O primeiro filtro contínuo rotativo a vácuo em usina de açúcar e álcool no Brasil foi instalado em 1927, segundo registro no livro de Antonio Porta Arqued (1955). O modelo era um filtro rotativo contínuo a vácuo, do fabricante Oliver Campbell.
Já Spencer e Meade (1967), citam que após a introdução dos filtros rotativos a vácuo ao redor de 1935, estes substituíram rapidamente os antecessores filtros prensa, o que nos leva a concluir que o Brasil foi o primeiro país a ter em operação um filtro rotativo a vácuo para lodo de caldo de cana.
Portanto, sistemas diretos de filtração de lodo de caldo de cana eram suportados somente por filtros contínuos de tambor rotativo (FRV), até que surgiu no Brasil em 1992, a aplicação dos denominados Filter Vacuum Press (FVP), ou filtros de correia, prensas desaguadoras e/ou filtros planos de correia a vácuo. Com isso, de forma mais rápida sugiram também os sistemas compostos de filtração de lodo, tendo sido experimentados em diversos arranjos e combinações o emprego destes dois equipamentos, quer seja cada um filtrando diretamente o lodo ou então refiltrando a torta após empastamento com água, o que discutiremos em outra oportunidade.
Os filtros de correia a vácuo com prensagem (FVP), consistem numa série de setores de filtração movendo-se continuamente em um circuito fechado, onde se realizam todas as etapas de filtragem. O meio filtrante primário é composto por tecidos sustentados por partições perfuradas que podem ser correias em elastômero perfuradas. Permitem grandes variações de concentração e velocidades, que dependem das propriedades físicas do lodo. A espessura da torta permite range entre 1,0 a 25 mm. A Fig. 3 ilustra os setores das várias etapas de filtração, prensagem, lavagens e descarte da torta.
As principais vantagens de filtros prensa de correia (FVP), são simplicidade de projeto construtivo e de instalação comparado a filtros com válvulas automáticas, e a habilidade de prover lavagem de torta em contra-corrente, auxiliados pela força da gravidade com remoção de finas lâminas de torta. Os filtros FVP operam com a torta totalmente selada, significa que admitem baixa admissão de ar ou incondensáveis, além daqueles dissolvidos no lodo e na água de lavagem. Com isso, aliviam sistemas geradores de vazio (vácuo), que passam a operar basicamente para o deslocamento dos líquidos separados mais vapores flash gerados pela queda de pressão, pois a etapa de secagem é realizada com prensagem, diferentemente do que ocorre com filtros FRV.
Suas desvantagens incluem uso ineficiente da área total disponível de filtração e deficiência de lavagem da torta nas bordas das correias.
Os filtros prensa de correia (FVP) se caracterizam pela operação contínua de filtração sob vácuo reduzido, e em especial sob prensagem de correia formada por tecido.



As principais etapas de filtração são:
– A partir da alimentação de lodo realizada diretamente sob o meio filtrante primário, o processo de filtração é iniciado com a formação da torta, por pura ação da gravidade que permite que a torta atue como auxiliar filtrante secundário. Nesta etapa são coletados de 60 a 70% de todo o caldo filtrado, denominado de caldo filtrado turvo, possuindo teor de insolúveis (~ 1,0% v/v).
– Filtração a vácuo entre 2 a 5 polegadas de mercúrio, (709 a 633 Torr), portanto baixo vácuo. Primeiramente realiza a desidratação da torta formada recolhendo caldo e, posteriormente, recebendo embebição de água limpa e quente a 80oC (lavagem da torta), concluindo com a desidratação da torta lavada, ficando pronta para a etapa de prensagem. Nesta etapa são coletados de 15 a 20% de todo o caldo filtrado, denominado aqui de caldo filtrado claro, com teor de insolúveis em torno de 2,5% v/v.
- Filtração sob pressão, denominada etapa de secagem da torta em função da ação puramente mecânica de prensagem da torta entre as telas. Nesta região são coletados de 15 a 20% de todo o caldo filtrado, com teor de insolúveis aproximado de 5,0% v/v, também denominado de caldo filtrado claro.


STROH e STAHL (1991) descrevem uma torta de filtragem para filtro a vácuo composto por meio filtrante, ou leito de partículas numa cesta de centrífuga, como um conjunto de partículas mais outro conjunto de canais capilares, conforme ilustram as figuras 4 e 5. Tanto as partículas como os canais têm diâmetros variados.





Para LOCKHART (1992), BENDIT et al (1994), MATHEWSON et al (1995) e CONDIE et al (1996), a formação da torta na filtração ocorre pelo contínuo acréscimo na espessura com o simples escoamento da fase líquida (filtrado). Nesta fase, a compressão da torta ocorre com a continuidade do escoamento do filtrado, que contém partículas muito finas (< 0,5 mm), não sendo estas particularmente importantes desde que a torta formada não seja compressível sobre vácuo. A desidratação da torta é caracterizada pelo fluxo de duas fases (ar e líquido filtrado), através da torta formada, durante o qual grandes poros são esvaziados através de pequenos canais existentes e outros permanecendo parcialmente ou totalmente saturados, iniciando o aparecimento de canais (rachaduras), caracterizado pelo esvaziamento de grandes aberturas na torta e pelo fluxo de ar. Na continuidade, os poros menores continuam contendo líquido filtrado, alguns dos quais continuam sendo desaguados. Se o rompimento dos canais pelo ar na torta (rachaduras), for significante a ponto de atingir o meio filtrante primário, o vácuo será perdido por causa do elevado fluxo de ar através destas rachaduras, e a desidratação eficiente cessará, marcando assim o final da etapa de filtração.
De forma similar, apresentamos as etapas de filtração para filtro de correia a vácuo com prensagem, conforme as figuras 6 e 7.




Os filtros FVP se beneficiam pela utilização da força da gravidade no auxilio a filtração, deste modo não exigem vácuo nas etapas de formação da torta e requerem baixíssimo vácuo para as etapas de desidratação e secagem. Os tecidos das correias obrigatoriamente flexíveis se caracterizam pela pequena abertura de passagem dos fluidos separados, minimizando a passagem de sólidos para o filtrado. Outra característica fundamental é que os filtros FVP não necessitam de grandes passagens de ar para a etapa de secagem da torta, o que é realizado pela prensagem mecânica de forma mais eficiente, com isto reduzindo a potência necessária do sistema gerador de vazio. O valor do vácuo empregado para filtros FVP é reduzido a ponto de não ultrapassar a pressão de vapor do fluido separado, assim não é gerado vapor flash que sobrecarregaria o sistema propulsor de vazio, que em outras palavras se resume ao escoamento dos fluidos separados. Outro fator importante, é que a etapa de prensagem confere menor volume à torta resultante e principalmente menor umidade final.
Em contrapartida, possibilitam adição de água para lavagem das telas em abundância, resultando em efluente diluído que deve ser incorporado ao processo, o que não significa sobrecarga em outras unidades de processo, em especial a evaporação. A água adicional de lavagem das telas não deve ser considerada como incorporada ao processo, pois pode ser utilizada na própria embebição dos filtros após pré-filtragem ou então utilizada na embebição das moendas.


Os filtros FVP têm sido empregados principalmente nas seguintes etapas de processo:
- Filtração direta de lodo de caldo de cana;
- Filtração após empastamento de torta de lodo de caldo de cana (Refiltragem da torta);
- Filtração de caldo clarificado;
- Filtração de xarope (concentrado de caldo de cana, após etapa de evaporação e antes da cristalização);
- Filtração de calda concentrada de refinaria (calda dissolvida de açúcar);
- Filtração de água de lavagem de gases das caldeiras;
- Filtragem de lodo doméstico;
- Filtração de efluentes gerais.







Os filtros FVP, devido a sua forma construtiva dada pela correia na horizontal, também se auxiliam da força da gravidade para a etapa de formação da torta de modo mais eficiente que os filtros de tambor rotativo, e permitem assim uma maior aplicabilidade sendo mais versáteis, pois propiciam soluções em concentrações que variam de aproximadamente 1,0% a 80% volume/volume. Um exemplo clássico é que se consegue esgotar totalmente um clarificador de caldo de cana sem que sejam descartados materiais de processo pelas altas ou baixas concentrações.


Os filtros FVP operam com umidade em torno de 60 a 65%, e os filtros FRV na faixa de 71 a 78%, isto significa uma queda de aproximadamente 15,5 a 16,6% do peso da torta causada pela redução de umidade.


A literatura recomenda relações médias de áreas para filtração de lodo de caldo de cana para filtros FRV entre 0,25 a 0,8 m2/tch. Dessa forma, um filtro com o tamanho de 14 pés por 40 pés, com área nominal de filtragem de 164 m2, pode manusear em média o lodo gerado de 234 tch.
Para filtros FVP, esta mesma relação gira em torno de 0,07 a 0,09 m2/tch, que seria equivalente para o manuseio das mesmas 234 tch com área de filtragem efetiva de 20,8 m2 (incluindo fases de filtração, formação da torta por gravidade, sob vácuo e prensagem). Já a área nominal de filtragem para FVP representa aproximadamente 350% deste valor, inferindo a ineficiência do uso do meio filtrante primário como comentado anteriormente.


Os FRV requerem uma relação que varia muito para cada usina, mas em média o valor recomendado está em torno de 6 a 7 kg de bagacilho por tonelada de cana.
Os FVP, por possuírem elemento primário de filtragem de menor abertura, necessitam em torno de 2 kg de bagacilho por tonelada de cana sem prejuízo à passagem de sólidos junto com o caldo filtrado.


A retenção obtida em filtros FVP está em torno de 96%, ou seja, equivalente a 325 mesh, enquanto que filtros FRV atingem em média valores de 68%.


Além dos inúmeros fatores que determinam a quantidade de torta por tonelada de cana, como principalmente tipo de solo regional da usina, qualidade da matéria-prima e do tipo de processo de extração de caldo (moenda convencional ou difusor), estes valores podem variam entre 12 a 45 kg de torta por tonelada de cana para filtros de tambor rotativo. Num comparativo entre as tecnologias FRV e FVP, podemos diferenciar as quantidades geradas pelos balanços de quantidade de auxiliar filtrante empregado, e da umidade final da torta. Filtros FVP, mesmo possuindo maior retenção, apresentam vantagem neste sentido alcançando reduções de 20%, podendo chegar a 40% da torta gerada no processo utilizado pelos FRV. Este benefício impacta diretamente no custo de transporte da torta.


Para um funcionamento adequado, os filtros FVP exigem consumo de polímero em torno de 3 ppm por tonelada de cana, mas que deve ser desconsiderado em relação a custo devido ao seu reduzido valor monetário. Para os filtros FRV, infelizmente não é pratica no setor sucroalcooleiro o emprego de polímeros, embora seus ganhos sejam significativos.


Os filtros rotativos a vácuo (FRV), requerem taxas de aplicação para vácuo em torno de 22 a 30 m3/hm2. Já os filtros FVP, devido a sua alta capacidade de filtragem, requerem em torno de 300 a 550 m3/hm2.
Esta diferença significativa entre as vazões específicas deve-se às áreas envolvidas no processo de filtração a vácuo, representadas pelas taxas de filtração que para os filtros FVP giram em torno de 3.000 a 5.800 l/hm2 com vácuo de 6,7 a 16,7 kPa (2 a 5" Hg), enquanto que para os FRV a taxa média varia entre 450 a 600 l/hm2, para vácuo entre 33,3 a 66,7 kPa (10 e 20" Hg), considerando filtração direta de lodo de caldo de cana.
Observa-se que os sistemas propulsores de vazio instalados para filtros FVP no setor sucroalcooleiro estão geralmente ligados diretamente ao filtro, responsabilizando toda a condensação dos vapores e extração de incondensáveis à bomba de vácuo de anel líquido, gerando grandes instalações. Estes sistemas podem ser facilmente reduzidos com sistemas de condensação auxiliar (condensador por contato direto ou indireto), ou emprego de sistemas de vazio mais eficientes, como compressores roots, objetivando queda na potência instalada.


Para FRV recomenda-se velocidade periférica entre 1.200 e 2.000 mm/minuto (quando possível, o ideal é 1.600 mm/minuto), e para filtros FVP em torno de 4.000 e 6.000 mm/minuto. Vale observar que a velocidade do meio filtrante deve ser regida de forma que a torta não apresente rachaduras indicando a finalização da filtração com passagem excessiva de ar, como apresentado na Fig. 5.

A quantidade de água é relativa à pol final desejada da torta, ou seja, os filtros prensa são capazes de operar com pol baixíssimas em virtude de sua grande capacidade hidráulica. Porém, o fator de embebição atinge um limite (chamamos de curva de pol ideal) onde o volume que se admite de embebição já não produz tanto efeito na pol residual, diluindo apenas o caldo filtrado. Vide o gráfico abaixo.



Os filtros rotativos a vácuo (FRV), possuem limitação em relação a quantidade de água de lavagem admitida pelo processo devido a sua forma construtiva (tambor).
A grande questão é como adicionar tanta água necessária em um filtro de tambor rotativo (FRV) sem prejuízo da estabilidade da torta formada, sendo que nos filtros de correia (FVP) esta dificuldade não existe, pois possuem capacidade hidráulica muitas vezes superior.
É importante notar que os filtros FVP necessitam de água para lavagem das telas evitando seu entupimento, condição essencial para a sua correta operação, e este valor gira em torno 8,0 m3/h por cada metro de largura da correia, do qual necessariamente não deve ser descartado como efluente, pois carrega sacarose que deve ser recuperada no processo e o local recomendado é na água de embebição nas moendas.



Em resumo, a queda de pol da torta para filtros FVP é obtida mais facilmente pela maior capacidade de admissão de água de embebição em relação aos filtros FRV, com o benefício de maior recuperação de sacarose no processo, mas com o alerta de esta água em conjunto com a água de lavagem das telas, deva ser evaporada também no processo. De qualquer forma, uma usina que opte pelo emprego de filtros FVP, mesmo que não possua sistema de evaporação e vapor disponíveis, limitará o seu desempenho em relação à quantidade de água admissível de embebição.

Tomando como base um filtro prensa com 31,8 m2 de área de filtração e um filtro rotativo a vácuo convencional tamanho 14" x 40", os quais se equivalem em capacidades de manuseio e produção, apresentamos na tabela acima os custos comparativos de investimento.
Agradecimentos especiais às empresas especializadas no setor de filtração Technopulp, VLC e Mausa.


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