Este estudo objetiva avaliar o desempenho de treze tipos diferentes de meio filtrante primário, desenvolvidos para uso na filtração a vácuo de lodo de caldo de cana, simulando as operações de formação e desidratação da torta em filtros contínuos de tambor rotativo a vácuo, empregados nas indústrias de açúcar e álcool do Brasil. Os meios filtrantes primários testados foram divididos em chapas perfuradas por processo mecânico e foto corrosão química, com furos redondos e hexagonais, diferentes procedências, áreas abertas, tipos de acabamento superficial, espessuras e processos de ataque químico de corrosão das chapas. Mais ainda outros tipos construídos com barras trapezoidais, formando grade metálica com aberturas retangulares de diferentes aberturas e área aberta. Todos ensaios foram realizados em planta piloto, anexa ao filtro real, objetivando refletir a realidade das variáveis operacionais do lodo de caldo de cana em um filtro de tambor rotativo a vácuo, aplicado nas indústrias de açúcar e álcool. Para cada ensaio, todas as análises do lodo, torta e caldo filtrado foram feitas no laboratório da usina, levantando dados quantitativos e qualitativos que foram contrastados com os elemento filtrantes padrão utilizado normalmente. Os resultados são apresentados graficamente, comparando as taxas de filtração obtidas das etapas de formação e desidratação da torta, para as variações de vácuo, temperatura e concentração de auxiliar filtrante. Como conclusão, mostra ao usuário um novo caminho para melhoramento significativo do desempenho da filtração a vácuo, sem a necessidade de aumento da área da unidade de filtração com baixo investimento.

1 – INTRODUÇÃO
Filtros contínuos de tambor rotativo a vácuo são os equipamentos mais utilizados na indústria sucroalcooleira no Brasil, em função do tipo de tratamento utilizado na clarificação do caldo de cana, que é a sulfitação. Estima-se que, para a produção nacional de 320 milhões de toneladas de cana de açúcar [1], seja necessário 51.850 m2 de área filtrante, mantendo a relação média de 0,7 m2 de área de filtração por tonelada de cana, com período médio de duração da safra de 180 dias. Segundo [2] ARQUED, A. P. (1955), o primeiro filtro de tambor rotativo a vácuo foi instalado no Brasil nas usinas de açúcar e álcool, em 1927, pelo fabricante Oliver Campbell. [3] SPENCER & MEADE (1967) citam que os filtros de tambor rotativos a vácuo substituíram rapidamente os filtros prensa, a partir de 1935. Os diferentes tipos de equipamentos para filtração de lodo buscam uma melhor eficiência da filtração, com a elevação dos índices de retenção de sólidos. Recentemente o setor sucro-alcooleiro tem investido na instalação de filtros contínuos do tipo correia, em busca de melhor eficiência, sem mesmo ter otimizado as variáveis físicas do filtro contínuo de tambor rotativo a vácuo. [4] PERRY et al. (1977), relatam que filtros contínuos de tambor rotativo a vácuo, manuseiam mais toneladas de sólidos do que qualquer outro tipo de filtro combinado. Outros setores que utilizam filtros de tambor rotativo a vácuo, como na mineração, otimizaram as variáveis físicas do equipamento e continuam acreditando no seu potencial. O objetivo do presente trabalho foi comparar, através das taxas de filtração obtidas, treze tipos diferentes de meios filtrantes primários, em relação ao padrão mais utilizado nas usinas.

2 - MATERIAL E MÉTODOS
O experimento foi realizado no setor de filtração de lodo de caldo de cana da Usina da Barra - Barra Bonita / SP. Foi desenvolvida e construída uma planta piloto, instalada anexa a um filtro de tambor rotativo de diâmetro 4.267 mm por 12.192 mm de largura, servida pela rede de vácuo e alimentada pelo lodo da própria bacia do filtro, garantindo deste modo todas as variáveis do processo, no decorrer de toda safra canavieira, como ilustra a Figura 1.

O desenvolvimento do trabalho iniciou-se com ensaios somente com água e temperatura controlada variando os níveis de vácuo. Numa segunda etapa, realizaram-se os ensaios com o lodo de caldo de cana durante o período decorrente de uma safra (210 dias), considerando desta forma todas as variáveis sazonais. Numa terceira fase, foram realizados ensaios com variação de temperatura, níveis de vácuo e concentração de auxiliar filtrante.
Coletaram-se dados do volume filtrado e do tempo decorrido gerando as taxas de filtração.

O lodo, a torta e o filtrado foram analisados no próprio laboratório da Usina da Barra.
Um dispositivo de filtração denominado "Filter leaf test", foi desenhado para avaliação dos elementos filtrantes primários como mostra a figura 2.
O procedimento para coleta de dados utilizando a técnica de teste folha com alimentação pelo Fundo ("Botton feed"), foi planejado e executado como mostra a figura 3. Observe que não existem válvulas na linha de drenagem entre o teste folha e o recipiente de filtrado.

A tabela 1 traz as características dos meios filtrantes primários utilizados.

3- RESULTADOS E DISCUSSÃO:
De acordo com a figura 4, a maior taxa de filtração foi obtida com a utilização da chapa perfurada pelo processo de foto corrosão química com faces eletro polidas (Chapa # 11), mesmo não sendo o meio filtrante primário que possui a maior área aberta, atribui-se a este aumento o acabamento superficial do meio filtrante, neste caso eletro polido, beneficiando o escoamento de filtrado.
Os resultados das taxas médias de filtração para cada meio filtrante primário estão apresentados na Tabela 2

Figura 4. Efeito do tipo de meio filtrante na taxa de filtração e tempos finais de filtragem para volume de 150 ml de filtrado de lodo de caldo de cana (vácuo 26,7 kPa, temperatura de 75 oC)
A tabela 2 mostra os respectivos valores médios da taxa de filtração em
(l h-1 m-2), para cada meio filtrante primário.

3.1 TESTES COM VARIAÇÃO DO VÁCUO APLICADO:

Para o experimento com variação do vácuo, observa-se acentuado aumento da taxa de filtração e diminuição dos tempos de formação e de desidratação da torta, como mostrado na figura 5.

A linha pontilhada indica a curva de tempo final de formação da torta, e a tracejada, o tempo de término da desidratação. Observa-se que ambas se comportam com um decréscimo acentuado de tempo de formação e desidratação com o aumento do vácuo aplicado, ao mesmo tempo em que a taxa de filtração se eleva.
Obtiveram-se os seguintes valores da tabela 3, utilizando-se meio filtrante # 1, na filtração de lodo de caldo de cana a temperatura de 75 oC:
A figura 6 apresenta a quantidade de sólidos passantes no filtrando em função do vácuo aplicado.
O resultado do experimento realizado, mostra as influências do vácuo sobre a taxa de filtração, sendo que a figura 4 mostra o aumento crescente da quantidade de sólidos passantes pelo meio filtrante para vácuo de até 30,0 kPa, o que representa ao processo uma queda de eficiência da filtração, com a redução da retenção de sólidos no meio filtrante.

Figura 5: Efeito do vácuo aplicado na taxa de filtração e tempos finais de filtração para volume de 200ml de filtrado de lodo de caldo de cana.

3.2 DETERMINAÇÃO DA MELHOR FACE PARA FILTRAÇÃO:

O experimento realizado para a determinação da melhor face das chapas perfuradas emcontato com a formação da torta, se apresenta no gráfico da figura 7.
Constata-se a influência de dois fatores na filtração à vácuo: nível de vácuo aplicado e o tipo de face mais recomendada (face rugosa ou face lisa), para o caso de chapas perfuradas mecanicamente. Neste ensaio obteve-se a melhor taxa de filtração com o lado liso, devido a menor queda de pressão causada pelo fluxo de caldo filtrado no sentido da expansão da furação e também, pela menor possibilidade de entupimento das furações nesta face, onde os diâmetros são calibrados.
Constatou-se a influência do vácuo aplicado na filtração, em relação aos tempos de tèrmino de formação e término da desidratação. Esta importante informação orienta o usuário de filtros contínuos de tambor rotativo a vácuo quanto aos tempos corretos da próxima etapa da filtração que é a lavagem da torta, permitindo deste modo antecipar ou retardar o início da etapa de lavagem.

Figura 6. Comparativo dos tempos de formação e desidratação da torta mais porcentagem de sólidos passantes no filtrado, para chapa perfurada # 1 com vácuo de 13,33, 26,66, 40,0 e 53,3 kPa, para lodo de caldo de cana a temperatura de 75 oC.

Figura 7. Taxas de filtração em função do tempo, comparando duas faces (lisa e rugosa), de chapas perfuradas a vácuo de 26,7 kPa e 40,0 kPa para lodo de caldo de cana, à temperatura de 75 oC.
Observa-se os seguintes valores do experimento:

A figura 8 mostra esquematicamente a diferença entre os dois tipos de furos obtidos pelo processo mecânico e fotoquimicamente.

Figura 8. Perfil típico de furação das chapas comerciais obtidas
pelo processo mecânico (a esquerda) e pelo processo de foto
corrosão química (a direita).

As figuras 9 e 10 trazem fotos obtidas pelo processo SEM – Scanning Electron Microscopy, das chapas com furos redondos e processadas
mecanicamente e fotoquimicamente.

Figura 9 – Foto chapa # 6 (22,7 % área aberta), detalhes de acabamento
do lado liso e lado rugoso.

Figura 10 – Foto chapa # 11 (28 % área aberta), detalhe de acabamento da furação. A forma de triangulo eqüilátero propicia um melhor
aproveitamento de área.

CONCLUSÕES
Os meios filtrantes primários, formados por chapas perfuradas pelo processo de foto corrosão química foram os mais eficientes, em relação aos demais meios filtrantes testados, resultando em aumento na taxa de filtração. Para o comparativo de meios filtrantes primários em função do vácuo aplicado, constata-se aumentos das taxas de filtração e respectiva redução dos tempos de formação em torno de 62 % para vácuos de 13,66 à 26,7 kPa, podendo chegar a 260 % para vácuos passando de 13,7 à 53,3 kPa. A influência da ação impulsora, ou seja, o vácuo, não deve ser analisado somente em relação à taxa de filtração, mas também pela quantidade de sólidos passantes no meio filtrante, que também tem seu valor aumentado de forma significativa para vácuo acima de 26,7 kPa. Para as chapas perfuradas mecanicamente, conclui-se que as faces lisas possuem melhor desempenho em relação à taxa de filtração.

Agradecimentos: A Usina da Barra – Grupo Cosan e o seu corpo técnico por ter permitido o desenvolvimento dos trabalhos dando suporte as análises e incentivo a investigação.