(UFRGS - 2013) Eletrostática

Um dos grandes problemas ambientais decorrentes do aumento da produção industrial mundial é o aumento da poluição atmosférica. A fumaça, resultante da queima de combustíveis fósseis como carvão ou óleo, carrega partículas sólidas quase microscópicas contendo, por exemplo, carbono, grande causador de dificuldades respiratórias. Faz-se então necessária a remoção destas partículas da fumaça, antes de ela chegar à atmosfera. Um dispositivo idealizado para esse fim está esquematizado na figura abaixo.


A fumaça poluída, ao passar pela grade metálica negativamente carregada, é ionizada e posteriormente atraída pelas placas coletoras positivamente carregadas. O ar emerge fica até 99% livre de poluentes. A filtragem do ar idealizada neste dispositivo é um processo fundamentalmente basea-do na

(A) eletricidade estática.
(B) conservação de carga elétrica.
(C) conservação de energia.
(D) força eletromotriz.
(E) conservação de massa.


Por que não B?

A filtragem se baseia apenas na atração entre cargas elétricas. A conservação de carga não faz muito sentido nesta análise.

Não se aplica a ionização do gás, Thálisson?

Sim Christian, é claro que existe conservação entre as cargas perdidas pela placa e ganha pelas moléculas do gás, mas este não é o princípio do funcionamento do filtro: ele se baseia na atração eletrostática de cargas.

Este equipamento que separa as partículas sólidas da fumaça denomina-se Precipitador Eletrostático.

Eu, particularmente, participei da instalação/operação/manutenção de um destes equipamentos, de grande porte, numa refinaria de petróleo.

O meu erro foi na interpretação então, já que com "filtragem" eles se referem APENAS ao processo de retirada dos poluentes contidos nos gases, desconsiderando o processo de ionização dos mesmos.

Valeu.


PS: interessante experiência, Élcio, se possível nos conte mais!

Antigamente (antes da década de 70) não existiam órgãos ambientais, quer sejam federais, municipais e municipais.

Evidentemente, sem cobranças, as indústrias, principalmente, não se preocupavam em melhorar. Com isto havia muita poluição de rios/lagos/mares, do ar e do solo.

Com o advento da legislação a respeito, as empresas tiveram que se comprometer com melhorias (de curto, médio e longo prazo)

Inicialmente foi difícil, devido à inexistência de tecnologia: muitos equipamentos tiveram que ser importados.

Uma refinaria de petróleo do nosso pais (onde eu trabalhei), fez um contrato com uma empresa de projetos, para detalhar o projeto de um precipitador eletrostático (final de 1970). Com o projeto analisado e aprovado houve a contratação de uma empresa para instalação do precipitador. Nesta fase eu atuei como fiscal da obra, como engenheiro eletricista, registrado como responsável técnico perante o CREA.

Acompanhei também a fase de pré-operação, quando são executados testes para comprovar a eficiência do equipamento, fazer ajustes, etc.

E posteriormente, como gerente de manutenção acompanhei, durante vários anos, a manutenção preditiva, preventiva e corretiva deste equipamento.

Que interessante, Élcio! Ótimo saber que essas tecnologias estão tão próximas de nós.

Conclui que a resposta para essa questão é a seguinte, pessoal, chequem pra mim se está correto: a eletricidade estática é o "princípio fundamental" do funcionamento desse filtro, sendo a conservação das cargas um "princípio secundário" aplicado para que a eletricidade estática possa atuar e reter os poluentes.

Baseado no mesmo princípio do campo elétrico constante entre duas placas planas paralelas, existe um outro importantíssimo equipamento utilizado na indústria do petróleo: Dessalgadora Elétrica.

Todo petróleo tem sal, principalmente aqueles provenientes de campos de produção marítimos, tal como os da Bacia de Campos e da Bacia de Santos. E este sal, misturado com água, é danoso para os equipamentos de destilação de petróleo, destinados a produzir os derivados (óleo combustível, diesel, gasolina, querosene, GLP, etc.). É danoso principalmente devido à corrosão que produz nos equipamentos.

Para evitar isto duas providências são tomadas:

1) Depois de produzido o petróleo é armazenados em tanques metálicos, de grandes dimensões (cilindros verticais com capacidade da ordem de milhões de litros). Ele é deixado "descansar" por alguns dias. Como o sal é "ávido" por água, aos poucos bolhas de água com sal, por terem densidade maior que a do petróleo, decantam, indo para o fundo do tanque. Este processo pode ser acelerado mediante vários grandes "agitadores" (tipo de ventiladores, movidos por motores elétricos) instalados na parede externa cilíndrica dos tanques. Após a decantação, a água salgada é drenada por uma válvula situada próxima ao fundo do tanque. Com isto, uma boa quantidade do sal é retirada.

2) A próxima fase é aquecer o petróleo num forno, com temperatura superior a 400 ºC. Depois o petróleo penetra na dessalgadora que é um vaso metálico (cilíndrico, com eixo horizontal ou esférico). Dentro do equipamento existem duas grandes "grades" metálicas paralelas, isoladas eletricamente das paredes do vaso e distantes aproximadamente 1 m uma da outra. Através de uma alimentação elétrica externa, mantém-se uma ddp de 440 V ou 4 160 V (ou outra qualquer), entre as grades, isto é mantém-se um campo elétrico constante entre elas. Enquanto o petróleo está dentro do vaso, injeta-se água dentro dele. Esta água fica emulsionada, isto é, fica dividida em uma quantidade muito grande de pequena bolhas. Esta pequenas bolhas atraem as partículas de sal.

Este campo elétrico faz o seguinte: ioniza as pequenas bolhas, fazendo com que elas se juntem, através de atração eletrostática, e formem grandes bolhas. Estas, por sua vez, decantam para o fundo do vaso, onde são retiradas por válvulas.

Com isto, o petróleo, depois de "limpo", vai ter a retirada de mais de 99 % do sal original e poderá ser destilado sem grandes problemas.

Ai os usuários do PiR2, inteligentes e questionadores, certamente vão perguntar:

Mas, Elcio, com uma ddp tão alta entre as grades, tendo água salgada entre elas, não vai haver um curto-circuito, já que a água salgada é excelente condutor (resistência elétrica baixa)? E, havendo uma corrente de curto circuito, o disjuntor que alimenta a dessalgadora não vai desligar????

Duas perguntas inteligentíssimas!!! E eu sou obrigado a responder:

1) Sim, vai haver tendência da corrente ser muito alta, devido à presença de água salgada.
2) Sim, vai haver tendência do disjuntor desligar.

E ai, o equipamento vai desligar e vai ser preciso ligar de novo, transformando a operação do equipamento numa sequência interminável de liga/desliga? A resposta é NÃO porque faltou eu contar o "pulo do gato"!!!
E para entender o pulo do gato vai ser preciso entender bem a teoria sobre eletromagnetismo, mais especificamente a teoria sobre corrente induzida (Lei de Faraday- Neumann e Lei de Lenz):

Externamente ao vaso existe uma equipamento elétrico denominador Reator Elétrico. Nada mais é do que um grande solenóide ou bobina, ligado em série com o sistema elétrico da dessalgadora.

Lei de Faraday-Neumann: Toda variação do fluxo magnético produz uma fem induzida.
Lei de Lenz: A fem induzida tem efeitos tais que sempre contraria a causa que a produziu

Então vejam, senhores estudantes de eletricidade, o que acontece:

1) Devido à água salgada a corrente entre as grades TENDE a ser uma corrente muito elevada (corrente de curto-circuito) o que ocasionaria, certamente, o desligamento do disjuntor.

2) Esta corrente vai criar uma fem induzida

3) O reator (solenóide) "sente" esta fem induzida. Como ele é "do contra", ele força a corrente a diminuir, aumentando sua impedância elétrica (algo similar à resistência elétrica)

4) Com isto a corrente diminui e o disjuntor NÃO desliga!!!

Uma curiosidade a mais. Caso acorrente tendesse a DIMINUIR, o reator (do contra) forçaria ela a aumentar, diminuindo sua impedância elétrica.

Aprenderam um pouco de eletromagnetismo prático?
Entenderam o motivo de tudo isto ser ensinado no Ensino Médio? Sabiam que TODOS os operadores de uma refinaria tem que ter, no mínimo Ensino Médio e, melhor ainda, Ensino Técnico? São eles que operam o equipamento! Sabiam que todos os eletricista que trabalham numa refinaria tem que ter Ensino Médio E ensino técnico? O motivo é óbvio: são eles que fazem a manutenção do equipamento (de alta tensão)!
E saibam a importância da matéria para os futuros Engenheiros eletricistas: são eles que projetam, instalam, comandam a operação e manutenção do mesmo!

Ufa!!! Acho que falei demais hoje! E olhem que nem falei sobre Tomógrafos e Aparelhos de Ressonância Magnética!

Muito bom Elcio! Quanta coisa você tem para nos passar.

Meus agradecimentos,