Filtro de mangas: como dimensionar para pó de lixamento e processos industriais

O filtro de mangas é o coletor de pó mais usado na indústria: o ar carregado de partículas passa por mangas de tecido ou feltro, o pó fica retido na superfície e o ar limpo segue para o ventilador e a chaminé. Funciona bem para pó de lixamento de madeira e MDF, rebarbação e esmerilhamento de metais, cimento, minerais e muitos outros processos. Mas só funciona bem se for dimensionado pelo processo, e não pelo catálogo.

Um filtro pequeno demais entope rápido, perde vazão e deixa o pó escapar nos pontos de captação. Um filtro grande demais custa mais do que precisava. Este guia mostra a sequência de contas que o projetista faz e o que você precisa ter em mãos para pedir uma cotação comparável.

As cinco grandezas do dimensionamento

1. Vazão de ar (m³/h): quanto ar o sistema precisa captar em todos os pontos.
2. Velocidade nos dutos (m/s): rápida o bastante para o pó não assentar na tubulação.
3. Relação ar/pano (m³/min por m² de manga, ou m/min): quanto ar cada metro quadrado de tecido filtra.
4. Área filtrante e número de mangas: consequência das duas anteriores.
5. Perda de carga total: a pressão que o ventilador terá de vencer.

1. Vazão: comece pelos pontos de captação

A vazão do filtro é a soma das vazões de cada captor (coifa, bocal de máquina, mesa de lixamento), mais as perdas por frestas e uma folga para ampliações. Máquinas de lixamento e serras costumam ter a vazão de exaustão indicada pelo fabricante no manual ou na plaqueta; use esse valor. Para coifas projetadas na fábrica, a vazão depende da velocidade de captura necessária e da distância até a fonte, e deve ser calculada pelo projetista.

Inclua no levantamento quantas máquinas funcionam ao mesmo tempo. Se o sistema tiver registros (dampers) para fechar ramais parados, a vazão de projeto pode considerar o uso simultâneo real, desde que a velocidade nos dutos que continuam abertos seja mantida.

2. Velocidade de transporte nos dutos

Se o ar andar devagar dentro do duto, o pó assenta, a tubulação entope e, no caso de pó combustível, forma depósitos perigosos. A referência mais usada para essas velocidades é o manual Industrial Ventilation, da ACGIH. As faixas abaixo são as normalmente citadas a partir dele:

Com a vazão e a velocidade, o diâmetro do duto sai direto:

Exemplo: 12.000 m³/h (3,33 m³/s) a 20 m/s exigem 0,167 m² de seção, ou um duto principal de cerca de 460 mm. Cada ramal é calculado com a vazão do seu próprio captor, mantendo a velocidade mínima.

3. Relação ar/pano: o número que define o tamanho do filtro

A relação ar/pano (ou taxa de filtragem) é a vazão dividida pela área de tecido. Quanto menor a relação, maior o filtro, menor a perda de carga e mais longa a vida das mangas. Ela depende do tipo de pó, da concentração, da granulometria, da temperatura e do sistema de limpeza.

O manual de custos de controle de poluição do ar da EPA (Agência de Proteção Ambiental dos EUA) traz valores de referência. Alguns deles, convertidos para m/min:

Dois pontos sobre essa tabela. Primeiro, o filtro de jato pulsante trabalha com relação ar/pano bem mais alta que o de vibração (motovibrador) ou ar reverso, por isso fica mais compacto para a mesma vazão. Segundo, esses números são referências para condições comuns, não um valor garantido. O pó de lixamento é muito mais fino que a serragem de serra, e pó fino forma uma camada mais fechada sobre a manga. Por isso é comum o projeto adotar valores abaixo da referência quando a fração fina é alta. O valor final deve vir do fabricante do filtro, com base no seu processo.

4. Área filtrante e número de mangas

Exemplo ilustrativo: 12.000 m³/h são 200 m³/min. Adotando uma relação conservadora de 2,5 m/min, são necessários 80 m² de área filtrante. Com mangas de 160 mm de diâmetro e 3 m de comprimento (cerca de 1,51 m² cada), chega-se a 53 mangas, arredondadas para a matriz do equipamento, por exemplo 54 (6 × 9). Diâmetros e comprimentos variam de fabricante para fabricante; o que você deve comparar entre propostas é a área filtrante total e a relação ar/pano resultante.

5. Limpeza, perda de carga e ventilador

No filtro de jato pulsante, um pulso curto de ar comprimido (da ordem de 0,03 a 0,1 s, a 4 a 8 bar) entra pelo topo de cada fileira de mangas, flexiona o tecido e derruba a torta de pó na moega, sem parar a filtragem. A EPA cita perda de carga típica de 100 a 250 mmca nesse tipo de filtro. É por isso que o equipamento precisa de ar comprimido seco e limpo, de um sequenciador e de um manômetro diferencial para acompanhar a perda de carga.

O ventilador é escolhido pela vazão e pela soma de todas as perdas: captores, dutos, curvas, filtro com mangas já impregnadas e chaminé. Como essa pressão é alta, o padrão é o exaustor centrífugo, normalmente instalado depois do filtro (lado limpo). Veja a diferença entre os tipos em exaustor axial ou centrífugo: como escolher.

Cuidados específicos com pó de lixamento

• Risco de explosão: pó fino de madeira, MDF e de vários metais é combustível. Referências internacionais como as normas NFPA 652 e NFPA 664 (específica para madeira) tratam de alívio de explosão, isolamento de dutos, aterramento e limpeza. Exija que o projeto avalie esse risco.
• Faíscas: em lixamento e esmerilhamento de metal, avalie separador de faíscas ou pré-separador antes das mangas.
• Tecido da manga: poliéster é comum em temperatura ambiente; pó úmido, oleoso ou quente pede tratamento ou material diferente.
• Descarga do pó: válvula rotativa ou tambor vedado, para o filtro não aspirar ar pela moega.
• Emissão: os limites na chaminé dependem do órgão ambiental do seu estado e da licença da fábrica. Confirme antes de especificar.

O que informar no pedido de cotação

1. Lista de máquinas e pontos de captação, com a vazão indicada pelo fabricante de cada uma.
2. Quantas operam ao mesmo tempo e se haverá ampliação.
3. Material processado (madeira, MDF, aço, alumínio, minerais) e tipo de operação (corte, lixamento, esmerilhamento).
4. Croqui com distâncias até o local do filtro e desníveis.
5. Temperatura e umidade do ar, presença de óleo ou faíscas.
6. Disponibilidade de ar comprimido e tensão elétrica.

Fabricantes de sistemas de exaustão, como a Aruvento, e outras empresas da categoria de ventilação e exaustão conseguem dimensionar o conjunto a partir dessas informações.