Diferentes meios filtrantes refletem 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

por Walter Luiz Polônio, Eliete Maria Gonçalves e Paulo Cezar Razuk

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 (O Estado de São Paulo, 2001), sejam necessários 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 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.
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 sucroalcooleiro tem investido em instalação de filtros contínuos do tipo correia, na busca de melhor eficiência, sem mesmo ter otimizado as variáveis físicas do filtro contínuo de tambor rotativo a vácuo, como exemplo o meio filtrante primário. 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, o que permanece até hoje. Outros setores que utilizam filtros de tambor rotativo a vácuo, como mineração, possuem equacionadas de melhor forma 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.

Materiais e Métodos
O experimento foi realizado no setor de filtração de lodo de caldo de cana da Usina da Barra S.A.
Açúcar e Álcool – cidade de Barra Bonita, interior do Estado de São Paulo. 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 desse modo todas as variáveis do processo, no decorrer de toda safra canavieira. Um dispositivo de filtração denominado “Filter leaf test”, foi desenhado para avaliação dos elementos filtrantes primários, como mostra a figura 1.

O desenvolvimento do trabalho partiu dos testes com água a 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 dessa 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. As figuras 2 e 3, mostram o dispositivo teste folha montado e os procedimentos utilizados para coleta de dados e levantamento da taxas de filtração.

A Tabela 1 descreve as principais características dos meios filtrantes primários utilizados no experimento.

Resultados e discussões
Pelos resultados obtidos, apresentados na Figura 4 e Tabela 2, pode-se observar que ocorre maior taxa de filtração 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, obteve-se a melhor taxa de filtração, sendo atribuído este aumento ao acabamento superficial do meio filtrante, neste caso eletro polido, beneficiando o escoamento de filtrado.

A tabela 2 mostra os respectivos valores médios da taxa de filtração em (l h-¹ m-²), para cada meio filtrante primário:

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 °C.

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 6 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.
O experimento realizado para a determinação da melhor face da chapas perfuradas em contato com a formação da torta, se apresenta no gráfico da figura 7 e tabela 4.

Observa-se os seguintes valores do experimento:
A figura 8 mostra esquematicamente as respectivas diferenças entre os dos tipos de furos obtidos pelo processo mecânico e fotoquimicamente.

As figuras 9 e 10 mostram as chapas com furos redondos e processados mecanicamente e foto-quimicamente.

A forma de triângulo eqüilátero na figura 10a, propicia um melhor aproveitamento de área aberta. As fotos 9.a, 9.b, 10.a e 10.b, foram obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). 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 meca nicamente. Neste ensaio obteve-se a melhor taxa de filtração com o lado liso, devido à 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 término 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.

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 a 26,7 kPa, podendo chegar a 260% para vácuos passando de 13,66 a 53,33 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 26,66 kPa.
Para as chapas perfuradas mecanicamente, conclui-se que as faces lisas possuem melhor desempenho em relação à taxa de filtração.

Bibliografia

- Jornal O Estado de São Paulo 17 06 2001 pag B5

- ARQUED, ANTONIO PORTA, Fabricación Del Azucar, Salvat Editores, S.A. Barcelona, 1955

- SPENCER, E. F., MEADE, G. P., Manual del Azucar de Caña, traduzido do original Cane Sugar Handbook. Barcelona: Montaner y Simon SA, 1967. cap. 11.

- PERRY, R. H.; CHILTON, C. H., Chemical Engineers' Hand book, McGraw-Hill, 1977, p 57 – 87, 7 a edição 1977