Outubro de 2011

Universidade do MinhoEscola de Engenharia

Pedro Otelo Igreja Magalhes

Sistema de Aspirao e Tratamento de Partculas

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Dissertao de MestradoMestrado Integrado em Engenharia Mecnica Especializao em Tecnologias da Manufactura

Trabalho realizado sob a orientao doEng. Jos Joaquim Carneiro Barbosae doEng. Lus Fernando Sousa Ferreira da Silva

Outubro de 2011

Universidade do MinhoEscola de Engenharia

Pedro Otelo Igreja Magalhes

Sistema de Aspirao e Tratamento de Partculas

AUTORIZADA A REPRODUO PARCIAL DESTA DISSERTAO APENAS PARA EFEITOSDE INVESTIGAO, MEDIANTE DECLARAO ESCRITA DO INTERESSADO, QUE A TAL SECOMPROMETE;

Universidade do Minho, ___/___/______

Assinatura: ________________________________________________

Resumo

Sistema mvel de aspirao e tratamento de partculas i

Resumo

Este trabalho foi efectuado no mbito da concluso do Mestrado Integrado do curso

de Engenharia Mecnica da Universidade do Minho. Foi proposto pela empresa

Setimep, na pessoa do Eng.. Henrique Gonalves, o projecto de um sistema mvel de

aspirao e tratamento de partculas poluentes.

O presente relatrio encontra-se dividido em 9 captulos. Nos trs primeiros

captulos, de caracter introdutrio, so expostas as bases do projecto. No primeiro

justificada a necessidade do equipamento aqui projectado destacando a problemtica da

poluio do meio ambiente e os efeitos desta sobre as pessoas, no segundo so

apresentados os objectivos para o trabalho definidos pela Setimep enquanto no terceiro

exposta a pesquisa de mercado efectuada assim como uma caracterizao dos

equipamentos. Os captulos quatro e cinco so dedicados ao projecto do equipamento. O

primeiro dedicado concepo do sistema com o dimensionamento de todos os seus

constituintes e o segundo onde exposta toda a mecnica da construo do

equipamento. O sexto e stimo captulo versam sobre as concluses sobre a execuo

deste projecto e sobre as propostas de trabalho futuro. Nos dois ltimos captulos esto

expostos a bibliogafia e referncias utilizadas para a elaborao deste projecto.

Foi efectuado um estudo de enquadramento do equipamento no sector industrial,

tendo como resultado o sistema apresentado neste trabalho suportado pela inexistncia

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 captao (uma hotte), acoplado a um tubo flexvel e

suportado por um brao articulado de movimentao e fixao do sistema.

O conjunto filtrante constitudo por dois elementos, um filtro pr-separador e um

filtro principal. Como pr-separador, foi selecionado e dimensionado da panplia, um

sistema de multiciclones (dois), conseguindo-se captar partculas at 12 m. Como filtro

principal, foi selecionado, um filtro de cartuchos (com dois cartuchos), tendo eficincia

filtrante at 0,2 m e tm um sistema de limpeza automtica de modo a aumentar a vida

til dos cartuchos e uniformizar o caudal de captao.

O ventilador selecionado teve como principal objectivo o comprimento dos

requisitos de caudal e presso para vencer as perdas de carga do sistema calculadas (300

mmca), foi selecionado o ventilador FV38-R2 S4 da Flakt Solyvent.

Resumo

ii Sistema mvel de aspirao e tratamento de partculas

Com o sistema dimensionado, procedeu-se ao projecto de fabrico, com a

preocupao de minimizar custos de fabrico, ergonomia favorvel aliados a robustez e

com a premissa de minimizar o espao ocupado. Utilizou-se para a construo do

equipamento preferencialmente o ao S235JR como material e a soldadura TIG como

tecnologia de fabrico de modo a minimizar os custos de produo.

O resultado obtido foi um produto final cujas dimenses gerais so de

1000x800x1220 com um caudal de aspirao de 1500 m3/h e garantindo uma emisso <

a 0,2 m para a atmosfera com eficincia de 99 %. O peso do equipamento ronda os

250kg e o seu custo final estimado de cerca de 3000.

Abstract

Sistema mvel de aspirao e tratamento de partculas iii

Abstract

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 Gonalves, 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 pre-

filter it was selected and designed, from the range of possible solutions, a system with

cyclones (two) managing to capture particles up to 12 m. As main filter it was selected

and designed a cartridge filter (two cartridges) managing to capture particles up to 0,2

m. 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.

Abstract

iv Sistema mvel de aspirao e tratamento de partculas

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 m with an efficiency of 99%.

The device weight is around 250kg and the estimated cost it is of about 3000.

Agradecimentos

Sistema mvel de aspirao e tratamento de partculas v

Agradecimentos

No podia deixar de prestar um agradecimento especial a toda a minha famlia, em

especial minha me Maria, ao meu pai Lus, minha irm Cludia e minha

namorada Manuela pois sem eles e sem o incentivo com que continuamente me

presentearam no seria possvel sequer a minha entrada na Universidade, quanto mais

chegar a este ponto de eplogo desta caminhada.

Um reconhecimento tambm merecido ao Eng. Henrique Gonalves da Setimep,

no s por me ter proporcionado esta oportunidade de poder finalizar o curso j ligado

indstria mas tambm pelo apoio tcnico prestado ao longo de todo este projecto. No

me esqueo tambm dos meus restantes colegas da Setimep, a Diana e o Srgio, pois

tambm eles me deram um bom apoio tcnico e moral.

Por fim mas no menos importantes, gostaria de expressar a minha gratido aos

orientadores da minha dissertao, o professor Eng. Joaquim Barbosa e o professor

Eng. Lus Ferreira da Silva, pela pacincia e pelos sbios conselhos sem os quais no

seria possvel a concluso deste trabalho.

Nomenclatura

vi Sistema mvel de aspirao e tratamento de partculas

Nomenclatura

Grandezas Unidades

Nomes Smbolos Nomes Smbolos

Caudal Q metro cbico por hora

Velocidade linear U metro por segundo m/s

rea A metro quadrado m2

Dimetro D metro m

Energia de presso H Pascal Pa

Peso especfico quilograma por metro cbico kg/m3

Distncia metro m

Seco metro quadrado m2

Taxa de trabalho metro cbico por hora por metro quadrado

Volume V metro cbico m3

Tem