A construção de um filtro de alta eficiência é realmente muito simples: basta que haja um material com furos pequenos o bastante para prender a contaminação e o projeto está completo.
Entretanto, quando todos aqueles pequenos furos estiverem tapados ou saturados, o filtro estará inutilizado e deverá ser limpo ou descartado. O objetivo da filtração deve incluir remoção das partículas e durabilidade, consistindo com o processo e seus fatores econômico.
A filtração de profundidade provou ser uma maneira econômica e eficaz de projetar filtros nos quais obtém-se alta eficiência e vida longa. Utilizando os princípios básicos de tecnologia de filtração, é possível construir elementos filtrantes que operam por longos períodos, obtendo-se eficiência apropriada para a maioria dos processos industriais.


Princípios Básicos da Filtração de Profundidade

Na filtração de profundidade, os contaminantes são removidos por meio de toda a profundidade do meio filtrante em questão e não apenas na superfície de entrada e de contato com estes contaminantes. Estes dois efeitos (ilustrados na figura), podem ser operados no mesmo filtro e ao mesmo tempo. Entretanto, um filtro de superfície corretamente projetado deve remover e impedir a migração da partícula pelo meio filtrante. Se um filtro de profundidade forma "torta" na superfície de entrada, sua vida útil estará comprometida e a performance obtido será bem abaixo do esperado.

O primeiro objetivo de um filtro de profundidade corretamente projetado é a prevenção do carregamento de superfície para permitir que o volume do meio filtrante seja utilizado.

A remoção de sólidos com a filtração foi um processo essencial por milhares de anos. A ciência da filtração e a tecnologia material desenvolvida no passado permitiram que um projeto moderno conseguisse os resultados que não eram previamente possíveis. Tal projeto depende de uma compreensão dos princípios por meio da ciência da separação multifase. Diversos mecanismos físicos básicos trabalham juntos para produzir alta eficiência em filtração. Para esta discussão da separação de partículas. Os mecanismos importantes são:

Intercepção

A captação ou retenção de partículas pela interfe-ência geométrica. Ideal onde a carga de partículas é baixa ou o meio filtrante pode ser limpa.

Sedimentação

A fixação das partículas por influência da gravidade. Aplicável às grandes partículas (>25µm) ou às velocidades muito baixas.


Separação Inercial

A separação de uma partícula de um fluxo fluído devido a seu peso e impulso. Aplicável às partículas com uma densidade significativamente maior do que o líquido que as carrega. Aplicável à maioria dos casos industriais nos quais as partículas tem o tamanho médio (µm1-25).

Difusão

O movimento aleatório das pequenas partículas baseado na sua temperatura maior do que seu peso. O movimento aleatório das pequenas partículas faz com que elas vagueiem através do líquido, notáveis nas superfícies onde são encontrados. Aplicável somente às partículas pequenas (<1µm).


Intercepção
A maior parte das pessoas envolvidas em processos de filtração, num primeiro momento concluem que todos os filtros trabalham com a interceptação, isto é, a partícula maior que os furos é retida e permanece no meio filtrante. Em um filtro de profundidade, entretanto, este mecanismo pode gerar a perda prematura da eficácia do meio filtrante de profundidade.
O primeiro princípio da filtração de profundidade é escolher o meio filtrante que não formará a "torta" de partículas na superfície de entrada.
Os sólidos deverão penetrar gradual-mente, incorporando o meio filtrante de profundidade de forma a estender a sua utilização.

A escala da partícula que pode ser removida por cada mecanismo. A filtração líquida da profundidade pode examinar a vantagem de cada mecanismo, na maioria das aplicações industriais finas de filtração, nas quais as partículas estão na escala de tamanho de 0.5 -100µm.

Estes mecanismos são incorporados ao projeto do filtro por meio da análise dos mecanismos


Sedimentação
Partículas maiores podem ser forçadas a manter-se para fora antes de alcançar o meio filtrante, em caso de uma mudança repentina de velocidade do fluxo. Um bom exemplo deste efeito é a geometria do fluxo de um filtro de bolsa, o fluxo entra na bolsa filtrante axialmente e, em seguida deve ter um giro de 90° para passar pelo meio filtrante. As partículas pesadas muitas vezes não têm condições de realizar esta curvatura, ficando depositadas no fundo da bolsa. Este efeito pode agir como uma etapa de pré-filtração para permitir que as partículas grandes sejam retidas antes da obstrução / saturação do meio filtrante.

Difusão
Todas as partículas apossam-se da energia cinética devido a temperatura do fluido.
Para partículas grandes, as forças são suficientes Para superar todo o movimento aleatório que possa resultar dessa energia, entretanto, em partículas menores (< 3µm) estes movimentos aleatórios podem fazer com que elas difundam para fora das linhas de fluxo do líquido. Para estas partículas, aumentar a quantidade atual da superfície pode conduzir a uma incidência elevada das partículas que golpeiam a superfície onde podem ser retidas por força de Van Der Waals. Os filtros de profundidade utilizam diâmetros de fibras muito pequenos para aumentar a remoção da área de superfície, e de partículas pequenas.
Como, então, estes mecanismos são incorporados no projeto do filtro? Vamos revisar cada um para determinar como os projetos podem ser otimizados propriamente utilizando cada um destes mecanismo de filtração.


Separação Inercial
O efeito da separação inercial pode ser experimentado cada vez que se dirige um auto-móvel em torno de uma curva na estrada. Se os pneus não fornecerem a tração adequada, o veículo pode deslizar fora da estrada, der-rapando em um sentido tangencial ao trajeto da estrada.

O mesmo ocorre quando as partículas pesadas encontram uma mudança na velocidade. Se sua massa for grande o suficiente, podem ser extraídas do fluxo por mudanças na velocidade. A separação inercial pode ser usada para remover as partículas do fluxo e fixá-las nas fibras. Uma vez em contato com as fibras, as partículas manten-se fixas pelas forcas de "Van Der Walls". Este "corpo a corpo" das forças é extremamente forte e efetivo para manter as partículas fixadas nas fibras.

Projeto Apropriado de Filtro de Profundidade

Pela utilização destes princípios da filtração de profundidade, os meios filtrantes podem ser selecionados proporcionando alta capacidade na remoção de partículas, prevenindo sua rápida saturação como também evitando que tenha uma vida curta. A figura ao lado mostra um projeto no qual muitas camadas sucessivas de meios filtrantes fornecem a remoção da partícula por meio de separação inercial e difusão. As fibras menores presentes no lado da saída do filtro, são muitas vezes menores no diâmetro do que as fibras grosseiras do lado da entrada. Isto permite que o líquido e as partículas incorporem a profundidade do meio filtrante sem que nenhuma camada fique bloqueada.



Colaboração: John Pearson
Director of Technology

Hayward Industrial Products
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