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10. Britadores e Moinhos
10.1 BENEFICIAMENTO DO MINÉRIO
Os minerais constituem os insumos básicos mais requeridos pela civilização
moderna. São utilizados
nas indústrias do aço (ferro), cerâmica (argilas, caulim, calcários,
feldspatos, filitos, quartzo, talco,
etc.); do vidro (quartzo, calcários, feldspatos, etc.); de cimento e cal
(calcários, gipsum, etc.);
química (cloretos, fosfatos, nitratos, enxofre etc.); de papel (caulim,
carbonato de cálcio, talco, etc.);
bem como na construção civil (areia, brita e cascalho), além das espécies
consideradas insumos da
indústria joalheira (gemas).
Nem sempre esses minerais apresentam-se na natureza na forma em que serão
consumidos pela
indústria, quer seja por suas granulometrias (tamanhos) quer por estarem
associados a outros
minerais, que não têm interesse ou são indesejáveis para o processo
industrial a que se destinam. É
exatamente para a adequação dos minerais aos processos industriais que se
utiliza o beneficiamento
dos minérios.
A seguir serão apresentados alguns dos mais importantes processos do
beneficiamento do minério
10.2 FRAGMENTAÇÃO
A fragmentação ou redução de tamanho é uma técnica de vital importância no
processamento
mineral. Um minério deve ser fragmentado até que os minerais úteis contidos
sejam fisicamente
liberados dos minerais indesejáveis. Às vezes, a redução de tamanho visa
apenas à adequação às
especificações granulométricas estabelecidas pelo mercado, como, por
exemplo, a fragmentação de
rochas como o granito ou calcário para a produção de brita. Em todos os
casos, a fragmentação é uma
operação que envolve elevado consumo energético e baixa eficiência
operacional, representando,
normalmente, o maior custo no tratamento de minérios.
A fragmentação é quase sempre dividida em várias etapas, para minimizar
seus custos e não
fragmentar as partículas além do necessário.
As etapas iniciais da fragmentação, quando ainda são gerados tamanhos
relativamente grandes de
partículas (diâmetros até aproximadamente 1 milímetro), são chamadas de
britagem. Quando a
fragmentação visa atingir tamanhos bem menores (por exemplo: 0,074
milímetros), dá-se o nome de
moagem.
Os circuitos de fragmentação podem incluir apenas etapas de britagem ou de
britagem associada à
moagem. Os equipamentos que fazem a britagem são chamados de britadores e
os de moagem
moinhos.
Existem diferentes tipos de britadores e moinhos disponíveis. São exemplos
de britadores mais
utilizados nas operações mineiras: britadores de mandíbulas, e britadores
giratórios. Em relação aos
moinhos tem-se: moinho de martelos, moinho de rolos, moinho de barras e
moinho de bolas, entre
outros. A escolha do melhor tipo de britador e moinho para a fragmentação
depende de características
próprias dos minérios e dos tamanhos que têm que ser gerados. Usualmente,
os fabricantes desses
equipamentos disponibilizam esse tipo de informação. As Figuras 1 e 2
apresentam um britador e um
moinho.
Figura 1- Britador de
Mandíbulas
Britador de Mandibulas
Britador Giratório
Britador de Rolo
Figura 2- Moinho de bolas
Moinho de martelo
Moinhos de rolo Moinho de Fricção
Moinho de Bolas
10.3 CLASSIFICAÇÃO
Classificação é o processo de separação de partículas por tamanho. A
classificação opera, geralmente,
junto com as etapas de fragmentação.
A classificação de partículas controla os tamanhos que são gerados no
processo de fragmentação e
tem como objetivos principais:
Verificar se o tamanho das partículas do minério está dentro das
especificações de mercado.
Esse é um objetivo da classificação muito utilizado para os minerais de uso
direto na indústria,
como a brita e a areia para a construção civil;
Verificar se a granulometria produzida nos equipamentos de fragmentação
atingiu o tamanho
no qual as partículas dos minerais de interesse (úteis) já se separaram
fisicamente dos outros
minerais que estão no minério.
Os equipamentos de classificação mais comuns são:
Peneiras – utilizadas apenas para a classificação de partículas mais
grosseiras, usualmente
trabalham com os produtos da britagem. Podem operar a seco e a úmido;
Classificadores mecânicos – operam com tamanho de partículas menores que
as peneiras,
mas são ineficientes para trabalhar com partículas muito finas (em média
menores que 0,105
milímetro). Trabalham quase sempre a úmido, Exemplo típico: classificador
espiral ou
parafuso sem fim;
Ciclones – utilizados na faixa de tamanhos onde os classificadores
mecânicos atuam, com a
diferença que são muito eficientes para separarem partículas muito finas.
Põem, também,
operar a seco ou a úmido.
Figura 3 - Peneira Vibratória
Figura 4- Classificador espiral
Figura 5- Hidrociclone
Figura 6- Conjunto de hidrociclones
10.4 CONCENTRAÇÃO
A concentração de minérios ocorre quando é preciso separar os minerais de
interesse dos que não o
são. Para que essa separação ocorra, é preciso que o ou os minerais de
interesse não estejam
fisicamente agregado aos que não são de interesse, daí a importância das
etapas de fragmentação e
classificação, que realizam e monitoram essa separação, respectivamente.
A razão de se dar ao processo de separação de minerais contidos em um
minério o nome de
CONCENTRAÇÃO pode ser bem entendido se tomarmos um exemplo prático, por
exemplo a
concentração de ouro aluvionar. Ao se tomar os sedimentos de um rio numa
bateia, digamos 1kg, ele
pode conter apenas uma partícula de ouro de 0,5 grama. Neste caso diz-se
que a concentração de
ouro é de 0,5g/kg. Quando numa primeira operação da bateia essa massa
inicial é reduzida para, por
exemplo, 100 gramas, mantendo no produto a mesma partícula de ouro de 0,5g,
a relação
ouro/quartzo contida na bateia passa a ser de 0,5g/100g, ou seja: houve uma
concentração do ouro
na bateia.
A separação de minerais exige que haja uma diferença física ou físico-
química entre o mineral de
interesse e os demais e pode ser fácil ou muito complexa, dependendo do
minério.
Duas propriedades físicas são as mais utilizadas na separação ou
concentração de minerais: diferença
de densidade e diferença susceptibilidade magnética.
Quando não existe diferença de propriedade física entre os minerais que se
que separar, utiliza-se de
técnicas que tomam como base propriedades físico-químicas de superfície dos
minerais. A técnica
mais amplamente utilizada neste caso é a flotação.
Não se pode esquecer de mencionar que é possível, também, concentrar
determinado bem mineral de
um minério por seleção manual, comum, até hoje, em alguns garimpos.
A seguir serão apresentados resumos explicativos sobre o que são os
principais métodos de
concentração e, posteriormente, quais são mais aplicáveis aos minerais
industriais, agregados para
construção civil, diamante e gemas.
Separação/concentração gravítica ou gravimétrica: método que apresenta bons
resultados com baixo custo. O processo se baseia na diferença de densidade
existente entre os
minerais presentes, utilizando-se de um meio fluido (água ou ar) para
efetivar a
separação/concentração, os equipamentos tradicionalmente utilizados são os
jigues, mesas
vibratórias, espirais, cones e "sluices". O método é adotado na produção de
ouro, ilmenita,
zirconita, monazita, cromita, cassiterita etc.
Separação magnética: a propriedade determinante nesse processo é a
suscetibilidade
magnética. Baseado nesse fato, os minerais podem ser divididos em 3 grupos,
de acordo com
o seu comportamento quando submetidos a um campo magnético (natural ou
induzido):
ferromagnéticos (forte atração), paramagnéticos (média e fraca atração) e
diamagnéticos
(nenhuma atração). Os processos podem ser desenvolvidos via seca ou via
úmida. Os
equipamentos mais utilizados são os tambores, correias, rolos, carrosséis e
filtros. A
separação magnética é adotada na produção de minério de ferro, areias
quartzosas,
feldspatos, nefelina sienitos, etc.
Flotação: atualmente, a flotação é o processo dominante no tratamento de
quase todos os
tipos de minérios, devido à sua grande versatilidade e seletividade.
Permite a obtenção de
concentrados com elevados teores e expressivas recuperações. É aplicado no
beneficiamento
de minérios com baixo teor e granulometria fina. O processo se baseia no
comportamento
físico-químico das superfícies das partículas minerais presentes numa
suspensão aquosa. A
utilização de reagentes específicos, denominados coletores, depressores e
modificadores,
permite a recuperação seletiva dos minerais de interesse por adsorção em
bolhas de ar. Os
equipamentos tradicionalmente adotados se dividem em 2 classes, mecânicos e
pneumáticos,
dependendo do dispositivo utilizado para efetivar a separação. A flotação é
adotada na
produção de areias quartzosas de elevada pureza, cloretos, feldspatos,
fluorita, fosfatos,
magnesita, sulfetos, talco, mica, berilo, etc.
Seleção Manual: é o método mais antigo de concentração. Através de uma
inspeção visual,
os minerais de interesse são manualmente resgatados do restante ou, apenas
os minerais
contaminantes são separados para purificar o minério original. Devido ao
crescente custo da
mão de obra, ela vem sendo utilizada somente em casos especiais. Atualmente
a seleção de
minérios segue o mesmo princípio, porém de forma mecanizada e se utilizando
de uma
variedade de dispositivos automáticos de detecção, identificação e
separação. As propriedades
mais utilizadas são as óticas (reflectância, transparência, etc.), raios X
(fluorescência),
condutividade elétrica, magnetismo e radioatividade. A seleção automatizada
é adotada na
recuperação de diamantes, pedras preciosas e minerais nobres.
As figuras apresentadas a seguir mostram exemplos de equipamentos de
concentração.
Figura 7- Célula de Flotação (modelo de laboratório)
Figura 8- Mesa Vibratória
Figura 9- Jigue
Figura 10- Tromel
10.5 O BENEFICIAMENTO DE MINÉRIOS E O MEIO AMBIENTE
A situação ideal para a atividade mineral é que o produto da lavra seja
integralmente aproveitado, ou
seja: que todos os minerais contidos no minério lavrado sejam aproveitados
economicamente. Essa
não é, entretanto, a realidade. Normalmente o produto da lavra é
beneficiado gerando um
concentrado e um rejeito.
Quando os rejeitos contêm muitos minerais de interesse econômico significa
que os procedimentos
utilizados no beneficiamento não foram bons, caracterizando o que se chama:
BAIXA RECUPERAÇÃO
no beneficiamento. Essa baixa recuperação, além de significar perdas
financeiras, leva a um aumento
do volume de rejeitos que serão dispostos no meio ambiente, aumentando o
impacto ambiental da
atividade.
Logo, o beneficiamento de minérios, quando bem feito, contribui para
diminuir o volume de rejeitos e,
conseqüentemente, para minimizar impactos ambientais.
Por outro lado, a utilização de técnicas de beneficiamento pode contribuir,
se mal utilizadas, para uma
poluição do ar, solo e rios. São exemplos:
Amalgamação de ouro com mercúrio;
Efluentes dos processos de flotação lançados em rios contendo reagentes
químicos como:
amônia, sulfetos e metais pesados, entre outros;
Alto teor de partículas finas lançadas no ar nos processos de britagem e
moagem a seco.
Portanto, o beneficiamento de minérios tem que ser utilizado de forma
adequada, com conhecimento
sobre o assunto, para que ele possa contribuir para diminuir e não aumentar
o impacto ambiental.
10.6 EXEMPLOS DE BENEFICIAMENTO PARA ALGUMAS SUBSTÂNCIAS MINERAIS
a) Feldspato:
As rochas a serem lavradas para obtenção do feldspato são rochas
silicáticas, compostas
predominantemente, por feldspatos e quartzo. Abrangem rochas como
pegmatitos, granitos,
sienitos, monzonitos, charnoquitos, além de diabásios e basaltos, como
também rochas
gnáissicas e migmatíticas.
Numa primeira etapa do beneficiamento, o minério é submetido à britagem,
moagem,
peneiramento e a classificação granulométrica, gerando dois produtos:
grossos (-0,6mm e
+0,15 mm) e finos (-0,15mm). Numa segunda etapa, os produtos são submetidos
à
separação magnética (via seca para grossos e via úmida para finos).
O produto final da britagem, menor que 25 mm, é submetido a uma moagem via
úmida, a
seguir o minério moído a úmido sofre uma deslamagem, a fim de ser eliminada
a fração
menor que 38μ.. Quando o minério atingir um tamanho adequado, iniciam-se as
operações de
flotação. A primeira flotação é feita para separar a mica, depois inicia-se
a flotação dos
minerais de ferro, que são encaminhados para o rejeito. A britagem, moagem,
flotação da
mica e flotação do ferro já produzem uma mistura de feldspato com relativa
pureza, que pode
ser utilizada em diversos setores cerâmicos. Para ser vendida a segmentos
mais exigentes,
essa mistura, após ser filtrada e seca em fornos rotativos, passa por uma
separação
magnética de alta intensidade, a fim de diminuir os teores de ferro. Caso
seja exigido um
produto de alta pureza, o material, antes de ser filtrado e seco, passa por
uma terceira
flotação e, posteriormente, sofre as operações de filtragem, secagem e de
separação
magnética.
Os concentrados finais obtidos são submetidas à análises químicas e a
ensaios cerâmicos
básicos ("cone de queima"), visando avaliar suas características e seu
comportamento quanto
à fusibilidade.
No beneficiamento de feldspatos oriundos de rochas pegmatíticas são
empregadas várias
técnicas como fragmentação, flotação, separação magnética e calcinação. O
feldspato
beneficiado é caracterizado por meio de difração de raios-X, análises
químicas e ensaios físicos
do mineral. Aqueles feldspatos com um desempenho satisfatório, permitirão
sua participação
na formulação de várias massas cerâmicas.
Ressalta-se que todos os produtos obtidos são misturas homogêneas de
feldspato potássico,
feldspato sódico cálcico e quartzo, com baixo teor de ferro. Além disso, o
processo produtivo
permite recuperações significativas de concentrados com custos operacionais
e de
investimento, relativamente baixos.
b) Quartzo:
A partir de areias feldspáticas, o minério é levado da frente de lavra
direto para a usina de
beneficiamento passando pelos processos de desagregação; deslamagem
(hidrociclones);
peneiramento; flotação dos óxidos de ferro para poder separar,
posteriormente, o quartzo do
feldspato; filtragem; secagem e moagem. No processo de flotação usa-se o
ácido fluorídrico
para deprimir o quartzo e amina primária para flotar o feldspato. Em lavras
de pegmatito após
desmonte com explosivo é feita uma catação manual e posterior fragmentação,
podendo
passar, também, por processo de lapidação quando possuir características
gemológicas. Os
cristais piezelétricos de quartzos naturais e sintéticos são úteis na
produção de sementes para
o cultivo. As lascas de quartzo têm agora maior aproveitamento, fornecendo
principalmente os
nutrientes necessários à produção do quartzo cultivado e obtenção de
granulado de quartzo
para fusão usado na fabricação de fibra ótica. A produção de quartzo está
relacionada à sua
utilização a exemplo do quartzo para indústrias de alta tecnologia
(cristais piezelétricos e
lascas de alta pureza); do quartzo industrial comum (leitoso); e do quartzo
ornamental
(variedades coloridas - gemas).
c) Mica:
Mica é um termo genérico aplicado ao grupo de minerais alumino-silicatos
complexos, possui
estrutura lamelar, compreendendo diferentes composições químicas e
propriedades físicas. Na
composição mineralógica dos pegmatitos predominam os feldspatos, quartzo e
micas
(moscovita e biotita). A moscovita, como mineral primário, origina-se em
rochas como
pegmatitos e alasquitos. O beneficiamento da rocha pegmatítica para caulim,
feldspato,
quartzo e turmalina produz um grande volume de rejeitos com elevados teores
de moscovita
(conhecida como mica "lixo"), que necessita de um beneficiamento para
futuras aplicações
industriais, o que pode resultar numa diminuição do impacto ambiental.
A moscovita tem diversas aplicações industriais, dentre elas destaca-se a
sua utilização para
obter pigmentos necessários às indústrias de tintas, cosméticos e
plásticos. Entretanto, esse
mineral precisa de moagem especial para reduzir o tamanho de partícula
(fragmentação), ser
submetido à concentração gravítica em mesa vibratória para retirada de
areia e minerais
pesados, moagem especial, deslamagem (retirada de finos) e processos
químicos para
diminuir o teor de ferro através de ensaios de lixiviação utilizando
soluções de ácido sulfúrico
em concentrações de 5, 10, 15, 20 e 25% e ácido clorídrico a 5M (molar).
O método de recuperação da mica "lixo" pode ser bastante utilizado pelos
mineradores por se
tratar de um processo de baixo custo com tecnologia limpa, por conseguinte,
ao alcance dos
mesmos. Além disso, essa tecnologia oferece a obtenção de um insumo mineral
adequado á
produção de pigmentos, produtos com elevado valor agregado.
d) Caulim:
Sua especificação de uso é baseada no método de preparação ou purificação
industrial e em
características físicas e químicas específicas das indústrias a que se
destina (COMIG, 1994). A
maioria dos caulins por apresentar contaminantes que comprometem sua alvura
(qualidade),
pode sofrer branqueamento pela adição de produtos químicos. A quantidade
total de ferro
presente no caulim pode variar de 0,2 a 1,0%, sem afetar significativamente
a qualidade do
caulim para revestimento (D' Almeida, 1991). A partir desse nível, utiliza-
se hidrossulfito de
zinco ou zinco metálico, para a redução do ferro trivalente (Fe³+) a
divalentes (Fe²+),
tornando-o solúvel (Ampiam, 1979). O Fe³+ na forma de hematita (Fe2O3)
provoca cor
avermelhada e, na forma de goethita – FeO(OH) – a cor amarelo-creme
(Jepson, 1988). As
principais aplicações industriais do caulim incluem: cerâmicas, cargas para
tintas, borrachas,
plásticos e cobertura para papel, refratários e inseticidas, adubos
químicos e outras aplicações
(Petri & Fúlfaro, 1983).
e) Talco:
o beneficiamento ocorre a partir do desmonte da rocha que contém o minério,
com a seleção
manual do minério, que segue para usinas de beneficiamento, onde sofre uma
lavagem com
água em tambores giratórios, seguindo para instalações de britagem, para
processamento
final nas etapas de moagem, classificação, blendagens, micronização,
desbacterização,
embalagem e comercialização. Nas usinas de beneficiamento também é
empregada a técnica
da flotação.
f) Argila:
As argilas são caracterizadas como matérias-primas de baixo valor unitário,
fato este que não
viabiliza o seu transporte a grandes distâncias, condicionando a instalação
de unidades
industriais cerâmicas o mais próximo possível das jazidas. Após a lavra as
argilas são
beneficiadas, de acordo com o setor a que se destinam: cerâmicas branca ou
vermelha
diferenciadas pelas colorações apresentadas após a queima. As argilas são
submetidas à
análise química para verificação da sua composição e ensaios tecnológicos
como perda ao
fogo, retração linear, tensão de ruptura à flexão, absorção de água,
porosidade aparente,
massa específica e cor, posteriormente são submetidas à difratometria de
raios-X para
determinação quantitativa de sua composição mineralógica. Na fabricação de
pavimentos e
revestimentos a argila é submetida à moagem por via seca ou úmida,
preparação da
composição, extrusão, conformação, prensagem e queima.
Dentre as diversas substâncias minerais consumidas, no setor cerâmico,
destacam-se, em face
ao volume de produção atingido, as argilas de queima vermelha ou argilas
comuns que
respondem pelo maior consumo, sendo especialmente utilizadas na cerâmica
vermelha e de
revestimento, às vezes constituindo a única matéria-prima da massa.
Dois outros importantes setores cerâmicos, consumidores de minerais
industriais são as
indústrias de vidro e de cimento. Entretanto, esses dois setores constituem
segmentos
tratados à parte, tendo em vista os seus portes e características. Em
geral, o abastecimento
destes setores é feito por mineração de médio a grande porte,
tradicionalmente bem
conduzida, com exceção de feldspato para a indústria de vidro.
g) Gemas e "Diamante":
O beneficiamento começa na seleção das pedras a serem tratadas, utilizando-
se a princípio o
método da seleção manual, além de tratamentos térmicos, tingidura com
corantes e uso de
líquidos para corrigir defeitos. A radiação eletromagnética, raios gama,
feixe de elétrons e
nêutrons também são usados para modificação ou indução de cores em alguns
minerais como
topázios incolores, turmalinas, quartzo, ametistas, diamantes, kunzita,
berilo (esmeraldas) e
pérolas, para posterior lapidação. Os reagentes utilizados irão compensar o
exíguo tempo de
exposição, catalisando e acelerando as reações físicas e químicas.
Entretanto, os resultados do
beneficiamento são sempre imprevisíveis, dependem do sistema cristalino, da
formação e da
origem da pedra, do tipo de pigmento e das inclusões na rede cristalina
formadora do cristal.
Agregados (areia, brita e cascalho):
Insumos minerais mais consumidos mundialmente de emprego imediato na
indústria da
construção civil;
h) Areia:
o beneficiamento da areia para construção é um processo executado
concomitantemente à
lavra e se constitui de lavagem, peneiramento, classificação e desaguamento
(secagem).
A lavagem pode ser considerada como uma operação de beneficiamento nos
métodos da lavra
da cava seca e da cava submersa, com sucessiva movimentação e lavagem da
areia.
No método de lavra em leito de rio, pelo fato da areia ser succionada
diretamente da jazida
até as peneiras dos silos, não chega a se caracterizar de fato uma operação
de
beneficiamento. Na lavra da cava seca, a lavagem é mais intensa e feita
mediante o
jateamento d'água na areia armazenada nos tanques de decantação, e
proveniente da caixa
de acumulação, a classificação dos produtos é iniciada por um peneiramento,
com a retirada
do material mais grosso (concreções / pedrisco / cascalho), em grelhas ou
peneiras estáticas.
i) Brita:
As operações de beneficiamento são puramente mecânicas e consistem em
britagem primária,
secundária e rebritagem em uma ou duas etapas (britagens terciária e
quaternária) que pode
ser realizada a seco ou a úmido. O britador primário, de mandíbulas, faz a
britagem dos
matacões, e neste ponto pode ou não ocorrer lavagem da pedra, para a
diminuição de
material pulverulento durante a fragmentação e classificação da rocha.
No caso de ocorrer lavagem, as partículas menores são estritamente
produzidas nas fases
seguintes e são isentas de quaisquer impurezas anteriores, tais como
capeamento, matéria
orgânica, dentre outras. Quando não há lavagem, é comum a separação de bica
corrida
quando não há lavagem após a primeira britagem, quando então o material é
enviado para ser
comercializado sem qualquer classificação.
Após a no britador primário, há a formação de pilhas-pulmão, que alimentam
os britadores
secundários. O britador secundário pode ser de mandíbulas ou do tipo
cônico.
Os britadores terciário e quaternário são cônicos ou de impacto, sendo
atualmente usados na
tentativa de reduzir a lamelaridade do agregado e a produção de excesso de
finos.
O transporte de brita entre os britadores e/ou rebritadores é feito,
normalmente, por um
sistema de correias transportadoras sempre procurando aproveitar o desnível
topográfico para
economia na planta de beneficiamento. Para diminuir o pó em suspensão,
gerado pela
atividade de britagem, algumas das pedreiras utilizam sistemas de
aspersores de água,
instalados nas bocas dos britadores e nas correias transportadoras.
j) Cascalho:
o beneficiamento deste insumo ocorre com a desagregação do material rochoso
friável
(cascalheiras), por desmonte hidráulico ou manual utilizando-se
equipamentos como
escavadeira, retroescavadeira e trator de lâmina para a retirada do mesmo,
sem passar por
qualquer tipo de tratamento químico ou como subproduto resultante do
beneficiamento da
areia ou nas primeiras etapas da britagem.
k) Ouro:
em linhas gerais o processo de beneficiamento do ouro pode se restringir a
uma adequação
granulométrica do minério às etapas hidrometalúrgicas ou envolver, além da
preparação,
estágios de concentração que envolvem diferença de densidade e de
hidrofobicidade (natural
ou induzida) entre o ouro e minerais a ele associados e os minerais de
ganga. Na etapa de
preparação deve-se preservar as partículas de ouro livre e na etapa de
beneficiamento devese
priorizar a recuperação do ouro contido, ficando o teor de ouro no
concentrado e as
impurezas como rejeito.
Etapa de Preparação: esta etapa abrange a britagem (primária, secundária e
terciária), o
peneiramento (peneiras vibratórias convencionais, horizontais e
inclinadas), a moagem
(moinhos de bolas) e a classificação (separação granulométrica de
partículas grossas
"underflow" e finas "overflow").
Etapa de Beneficiamento: esta etapa abrange a concentração gravítica, que
envolve
processos de fragmentação do minério e subseqüente liberação das partículas
de ouro,
seguidos de uma etapa de flotação e outra subseqüente de cianetização
(utilização de cianeto
HCN), que será antecedida de ustulação ou lixiviação à pressão ou
bacteriana, previamente. A
separação/concentração gravítica, propriamente dita, após o processamento
inicial, é efetuada
através da utilização de equipamentos como os jigues, as mesas vibratórias
(osciladores) e
concentradores centrífugos (Lins, 1998).
a) Jigagem: processo de concentração gravítca mais complexo devido às suas
variações
hidrodinâmicas, nesse processo a separação dos minerais de densidades
diferentes é realizada
num leito dilatado por uma corrente pulsante de água, produzindo a
estratificação dos
minerais;
b) Mesas vibratórias: consiste num deck de madeira revestido com material
com alto
coeficiente de fricção (borracha ou plástico), parcialmente coberto com
ressaltos, inclinado e
sujeito a um movimento assimétrico na direção dos ressaltos com aumento de
velocidade no
sentido da descarga do concentrado e uma reversão súbita no sentido
contrário, diminuindo a
velocidade no final do curso;
c) Concentradores centrífugos: a concentração centrífuga é processo que
aumenta o efeito
gravitacional visando uma maior eficiência na recuperação de partículas
finas;
Nos garimpos, após extração o ouro é concentrado através do processo de
amalgamação com
a utilização de mercúrio.
11.Fornos e Secadores
11. 1 Fornos industriais
Fornos industriais são usados para executar uma variedade de operações
relacionadas com o calor em diversos setores. Mais claramente, eles são
aquecidos câmaras ou túneis. Estes são usados principalmente para o
processamento térmico. As actividades como a cura, fazendo comida,
cozimento, fusão, aquecimento, etc processamento químico é feito por estes
aquecimento industrial e componentes de refrigeração.
No entanto, estas unidades de tratamento térmico não se destinam a realizar
tarefas que necessitam de maiores graus de temperatura. Eles são mais
adequados para toda a aplicação térmica que pode ser feito utilizando não
mais do que 1300-1400 graus centígrados de temperatura.
Os fornos industriais, como qualquer outro de aquecimento industrial e
componentes de refrigeração pode ser operado com uma variedade de fontes de
energia como o petróleo, gás natural, eletricidade, etc Muitas indústrias
estão utilizando fornos industriais capazes de funcionar a vapor também.
11.1.1 Tipos de Fornos
Existem diferentes tipos de fornos industriais e que variam não apenas em
suas funções, mas em suas formas e formas também.
Fornos industriais de vácuo: O aquecimento é feito em vacuumed. Os
benefícios do aquecimento em um vacuumed são muitos. Ele remove, quase
completamente, as chances de reações químicas nocivas e não permitir que o
processo esteja contaminada.
Fornos Lote Industrial: Geralmente usado em padarias, estes fornos de
cozimento industrial é muito grande em tamanho.
As funções básicas que desempenham são: panificação, cura, secagem, etc.
Eles realizam estas atividades utilizando carrinhos e racks de rodas.
Também estes são chamados de walk-in ou caminhão-nos fornos.
Banco Industrial Fornos Estes tipos de fornos são utilizados no tratamento
da quantidade específica de qualquer material a ser processado. Eles são
geralmente pequenas em suas formas e são fixadas em suportes.
Industrial de Cura Fornos Estes fornos são utilizados para revestimentos de
energia e uma série de reações químicas em materiais a serem utilizados
para fins particulares. Essas funções são feitas por gerar uma certa
quantidade de calor nos fornos.
Industrial Fundição Fornos maioria das vezes, estes são utilizados nas
indústrias de jóias, etc Além disso, como os campos de mineração e fundição
em molde onde a fusão dos metais é necessária precisar dos serviços desses
fornos. Estes podem ser executados usando volantes também.
Industrial Estufa: Basicamente, estes fornos são utilizados no tratamento
de aquecimento e de cerâmica. Eles trabalham como fornos e são usados para
demoisturize os materiais a serem utilizados para fins particulares. Os
materiais, como cerâmica etc são tratados termicamente com estes fornos.
No entanto, esta lista não é completa por aqui. Há muitos mais tipos de
fornos industriais e que são utilizados para fins específicos e as
operações tenham sido feitas.
Os fabricantes de fornos industriais estão sempre em busca de chegar com
mais sofisticada e fácil de usar fornos industriais que podem ser úteis ao
seu máximo. Eles estão constantemente tentando maximizar a eficiência
desses fornos ".
11.2Secagem Industrial
A secagem é uma das operações industriais mais usadas na prática, tanto
para o acabamento final ou equilíbrio da umidade própria dos diversos
materiais processados com o ar ambiente, como é o caso das madeiras e de
seus derivados, das borrachas, dos couros, dos plásticos, da celulose e
seus derivados, etc., como para a sua melhor conservação, como é o caso dos
cereais, dos alimentos e dos materiais perecíveis de uma maneira geral.
11.2.1 Secagem é uma operação de transferência de massa envolvendo a
remoção de umidade (água) ou outro solvente de um sistema sólido ou semi-
sólido. Líquidos podem ser removidos de sólidos mecanicamente através de
prensas ou centrífugas e por vaporização térmica. O termo secagem se refere
apenas a este último - a remoção mecânica de umidade é geralmente
denominada desidratação mecânica. Da mesma maneira, a simples evaporação de
uma solução, sem o auxílio de uma corrente de gás para arrastar a umidade
não é considerada secagem.
" "
11.2.2 Equilíbrio
A umidade contida em um sólido ou numa solução líquida exerce uma pressão
de vapor que depende da natureza da umidade, do sólido e da temperatura. Em
contato com uma fase gasosa contendo um vapor com pressão parcial p, o
sólido irá perder ou retirar umidade do ar até que a pressão parcial da
umidade no sólido seja igual a p.
A umidade pode estar presente no sólido de diversas maneiras. A água pode
estar adsorvida nas paredes celulares ou estruturas sólidas, em solução
dentro das células ou em pequenos poros dentro do material. Esta umidade é
denominada umidade ligada e exerce uma pressão de vapor menor que a pressão
de vapor da água líquida pura. A água também pode estar presente sobre a
superfície do sólido, ou em grandes cavidades dentro do sólido, de modo que
sua pressão de vapor seja igual à pressão da água líquida; essa umidade é
denominada umidade não-ligada
11.2.3Secadores em batelada
Bandejas: Dentre os secadores em batelada, o secador de bandejas é o
representante mais comum. Estes secadores são utilizados quando o sólido
precisa ser suportado por bandejas, que por sua vez são posicionadas dentro
de uma câmara fechada. O gás de secagem é circulado pela câmara e passa por
entre as bandejas e, eventualmente, através delas (o que aumenta a
eficiência da secagem). Além de ar, outros agentes secadores podem ser
utilizados, como gases inertes (e.g. Nitrogênio) e vapor superaquecido.
Vácuo: secadores a vácuo são semelhantes aos secadores de bandejas na sua
construção. No entanto, duas diferenças básicas são notáveis: a câmara deve
ser hermeticamente fechada e sem circulação de gás; sem o gás de secagem,
calor deve ser fornecido ao material por outro meio, como condução através
do aquecimento dos suportes ou radiação.
Liofilização: é utilizada para substâncias que não suportam altas
temperaturas como alimentos e fármacos. O material é congelado e colocado
em uma câmara a vácuo, onde a umidade é sublimada e retirada normalmente
por uma bomba de vácuo. Semelhantemente ao caso da secagem a vácuo, o maior
desafio é como fornecer o calor para a sublimação da água. Normalmente,
calor é fornecido por condução, radiação ou aquecimento dielétrico.
11.2.4 Exemplo de um secador industrial desenvolvido
O TURBO DRYER VOMM efetua a secagem / granulação / encapsulação em
contínuo, sendo o primeiro secador contínuo que opera por duplo efeito
térmico (condução + convecção), com consumos evaporativos na ordem de 800
kcal/ L H2O evaporada.
Permite evaporar até as últimas frações de água, obtendo um produto final
anidro, se assim desejado. Permite entrar com cakes ou pastas obtidas com
qualquer meio de concentração mecânica (centrifugação, prensagem,
decantação, filtragem) efetuando o TURBO DRYER exclusivamente evaporação
térmica final.
Elimina as exigências de fluidez inicial, condição indispensável p/outros
sistemas, por exemplo: SPRAY ou DRUM, permitindo uma fundamental economia
energética.
O TURBO DRYER VOMM é fabricado com critério e simplicidade e resistência
mecânica, que garantem confiabilidade operacional e reduzidos níveis de
manutenção. Além disso, o projeto conseguiu:
Facilidade e rapidez de limpeza (auto limpeza mecânica)
Segurança total (eliminação de qualquer operação manual)
Eliminação de qualquer contaminação com gases de combustão graças ao
aquecimento indireto. Possibilidade de operação com produtos orgânicos
termosensíveis.
SALA DE COMPROVAÇÃO TECNOLÓGICA
A Vomm desenvolveu a Sala de Comprovação Tecnológica, onde são realizadas
simulações em escala semi-industrial. Isso possibilita aos clientes
verificar a performance da Turbo Tecnologia e sua eficácia em suas
matérias-primas.
Especificações técnicas
O Turbo-Dryer Vomm possui as seguintes características:
Modelos......................................ES 1700, ES 1500, ES 1100, ES
900, ES 600, ES 450, ES 350
Finalidade....................................Secagem
Capacidade..................................Até 3.500 l / h de H2O
evaporada
Formato final do produto processado....Em pó ou granulado
Tipo de Circuito..............................Aberto ou Fechado
Montagem....................................Em Skid Monobloco
Tipo de Controle............................Semi-automático ou Automático
(com PLC)
Operação....................................1 operador em tempo parcial
Origem da tecnologia.......................VOMM – Itália
Origem do equipamento....................100% Brasil
Fabricante...................................VOMM Equipamentos e Processos
Ltda.
Unidade Fabril...............................Bairro do Limão - São Paulo /
SP
11.2.5 Túnel secador contínuo
O túnel secador contínuo está dotado de fornalha geradora de calor, tubos
condutores de calor aletados para obter melhor dispersão da temperatura e
telas transportadoras e de fixação ajustáveis na altura acionadas por moto-
variador. Possui ainda exaustores em cada cámera de secagem, as que são
construídas de alvenaria. A fonte geradora de calor é uma fornalha que pode
ser alimentada por qualquer material ígneo inclusive resíduos. A
alimentação do material a ser secado pode opcionalmente ser manual ou
automática, para o qual utiliza-se equipamento adicional.
12 Caldeiras
12.1 Geral
No século II antes da nossa era, como resultado de uma série de
experiências, Heron, de Alexandria, criou um aparelho, o qual denominou de
Eolípila, que vaporizava água e movimentava uma esfera em torno de um eixo.
Eram os precursores das caldeiras e das turbinas a vapor que, então,
surgiam.
Denis Papin, na França; James Watt, na Escócia; Wilcox, nos Estados Unidos
e muitos outros, entre cientistas, artífices e operários, ocuparam- se, ao
longo dos tempos, com a evolução dos geradores de vapor.
Se mesmo com a tecnologia hoje existente, as caldeiras explodem e causam
fatalidades, é de se imaginar como foi dura essa evolução, quantos
acidentes ocorreram e quantas vitimas se fizeram na época em que o vapor
era o responsável pelo movimento das maquinas na industria que se expandia
mundialmente.
Em 1835, já existiam seis mil teares movidos a vapor. Após a I Guerra
Mundial, acentuou-se essa evolução e, ainda hoje, apresenta dados
surpreendentes. As duas características básicas das caldeiras, pressão e
capacidade de produção de vapor, vêm alcançando valores jamais esperados
pelos técnicos do século passado .
Atualmente, existem caldeiras com capacidade para produzir ate 3 ou 4 ton
de vapor por hora e sabe-se que o fator limitante dessa característica é o
tamanho da unidade, que se assemelha cada vez mais, a uma verdadeira
fabrica de vapor. Por outro lado, a limitação das pressões relaciona-se às
propriedades metalúrgicas dos materiais empregados, permitindo, no entanto,
a existência de caldeiras que operem a pressões acima de 200 atmosferas, ou
seja, "pressão critica", onde se igualam determinadas características da
água nas fases liquida e de vapor.
Se a tecnologia de produção de vapor avançou, há necessariamente que
ocorrer um avanço na técnica de proteção dos homens que trabalham nessa
área. Pretendemos aqui dar uma contribuição para que esse objetivo seja
alcançado e, dar uma contribuição para que esse objetivo seja alcançado e,
para tanto, reunimos aqui, as principais causas de acidentes na operação de
caldeiras, cujo conhecimento consideramos indispensável àqueles que
ministram treinamentos, orientam, ou supervisionam operadores desses
equipamentos. Ressaltamos, porém, que este trabalho não visa esgotar o
assunto, nem mesmo tratar em profundidade das medidas de controle dos
riscos, o que, a nosso ver, só se pode alcançar com a integração harmoniosa
da pratica e de todos os estudos existentes a nível nacional e
internacionais sobre a matéria.
12.2. Introdução
Caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor
sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia,
excetuando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em
unidades de processo
12.3. Tipos de Caldeiras e Suas Utilizações
Muitas são as formas de classificarmos as caldeiras, por esta razão
apresentamos a seguir as mais conhecidas:
a) Quanto ao Fluido que Passa Pelos Tubos:
Caldeiras Flamotubulares
Caldeiras Aquotubulares
Quanto à Fonte de Calor
Caldeiras Elétricas
Caldeiras com Câmaras de Combustão
Caldeiras de Recuperação
Caldeiras de Fluido Térmico
b) Quanto à Movimentação da água nos Tubos
Caldeiras de Circulação Natural
Caldeiras de Circulação Forçada
Quanto à Pressão da Câmara de Combustão
Caldeiras de Pressão Positiva
Caldeiras de Pressão Negativa
c) Quanto à Tiragem
Caldeiras de Tiragem Forçada
Caldeiras de tiragem Induzida
Caldeiras de tiragem Balanceada
d) Quanto à Pressão de Operação
Caldeiras Subcritica
Caldeiras Supercriticas
e) Quanto ao Tipo de Combustível
Caldeiras a Combustíveis Líquidos
Caldeiras a Combustível Sólido
Caldeiras a gás
12.4 Caldeiras Flamotubulares
Estamos tão acostumados a trabalhar com caldeiras para usinas de geração de
energia elétrica, na sua maioria de médio ou grande porte e com elevadas
capacidades de geração de vapor, e conseqüentemente do tipo aquotubular,
que consideramos as caldeiras flamotubulares como verdadeiras
"caldeirinhas".
Entretanto, é importante que saibamos que a grande maioria das caldeiras
distribuídas por todo o mundo são caldeiras de pequeno porte, do tipo
flamotubular e estas, apesar de parecerem tão inofensivas são os
equipamentos de geração de vapor que mais tem causado acidentes com
vítimas.
Nas caldeiras flamotubulares os produtos gasosos resultados da queima do
combustível, são adequadamente direcionados para circularem nas partes
internas dos tubos de troca de calor, os quais estão circundados com a água
que queremos transformar em vapor. Como estes tubos estão totalmente
cobertos externamente pela água, a transferência de calor ocorre em todas
as áreas da superfície tubular.
A superfície de troca de calor das caldeiras é dimensionada pelo projetista
em função da capacidade da geração de vapor que se deseja obter, porém,
para que a troca se torne mais eficiente, dá-se preferência a aplicação de
um elevado número de tubos de diâmetro relativamente pequeno ao invés do
uso de uma pequena quantidade de tubos de grande diâmetro. Estes tubos são
posicionados em feixes tanto verticalmente como horizontalmente, mas estes
últimos são mais freqüentes.
Existe uma infinidade de tipos e formas de caldeiras flamotubulares no
mercado e dentre as características que as distingue temos:
Caldeiras de fornalha (tubo principal onde ocorre a queima ) lisa.
Caldeiras de fornalha corrugada (tipo sanfonada), característica que
aumenta de forma considerável a área de transferência de calor.
Caldeiras com um ou múltiplos passes para o percurso dos gases.
Caldeiras de parede traseira seca (a parede frontal ao queimador é
revestida com material isolante, não tendo nesta superfície troca de
calor com a água).
Caldeiras de parede traseira molhada.
As caldeiras flamotubulares são utilizadas apenas para a produção de vapor
saturado pois a troca de calor é feita sempre entre o tubo com gás quente
na parte interna envolvido completamente com água na forma líquida.
Assim, não havendo troca de calor adicional entre os gases e o vapor já
gerado, exceto em caldeiras de queima combinada na qual uma câmara de
queima adicional é instalada para gerar gases para aquecimento do vapor,
tornando-o superaquecido.
As caldeiras flamotubulares em sua grande maioria possuem capacidade de
geração de vapor reduzida (cerca de 5 toneladas por hora) e pressões
inferiores a 20 kg/cm2. Modernamente podemos encontrar caldeiras deste tipo
com capacidade superiores atingindo cerca de 30 toneladas de vapor por
hora.
As principais vantagens deste tipo de caldeiras em relação às aquotubulares
são:
Tamanho compacto permitindo seu fácil transporte desde a fábrica até o
local de uso e futuras relocalizações.
Melhor eficiência na troca de calor por área de troca térmica.
Maior flexibilidade para variações bruscas de consumo de vapor.
Operação simples com reduzido número de instrumentos de supervisão e
de controle.
Baixo custo de manutenção, as quais se limitam a etapas de limpeza e
troca de tubos.
Como desvantagens, possuem limitada capacidade de geração de vapor, e só
produzem vapor saturado, o que as torna próprias apenas para a geração de
vapor de aquecimento o que muitas vezes não interessa as indústrias de
grande porte que requerem vapor para acionamento de máquinas de processo
como bombas, turbinas, ejetores, etc.
12.5 Caldeiras Elétricas
Estas caldeiras têm aplicabilidade bastante reduzida no setor industrial,
onde a oferta de combustíveis fósseis ainda é muito elevada e os preços
comparativamente vantajosos. Entretanto, em locais onde há pouca oferta de
combustíveis e facilidade de obtenção de eletricidade, estas caldeiras
devem ser consideradas como opção.
Basicamente a caldeira elétrica é constituída de um vaso de pressão não
sujeito a chama, um sistema de aquecimento elétrico e de um sistema de água
de alimentação. O rendimento deste tipo de caldeira é bastante elevado já
que por efeito joule a troca de calor ocorre no interior da massa líquida
sem perda do calor gerado.
O custo deste equipamento se torna reduzido devido a inexistência de dutos,
câmaras de queima, queimadores, tubos de troca de calor, refratários,
chaminés, dispersão de poluentes, etc.
Duas técnicas são usadas para a troca de calor nas caldeiras elétricas. A
primeira consiste na introdução dentro do vaso de um conjunto de resistores
blindados nos quais circula a corrente elétrica com alta liberação de
calor. A potência dissipada - RI2 é diretamente transferida para a água
pelo processo de convecção.
A outra técnica, consiste da condução elétrica, que acontece através da
própria massa de água por onde circula a corrente elétrica entre eletrodos
adequadamente posicionados. Neste caso a energia se dissipa na água também
por efeito joule. Para que este segundo método tenha efeito é necessário
que a água possua um valor de condutividade capaz de permitir a circulação
elétrica.
O mercado já oferece um outro tipo de caldeira elétrica denominado caldeira
de indução. Nestas caldeiras a água a ser transformada em vapor circula de
forma forçada no interior das bobinas do secundário de um transformador,
absorvendo o calor dissipado.
As caldeiras elétricas requerem especial atenção no que concerne a
segurança no uso de energia elétrica, cujos equipamentos devem estar
permanentemente sendo revisados e monitorados contra falhas. Os elementos
de troca de calor ( resistências e eletrodos) são fortemente atacados
durante o uso, com desgaste e formação de depósitos provenientes dos sais
existentes na água.
12.6 Caldeiras Aquotubulares
Nas caldeiras aquotubulares a água a ser vaporizada circula no interior dos
tubos de troca térmica, enquanto o calor proveniente da queima do
combustível circula na parte externa. As caldeiras de grande porte que
operam em altas e médias pressões são todas aquotubulares. Existem centenas
de projetos diferentes para as caldeiras deste tipo, adequando-as ao uso a
que se destinam.
Devido a sua alta flexibilidade, estas caldeiras foram gradualmente
recebendo inovações visando elevar seu rendimento e confiabilidade. Uma
destas inovações mais importante foi a instalação de uma seção tubular para
passagem do vapor após sua saída da zona de evaporação, permitindo a
elevação de sua temperatura acima da de saturação, ou seja o seu
superaquecimento.
12.7 Caldeiras a Combustíveis Sólidos
Inúmeros são os combustíveis sólidos que podem ser aplicados para queima em
caldeiras. Eles tanto podem ser combustíveis naturais como derivados, como
apresentados a seguir:
Combustíveis Sólidos Naturais
Madeira
Turfa
Carvão mineral
Bagaço de cana, etc.
Combustíveis sólidos Derivados
Carvão vegetal
Coque de carvão
Coque de petróleo, etc.
Para uso nas caldeiras destinadas a geração de vapor para a
termoeletricidade, o carvão mineral é o mais utilizado, por ser aquele
encontrado com mais facilidade na natureza.
As caldeiras a carvão mais antigas utilizavam o carvão mineral na forma de
pedras. Este combustível era muitas vezes introduzido nas caldeiras de
forma manual tornando o processo de geração de calor bastante irregular. O
carvão britado como é conhecido, é lançado em grelhas móveis que estão
instaladas na parte inferior das fornalhas, abaixo das quais é insuflado ar
para a combustão. Modernamente as caldeiras utilizam o carvão pulverizado.
Apesar do nosso país possuir uma grande reserva de carvão mineral na região
sul, a qualidade deste produto é muito inferior a encontrada em outros
países. O carvão mineral tanto pode ser obtido em minas de grande
profundidade, como em reservas superficiais. As usinas térmicas de Santa
Catarina ( Complexo Termelétrico Jorge Lacerda) utilizam carvões de minas,
enquanto a Usina Presidente Médici situada em candiota, utiliza carvão de
superfície.
O poder calorífico dos carvões minerais é muito inferior ao dos
combustíveis derivados de petróleo além de possuir inúmeras impurezas
inertes ao processo de combustão. Os constituintes inertes mais presentes
nos carvões estão as cinzas, o enxofre e a umidade, sendo que em alguns
casos as cinzas atingem percentuais em torno de 40 a 50% dependendo de sua
origem.
Para minimizar a baixa qualidade dos carvões, eles são beneficiados por
processos de lavagens denominados de flotação, tanto junto a mina de onde
são extraídos, como em alguns, casos após o transporte antes de ser
colocado nos pátios das usinas. Apesar disto o carvão de melhor qualidade é
separado para ser enviado a processos siderúrgicos considerados mais
nobres.
As caldeiras à carvão de alta eficiência efetuam a sua pulverização em
moinhos transformando o combustível num fino pó que pode ser facilmente
arrastado pelo fluxo de ar em direção aos queimadores através de dutos.
Este ar , bem como os próprios moinhos são previamente aquecidos não só
para facilitar a queima como para evitar que o carvão devido a sua umidade
se aglomere nos dutos.
As fornalhas das caldeiras à carvão são bem maiores que as de óleo para que
haja tempo de permanência suficiente da mistura até a queima total. Maiores
também são todas as dimensões dos dutos de circulação dos gases bem como os
espaçamentos entre os tubos dos feixes de troca de calor, em decorrência do
grande volume de gases produzidos somados as cinzas contidas no carvão.
Caldeiras à carvão requerem além dos equipamentos já citados, os seguintes:
Sistema de correias transportadoras para levar o carvão até o silo da
caldeira.
Silo para armazenamento do carvão que será utilizado na caldeira
Tanque de captação de cinzas pesadas no fundo das caldeiras, com
sistema de transporte destas cinzas.
Grande quantidade de sopradores de fuligem para eliminarem
continuamente os depósitos sobre os tubos.
Sistema de proteção contra a incidência direta das cinzas nos feixes
de troca de calor para evitar a erosão(telhas de sacrifício)
Sistema de captação de cinzas leves levadas com os gases em direção a
chaminé ( coletores e precipitadores).
12.8 Caldeiras a Combustíveis Líquidos
Os principais combustíveis líquidos utilizados nas caldeiras são:
Óleo combustível
Óleo diesel
Resíduo de vácuo
Descreveremos algumas características destes combustíveis:
Óleo Combustível
O óleo combustível é obtido a partir da mistura de um derivado de petróleo
pesado, resíduo de vácuo ou resíduo asfáltico, com derivados mais leves,
adicionados com a finalidade de especificar a viscosidade. Os derivados
mais utilizados para esta diluição são: óleo decantado, óleo pesado de
reciclo de FCC, óleo leve de reciclo, resíduo aromático, diesel e
querosene.
As viscosidades máximas admissíveis para os óleos combustíveis,
comercializados no Brasil, são padronizados pelo Departamento Nacional de
Combustíveis (DNC), agrupadas em nove faixas.
A especificação do DNC prevê, para cada viscosidade, duas faixas de teor de
enxofre: o óleo A de alto teor (com até 5% de enxofre para o óleo 1 e até
5,5% de enxofre para os óleos 2 a 9) e o óleo B de baixo teor (com menos de
1% de enxofre). Assim, um óleo combustível com viscosidade de 15.000 SSF a
50 ºC e 3% de enxofre é classificado para faturamento como óleo 5A.
"Óleo "Ponto de "Teor de "Viscosidad"Teor de "
"Combustível"Fulgor "Enxofre "e "Sedimentos "
"Tipos "ºC "% Peso "SSF a 50 "% Peso "
" " "(máx.) "ºC " "
"1A "66 "5,0 "600 "2,0 "
"2A "66 "5,5 "900 "2,0 "
"3A "66 "5,5 "2.400 "2,0 "
"4A "66 "5,5 "10.000 "2,0 "
"5A "66 "5,5 "30.000 "2,0 "
"6A "66 "5,5 "80.000 "2,0 "
"7A "66 "5,5 "300.000 "2,0 "
"8A "66 "5,5 "1.000.000 "2,0 "
"9A "66 "5,5 "Sem Limite"2,0 "
"1B "66 "1,0 "600 "2,0 "
"2B "66 "1,0 "900 "2,0 "
"3B "66 "1,0 "2.400 "2,0 "
"4B "66 "1,0 "10.000 "2,0 "
"5B "66 "1,0 "30.000 "2,0 "
"6B "66 "1,0 "80.000 "2,0 "
"7B "66 "1,0 "300.000 "2,0 "
"8B "66 "1,0 "1.000.000 "2,0 "
"9B "66 "1,0 "Sem Limite"5,0 "
"C "66 "- "2,1 a 26,0"em volume "
" " " "cST a 37,8" "
" " " "ºC " "
Cinzas - 0,10% (máx.) para o tipo C
Tabela de Classificação dos Combustíveis
Um óleo A é mais barato que um óleo B da mesma faixa de viscosidade. Dentro
de uma mesma faixa de teor de enxofre, quanto maior a faixa de viscosidade
em que o óleo for enquadrado mais barato ele fica.
O DNC também limita o teor máximo de água e sedimentos a 2,0% em volume. O
teor de água obtido por destilação é somado ao teor de sedimentos obtido
por extração. Quantidades de água e sedimentos entre 1,0% e 2,0%, embora
aceitáveis, devem ser deduzidas da quantidade fornecida por ocasião do
faturamento.
Resíduo de Vácuo
A PETROBRÁS consome nos fornos e caldeiras da maioria de suas refinarias
resíduo de vácuo puro. Ou seja, o produto de fundo da torre de destilação a
vácuo é encaminhado diretamente para consumo sem nenhum tipo de diluição.
Quando consumido diretamente, sem passar por tancagem, o produto não
necessita de aquecimento adicional, já que a temperatura de retirada do
produto da torre, 380 ºC, é maior do que a temperatura necessária para
queima, 240 a 270 ºC. Assim, o controle de temperatura é feito através da
mistura do resíduo de vácuo retirado da bateria de preaquecimento de carga
de um ponto, com temperatura mais elevada que o desejado, com resíduo de
outro ponto, com temperatura inferior à desejada. Este combustível, também,
é fornecido para grandes consumidores, para utilização em fornos e
caldeiras, sendo enquadrado para efeito de faturamento como óleo 8A.
Óleo Diesel
É o combustível padrão para motores diesel, e, praticamente, toda a
produção brasileira é consumida para aquela finalidade. No passado foi
maior a utilização do óleo diesel como combustível industrial, mas, com um
evento das refinarias nacionais, produzindo uma maior gama de derivados,
procurou-se soluções mais econômicas para combustão contínua, substituindo-
se o óleo diesel por produtos menos nobres. É ainda utilizado em algumas
caldeiras domiciliares e nos queimadores que trabalham em sistema
automático aquecendo produtos que exigem um combustível com baixo teor de
enxofre.
As caldeiras são construídas de acordo com o tipo de combustível que irá
utilizar. As caldeiras que utilizam combustíveis líquidos possuem
características bem definidas para isto. Como sabemos toda queima só ocorre
após uma mistura adequada entre as moléculas do combustível com as
moléculas do comburente e numa determinada temperatura.
Assim, apesar do combustível inicialmente se apresentar na forma líquida, é
necessário transformá-lo em gás para que a queima ocorra, e normalmente
esta transformação ocorre à saída dos queimadores após o líquido ter sido
cuidadosamente pulverizado, aquecido, e colocado em contato com o ar.
Uma caldeira para queima de líquidos, em especial os mais viscosos,
necessita de componentes auxiliares que facilitem este processo, tais como:
Instalações adequadas para recebimento e manuseio do combustível,
incluindo tanques para armazenamento com capacidades adequadas ao
consumo e oferta do produto no mercado.
Instalações de aquecimento para elevar a temperatura do combustível
previamente a sua entrada na caldeira, facilitando desta forma sua
atomização e queima. A entrada do combustível frio na fornalha além de
proporcionar uma má queima, faz com que parte do calor ali existente
seja utilizado para levar as moléculas a temperatura da reação de
combustão e consequentemente reduzindo a eficiência do processo.
Pelo mesmo motivo, sempre que possível as caldeiras de combustível
líquido devem possuir sistemas para aquecimento prévio do ar destinado
a queima, conhecidos como pré - aquecedores de ar.
Os queimadores utilizados nestas caldeiras devem ser compatíveis com
as características do óleo em uso. Como uma caldeira é projetada e
construída para uso por muitos anos, é comum que devido ao
aparecimento de novos processos de refino que os combustíveis do
mercado modifiquem suas especificações. É portanto necessário que os
usuários de caldeiras estejam permanentemente atentos as
especificações reais do produto que utiliza para segurança e
eficiência do processo. Quando for modificado o tipo de óleo, é
necessário que novos queimadores sejam adquiridos ou o sistema
existente seja adaptado.
As fornalhas para combustíveis líquidos devem possuir dimensões
suficientes para que o processo de transformação para o estado gasoso
ocorra, assim como toda a queima em seu interior sob qualquer condição
de carga. A queima em locais fora da fornalha, denominada de combustão
secundária, além de ocasionar um descontrole em todos os parâmetros do
processo, causa danos aos equipamentos da caldeira, muitas vezes
irrecuperáveis a curto prazo.
Como a queima de combustíveis líquidos em uma caldeira não é uma das
prioridades para o uso dos combustíveis líquidos, o óleo destinado a
este fim são os chamados óleos residuais, e sempre apresentam inúmeras
impurezas que podem provocar danos tanto ao sistema de bombeio e
queima, como podem ser carreados com os produtos da combustão
produzindo efeitos nocivos as superfícies de troca de calor e dutos.
Nas caldeiras de combustível líquido as tubulações e equipamentos do
sistema de manuseio devem ser convenientemente isoladas termicamente
para evitar a troca de calor com o meio ambiente e evitar expor as
superfícies aquecidas ao contato humano. Quanto maior for a
viscosidade do combustível, maior será a elevação da temperatura e
conseqüentemente maiores cuidados devem ser dedicados ao isolamento
das tubulações.
12.9 Combustíveis Gasosos
Gás Combustível de Refinaria
É um combustível gasoso, de baixo peso molecular médio, que não se liqüefaz
por compressão, dificultando seu armazenamento. O gás combustível,
geralmente, é uma corrente secundária do processamento em unidades de
refinação e petroquímica (craqueamento catalítico, coqueamento retardado,
reforma catalítica, pirólise) resultante do craqueamento térmico de frações
mais pesadas. Antes de ser destinado como combustível, esta corrente,
geralmente, passa por unidades de tratamento, onde é retirado o H2S, e por
unidades de fracionamento onde são retiradas frações utilizadas pela
indústria petroquímica.
É obrigatoriamente consumido na própria refinaria/petroquímica que o
originou ou em indústrias vizinhas, interligadas através de gasodutos.
Gás Natural
O gás natural é encontrado em reservatórios subterrâneos naturais,
associado ou não ao petróleo, donde é extraído através da perfuração de
poços.
Após ser produzido, antes de ser enviado para consumo como combustível,
geralmente, passa por unidades de processamento (PGN) que retiram deste gás
as frações mais pesadas. Estas frações podem ser incorporadas às correntes
de gás liqüefeito de petróleo e gasolina, ou servir como matéria prima de
unidades petroquímicas.
A
seguir, apresentamos algumas análises típicas deste combustível:
" "Gás 1 "Gás 2 "
"PCI (Kcal/Kg "11.377 "11.571 "
"Peso Molecular "20,2 "17,6 "
"Componentes: "Composição "em volume (%) "
"Metano "81,4 "89,9 "
"Etano "10,08 "8,5 "
"Propano "4,88 "0,5 "
"i - butano "0,72 "- "
"n - butano "1,11 "- "
"Isopentano "0,22 "- "
"Neopentano "0,21 "- "
"Pentanos e > "0,15 "- "
"Nitrogênio "1,08 "0,7 "
"CO2 "0,52 "0,4 "
"Gás 1 - Gás produzido na Bacia de Campos (antes da "
"PGN) "
"Gás 2 - Gás produzido na Bacia de Campos (após a PGN)"
Para fornecimento a consumidores externos à PETROBRÁS, o DNC exige o
cumprimento da especificação abaixo:
"Gás Natural "
"Densidade relativa ao ar, a 20 ºC "0,60 a 0,81 "
"Enxofre total, mg/m3 "110 (máx.) "
"Gás Sulfídrico, mg/m3 "29 (máx.) "
"Nitrogênio + Dióxido de carbono, % "6 (máx.) "
"Vol. "7.600 a 11.500 "
"Poder calorífico, a 20 ºC e 1 atm "8.500 a 12.500 "
"Inferior, Kcal/m3 " "
"Superior, Kcal/m3 " "
"OBS.: O produto deve ser isento de hidrocarbonetos "
"condensados, óleos e partículas sólidas. "
As caldeiras projetadas para a queima de gás são em geral muito mais
simples que as utilizadas para os demais combustíveis. Isto se explica pelo
fato do gás não requerer nenhum aquecimento prévio para ser queimado nas
fornalhas, não necessitar de grandes reservatórios para sua estocagem, e
por ser um combustível de alto rendimento contendo poucas impurezas.
Os ciclos combinados associando uma ou mais turbinas a gás à caldeiras de
recuperação tem se apresentado como uma das melhores opções para a geração
da termoeletricidade. Estas caldeiras podem ou não serem dotadas de
queimadores e se destinam a produzir vapor aproveitando o calor residual
contido nos gases ao deixarem a exaustão da turbina a gás.
Também tem sido muito utilizada a modificação de caldeiras, inicialmente
projetadas para queima de óleo, para passarem a atuar alternativamente ou
simultaneamente com queima de gás, são as denominadas caldeiras de queima
mista.
13.Trocadores de Calor
13. 1 Objetivos
Apresentar os principais tipos de trocadores de calor, suas aplicações e
suas características mais marcantes.
Apresentar as principais variáveis e metodologias envolvidas no projeto,
dimensionamento e seleção de trocadores de calor.
Apresentar uma classificação dos trocadores de calor com relação a aspectos
construtivos, operacionais e de princípios
13.2 Definição - O que são Trocadores de Calor?
Equipamentos de vários tipos e configurações onde ocorre transferência de
energia sob a forma de calor entre duas ou mais massas de fluido que podem
ou não estar em contato direto.
13.3 Aplicações
PROCESSOS/OPERAÇÕES
Aquecer, resfriar, condensar, evaporar, ferver, esterilizar, pasteurizar,
congelar, fracionar, destilar, concentrar, cristalizar, fundir, secar...
As incontáveis aplicações e os inúmeros processos e aplicações levam à
necessidade de classificar os trocadores de calor.
13.4 Classificação
13.5 Trocadores duplo-tubo
13.5.1 Trocadores duplo-tubo: Características básicas
1. Consiste de um tubo montado internamente e concêntrico a um tubo de
maior diâmetro. Acoplamentos hidráulicos (flanges etc.) servem para guiar
os fluidos para o interior do trocador e de uma seção para outra.
2. O tubo interno geralmente possui aletas longitudinais soldadas
internamente ou externamente para aumentar a área de troca térmica para o
fluido de menor C.T.C.
3. Usado na maioria das vezes para transferência de calor sensível
(aquecimento ou resfriamento) em situações onde áreas de troca pequenas
(até 50 m2) são necessárias. Condensação e ebulição em pequenas quantidades
também podem ser acomodadas.
4. Em alguns casos, há um feixe tubular interno ao invés de um tubo.
5. Alguns modelos são "itens de catálogo".
13.5.2 Trocadores duplo-tubo
VANTAGENS
1. Flexibilidade na aplicação, podendo ser conectados em diversos arranjos
em série e/ou
paralelo a fim de acomodar limitações de perda de carga e de temperatura;
2. Flexibilidade na montagem, podendo ser facilmente construídos a partir
de componentes
disponíveis (ex.: tubos, flanges, acoplamentos...) e também facilidade de
aumento/redução
da área de troca de acordo com variações no processo;
3. São de fácil manutenção e limpeza;
4. Métodos de cálculo são razoavelmente bem estabelecidos e precisos
DESVANTAGENS
A principal desvantagem deste tipo de trocador é o seu elevado custo por
unidade de área
de troca (quando comparado a outras configurações).
13.6 Trocadores casco-e-tubos
13.6.1 Trocadores casco-e-tubos: Características básicas
1. É o tipo mais comum de trocador de calor, compreendendo diversos sub-
tipos e configurações (as quais dependem da aplicação);
2. Um trocador C-e-T típico possui os seguintes componentes
(a) TUBOS:
Componentes básicos do trocador, que promovem a área de troca entre as duas
correntes de fluido. Os tubos podem ser lisos ou possuir aletas de baixo
perfil de maneira a aumentar a área de troca. Os tubos são mantidos no
lugar pelas placas tubulares.
(b) PLACA TUBULAR:
Placa circular de metal perfurada na qual os tubos são fixados (por solda,
interferência, dilatação térmica...). A(s) placa(s) tubular(es) podem ser
soldadas ou fixadas por meio de parafusos ao casco do trocador de calor.
(c) CASCO ou CARCAÇA:
Elemento metálico de formato cilíndrico que envolve o feixe tubular.
Dependendo das dimensões, pode ser fabricado a partir do corte de um tubo
existente (D < 0.6 m), ou da calandragem de uma chapa metálica seguida de
soldagem.
O tamanho de um trocador C-e-T é designado através da combinação
(d) CHICANAS:
O arranjo de chicanas no lado do casco do trocador serve a dois propósitos:
(i) dar suporte aos tubos contra flexão e vibração,
(ii) guiar o fluido do lado do casco através do feixe de tubos de uma forma
o mais próximo possível de um escoamento cruzado ideal.
O tipo mais comum de chicanas são as segmentadas (como na figura), mas
outros tipos estão disponíveis pesquisas, patentes..
Trocadores casco-e-tubos:
13.6.2 Trocadores casco-e-tubos:
VANTAGENS
1. São robustos e de construção relativamente simples;
2. São de limpeza e manutenção relativamente simples (se forem projetados
corretamente...);
3. Métodos de projeto existentes já foram bem testados;
4. Flexibilidade na construção permite que praticamente qualquer processo
possa ser executado num trocador C-e-T (pressões e temperaturas
extremamente baixas ou altas, altas diferenças de temperatura, mudança de
fase, incrustações severas, fluidos corrosivos...).
DESVANTAGENS
Os itens 3 e 4 acima são responsáveis pela maior desvantagem dos trocadores
C-e-T. Para grande parte das situações, outros tipos de trocador de calor
executariam o processo de uma forma
13.7 Trocadores de placas
13.7.1 Trocadores de placas:características básicas
1. Há pelo menos 3 tipos diferentes de trocadores de placas, os placas-e-
armação (mais conhecidos e utilizados), os em espiral e os trocadores do
tipo lamela.
2. Em sua variante mais comum, o trocador consiste de placas metálicas
corrugadas montadas em uma armação. O conjunto de placas compreende a
superfície de troca e as 'rugas' promovem turbulência e minimizam regiões
de estagnação e incrustação;
3. As juntas (geralmente de borracha, Viton ou Neoprene) têm o propósito de
vedar as folgas
entre placas adjacentes e delinear os caminhos a serem percorridos pelas
correntes;
4. Placas podem ser construídas a partir de qualquer material 'prensável'.
Os mais comuns são aço inox, titânio, Incoloy etc. Para aplicações sujeitas
a corrosão severa, alguns fabricantes oferecem placas de grafite ou de
materiais poliméricos;
5. Os trocadores P-e-A foram usados inicialmente na indústria de
laticínios, onde a necessidade de montagem, limpeza e desmontagem de fácil
execução é mandatória;
6. A armação consiste de uma barra superior e de placas de pressão (uma
fixa e a outra móvel) em ambas as extremidades do trocador. A flexibilidade
de montagem e adaptação a mudanças do processo são características
importantes deste trocador;
7. Trocadores P-e-A aplicam-se a uma gama de processos, incluindo líquido-
líquido, condensação e evaporação. Sua utilização com gases e altas
pressões não é recomendada (vedação).
13.7.2Trocadores de placas:comparativo casco-e-tubos
Devido a sua maior EFETIVIDADE, os trocadores P-e-A necessitam de uma menor
área para executar o mesmo processo. Para aplicações líquido-líquido,
áreas de um P-e-A são 25% menores e a perda de carga é, na média, mais
baixa.
Em termos de peso do trocador, os P-e-A são geralmente 40 a 50% mais leves.
13.8 Trocadores de placas:espiral e lamela
13.9 Trocadores de placas:soldadas e brazadas
13.10Trocadores de placas: platecoil
13.11 Trocadores de placas: circuito impresso
13.12 Trocadores tubo-aleta
13.13 Trocadores arame-sobre-tubo
13.14 Trocadores de micro-canais
13.15 Trocadores placa-aleta
13.15.1 Trocadores placa-aleta: Características básicas
1. São construídos a partir de placas paralelas e seções de aletas
corrugadas unidas por diversos processos de fabricação ('vacuum brazing',
'diffusion-bonding') umas sobre as outras (formando um "sanduíche");
2. As matrizes são geralmente construídas de alumínio. Recentemente, outras
ligas (incluindo aço inox) vêm sendo utilizadas;
3. A principal aplicação é em criogenia (processamento de gases
liquefeitos). No entanto, estes trocadores são encontrados em aplicações
aeroespaciais, petroquímicas, 'off-shore' etc.
4. Para algumas aplicações, trocadores compactos podem ser mais caros;
5. Não permitem desmontagem!
13.15.2Trocadores placa-aleta: Tipos de aletas
13.16 Resumo – Trocadores de Calor
