Os filtros coalescentes são componentes utilizados para remoção das partículas sólidas e dos hidrocarbonetos, capturados ou adicionados ao ar comprimido e gases

por Tiago Dias

A coalescência é utilizada em praticamente todas as instalações industriais que necessitam de ar comprimido purificado ou até de gases filtrados - máquinas de injeção de plástico ou nos setores automobilístico, mineração, químico e têxtil são alguns exemplos. Em todos os casos, os alvos são componentes como óleo, água condensada, partículas sólidas, odores, vírus, bactérias, etc. Geralmente, para estas aplicações, o filtro coalescente vem acompanhado de outros tipos de elemento filtrantes, como os particulados (de celulose resinada), os absorventes (carvão ativado) e os estéreis (membrana de teflon para captura de bactérias).
Os particulados geralmente são utilizados como pré-filtro coalescente e os absorventes e estéreis entram como pós. Essa seqüência dependerá do segmento onde será aplicado. Os absorventes são indicados para a indústria alimentícia e para setores onde a respiração pode ser comprometida. Já os estéreis estão voltados para quando o filtrado é utilizado no processo em si.
O filtro coalescente, na palavra dos usuários, é um dos mais utilizados nos sistemas de tratamento de ar comprimido, em equipamentos como secadores, resfriadores e trocadores de calor, responsáveis pela produção de ar muito mais limpo e puro do que aquele que respiramos.

Filtros
As necessidades da indústria são definidas pela qualidade do ar, pela quantidade e pelo nível de pressão, com os filtros desempenhando importante papel na remoção das partículas sólidas e dos hidrocarbonetos, capturados ou adicionados no processo de obtenção do ar comprimido, sendo aplicado um mix de filtros para particulados, filtros coalescentes e filtros absorventes - carvão ativado para vapor de óleo e sílica para vapor de água. "Se compararmos estes três, o filtro coalescente é o único que consegue remover partículas e condensados com eficiência", explica José Eduardo Bonici da Fluicom, empresa que trabalha com especificação de sistemas, importação, distribuição e manutenção de equipamentos para tratamento de ar comprimido. "O equipamento é de suma importância para todo tipo de utilização de ar comprimido na indústria, evitando contaminantes sólidos e líquidos, sendo responsável também pela redução do custo de manutenção em máquinas, instrumentos, painéis eletrônicos e demais equipamentos que necessitam utilizar o ar comprimido gerado por um compressor de ar", explica Marcelo de Almeida Braga, Diretor Técnico da M.Air Comércio de Filtros, distribuidor, revendedor e importador deste produto e de outras linhas.
Os elementos coalescentes também podem ser aplicados na filtragem e tratamento de vários outros gases, como hidrogênio, CO2, Hélio, O2, argônio e outros. A diferença estará na maior capacidade de filtragem do elemento, influenciando na micragem do elemento filtrante.

O diferencial dos coalescentes
"A maior diferença dos elementos coalescentes perante os demais filtros existentes num compressor de ar, como filtros de ar, óleo e os separadores ar/óleo - deve-se à sua função essencial tratar, ou seja, eliminar qualquer tipo de contaminantes do ar produzido pelo processo de compressão", esclarece Braga, da M.Air.
Filtros convencionais de filtragem nominal de 5 micra não conseguem remover partículas contaminantes submicrônicas para atender aplicações especiais.

O limite mínimo de remoção desses filtros de uso convencional é geralmente maior do que 2 µ, e cerca de 80% dos contaminantes em suspensão são inferiores a 2 µ em tamanho. Já os filtros coalescentes são especialmente projetados para remover partículas submicrônicas sólidas, óleo e água do ar comprimido.
A coalescência se define por unir. Como exemplo, aerosóis finos de óleo e água são coletados dentro do meio de microfibra e se aglomeram (coalescem) para formar gotas que escorrem pelo elemento filtrante, similar à evaporação da chuva sendo drenadas posteriormente. O elemento é composto por um meio filtrante de microfibra de borosilicato, envolvido por estrutura de tela de aço inox para dar resistência mecânica, e um meio drenante (normalmente espuma multicelular). "O ar entra de dentro para fora do elemento, onde o borosilicado realiza a separação da água e óleo, que escorrem para o fundo da carcaça, a qual possui um dreno automático ou manual, eliminando os resíduos acumulados no filtro", comenta Rafael R. Cardoso, Assistente de Marketing da Techfilter, que distribui, fabrica e importa produtos para o segmento.
Já o gás purificado passa acima da zona úmida, onde a resistência ao fluxo é menor e forma uma zona neutra, sem circulação de gás na área inferior do elemento. As gotas separadas caem da parte inferior do elemento para a zona neutra, na parte inferior da carcaça do filtro, onde então são purgadas.
A separação de contaminantes sólidos e aerosóis em suspensão no ar é efetuada principalmente pela ação da gravidade. As partículas contaminantes de tamanho maior que 10 µ tendem a sair mais rapidamente quando o ar está em movimento.
As unidades purificadoras são auto-sustentáveis e empregam dois graus de elementos coalescentes, em série, como explica Jayme M. Bydlowski, diretor da HB Domnick-Hunter no Brasil: "O primeiro remove o grosso do líquido e o segundo dá o polimento final ao ar comprimido. Pode-se usar manômetros diferenciais para sinalizar a necessidade de mudança dos elementos filtrantes. O sistema conta com um pós-resfriador interno e é montado em base única, não exigindo estruturas especiais". Bonici, da Fluicom, comenta: "O filtro coalescente pode fazer o meio de campo entre o compressor e a unidade de conservação, garantindo ar de qualidade para o ponto de uso".
Até mesmo em compressores não lubrificados já foram detectadas partículas de óleo, mas a purificação por coalescência pode eliminar esse problema. "O conceito de uso de compressores lubrificados em aplicações ‘isentas de óleo’ deu um grande passo a frente. Temperaturas mais baixas, aliadas a eficientes pós-resfriadores internos, fazem com que o ar liberado pelos compressores e parafusos com carenagem seja facilmente purificado por coalescência, o que permite a obtenção de ar mais limpo que o produzido por compressores não lubrificados", comenta Bydlowski. Segundo ele, inúmeras instalações já estão em uso diário em vários países, e todas comprovam que o sistema compressor parafuso com carenagem/filtros coalescentes é o meio mais econômico e eficiente de obter ar comprimido puro e isento de óleo.

Três mecanismos de processos da coalescência
Os filtros coalescentes eliminam a contaminação submicrônica através de três processos de ação simultânea, dependendo do tamanho da partícula em suspensão:
- Interceptação direta: efeito de filtração no qual uma gota ou uma partícula sólida, de 1 µ ou maior, colide com o componente do meio filtrante que está em seu caminho, ou é capturado por poros de diâmetros menores que o diâmetro da gota ou da partícula.
- Impacto Inercial: processo no qual partículas de 0,3 a 1 µ colidem com uma parte do meio filtrante, devido a inércia da partícula.
- Difusão: movimento de moléculas gasosas ou de partículas pequenas - 0,3 µ ou menores - causado por uma variação de concentração. Este movimento provoca a migração das partículas para fora do fluxo de ar e a colisão com superfícies filtrantes expostas.

Eficiência do filtro
A eficiência de todos os filtros coalescentes é medida pelo percentual de contaminantes capturados pelo filtro. A eficiência do filtro é importante, pois afeta não somente o desempenho de retenção do contaminante, mas também a vida útil do filtro. Os valores nominais de eficiência de remoção de contaminantes variam de 90% a mais de 99,99%, oferecendo uma gama de capacidades apropriadas para as necessidades de diversas aplicações.
Em aplicações onde eficiência e vida útil longa são fundamentais, usa-se um pré-filtro para remover a maior quantidade de partículas sólidas antes que essas atinjam o filtro coalescente, procedimento que pode aumentar em até seis vezes a vida útil do filtro coalescente. Para maior desempenho, selecione um pré-filtro com valor nominal de 3 µ.
Se o equipamento de filtração coalescente for dimensionado em metros cúbicos por hora (m3/h), é indicado um filtro para aplicação específica, baseando-se na vazão de ar e pressão do circuito, ao invés da bitola da tubulação. A capacidade real de um filtro coalescente pode ser elusiva, já que a vazão excessiva de ar através de um elemento filtrante aumenta a queda de pressão e, ao aumentar a velocidade de vazão do ar, cresce a possibilidade de contaminação por reentrada de contaminantes.

A lubrificação captada do ar comprimido, na maioria das vezes é gerada por parafusos lubrificados a óleo para assegurar boa vedação dentro da câmara de compressão. A lubrificação será inevitavelmente captada pelo ar comprimido a medida que ele passa pela câmara de compressão.
A poluição atmosférica também está sempre presente no ar captado pelo compressor. "Além disso, a atmosfera contém alta concentração de vapores de hidrocarbonetos, como combustível de avião não queimado, fumaça do motor de veículos e poluição de chaminés industriais. A concentração de todos esses poluentes aumenta muito com o processo de compressão", explica Bydlowski, da HB Domnick-Hunter.
Até contaminantes podem surgir durante o caminho percorrido pelo ar ou pelo gás, ou seja, o filtrado está amplamente sujeito às contaminações.

Novas tecnologias
Os avanços nas microfibras de borosilicato e estudos do comportamento de partículas em suspensão, contribuíram com o desenvolvimento de filtros coalescentes mais eficientes e confiáveis. Especialmente na área de fibras, podemos citar a substituição de elementos filtrantes de celulose para elementos de fibra de borosilicato submicrônicas. Enquanto os primeiros filtros removiam partículas de até 2 µ, os de microfibra de borosilicato são capazes de remover partículas de até 0,01 µ, fazendo com que os filtros coalescentes modernos proporcionem meios de remoção de partículas sólidas e em suspensão encontradas no ar comprimido a um baixo custo. "No passado, eram utilizadas como matéria-prima crinas de eqüinos, devido à baixa absorção de umidade e geometria tridimensional", conta Edgard Dutra Junior, Diretor comercial da Metalplan Equipamentos, fabricante de filtros coalescentes desde 1986.

Tipos de elementos
Os elementos mais tradicionais no mercado atualmente são os pré, pós e os carvões ativados:
- Pré: são elementos coalescentes para proteção geral para remoção de óleo e água condensados – partículas até 1 mícron / residual líquido 0,5 PPM / 99,9 %.
- Pós: são elementos coalescentes de alta eficiência na remoção de líquidos – partículas até 0,01 mícron / residual líquido 0,5 PPM / 99,99 %.
- Carvão: são elementos produzidos com manta de carvão ativado para remoção de vapor de óleo e odor – remoção vapores e odores / residual 0,003 PPM / 99,997 %.
"São dois graus disponíveis no mercado: retenção de partículas até 1 mícron e eficiência de separação de aerosóis de 99,9% e retenção de partículas até 0,01 mícron e eficiência de separação de aerosóis de 99,99%", esclarece Dutra da Metalplan. Além dos dois tipos mais encontrados, algumas empresas também trabalham com uma terceira opção, para partículas de 0,01 mícron, mas que o residual de óleo fique com 0,001 de miligramas por metros cúbicos. Para sistemas gasosos, pode-se diferenciar os elementos coalescentes pela forma construtiva do meio filtrante: plissados, para aumentar a área e por consequência diminuir a perda de carga; Wrapped, enrolados em camadas e comprimidos na forma de tubetes.
Os elementos para aplicações padrão, resistem normalmente a temperaturas de até 60°C. Há também séries especiais para temperaturas de até 120°C e para aplicações onde existe a presença de agentes químicos agressivos.

Utilizando o filtro coalescente sozinho
É possível utilizar o filtro coalescente sozinho em determinadas aplicações, o que irá depender das condições do sistema e da necessidade do processo, considerando que as instalações estejam em boas condições e o ambiente não sobrecarregue o sistema. "O filtro coalescente é componente de um sistema de tratamento em aplicações que requerem ar seco, por isso deve sempre estar associado a um secador de ar. Já em aplicações onde o teor de vapor de água não seja determinante, podemos aplicar somente o filtro coalescente", comenta Bonici da Fluicom.
A aplicação do ar comprimido precisa permitir o uso individual, ou seja, em situações onde a exigência de pureza é menor, pois o filtro coalescente isolado não consegue purificar o ar comprimido de forma adequada. "Dependendo da aplicação poderá ser utilizado apenas um filtro, mas muitas vezes é colocado mais um filtro de carvão (polidor)", explica Cardoso da Techfilter.