caso prático - Caldeira

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Enunciado 
Para realizar o Caso Prático, recomenda-se encarecidamente ler as instruções 
que aparecem no início deste documento. 
Uma empresa utiliza uma caldeira pirotubular para a produção de vapor e utiliza 
em seus processos o carvão. O carvão empregado na caldeira é o tipo turfa. Sua 
composição pode ser vista na tabela 1. Atualmente, a empresa conta com dois 
equipamentos para o controle de partículas, um filtro de mangas de eficiência de 
99% e um ciclone com eficiência de 95%. 
 Umidade 
% 
Carbono 
% 
Hidrogênio 
% 
Oxigênio 
% 
Nitrogênio 
% 
C. 
Voláteis 
% 
Pc 
kcal/kg 
Turfa 70-90 45-60 4-7 20-45 1-3 45-75 5200 
Lignito 30-50 60-75 4-6 17-35 1-2 45-60 6500 
Hulha 1-20 75-92 4-6 3-20 1-2 11-50 7500 
Antracito 1-4 92-95 3-4 2-3 1-2 3-10 8200 
O fluxo mássico de emissão de partículas da caldeira é de 1.440 kg/dia antes de 
passar pelos equipamentos de controle, sendo 66% equivalente ao PM10. 
A legislação atual permite a emissão de PM10 em 1,6 kg/h. 
Questionário 
1. Com os equipamentos instalados, é possível emitir partículas inferiores a 
5 μm? Explique sua resposta. 
2. A empresa cumpre com o valor limite de emissão? 
3. Quanto material particulado é emitido na atmosfera. 
4. Quais são as vantagens ou desvantagens de utilizar a turfa como 
combustível? 
5. Segundo a tabela de carvões, você recomendaria mudar ou continuar 
utilizando o carvão atual? Explique sua resposta. 
 
Solução 
O material particulado (MP) com tamanho entre 0,002 e 10 μm são de 
maior importância quando se fala dos aspectos físico-químicos da atmosfera e 
para a saúde humana. 
A descrição mais utilizada para o seu tamanho é o diâmetro 
aerodinâmico, sendo a MP10 a classe de tamanho para partículas entre 2,5 e 10 
μm, enquanto que a MP2,5 para unidades menores que 2,5 μm, sendo este 
último, responsável pela redução da expectativa de vida da União Europeia em 
8 meses, segundo a Agência Ambiental Europeia (AAE). 
Os equipamentos adotados pela empresa são de alto desempenho, com 
baixo custo e de fácil manutenção. O ciclone (95% de eficiência) normalmente é 
responsável pela coleta de partículas maiores que 5 μm, tendo pouca eficiência 
para unidades menores. Mesmo com seu alto desempenho poucos problemas, 
ele não é apto para reter este tipo de material. 
O material que não for filtrado pelo ciclone, passa para a segunda etapa 
do processo, o material com diâmetro equivalente a 5 μm (ou inferior), é 
submetido ao filtro de pano. Este tipo de aparelho é responsável por conter 
material superior a 1 μm, com 99% de eficácia, detendo as partículas da malha, 
onde, posteriormente, as partículas retidas formam uma camada que passa a 
ser o meio filtrante. Este tipo de filtro retem o restante do material de classe 
MP10, sendo necessária uma limpeza regular, uma vez que o filtro de manga 
não é descartável. Dado funcionamento dos aparelhos, é pouco provável que 
uma partícula de 5 μm seja liberada. 
Considerando que a empresa produz 1.440 kg/dia, sendo 66% de MP10, 
é visto que 950,4 kg/dia de MP10 são produzidos. Como a escala do MP10 varia 
de 2,5 a 10 μm e o ciclone tem 95% de eficácia para reter partículas de tamanho 
superior a 5 μm, acreditasse que 1/3 do MP10 original não seja filtrado pelo 
ciclone, com 5% de erro, restando, aproximadamente, 316,8 kg/dia (valor bruto 
e sem os 5% de erro). 
O filtro de pano irá trabalhar com a parcela restante, sendo este capaz 
de filtrar até 99% do material maior que 1 μm. Considerando este 1% de falha, é 
provável que somente 3,168 kg/dia supere o segundo apetrecho de coleta, 
emitindo 0,132 kg/h de MP10 e estando dentro da legislação, mesmo com a falha 
de 5% do ciclone, este valor permaneceria inferior,. 
Olhando para o material restante produzido, e seguindo as mesmas 
etapas de coleta e filtragem, dos 489,6 kg/dia é preciso considerar três cenários 
possíveis. No primeiro cenário, todo este material é da classe MP2,5, todo o 
material tem diâmetro maior que o MP10 ou existe uma mistura das classes. 
No primeiro o caso, o ciclone se torna inútil para este percentual e, 
restando a ele filtrar somente 44% da produção diária (2/3 do MP10 produzido). 
Neste cenário, a coleta da classe MP2,5 é feita somente pelo filtro de manga, 
liberando 4,896 kg/dia, superior ao MP10. 
No segundo caso, o ciclone é capaz de conter quase toda quantia de MP 
produzida, restando somente 24,48 kg/dia e destes, somente 0,2448 kg/dia 
passariam pelo filtro de manga. 
No último cenário, existe uma mistura entre as classes MP2,5 e 
partículas maiores que 10 μm. Como não existe uma determinação de seus 
percentuais e já houve o estudo dos casos extremos (100% de ambas as 
classes) segue a avaliação de um caso com 50% das duas. 
Com 50%, o material de classe MP2,5, contando somente com o filtro de 
manga, emitiria 2,448 kg/dia, enquanto que o material superior a 10 μm, 
passando pelos dois aparelhos, emitiria 0,1224, emitindo um total de 2,5704 
kg/dia. Unindo esta quantia ao valor da classe MP10, a empresa emite 5,7384 
kg/dia de partículas. 
Quanto ao combustível, a turfa é excelente a nível ecológico, com 
elevada eficiência energética, produz quantidades relativamente boas de energia 
por unidade de peso, é fácil de localizar depósitos no mundo e tem o melhor 
custo-benefício das outras alternativas, mas possui baixo poder de calor e 
inflama com facilidade, precisando de um cuidado maior de armazenamento, 
sendo o mais baixo das quatro opções. 
Para alternativa de troca, a nível de calor, a melhor opção destes seria 
o Antracito, mas este possui um elevado custo comercial. Sendo a turfa o mais 
fraco e o Antracito o mais caro das opções, pode ser usado o Linhito, feito a partir 
da compressão da turfa, possuindo um nível de carbono maior que a turfa, porém 
ainda é um dos menores. Compensando um pouco no calor sem elevar tanto o 
custo de compra do material, seguindo com fácil acesso ao longo do planeta. 
Referências 
GREGÓRIO, José Ribeiro; RAUPP, Daniele Trajano; ROSSETO, Gislaine 
Penha. Unidade Temática" Poluição Atmosférica: um inimigo invisível". 2020. 
MALVISI, Fabiama; Estudo da poluição atmosférica causada pela queima de 
óleo combustível em caldeira e seleção de equipamento de abatimento de 
material particulado em caldeira flamotubular a óleo combustível nacional como 
estudo de caso. 125 f. (Dissertação) – IPT, São Paulo, 2010.