superfície. Reduções na reentrada de pó podem reduzir a queda de pressão operacional, prolongar a vida útil do filtro e reduzir o consumo de ar comprimido utilizado para elementos filtrantes de limpeza por pulso. Tudo isso beneficia as despesas operacionais do coletor de pó e melhora o custo total de propriedade do coletor.
Os métodos avançados de análise de fluxo de ar permitiram melhorias adicionais nos projetos de coletores de fluxo descendente. A otimização do espaçamento entre cartuchos e a dimensão da parede entre o cartucho e o gabinete permite uma maior capacidade de filtragem de ar para um determinado tamanho de carcaça de coletor. A análise do exemplo à direita compara os resultados de projetos sofisticados de gerenciamento de fluxo de ar para um coletor de entrada lateral e de fluxo descendente. O coletor de fluxo descendente à esquerda apresenta velocidades mais baixas na câmara de ar sujo, o que permite que partículas de pó saiam mais efetivamente da corrente de ar. Em contraste, o coletor vertical à direita mostra velocidades mais altas, bem como padrões de “varredura” para cima na seção da tremonha, o que impacta na forma como partículas de pó limpas se depositam no recipiente de contenção sob a tremonha.
Ainda mais ganhos são possíveis com novas abordagens de posicionamento de entrada de ar sujo para uma pré-separação de baixa perda. Avanços recentes no projeto mostram que a capacidade de fluxo de ar é aumentada quando a entrada de ar sujo é posicionada em uma orientação de fluxo descendente, longe dos elementos de filtragem. Esta zona de queda permite que partículas pesadas caiam do fluxo de ar sem tocar no elemento filtrante e também permite a distribuição uniforme do fluxo de ar, eliminando os “pontos quentes” de alta velocidade que podem desgastar prematuramente o elemento filtrante. (Ver imagem D.)
Alguns fabricantes de coletores apontam para imagens anedóticas de filtros horizontais com acúmulo e ponte de pó sobre as superfícies superiores dos elementos filtrantes. Na realidade, os coletores de fluxo descendente adequadamente projetados, operados e mantidos possuem sistemas de limpeza por pulso invertido que limitam este acúmulo de pó nas superfícies dos elementos filtrantes. Um fornecedor experiente de coletores de cartuchos deve ser capaz de fornecer dados abrangentes de assinatura de pulso quantificando a energia de limpeza fornecida ao elemento filtrante.
Recentemente, um avanço significativo na tecnologia de limpeza por pulso foi introduzido no mercado e atualmente só está disponível em uma configuração de cartucho de fluxo descendente. Com um projeto que controla a expansão do sistema de limpeza por pulso de ar comprimido e minimiza as perdas de fornecimento de energia, o novo sistema de limpeza comprovadamente fornece energia de limpeza por pulso 27% maior. O aumento da energia de limpeza pode aumentar a capacidade de filtragem e diminuir o consumo de energia do ar comprimido.
Quando o projeto de gerenciamento de fluxo de ar superior, o desempenho eficaz de limpeza por pulso e a carga superficial dos elementos filtrantes de fibra fina são reunidos em um único pacote, um coletor de pó de fluxo descendente pode ter benefícios impressionantes em termos de capacidade de filtragem de ar. Uma maneira de avaliar a capacidade de fluxo de ar de um coletor é comparar as taxas de fluxo de ar volumétrico com a área do elemento filtrante. Esta relação ar-elemento (AMR) ou velocidade de filtragem normalmente é usada para dimensionar equipamentos para determinadas aplicações.
Além do desempenho e capacidade do coletor de pó, a escalabilidade e a configurabilidade são duas vantagens adicionais que os coletores de fluxo descendente têm em relação aos coletores verticais. A orientação do filtro horizontal de um coletor de fluxo descendente permite que os cartuchos sejam posicionados em uma matriz que pode aumentar tanto em altura quanto em largura para maior flexibilidade e redução da área total de ocupação no chão da fábrica. Os coletores verticais possuem apenas uma camada de filtros, portanto, o aumento da área do elemento filtrante requer aumentos de largura e profundidade, pois a altura é fixa. Isso frequentemente resulta em uma área ocupada total maior para uma maior capacidade de manuseio de ar.
A ventilação de explosão é outra área onde os coletores de fluxo descendente são diferentes dos coletores de elementos verticais. As ventilações de alívio de explosão podem ser localizadas no teto ou na lateral de um coletor de fluxo descendente sem nenhuma alteração na área ocupada do equipamento. Como as ventilações de explosão devem ser localizadas na lateral dos coletores verticais, eles normalmente requerem uma área ocupada estendida a fim de direcionar as ventilações para cima. Muitas instalações preferem ventilações de explosão para cima ou montadas no teto porque a frente da chama de deflagração e os materiais descarregados durante um evento de deflagração são ambos direcionados para cima onde há menor exposição às áreas ocupadas.
Finalmente, o processo de troca de filtro em um coletor de fluxo descendente simplifica a substituição de elementos e ajuda a minimizar a exposição do operador aos contaminantes coletados em comparação com o projeto mais antigo do coletor vertical. O coletor de fluxo descendente normalmente tem tampas que dão acesso a apenas alguns cartuchos de cada vez. Isso pode ser uma grande vantagem se o coletor estiver localizado ao ar livre em locais potencialmente ventosos. Os coletores de estilo antigo, pendurados verticalmente, normalmente exigem portas de acesso maiores que exponham o operador e a área circundante a toda a câmara de ar suja. A remoção do cartucho horizontal do coletor de fluxo descendente também é mais simples e limpa, exigindo que o operador coloque apenas seu braço no coletor para alcançar os filtros de cartucho. Os coletores suspensos verticalmente requerem ferramentas especializadas para alcançar a câmara de ar suja cavernosa, ou entrada física real (potencialmente, uma entrada de espaço confinado) pelo operador para acessar filtros de cartucho mais profundamente na estrutura do gabinete. Enquanto quase todos os projetos de coletores de pó acomodam plataformas industriais para acesso ao filtro, os coletores de fluxo descendente também podem ser acessados por uma escada para ajudar a reduzir o impacto na área do chão de fábrica.
Devido à porta maior e ao acesso mais difícil aos filtros cartucho, bem como aos filtros tipicamente maiores/pesados, a substituição do filtro em coletores verticais normalmente requer uma plataforma, um elevador de pessoa, ou algum outro tipo de acesso elaborado.
Mais de 40 anos após seu início, os coletores de cartuchos continuam sendo uma solução atraente e econômica para operadores de instalações em muitas indústrias diferentes. Os coletores de fluxo descendente proporcionam menor reentrada de pó, menor ocupação de espaço, maior flexibilidade de configuração e experiências superiores de troca de filtros. Com estes benefícios para o usuário, o argumento em favor da coleta com cartuchos de fluxo descendente é evidente.
