Sistema de aspiração e tratamento de partículas

Abstract

Este trabalho foi efectuado no âmbito da conclusão do Mestrado Integrado do curso de Engenharia Mecânica da Universidade do Minho. Foi proposto pela empresa Setimep, na pessoa do Eng.º. Henrique Gonçalves, o projecto de um sistema móvel de aspiração e tratamento de partículas poluentes. O presente relatório encontra-se dividido em 9 capítulos. Nos três primeiros capítulos, de caracter introdutório, são expostas as bases do projecto. No primeiro é justificada a necessidade do equipamento aqui projectado destacando a problemática da poluição do meio ambiente e os efeitos desta sobre as pessoas, no segundo são apresentados os objectivos para o trabalho definidos pela Setimep enquanto no terceiro é exposta a pesquisa de mercado efectuada assim como uma caracterização dos equipamentos. Os capítulos quatro e cinco são dedicados ao projecto do equipamento. O primeiro dedicado à concepção do sistema com o dimensionamento de todos os seus constituintes e o segundo onde é exposta toda a mecânica da construção do equipamento. O sexto e sétimo capítulo versam sobre as conclusões sobre a execução deste projecto e sobre as propostas de trabalho futuro. Nos dois últimos capítulos estão expostos a bibliogafia e referências utilizadas para a elaboração deste projecto. Foi efectuado um estudo de enquadramento do equipamento no sector industrial, tendo como resultado o sistema apresentado neste trabalho suportado pela inexistência do equipamento abrangendo as lacunas do mercado actual e tendo em conta os constrangimentos impostos. O sistema foi dimensionado tendo em conta um caudal imposto de 1500 m3/h. A velocidade de transporte escolhida foi de 20 m/s. Dimensionou-se o sistema de captação (uma hotte), acoplado a um tubo flexível e suportado por um braço articulado de movimentação e fixação do sistema. O conjunto filtrante é constituído por dois elementos, um filtro pré-separador e um filtro principal. Como pré-separador, foi selecionado e dimensionado da panóplia, um sistema de multiciclones (dois), conseguindo-se captar partículas até 12 μm. Como filtro principal, foi selecionado, um filtro de cartuchos (com dois cartuchos), tendo eficiência filtrante até 0,2 μm e têm um sistema de limpeza automática de modo a aumentar a vida útil dos cartuchos e uniformizar o caudal de captação. O ventilador selecionado teve como principal objectivo o comprimento dos requisitos de caudal e pressão para vencer as perdas de carga do sistema calculadas (300 mmca), foi selecionado o ventilador FV38-R2 S4 da Flakt Solyvent. Com o sistema dimensionado, procedeu-se ao projecto de fabrico, com a preocupação de minimizar custos de fabrico, ergonomia favorável aliados a robustez e com a premissa de minimizar o espaço ocupado. Utilizou-se para a construção do equipamento preferencialmente o aço S235JR como material e a soldadura TIG como tecnologia de fabrico de modo a minimizar os custos de produção. O resultado obtido foi um produto final cujas dimensões gerais são de 1000x800x1220 com um caudal de aspiração de 1500 m3/h e garantindo uma emissão < a 0,2 μm para a atmosfera com eficiência de 99 %. O peso do equipamento ronda os 250kg e o seu custo final estimado é de cerca de 3000€.

The work described in this paper has been done in the context of the conclusion of the Master's Degree in Mechanical Engineering. The company Setimep, represented by Eng. Henrique Gonçalves, proposed the project of a mobile system for aspiration and treatment of solid particles. This report is divided into nine chapters. In the first three chapters, of introductory character, there are exposed the bases of the project. The first one justified the need of the equipment by highlighting the problem of environmental pollution and its effect on people, the second shows the objectives, defined by Setimep, for the work while in the third is exposed the market research carried out and a characterization of equipments of the same family. The chapters four and five are dedicated to the design of the equipment. The first one is dedicated to the design of the system and all its constituents and in the second it is exposed the equipment building characteristics. The sixth and seventh chapter deals with the conclusions of this project and proposals for future work. In the last two chapters are exposed the bibliography and the references used in this project. All the components of the system were study taking into account the constraints imposed by the company. A tax flow of 1500 m3/h has been imposed for the design of the system. The chosen transport speed was of 20 m/s. For the extraction system, it was selected and designed a hood coupled to a flexible tube that connects to the filtration elements. This assembly is held by an articulated arm with springs to make it possible to move and fix the extraction system in the desired position. The filtration system consists in two elements, a pre-filter and a main filter. As prefilter it was selected and designed, from the range of possible solutions, a system with cyclones (two) managing to capture particles up to 12 μm. As main filter it was selected and designed a cartridge filter (two cartridges) managing to capture particles up to 0,2 μm. The cartridge filters have an automatic cleaning system (with compressed air), as recommended by the manufacturer in order to extend the filter life expectation. The system fan was selected so that it could generate enough pressure energy to overcome the pressure drop across the system, calculated using the tables of SMACNA. For the calculated pressure drop of 300 mmH2O the selected fan was the FV38-R2 S4 from Flakt Solyvent. With all the system design finished, the next step was to make the manufacturing project, with the premises of minimizing the equipment space and also to ensure robustness. The preferential used material was the S235JR construction steel and the manufacturing process was the TIG welding. The purpose of this chooses was to minimize the fabrication costs to the maximum. The final product is a equipment with overall dimensions of 1000x800x1220 that have the capacity to capture and filter particles up to 0,2 μm with an efficiency of 99%. The device weight is around 250kg and the estimated cost it is of about € 3000.