Por Nick Welter, Gerente distrital da Donaldson Torit
A coleta de névoa é um meio fundamental para controlar a qualidade do ar na indústria metalúrgica. Os processos de usinagem a úmido podem criar gotículas de névoa ou fumaça líquida que precisa ser coletada por razões ambientais, de saúde e segurança. A fumaça líquida é o subproduto da usinagem a úmido mais difícil de ser coletado. Este artigo irá examinar a fumaça e os métodos de coleta.
Definição de fumaça
A fumaça é tipicamente considerada como a nuvem escura que sai de uma fogueira de acampamento, um cigarro aceso, ou metal derretido. O tipo de fumaça na usinagem a úmido é tipicamente muito diferente. Para os fins deste artigo, a fumaça é definida como uma gotícula líquida condensada de um vapor a um estado líquido, normalmente de 0,7 a 1,0 mícron de tamanho; uma névoa gerada termicamente; ou uma fumaça oleosa.
Essa fumaça líquida é gerada por processos que aquecem e/ou comprimem líquidos sob alta pressão, e que podem, então, gerar um vapor que pode condensar de volta e formar uma nuvem. A fumaça líquida é tipicamente encontrada em aplicações de metalurgia, por exemplo: conformação a frio, usinagem de ligas de metal duro com refrigerantes de óleo puro, reservatórios de óleo lubrificante em grandes geradores, tratamento térmico e/ou moldagem de plástico.
Captura da fumaça
Para capturar adequadamente a fumaça líquida, é preciso entender a diferença fundamental entre fumaça e névoa. As névoas são compostas de gotículas líquidas geralmente de até 20 micra de tamanho. (Para contextualizar, um cabelo humano tem cerca de 40 micra de diâmetro.) As névoas são criadas com lubrificantes ou refrigerantes à base de óleo e água, e quanto mais calor e/ou pressão for aplicado a esses refrigerantes a partir do cabeçote de entrega ou do processo de usinagem, menores serão as gotículas de névoa geradas. Se for aplicado calor ou pressão suficiente ao líquido refrigerante, as gotículas são tão pequenas que uma fumaça líquida pode ser criada. A 0,7 mícron, a fumaça líquida é quase 30 vezes menor que uma gotícula de névoa média. Como se pode imaginar, a captura desta gotícula extremamente pequena requer um coletor de névoa muito eficiente.
Embora a fumaça líquida possa ser prontamente capturada, é geralmente melhor começar limitando a quantidade de fumaça gerada em seu processo. A primeira maneira de limitar a quantidade de fumaça em um processo é resfriá-lo. Como mencionado anteriormente, a fumaça líquida é frequentemente criada pelo calor, portanto, se o processo for resfriado antes do coletor de névoa, há uma chance de que a fumaça seja condensada novamente e forme um líquido. Isso pode ser realizado através da aspiração de ar mais frio na corrente de ar do processo. Recomenda-se que o ar seja resfriado a menos de 105 °F (45,5 °C), pelo menos 15 pés (4,57 m) antes do coletor. Isso assegura que a fumaça não esteja condensando após o coletor de névoa, o que de outra forma poderia dar a aparência de baixa eficiência.
A diminuição da velocidade do ar em um sistema de dutos também pode permitir que a fumaça se condense mais completamente antes dos coletores, com velocidades de 2500 pés (762 m) por minuto, muitas vezes permitindo tempo suficiente para uma condensação mais completa. A diminuição ainda maior da velocidade do duto pode ser um desafio, pois a redução da velocidade em excesso pode permitir que as névoas sejam coletadas e se acumulem no duto. Uma prática geral é sempre permitir um ligeiro declive nos dutos para ajudar a minimizar a formação de uma “piscina” de névoa nos dutos.
Se a fumaça ainda estiver saindo de um coletor mesmo após as modificações acima, um esforço concentrado na filtragem final pode ser a melhor estratégia. Considere a quantidade geral de fumaça sendo emitida para determinar sua estratégia. Se a quantidade de fumaça gerada for considerável, um coletor de névoa com vários estágios pode ser a melhor opção. Entretanto, para quantidades mais leves de fumaça, uma estratégia típica é simplesmente instalar um filtro posterior após o filtro primário.
Filtros posteriores
Dois tipos de filtros posteriores são comumente usados em aplicações de usinagem a úmido: Filtros HEPA ou 95% DOP. Os filtros HEPA por definição oferecem 99,97% de eficiência em materiais de 0,3 mícron de tamanho. Uma desvantagem do uso de um filtro HEPA é a capacidade limitada de retenção de filtração. Um filtro 95% DOP pode atingir cinco vezes a vida útil de um filtro HEPA, porém, oferece apenas 95% de eficiência em materiais de 0,3 mícron. A experiência tem mostrado que os filtros 95% DOP costumam ser aceitáveis, já que a maioria dos fumaças oleosos são em média de 0,7 mícron. Um filtro 95% DOP pode ter 98% a 99% de eficiência a 0,7 mícron. Esse nível de eficiência pode permitir que a qualidade do ar de um coletor de névoa cumpra com padrões federais, estaduais ou locais. Finalmente, um filtro 95% DOP custa aproximadamente o mesmo que um filtro HEPA, apesar de ter uma vida útil normalmente mais longa. Estes atributos explicam as vantagens distintas dos filtros 95% DOP e por que eles passaram a ser favorecidos nos últimos anos.
Se um processo de usinagem a úmido gera quantidade significativa de fumaça, a captura e remoção efetiva da fumaça antes dos filtros posteriores torna-se a melhor opção para ter economia na operação. Para capturar a fumaça antes de um filtro posterior, deve-se entender as eficiências dos equipamentos comuns de coleta de névoa na indústria.
Coletores de névoa
Uma forma muito comum de equipamento de coleta de névoa é o coletor centrífugo de névoa. Os coletores centrífugos de névoa são geralmente pequenos, relativamente baratos, e muitas vezes exigem substituições mínimas do filtro. Muitos coletores centrífugos de névoa podem até ser equipados com um filtro posterior. Um coletor centrífugo típico pode oferecer aproximadamente 98% de eficiência em materiais de 1 mícron. Essa eficiência diminui conforme o tamanho dos materiais diminui. Como o tamanho médio da fumaça oleosa é de 0,7 mícron, a eficiência de um coletor centrífugo pode não atender às normas, e um filtro posterior seria considerado uma necessidade. Outro lado negativo dos coletores centrífugos é sua limitada capacidade de fluxo de ar. Um coletor centrífugo típico é limitado a uma capacidade de fluxo de ar de 500 CFM ou menos.
Os filtros de barreira são outra forma popular de filtragem de névoa (Figura 1). Os coletores de filtro de barreira normalmente consistem de telas de malha de alumínio para grandes névoas pesadas, seguidas por uma série de painéis ou cartuchos à base de poliéster. Quando um processo gera quantidade significativa de fumaça, um filtro de barreira pode oferecer níveis mais altos de filtragem e fluxos de ar mais elevados do que os coletores centrífugos. Como exemplo, um filtro de fibra de fluxo cruzado permite que o ar sujo flua horizontalmente através das paredes do filtro e permite que a névoa coletada seja drenada pelo filtro. Essa opção pode oferecer eficiência de filtração de 99,3% com materiais de 1,2 mícron com fluxos de ar de até 1000 cfm a 4 polegadas de pressão estática externa. Esses níveis de desempenho são difíceis e caros de serem atingidos pelos coletores centrífugos. Esse projeto de coletor aumenta a vida útil do filtro e limita o custo de manutenção.
Em resumo, a captura de fumaça líquida pode trazer muitos desafios. No entanto, quando se compreende o processo que gera a fumaça, em geral, será fácil encontrar uma solução de filtragem. A manutenção da velocidade adequada do duto, dutos inclinados e a redução das temperaturas no duto ajudarão a simplificar o problema da filtragem da fumaça líquida. Por fim, normalmente, um filtro posterior deve ser considerado quando se lida com esse material difícil.
O equipamento de filtragem adequado para seu processo de usinagem a úmido deve lhe oferecer baixo custo operacional para o sistema, enquanto ajuda a limpar o material problemático de seu fluxo de ar.
