Comportamento De Meios Filtrantes Compostos De Fibras De Celulose Durante 100 Ciclos De Filtração E Limpeza
Por Vanessa Moreira Osório, Dé
Edição Nº 48 - Janeiro/Fevereiro de 2011 - Ano 9
Os meios filtrantes constituídos de fibras de celulose são muito utilizados nas indústrias farmacêuticas e alimentícias, no monitoramento do ar, no campo automotivo e, atualmente, têm sido empregados na purificação do gás natural.
: Atendendo solicitação da Drª. Mônica Lopes Aguiar, Profª. Drª. do Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de São Carlos, republicamos matéria originalmente apresentada na Revista Meio Filtrante, nas páginas 20 a 23 da edição no. 46 – Setembro/Outubro de 2010. O texto anterior foi enviado por um dos autores com uma série de erros de informação, os quais foram devidamente apontados e corrigidos pela Dra. Mônica, que ressalta não ter aprovado o texto publicado na edição no. 46.
Os meios filtrantes constituídos de fibras de celulose são muito utilizados nas indústrias farmacêuticas e alimentícias, no monitoramento do ar, no campo automotivo e, atualmente, têm sido empregados na purificação do gás natural. No entanto, apesar desses meios filtrantes apresentarem alta eficiência de filtração para partículas finas (micrométricas), estudos sobre o comportamento deles durante a operação de filtração de gases são raros. Portanto, este trabalho tem por objetivo apresentar um estudo comparativo entre dois meios filtrantes constituídos de fibras de celulose, Rad Mais e Rad Plus, da Ahlstrom Louveira Ltda. O Rad Mais é um meio filtrante mais poroso e permeável do que o Rad Plus. Os meios filtrantes foram submetidos a 100 ciclos de filtração e limpeza, sendo o fluxo de ar reverso o método de limpeza empregado. Como material particulado a ser filtrado utilizou-se o concentrado fosfático de densidade de 3,0 g/cm3 e diâmetro médio volumétrico de 8,3 µm. A umidade relativa do ar foi mantida em torno de 10 a 15% durante toda a operação de filtração. Os parâmetros utilizados foram velocidade de filtração de 10 cm/s, velocidades de limpeza de 13 cm/s e de 18 cm/s, e queda de pressão máxima de aproximadamente 200 mmH2O.
Os resultados mostraram que o meio filtrante Rad Mais, para velocidade de limpeza de 18 cm/s, obteve o melhor desempenho durante os testes de filtração, tendo apresentado menor perda de carga residual, para uma maior massa retida.
A filtração é um dos métodos mais antigos e mais utilizados na remoção de material particulado contido em fluxos gasosos (Dullien 1989; Strauss, 1975). Durante a operação de filtração, o gás carregado de partículas é forçado a atravessar um elemento coletor, denominado meio filtrante, o qual tende a reter os contaminantes, separando o material sólido dos líquidos ou gases. No início da filtração, as partículas vão revestindo de pó as fibras dos meios filtrantes. Esta deposição inicial de poeira ocorre em virtude de uma combinação de mecanismos de coleta, os principais são: separação inercial, interceptação direta, difusão gravitacional e atração eletrostática (Spurny, 1997).
Vários fatores devem ser avaliados de forma a não interferirem nos mecanismos de coleta e de remoção da torta, sendo eles: as características do meio filtrante e do material particulado, a velocidade de filtração, a densidade e a viscosidade do gás, a velocidade de limpeza e a espessura da torta formada (ou queda de pressão total da torta), que influenciam diretamente na eficiência e na viabilidade econômica deste método de limpeza de gases.
As partículas que são aderidas no meio filtrante formam uma fina camada de pó, chamada de torta de filtração. Estas partículas podem ser coletadas na superfície do meio filtrante, denominada de filtração superficial, ou dependendo do tipo e das características deste meio, as partículas podem penetrar no interior do meio filtrante, a filtração acontece dentro do filtro, designada de filtração interna.
Os meios filtrantes podem ser fabricados de fibras sintéticas ou de fibras naturais. Como fibra sintética, encontra-se, por exemplo, o poliéster, o polipropileno, o teflon, sendo estes muito empregados nos filtros de mangas. Como fibra natural tem-se: o algodão, a lã, o cetim, a celulose, entre outras. As primeiras fibras têm limitações em suas propriedades físicas e químicas, sendo atualmente muito pouco utilizadas (Donovan, 1985). Os meios filtrantes compostos de fibras de celulose são produzidos em sua maioria com celulose derivada de Pinus, passam por um processo de impregnação com resina, dando ao meio filtrante a característica de alta resistência mecânica e alta eficiência de filtração.
A queda de pressão total no filtro (ΔPT) é um parâmetro importante no estágio de filtração, sendo definida como a soma das quedas de pressão através do meio filtrante e da torta formada, como mostra a equação:
Sendo Vf a velocidade superficial de filtração, W a massa de pó depositada por unidade de área, K1 a resistência específica do meio filtrante e K2 a resistência específica da torta (Aguiar, 1991).
O valor teórico da resistência específica da torta, k2, depende fortemente da porosidade do meio, sendo este parâmetro difícil de ser obtido, logo essa variável é geralmente desconhecida. No entanto, k2 pode ser determinado experimentalmente e passa a ser chamado de k2,exp, para distinguir do valor teórico. O k2,exp é calculado pelo aumento na queda de pressão (ΔP2 - ΔP1) no filtro com o ganho de massa (M2 – M1), conforme mostra a equação:
Em que: A é a área do meio filtrante.
Diante do que foi exposto, este trabalho tem por objetivo apresentar um estudo comparativo entre dois meios filtrantes de fibras de celulose, Rad Mais e Rad Plus. Esses meios filtrantes foram escolhidos porque são bastante empregados na filtração de gás natural e, também, devido às características distintas quando submetidos à filtração, e diferenças na retenção e liberação das partículas.
A célula experimental consistia de uma caixa de filtração, de um alimentador de pó, de um sistema de controle e de aquisição de dados composto de um microcomputador, de um soprador, de ar comprimido, de micromanômetros digitais e de meios filtrantes, conforme mostra a Figura 1.
O material pulverulento usado no experimento foi o concentrado fosfático de Patos de Minas – MG, fornecido pela Fosfértil S.A, de Patos de Minas, com massa específica de 3,0 g/cm3, obtida por Picnômetro a Hélio, e diâmetro volumétrico de 8,3 µm, determinado por análise no Malvern Mastersizer. Este material particulado foi escolhido para ser utilizado nesse estudo porque se encontrava disponível e já vem sendo empregado em vários trabalhos de filtração realizados no Laboratório de Controle Ambiental do Departamento de Engenharia Química da UFSCar. Os meios filtrantes utilizados no experimento foram os meios filtrantes constituídos de fibras de celulose, Rad Mais e Rad Plus, fornecidos pela empresa Alhstrom Louveira Ltda., e suas características e propriedades físicas estão apresentadas na Tabela 1.
Durante o processo de filtração, o ar "sujo" era forçado a passar, a uma vazão constante, através de um suporte de filtro, onde se localizava o elemento filtrante de fibras de celulose sendo as partículas retidas em sua superfície, formando a torta de filtração. O método de limpeza utilizado foi o fluxo de ar reverso, que consistia em soprar o ar no sentido inverso ao da filtração. Após a filtração, desligava-se o compressor e invertia-se o fluxo de ar. Deixava-se passar o ar por 1 minuto, para provocar o desprendimento da torta. Foi registrada a queda de pressão total no filtro e a massa de pó de cada filtração, sendo que a massa retida no filtro, após a remoção da torta, e a massa removida, eram obtidas por meio de pesagem.
A umidade relativa do ar foi mantida em torno de 10 a 15% durante todo processo. A velocidade de filtração foi de 10 cm/s, a queda de pressão máxima de filtração foi de 200 mmH2O. A remoção da torta foi realizada nas velocidades de 13 cm/s e de 18 cm/s.
Além das características informadas pelo fabricante foi determinada, para caracterização do meio filtrante, a porosidade através do porosímetro, marca Quantachrome Instruments Poremaster 33, obtendo os valores de 0,72 para o meio filtrante Rad Mais e de 0,70 para o Rad Plus.
A vazão de alimentação de pó foi mantida constante durante toda a operação de filtração em 0,04 g/s, para a velocidade de filtração de 10 cm/s.
Conforme a caracterização dos materiais apresentada na Tabela 1, observa-se que o meio filtrante Rad Mais é mais poroso e mais permeável em relação ao meio filtrante Rad Plus.
Para uma melhor visualização do comportamento inicial da filtração de gases, para os dois meios filtrantes investigados, foram traçadas curvas do primeiro ciclo de filtração, geradas nas mesmas condições experimentais, como mostra a Figura 2.
Conforme mostrou a Tabela 1, a maior permeabilidade do Rad Mais resultou em um período mais evidente de filtração interna, como pode ser verificado na Figura 2, com a existência de uma curva convexa nos primeiros instantes de filtração.
Na filtração interna ocorre o processo de impregnação de pó no meio filtrante. Essa impregnação é realizada através da maior penetração de partículas no interior das fibras que compõem o meio filtrante, levando a formação mais lenta da torta de filtração. Esse comportamento é verificado através da primeira curva de filtração de gases para os meios filtrante Rad Mais e Rad Plus, indicado na Figura 2. Para o meio filtrante Rad Plus, o período de filtração interna foi menor ou quase inexistente, sendo que a curva apresentou um comportamento quase linear. Este comportamento resultou em uma torta de filtração formada superficialmente, indicando a não ocorrência de impregnação de pó no interior do tecido. A filtração superficial tem a característica de acumular maior quantidade de partículas durante o processo de filtração, e consequentemente, torna mais fácil a remoção das partículas durante o processo de limpeza.
A evolução da queda de pressão para os meios filtrantes Rad Plus e Rad Mais, é apresentada na Figura 3 em função da massa coletada acumulada por unidade de área, para os 100 ciclos de filtração e limpeza.
Observa-se na Figura 3a que o meio filtrante Rad Mais, para a velocidade de limpeza de 13 cm/s, obteve uma maior massa acumulada, de 0,55 g/cm2, enquanto para a velocidade de limpeza de 18 cm/s, a massa acumulada foi de 0,25 g/cm2. Nota-se ainda que para a velocidade de limpeza de 18 cm/s, o tempo de filtração dos ciclos foi menor, contribuindo para a formação de tortas menos espessas.
Na Figura 3b, para o meio filtrante Rad Plus, verifica-se que para a velocidade de limpeza de 13 cm/s, apesar da ocorrência de ciclos de filtração mais curtos, acumulou uma maior quantidade de massa, formando uma torta 0,42 g/cm2 de espessura. Para a velocidade de limpeza de
18 cm/s, o meio filtrante acumulou 0,30 g/cm2.
Outras características do processo de filtração como: massa retida acumulada, perda de carga residual e porosidade da torta de filtração, são apresentadas para uma melhor investigação do comportamento dos meios filtrantes de celulose, no processo de filtração de gás.
A Figura 4 mostra o comportamento da massa retida em função do número de ciclos, para as velocidades de limpeza de 13 e de 18 cm/s, para os dois meios filtrantes Rad Mais e Rad Plus.
Nota-se nessa figura que, para a velocidade de limpeza (Vl) de 18 cm/s, o meio filtrante Rad Mais reteve maior massa de pó quando comparado com o meio filtrante Rad Plus. Este comportamento pode ser explicado devido ao maior período de filtração interna do meio filtrante Rad Mais, conforme apresentado na Figura 2, e também devido a sua maior permeabilidade. Esta característica do meio filtrante Rad Mais fez com que as partículas de pó penetrassem mais no interior das fibras que compõem o meio filtrante, levando a formação mais lenta da torta de filtração e, consequentemente retendo mais massa no interior do meio filtrante, dificultando assim a remoção da torta de filtração de gases.
Comparando os meios filtrantes Rad Mais e Rad Plus para a Vl de 13 cm/s, verifica-se que o meio filtrante Rad Mais obteve maiores valores de massa retida até o 30º ciclo. Após o 30º ciclo este comportamento se inverteu, sendo que o meio filtrante Rad Plus passou a reter maior quantidade de massa de pó. Como explicado anteriormente, o maior tempo de filtração para meio filtrante Rad Mais justifica sua maior retenção de partículas até o 30º ciclo. Após o 30º ciclo pode ter ocorrido uma saturação do meio filtrante, ou seja, a massa coletada na filtração foi praticamente removida na limpeza, resultando em um acúmulo de massa menor, tendendo a um comportamento de curva quase constante. Portanto, isso levou a Vl de 13 cm/s a ser mais eficiente na remoção das partículas do meio filtrante Rad Plus do que para o meio filtrante Rad Mais.
A Figura 5 apresenta os valores de perda de carga residual em função do número de ciclos. As partículas retidas no meio filtrante após a remoção, tenderam a aumentar a perda de carga residual durante o processo de filtração.
Observa-se na Figura 5 que os meios filtrantes Rad Plus e Rad Mais, para a velocidade de limpeza de 13 cm/s, apesar de terem alcançado valores diferentes de massa retida, obtiveram o mesmo comportamento de curva, não ocorrendo variação considerável da perda de carga residual. Já para a velocidade de limpeza de 18 cm/s, o meio filtrante Rad Mais apresentou valores menores de perda de carga residual. No entanto, os valores de massa retida foram maiores, para este meio filtrante, nas mesmas condições operacionais. Este comportamento não era esperado, uma vez que com o aumento das partículas retidas, a perda de carga residual tende a aumentar. O mesmo resultado foi também encontrado nos trabalhos de Rodrigues (2004), para o tecido de polipropileno, de Mauschiz et. al. (2004) e de Tieni (2005), empregando tecido de poliéster, sendo que as partículas remanescentes no interior do meio filtrante após a limpeza se acomodaram em novas posições na superfície das fibras, acarretando uma menor perda de carga residual.
Nas indústrias, os meios filtrantes são avaliados pelo comportamento das curvas de perda de carga residual, portanto neste experimento, a perda de carga não foi um bom parâmetro para analisar qual melhor meio filtrante. Como apresentado na Figura 5, os meio filtrantes Rad Mais e Rad Plus que apresentaram valores diferentes de massa removida e massa retida acumulada, obtiveram praticamente o mesmo comportamento de perda de carga residual.
Para uma melhor avaliação deste resultado, traçou-se a curva de porosidade para estas condições. A Figura 6 apresenta os valores de porosidade para o meio filtrante Rad Mais para a velocidade de filtração de 10 cm/s e velocidades de limpeza de 13 e de 18 cm/s. A porosidade foi determinada através da equação de Ergun modificada (Coury, 1983):
Sendo, ρg a densidade do gás, µ a viscosidade do gás, Vf a velocidade superficial do fluido, dp o diâmetro da partícula (diâmetro de Stokes), t o tempo de filtração.
Os meios filtrantes constituídos de fibras de celulose são muito utilizados nas indústrias farmacêuticas e alimentícias, no monitoramento do ar, no campo automotivo e, atualmente, têm sido empregados na purificação do gás natural. No entanto, apesar desses meios filtrantes apresentarem alta eficiência de filtração para partículas finas (micrométricas), estudos sobre o comportamento deles durante a operação de filtração de gases são raros. Portanto, este trabalho tem por objetivo apresentar um estudo comparativo entre dois meios filtrantes constituídos de fibras de celulose, Rad Mais e Rad Plus, da Ahlstrom Louveira Ltda. O Rad Mais é um meio filtrante mais poroso e permeável do que o Rad Plus. Os meios filtrantes foram submetidos a 100 ciclos de filtração e limpeza, sendo o fluxo de ar reverso o método de limpeza empregado. Como material particulado a ser filtrado utilizou-se o concentrado fosfático de densidade de 3,0 g/cm3 e diâmetro médio volumétrico de 8,3 µm. A umidade relativa do ar foi mantida em torno de 10 a 15% durante toda a operação de filtração. Os parâmetros utilizados foram velocidade de filtração de 10 cm/s, velocidades de limpeza de 13 cm/s e de 18 cm/s, e queda de pressão máxima de aproximadamente 200 mmH2O.
Os resultados mostraram que o meio filtrante Rad Mais, para velocidade de limpeza de 18 cm/s, obteve o melhor desempenho durante os testes de filtração, tendo apresentado menor perda de carga residual, para uma maior massa retida.
A filtração é um dos métodos mais antigos e mais utilizados na remoção de material particulado contido em fluxos gasosos (Dullien 1989; Strauss, 1975). Durante a operação de filtração, o gás carregado de partículas é forçado a atravessar um elemento coletor, denominado meio filtrante, o qual tende a reter os contaminantes, separando o material sólido dos líquidos ou gases. No início da filtração, as partículas vão revestindo de pó as fibras dos meios filtrantes. Esta deposição inicial de poeira ocorre em virtude de uma combinação de mecanismos de coleta, os principais são: separação inercial, interceptação direta, difusão gravitacional e atração eletrostática (Spurny, 1997).
Vários fatores devem ser avaliados de forma a não interferirem nos mecanismos de coleta e de remoção da torta, sendo eles: as características do meio filtrante e do material particulado, a velocidade de filtração, a densidade e a viscosidade do gás, a velocidade de limpeza e a espessura da torta formada (ou queda de pressão total da torta), que influenciam diretamente na eficiência e na viabilidade econômica deste método de limpeza de gases.
As partículas que são aderidas no meio filtrante formam uma fina camada de pó, chamada de torta de filtração. Estas partículas podem ser coletadas na superfície do meio filtrante, denominada de filtração superficial, ou dependendo do tipo e das características deste meio, as partículas podem penetrar no interior do meio filtrante, a filtração acontece dentro do filtro, designada de filtração interna.
Os meios filtrantes podem ser fabricados de fibras sintéticas ou de fibras naturais. Como fibra sintética, encontra-se, por exemplo, o poliéster, o polipropileno, o teflon, sendo estes muito empregados nos filtros de mangas. Como fibra natural tem-se: o algodão, a lã, o cetim, a celulose, entre outras. As primeiras fibras têm limitações em suas propriedades físicas e químicas, sendo atualmente muito pouco utilizadas (Donovan, 1985). Os meios filtrantes compostos de fibras de celulose são produzidos em sua maioria com celulose derivada de Pinus, passam por um processo de impregnação com resina, dando ao meio filtrante a característica de alta resistência mecânica e alta eficiência de filtração.
A queda de pressão total no filtro (ΔPT) é um parâmetro importante no estágio de filtração, sendo definida como a soma das quedas de pressão através do meio filtrante e da torta formada, como mostra a equação:
O valor teórico da resistência específica da torta, k2, depende fortemente da porosidade do meio, sendo este parâmetro difícil de ser obtido, logo essa variável é geralmente desconhecida. No entanto, k2 pode ser determinado experimentalmente e passa a ser chamado de k2,exp, para distinguir do valor teórico. O k2,exp é calculado pelo aumento na queda de pressão (ΔP2 - ΔP1) no filtro com o ganho de massa (M2 – M1), conforme mostra a equação:
Diante do que foi exposto, este trabalho tem por objetivo apresentar um estudo comparativo entre dois meios filtrantes de fibras de celulose, Rad Mais e Rad Plus. Esses meios filtrantes foram escolhidos porque são bastante empregados na filtração de gás natural e, também, devido às características distintas quando submetidos à filtração, e diferenças na retenção e liberação das partículas.
A célula experimental consistia de uma caixa de filtração, de um alimentador de pó, de um sistema de controle e de aquisição de dados composto de um microcomputador, de um soprador, de ar comprimido, de micromanômetros digitais e de meios filtrantes, conforme mostra a Figura 1.
O material pulverulento usado no experimento foi o concentrado fosfático de Patos de Minas – MG, fornecido pela Fosfértil S.A, de Patos de Minas, com massa específica de 3,0 g/cm3, obtida por Picnômetro a Hélio, e diâmetro volumétrico de 8,3 µm, determinado por análise no Malvern Mastersizer. Este material particulado foi escolhido para ser utilizado nesse estudo porque se encontrava disponível e já vem sendo empregado em vários trabalhos de filtração realizados no Laboratório de Controle Ambiental do Departamento de Engenharia Química da UFSCar. Os meios filtrantes utilizados no experimento foram os meios filtrantes constituídos de fibras de celulose, Rad Mais e Rad Plus, fornecidos pela empresa Alhstrom Louveira Ltda., e suas características e propriedades físicas estão apresentadas na Tabela 1.
Durante o processo de filtração, o ar "sujo" era forçado a passar, a uma vazão constante, através de um suporte de filtro, onde se localizava o elemento filtrante de fibras de celulose sendo as partículas retidas em sua superfície, formando a torta de filtração. O método de limpeza utilizado foi o fluxo de ar reverso, que consistia em soprar o ar no sentido inverso ao da filtração. Após a filtração, desligava-se o compressor e invertia-se o fluxo de ar. Deixava-se passar o ar por 1 minuto, para provocar o desprendimento da torta. Foi registrada a queda de pressão total no filtro e a massa de pó de cada filtração, sendo que a massa retida no filtro, após a remoção da torta, e a massa removida, eram obtidas por meio de pesagem.
A umidade relativa do ar foi mantida em torno de 10 a 15% durante todo processo. A velocidade de filtração foi de 10 cm/s, a queda de pressão máxima de filtração foi de 200 mmH2O. A remoção da torta foi realizada nas velocidades de 13 cm/s e de 18 cm/s.
Além das características informadas pelo fabricante foi determinada, para caracterização do meio filtrante, a porosidade através do porosímetro, marca Quantachrome Instruments Poremaster 33, obtendo os valores de 0,72 para o meio filtrante Rad Mais e de 0,70 para o Rad Plus.
A vazão de alimentação de pó foi mantida constante durante toda a operação de filtração em 0,04 g/s, para a velocidade de filtração de 10 cm/s.
Conforme a caracterização dos materiais apresentada na Tabela 1, observa-se que o meio filtrante Rad Mais é mais poroso e mais permeável em relação ao meio filtrante Rad Plus.
Para uma melhor visualização do comportamento inicial da filtração de gases, para os dois meios filtrantes investigados, foram traçadas curvas do primeiro ciclo de filtração, geradas nas mesmas condições experimentais, como mostra a Figura 2.
Na filtração interna ocorre o processo de impregnação de pó no meio filtrante. Essa impregnação é realizada através da maior penetração de partículas no interior das fibras que compõem o meio filtrante, levando a formação mais lenta da torta de filtração. Esse comportamento é verificado através da primeira curva de filtração de gases para os meios filtrante Rad Mais e Rad Plus, indicado na Figura 2. Para o meio filtrante Rad Plus, o período de filtração interna foi menor ou quase inexistente, sendo que a curva apresentou um comportamento quase linear. Este comportamento resultou em uma torta de filtração formada superficialmente, indicando a não ocorrência de impregnação de pó no interior do tecido. A filtração superficial tem a característica de acumular maior quantidade de partículas durante o processo de filtração, e consequentemente, torna mais fácil a remoção das partículas durante o processo de limpeza.
Observa-se na Figura 3a que o meio filtrante Rad Mais, para a velocidade de limpeza de 13 cm/s, obteve uma maior massa acumulada, de 0,55 g/cm2, enquanto para a velocidade de limpeza de 18 cm/s, a massa acumulada foi de 0,25 g/cm2. Nota-se ainda que para a velocidade de limpeza de 18 cm/s, o tempo de filtração dos ciclos foi menor, contribuindo para a formação de tortas menos espessas.
Na Figura 3b, para o meio filtrante Rad Plus, verifica-se que para a velocidade de limpeza de 13 cm/s, apesar da ocorrência de ciclos de filtração mais curtos, acumulou uma maior quantidade de massa, formando uma torta 0,42 g/cm2 de espessura. Para a velocidade de limpeza de
18 cm/s, o meio filtrante acumulou 0,30 g/cm2.
Outras características do processo de filtração como: massa retida acumulada, perda de carga residual e porosidade da torta de filtração, são apresentadas para uma melhor investigação do comportamento dos meios filtrantes de celulose, no processo de filtração de gás.
A Figura 4 mostra o comportamento da massa retida em função do número de ciclos, para as velocidades de limpeza de 13 e de 18 cm/s, para os dois meios filtrantes Rad Mais e Rad Plus.
Nota-se nessa figura que, para a velocidade de limpeza (Vl) de 18 cm/s, o meio filtrante Rad Mais reteve maior massa de pó quando comparado com o meio filtrante Rad Plus. Este comportamento pode ser explicado devido ao maior período de filtração interna do meio filtrante Rad Mais, conforme apresentado na Figura 2, e também devido a sua maior permeabilidade. Esta característica do meio filtrante Rad Mais fez com que as partículas de pó penetrassem mais no interior das fibras que compõem o meio filtrante, levando a formação mais lenta da torta de filtração e, consequentemente retendo mais massa no interior do meio filtrante, dificultando assim a remoção da torta de filtração de gases.
Comparando os meios filtrantes Rad Mais e Rad Plus para a Vl de 13 cm/s, verifica-se que o meio filtrante Rad Mais obteve maiores valores de massa retida até o 30º ciclo. Após o 30º ciclo este comportamento se inverteu, sendo que o meio filtrante Rad Plus passou a reter maior quantidade de massa de pó. Como explicado anteriormente, o maior tempo de filtração para meio filtrante Rad Mais justifica sua maior retenção de partículas até o 30º ciclo. Após o 30º ciclo pode ter ocorrido uma saturação do meio filtrante, ou seja, a massa coletada na filtração foi praticamente removida na limpeza, resultando em um acúmulo de massa menor, tendendo a um comportamento de curva quase constante. Portanto, isso levou a Vl de 13 cm/s a ser mais eficiente na remoção das partículas do meio filtrante Rad Plus do que para o meio filtrante Rad Mais.
A Figura 5 apresenta os valores de perda de carga residual em função do número de ciclos. As partículas retidas no meio filtrante após a remoção, tenderam a aumentar a perda de carga residual durante o processo de filtração.
Nas indústrias, os meios filtrantes são avaliados pelo comportamento das curvas de perda de carga residual, portanto neste experimento, a perda de carga não foi um bom parâmetro para analisar qual melhor meio filtrante. Como apresentado na Figura 5, os meio filtrantes Rad Mais e Rad Plus que apresentaram valores diferentes de massa removida e massa retida acumulada, obtiveram praticamente o mesmo comportamento de perda de carga residual.
Para uma melhor avaliação deste resultado, traçou-se a curva de porosidade para estas condições. A Figura 6 apresenta os valores de porosidade para o meio filtrante Rad Mais para a velocidade de filtração de 10 cm/s e velocidades de limpeza de 13 e de 18 cm/s. A porosidade foi determinada através da equação de Ergun modificada (Coury, 1983):
Verifica-se na Figura 6 que o comportamento da perda de carga residual pode ser justificado, porque o meio filtrante Rad Mais para Vl de 13 cm/s, com menor massa retida e massa removida, foi o que apresentou tortas de filtração com menor porosidade. Este fato pode ser explicado devido à maior compactação da torta durante os ciclos de filtração, causando uma maior resistência ao escoamento do fluido, aumentando sua perda de carga residual.
Pelos ensaios realizados, pode-se verificar que a filtração interna foi significativa apenas para o meio filtrante Rad Mais, sendo um pouco maior em relação ao meio filtrante Rad Plus. Este maior período de filtração interna pode ser resultado da maior profundidade de penetração no interior do meio filtrante, que possuía superfície mais aberta, acomodando maior massa de partículas.
Somente os valores de perda de carga residual não foram suficientes para se concluir qual o melhor meio filtrante a ser utilizado durante a filtração de gases.
Para a velocidade de filtração investigada, o meio filtrante Rad Plus, menos permeável, formou torta na superfície do filtro, sendo que a velocidade de limpeza de 13 cm/s foi suficiente para remover uma maior massa de pó, quando comparado com o meio filtrante Rad Mais.
O meio filtrante Rad Mais, quando submetido à velocidade de filtração de 10 cm/s e velocidade de limpeza de 18 cm/s, obteve a melhor condição operacional, porque apresentou menor perda de carga residual, maior porosidade, para uma maior massa retida, durante os 100 ciclos de filtração.
Tel.: (16) 3351-8264 |
AGUIAR, M.L. Filtração de ar em filtros de tecido. 1991. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia, Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, SP.
COURY, J. R., Tese de Doutorado, Cambridge Univ., Inglaterra, 1983
DULLIEN, F.A.L. Introduction to industrial gas cleaning, San Diego, 1989.
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