EMA - Apostila 5 - filtros de manga - 2015

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UNIVERSIDADE DE RIBEIRÃO PRETO – UNAERP 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS, NATURAIS E DE TECNOLOGIA 
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 
Engenharia do Meio Ambiente 
Apostila Teórica 5 
Filtros de manga 
(Fabric filters or bag filters) 
 
 
 
Prof. Dr. Murilo Daniel de Mello Innocentini 
 http://lattes.cnpq.br/5681181471077426 
muriloinnocentini@yahoo.com.br 
 
 
Ribeirão Preto – SP 
Agosto de 2015 
 
 
 
 
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Engenharia Meio Ambiente – UNAERP - Prof. Dr. Murilo D.M. Innocentini 
 
SUMÁRIO 
 
5.1. INTRODUÇÃO 87 
5.2. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 88 
5.3. DINÂMICA DE FILTRAÇÃO 92 
5.4. COMPONENTES DO FILTRO DE MANGAS 94 
5.4.1. Sistemas de Limpeza 95 
5.4.2. Seleção do material do filtro 98 
5.5. PROJETO SIMPLIFICADO DE UM FILTRO DE MANGAS 102 
5.5.1. Especificação do sistema de limpeza e do tipo de pano 102 
5.5.2. Especificação da velocidade ótima de filtração 104 
5.5.3. Especificação da área total de pano para filtração 107 
5.5.4. Especificação do número de mangas 107 
5.5.5. Estimativa da queda de pressão no filtro 107 
5.6. EXEMPLO 110 
5.7. LISTA DE EXERCÍCIOS 112 
 ANEXO 121 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5.1. INTRODUÇÃO 
 
 A Filtração é uma das tecnologias mais aplicadas para a remoção de partículas em correntes 
gasosas. A eficiência de coleta de um filtro de manga é em geral superior a 99,99%, sendo um método 
de limpeza bastante utilizado para partículas finas não retidas em outros tipos de coletores (por 
exemplo, sedimentadores gravitacionais e ciclones). Concentrações típicas de particulados tratados por 
um filtro de mangas estão entre 1 e 23 g/m3, mas em casos extremos podem variar entre 0,1 a mais de 
230 g/m3. Filtros de manga convencionais podem ser usados em exaustão ou pressão, mas para uma 
queda de pressão máxima de 64 cm de coluna d’água. Sistemas bem projetados podem ser capazes de 
reduzir as emissões de particulados para menos que 50 mg/m3, e em muitos casos, para menos que 2 
mg/m3. A temperatura dos gases pode variar entre ambiente e 290°C, sendo que para temperaturas 
superiores, mangas especiais (Teflon, Nomex, cerâmicas, metálicas, etc) devem ser usadas. As 
principais vantagens de um sistema com filtros de mangas são: 
 
- Apresentam alta eficiência de coleta para partículas grossas e finas (submicrômicas); 
- Operação é relativamente insensível a flutuações nas condições da corrente gasosa; 
- O ar de saída é muito limpo e pode ser recirculado para a planta (para a conservação de energia); 
- Material é coletado seco e pode ser reaproveitado ou disposto sem tratamento adicional; 
- Operação é relativamente simples. Poucos problemas com corrosão e abrasão dos componentes; 
 
As desvantagens incluem: 
 
- Temperaturas superiores a 290°C requerem o uso de fibras especiais, que podem ser caras; 
- Necessitam de constante manutenção (limpeza) pelo acúmulo de pó nas mangas; 
- Materiais higroscópicos podem causar o entupimento das mangas; 
- Materiais ácidos ou alcalinos podem reduzir a durabilidade das mangas; 
- Queda de pressão pode ser alta. 
 
 
 
 
 
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5.2. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
 
Na área de poluição atmosférica, o termo filtração é usado para descrever a ação em que um 
aerossol permeia através de uma barreira - um meio poroso - que separa e retém as partículas do gás 
por diferentes mecanismos. Dependendo do local do meio poroso onde as partículas se depositam, 
dois casos de filtração podem ser reconhecidos: 
 
a) Filtração interna ou em profundidade (Depth filtration): ocorre quando as partículas são depositadas 
no interior dos poros do meio filtrante. É o tipo comum de filtração em leitos fixos utilizados na 
purificação de águas de abastecimento (caixas de areia, pedregulhos, etc.). Na limpeza de gases, a 
filtração em profundidade ocorre nos estágios iniciais do processo, quando a superfície do meio 
filtrante ainda está relativamente limpa. Não é considerada um tipo adequado de filtração, pois as 
partículas, depois de penetrarem na estrutura do filtro, dificilmente são removidas, causando o 
entupimento gradual do filtro, aumento da perda de carga e diminuição do tempo de operação do 
sistema. Filtros com poros grandes, aerossóis com partículas pequenas ou velocidades altas de filtração 
são as principais causas da filtração interna. 
 
a) Filtração superficial (Cake filtration): ocorre quando as partículas do aerossol são depositadas na 
superfície do meio filtrante na forma de uma torta (dust cake). É o tipo ideal de filtração, pois a torta 
de partículas funciona como um meio filtrante mais eficiente do que o próprio tecido, além de evitar a 
penetração de partículas no tecido. Além disso, a remoção da torta na superfície do filtro é muito mais 
fácil e econômica. A filtração superficial é favorecida por tecidos com poros pequenos, aerossóis com 
partículas grandes e baixas velocidades de filtração, além da presença de cargas elétricas na partícula 
ou no tecido. 
 Esquematizações de filtração superficial e em profundidade são ilustradas na Figura 5.1. 
 
 
 
 
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Figura 5.1. Diagramas esquemáticos de operação de um filtro de aerossóis. 
 
 A filtração superficial envolve três estágios: captura da partícula pela superfície coletora, 
retenção da partícula capturada na superfície, e efeito da partícula retida sobre a próxima partícula 
coletada. No primeiro estágio, diferentes mecanismos contribuem para o contato partícula-superfície. 
Dependendo da força de adesão entre ambos, a partícula pode ficar retida permanentemente ou 
retornar à corrente gasosa e continuar seu trajeto. Após a retenção, a partícula passa a contribuir para 
a captura de novas partículas do aerossol. Durante esse estágio, a eficiência de coleta do filtro é 
aumentada, e a torta de pó sobre o filtro é a única responsável pela limpeza do gás. 
São vários os mecanismos que atuam na coleta de partículas em um filtro do tipo barreira, 
conforme ilustrado na Figura 5.2. 
 
 
 
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Figura 5.2. Esquematização de mecanismos de coleta em um filtro de mangas. 
 
A. Peneiramento (Screening): A separação por peneiramento ocorre quando a partícula do aerossol tem 
tamanho maior do que o poro da estrutura porosa filtrante. Este mecanismo ocorre preferencialmente 
quando as próprias partículas coletadas na superfície do filtro passam a atuar como o meio coletor. 
Nesse caso, a remoção do aerossol é praticamente 100% eficiente. 
 
B. Difusão: O mecanismo difusional resulta do movimento aleatório (browniano) a que partículas de 
pequeno diâmetro estão sujeitas em um gás. Ocorre predominantemente em partículas submicrômicas 
e/ou em baixas velocidades de filtração. Entre os adimensionais importantes para o cálculo da eficiência 
de coleta pelo mecanismo difusional incluem-se os números de Peclet (Pe), Cunningham (Cu) e Knudsen 
(Kn). 
 
C. Inércia: Este mecanismo resulta da inércia da partícula. As linhas de corrente do gás se curvam ao 
passar em torno do coletor, enquanto que as partículas, dependendo de sua massa e velocidade do 
gás, tendem a colidir contra a superfície do meio filtrante. O principal parâmetro para o cálculo da 
 
 
 
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eficiência por impactação inercial é o número de Stokes, que envolve o diâmetroda partícula do 
aerossol, a velocidade, densidade e viscosidade do gás. 
 
D. Interceptação direta: Interceptação direta resulta do tamanho relativo entre partícula e coletor no 
filtro. Uma partícula que segue as linhas de corrente do gás pode ser capturada quando seu centro 
passa pela superfície do coletor a uma distância menor ou igual ao seu raio. A coleta irá depender das 
propriedades de transporte no fluido e da razão entre diâmetro da partícula e diâmetro do coletor. 
 
E. Gravidade: A gravidade atua na coleta da partícula por alterar sua trajetória normal, favorecendo o 
contato com o coletor. É dominante para baixas velocidades do gás e partículas com velocidade 
terminal não desprezível. A eficiência de coleta do mecanismo gravitacional irá depender da direção e 
sentido da corrente gasosa. 
 
F. Atração eletrostática: Forças eletrostáticas tendem a contribuir para a coleta de partículas durante a 
filtração e podem ocorrer em conjunção com qualquer outro mecanismo. A atração elétrica entre 
partícula e coletor pode ocorre pela presença de cargas na partícula ou pode ser induzida por campo 
elétrico externo. 
 A influência dos diferentes mecanismos sobre a eficiência de coleta de um filtro é ilustrada na 
Figura 5.3. 
 
Figura 5.3. Influência dos mecanismos de coleta em um filtro de mangas sobre a eficiência. 
 
 
 
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5.3. DINÂMICA DE FILTRAÇÃO 
 
 Durante a filtração, as partículas no aerossol se aproximam da superfície do meio filtrante, 
depositando-se nas fibras. Se as partículas são coesivas e possuem baixa energia cinética, elas tendem-
se a aderir ao primeiro ponto de contato, formando estruturas dendríticas. A elevada força de interação 
interparticular faz com que partículas acumulem-se umas sobre as outras, formando uma torta 
bastante porosa. Na ausência de umidade, o mecanismo coesivo entre as partículas origina-se das 
forças de Van der Waals. Em sistemas onde existe umidade, pontes líquidas entre as partículas 
apresentam um efeito dominante. 
 Com o passar da filtração, a torta cresce e ligações interparticulares formam-se entre dendritos 
adjacentes. O acúmulo de partículas pode causar o colapso dos dendritos, resultando em uma 
compressão local da torta. A torta é mais densa próxima da interface torta - filtro. 
 Durante os estágios iniciais da filtração, as partículas mais finas penetram nas primeiras 
camadas da superfície do meio filtrante. O grau de penetração dessas partículas depende do tamanho 
da partícula e da velocidade de filtração. Após um curto período de tempo, a torta de filtração começa 
a se formar sobre a superfície filtrante, causando um aumento na queda de pressão. Esse aumento é 
linear desde que não haja colapso ou compressão da torta. Após um tempo pré-fixado, ou quando a 
queda de pressão atinge um valor desejado, a filtração é interrompida para a limpeza do filtro. Em 
aplicações industriais, esse tempo pode variar entre 1 e 45 minutos. A ação de limpeza (regeneração) 
tem a função de remover a torta de partículas depositadas sobre o filtro. Essa torta é normalmente 
recolhida na base inferior do sistema de filtração, para posterior reaproveitamento ou eliminação. Uma 
vez limpo, o filtro está pronto para a chegada de novas partículas, e todo o processo se repete, sendo 
chamado de ciclo de filtração. 
 O comportamento do filtro ao longo de ciclos de filtração é extremamente complexo. Mesmo 
limpo, o filtro não terá a mesma permeabilidade de um filtro novo. Isso ocorre devido à penetração de 
partículas no interior das primeiras camadas da superfície do filtro. A ação de limpeza pode não ser 
suficiente para sobrepor as forças de adesão entre as partículas e a superfície interna do filtro. 
Sucessivas limpezas, ao invés de eliminarem essa camada residual, podem promover a penetração das 
partículas no filtro ou mesmo aumentar sua aderência à superfície. A queda de pressão através do filtro 
 
 
 
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tende a aumentar durante os ciclos de filtração. O termo queda de pressão de regeneração (Pre) pode 
ser usado para designar soma da queda de pressão do conjunto filtro + camada residual. 
 A formação de uma camada residual estável é de extrema importância para a filtração, pois 
diminui a penetração de partículas pequenas para o interior do filtro. Ela é responsável pela altíssima 
eficiência de coleta de cerca de 99,99%. 
 Condicionamento é o termo usado para designar a tendência à estabilização da permeabilidade 
do filtro com as alterações na estrutura da camada residual. Cada vez que a torta de filtração é removida 
da superfície do filtro, a camada residual sofre um rearranjo causado pelo pulso de ar de limpeza. A 
maioria das partículas é expelida, outras são apenas deslocadas e algumas comprimidas dentro da 
estrutura porosa. Uma camada residual estável é aquela que não apresenta alterações em sua estrutura 
após um certo número de ciclos de filtração e limpeza. A estabilização é verificada pela constância com 
o tempo da queda de pressão de regeneração (Pre). Um esquema de ciclos de filtração com o 
condicionamento do meio filtrante é ilustrado na Figura 5.4. 
 
Figura 5.4. Diagrama esquemático de operação de um filtro de mangas. 
 
 
Número de ciclos
Q
ue
da
 d
e 
pr
es
sã
o
Po
momentos de limpeza
Pf Pmax
Pr
ciclo de filtração
filtro regenerado
filtro condicionado
 
 
 
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5.4. COMPONENTES DO FILTRO DE MANGAS 
 
 Um filtro de manga industrial é constituído de diversas partes, conforme esquematizado na 
Figura 5.5. 
 
Figura 5.5. Componentes de um sistema de filtração por filtros de manga. 
 
 Um sistema de filtros de manga (bag house) consiste de um grande número de sacos (mangas) 
tubulares com diâmetro entre 10 e 45 cm de diâmetro e 2 a até 12 metros de comprimento. O número 
de mangas pode variar de umas poucas centenas até a mais de mil, dependendo do tamanho da 
unidade. O pó retido na superfície das mangas é periodicamente removido e é coletado em um silo 
(hoper) no fundo do sistema e eliminado por uma rosca sem fim ou armazenado diretamente em sacos. 
Os principais parâmetros que podem afetar o desempenho de um sistema de filtros de manga são 
esquematizados na Figura 5.6. 
 
 
 
 
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Figura 5.6. Parâmetros que afetam o desempenho de um filtro de mangas (Renner). 
 
5.4.1. Sistemas de Limpeza 
 
 Uma das questões mais importantes a considerar em um filtro de mangas é limpeza das mangas. 
À medida que o pó é depositado na superfície do filtro, a perda de carga vai aumentando 
gradativamente, até atingir um valor máximo admissível. Neste momento, a limpeza do filtro deve ser 
realizada, para evitar a queda da capacidade de filtração. Uma limpeza eficiente faz com a queda de 
pressão do filtro retorne a valores próximos ao do tecido virgem, e um novo ciclo de filtração se inicia. 
Por outro lado, uma limpeza ineficiente causa o acréscimo da queda de pressão e a perda da capacidade 
de filtragem (diminuição da vazão). Já uma limpeza muito vigorosa pode danificar a manga, reduzindo 
o tempo de vida útil da mesma. Os filtros de manga podem ter basicamente 3 tipos de mecanismos de 
limpeza: fluxo reverso, vibração e jato pulsante. 
 
 
 
 
 
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a) Limpeza por fluxo reverso 
 Por meio de registros interrompe-se o escoamentoda corrente de entrada do aerossol e faz-se 
passar um escoamento de ar em sentido inverso. Este escoamento causa o colapso das mangas e 
descola a torta de pó retida na superfície das mangas, fazendo-a cair no silo (hoper). Após a limpeza, 
os registros são mudados e o sentido da filtração é restabelecido, com o gás contaminado de partículas 
entrando novamente no sistema. Neste tipo de operação, a bag house contém 2 ou mais 
compartimentos isolados entre si, que se revezam entre filtração e limpeza (Figura 5.7). 
 
Figura 5.7. Esquema de filtro de mangas com limpeza por fluxo reverso. 
 
b) Limpeza por vibração mecânica 
 O pó depositado na superfície da manga é descolado é por vibração mecânica, através de um 
sistema de engrenagens que movimenta um conjunto de mangas conectado a um eixo excêntrico 
(Figura 5.8). É um dos sistemas mais baratos, sendo também mais eficiente que o sistema por fluxo 
reverso, necessitando de menor energia para a limpeza. 
 
 
 
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Figura 5.8. Esquema de filtro de mangas com limpeza por sacudimento mecânico. 
 
c) Limpeza por jato pulsante 
 Neste caso, o pó é retirado pela parte externa das mangas. A limpeza é realizada por um golpe 
(pulso) de ar a alta pressão, que expande violentamente a manga. Esse pulso pode ser obtido 
diretamente do tubo de distribuição de ar comprimido (sistema de média e baixa pressão) ou acelerado 
por meio de tubos venturi localizados na seção inicial das mangas (sistema de alta pressão). O filtro 
com limpeza de jato pulsante é o equipamento que demanda a menor área filtrante, sendo portanto, 
o mais compacto. Sendo menor, consome menos material e, por isso, é o coletor de pó mais econômico 
em comparação com os demais sistemas para um mesmo volume filtrado. Detalhes de sistema de 
limpeza por jato pulsante são mostrados na Figura 5.9. 
 
Figura 5.9. Esquema de filtro de mangas com limpeza por sacudimento mecânico. 
 
 
 
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A Tabela 5.1 contém os principais processos industriais que utilizam os filtros de manga, com 
comparação dos principais métodos de limpeza. 
 
Tabela 5.1. Comparação de desempenho entre sistemas de limpeza de filtros de manga (Renner). 
 
 
5.4.2. Seleção do material do filtro 
 
 É preciso considerar a temperatura de operação do pano, assim como as características do gás 
(conteúdo de ácidos, álcalis, solventes orgânicos e umidade). Os fabricantes de panos oferecem tabelas 
com a máxima temperatura de operação do material e seu comportamento frentes aos diferentes 
componentes químicos. A Tabela 5.2 contém detalhes dos principais tipos de materiais para fabricação 
de mangas da Renner, um dos maiores fabricantes de panos para filtros de manga do Brasil, com a 
especificação de uso e resistência. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Tabela 5.2. Materiais de fabricação de mangas da Renner e especificação de uso. 
 
 
 De modo geral, os meios filtrantes para mangas podem ser divididos entre tecidos e feltros. 
Feltros (felt media) são usados em sistemas de limpeza de alta energia enquanto tecidos trançados 
(woven media) são usados em sistemas de baixa energia. 
 Feltros são compostos de fibras que são comprimidas sob alta pressão e são relativamente 
espessas. A pressão entrelaça as fibras formando uma manta resistente contendo um labirinto de 
interstícios pelos quais o ar pode passar. O feltro nunca é recomendável para limpeza por ar-reverso 
pelo seu princípio de funcionamento. O feltro por sua própria natureza já é pesado e, no momento da 
limpeza, quando as mangas sacodem, as partículas não conseguem se desprender. Como resultado, o 
feltro tende-se a pluguear (“cegar”), aumentando-se gradativamente a perda de carga com o 
funcionamento do filtro. Detalhes de feltros são mostrados na Figura 5.10. 
 
 
 
 
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Figura 5.10. Detalhes de feltros para fabricação de filtros de manga. 
 
 Os tecidos, por sua vez, são constituídos por sistemas de fios cruzados (urdume e trama) e 
distinguem-se 3 ligamentos fundamentais: tela, sarja e cetim. A densidade dos fios (número de fios em 
cada centímetro de urdume e trama) bem como o número de poros do fio e do tecido determinam a 
porosidade e a permeabilidade do ar, que deve ser associada à boa capacidade de separação do pó. No 
tecido (trançado) que é mais leve, as partículas se desprendem mais facilmente durante o sacudimento, 
proporcionando uma limpeza melhor e influindo pouco na perda de carga após o sacudimento. 
Detalhes de fios e tecidos para fabricação de filtros de manga são mostrados na Figura 5.11. 
 
 
 
 
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Figura 5.11. Detalhes de tecidos trançados para fabricação de filtros de manga. 
 
 A diferença relativa de preço entre os diversos materiais atualmente disponíveis (Figura 5.12) é 
função das diferenças de temperatura máxima de trabalho, resistência química, resistência à abrasão 
de cada material, sem falar na disponibilidade ou não de fabricante nacional. A seleção do material é 
basicamente função da temperatura e da composição química dos gases a serem filtrados; não 
obstante, as propriedades físico-químicas do pó também devam ser consideradas. 
 
Figura 5.12. Custo relativo de diferentes materiais para filtros de manga da Renner. 
 
 
 
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5.5. PROJETO SIMPLIFICADO DE UM FILTRO DE MANGAS 
 
 O projeto de um filtro de mangas consiste basicamente na determinação dos seguintes 
parâmetros, que são detalhados a seguir. 
 
5.5.1. Especificação do sistema de limpeza e do tipo de pano 
 
 O sistema de limpeza e o tipo de meio filtrante sugerido para diferentes processos é dado na 
Tabela 5.3. As características específicas de cada pano encontram-se nos ANEXOS. 
 
Tabela 5.3. Especificações típicas de mangas Renner 
ALUMÍNIO 
Área de Transporte Jato Pulsante PE/PE 551 950 
Área de Carbono Verde Jato Pulsante PE-AC/PE-AC 551 950 
Reciclagem de Alumínio Jato Pulsante NO/NO 551 CS42 
Redução de alumínio Jato Pulsante PE/PE 601 950 
CIMENTO E CAL 
 
Ensacamento, moagem e transporte de cimento 
Sacudimento PE/PE 451 970 
Jato Pulsante PE/PE 551 970 
Forno de escória de cimento Jato Pulsante PI/PI 551 970 
Moagem, silo de cal Jato Pulsante PP/PP 554 CS60 
Forno de Cal virgem Jato Pulsante PPS/PPS 551 CS17/2 
SIDERURGIA 
Alto Forno, Sinterização, Aciaria Jato Pulsante PE/PE 551 930 
Coqueria Jato Pulsante PE/PE 554 AES 
Dessulfuração de Gusa Jato Pulsante 
 NO/NO 551 
RY/RY 551 
Injeção de Finos em alto Forno Jato Pulsante PE-AC/PE-AC 601 AES 
Moagem, silo de carvão mineral Jato Pulsante PE-AC/PE-AC 601 AES 
Moagem, silo de carvão vegetal Jato Pulsante PE/PE 551 AES CS17 
Forno a arco elétrico Jato Pulsante PE/PE 551 930 
Britagem de ferro-silício Jato Pulsante PE/PE 551 930 
FUNDIÇÃO E METALÚRGICA 
Jateamento de granalha de aço Jato Pulsante PE/PE 551 930 
Caldeira à óleo Jato Pulsante RY/RY 551 CS17/2 
Fundição de Chumbo Jato Pulsante PE/PE 654/40 CS17 
Fundição de Metais em geral Jato Pulsante 
PE/PE 551 
PI/PI 551 CS17 
 RY/RY 551 CS17 
Rebarbação e usinagem Jato Pulsante PE/PE 551 CS17/2 
 
 
 
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Tabela 5.3. Especificações típicas de mangas Renner- continuação. 
ALIMENTOS, FUMO E MADEIRA 
Ind. Fumageira 
Sacudimento PE/PE 401 
Jato Pulsante PE/PE 551 (+cordoalha Cobre) 
Lixadeiras de madeira Sacudimento PE/PE 401 AES 
Moagem, ensacamento de cereais Sacudimento PE/PE 451 CS17 
Ensacamento, moagem e transporte de açúcar Jato Pulsante PP/PP 501 CS60 (+cordoalha Cobre) 
Moinho de trigo Jato Pulsante PE/PE 501 
Moinho de Trigo 
Plan-syster 
Sacudimento PE 24015 / 80 
Recuperação de café Jato Pulsante PE/PE 554 CS17/2 
MINERAÇÃO E BENEFICIAMENTO 
Recuperação de feldspato/quartzo Jato Pulsante PP/PP 551 
Recuperação de Fluorita Sacudimento NO/NO 401 
Recuperação de Óxido de Zinco Jato Pulsante PE/PE 554 CS17/2 
Secagem de argila Jato Pulsante AC/AC 551 CS17 
Sinterização de estanho Jato Pulsante PE/PE 551 
PLÁSTICOS E BORRACHAS 
Moinho de plástico reciclado Sacudimento PE/PE 501 AES 
Negro-de-fumo Jato Pulsante 
NO/NO 551 AES 
 PE/PE 604 AES CS17 
Recuperação de Borracha Sacudimento PE/PE 401 AES 
Recuperação de Resinas plásticas Jato Pulsante PE/PE 551 AES 
ADUBOS 
Despoeiramento de rocha fosfática Jato Pulsante PP/PP 554 CS17/2 
Compactação de Cloreto de Potássio Jato Pulsante AC/AC 551 CS17 
Recuperação de trisuperfosfato Jato Pulsante PP/PP 551 CS17/2 
Secador de Fosfato Magnesiano Jato Pulsante AC/AC 551 
Secador de Sulfato de Cobre Jato Pulsante RY/RY 551 CS17/2 
CERÂMICA E VIDRO 
Fritas Cerâmicas Jato Pulsante 
NO/NO 551 CS17/2 
AC/AC 551 CS17/2 
Fornos de Vidro Jato Pulsante TF/TF 704 
QUÍMICA 
Pigmentos metálicos Jato Pulsante PE/PE 601/75 CS17/2 
Sabão em pó Jato Pulsante 
PP/PP 554 CS17 
DT/DT 554 CS 17 
Tintas a pó Jato Pulsante PE/PE 604 AES CS17 
ASFALTO 
Usina de Asfalto Jato Pulsante 
PE/PE 551 CS17/2 
NO/NO 551 CS17/2 
Atenção: Estas especificações são as mais frequentes para cada aplicação. 
 
 
 
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5.5.2. Especificação da velocidade ótima de filtração 
 
 Um filtro opera com velocidade superficial (vs), calculada com base na vazão volumétrica média 
da corrente gasosa (Qm) e na área total de meio filtrante (At): 
 
 
][m A
/s][m Q
]s/m[v
2
t
3
m
s 
 (5.1) 
 













m
E
E
m
Em
P
P
T
T
QQ
 (2.28) 
 
sendo Tm e Pm obtidos por: 
 
2
TT
 T SEm


 (2.26) 
 
2
PP
 P SEm


 (2.27) 
 
Existe, contudo, uma velocidade ótima de filtração (vótima), que maximiza a vida útil do meio 
filtrante e sempre que possível deve ser utilizada no projeto de um filtro de mangas. Essa velocidade 
ótima depende de diversos parâmetros do fluido, material particulado e condições operacionais e é 
dada por: 
 
 
  FFFFFFF
60
1
]s/m[ v CCTGCPGAFSLGPótima 
 (5.2) 
 
sendo: 
 
 
 
 
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FGP = Fator básico da relação gás/pano (Tabela 5.4) 
FSL = Fator sistema de limpeza (Tabela 5.5) 
FAF = Fator aplicação do filtro (Tabela 5.6) 
FG = Fator granulometria do particulado (Tabela 5.7) 
FCP = Fator carga de particulados (Tabela 5.8) 
FTG = Fator temperatura do gás (Tabela 5.9) 
FCC = Fator condições climáticas (Tabela 5.10) 
 
Tabela 5.4. Fator Razão gás/pano básico (FGP) para diferentes produtos. 
 
 
Tabela 5.5. Fator sistema de limpeza (FSL). 
Tipo de sistema de limpeza FSL 
Sacudimento e fluxo reverso 
Jato pulsante com tubos venturi 
Jato pulsante direto 
0,65 
1,0 
1,3 
 
 
Produto Min Max Med Produto Min Max Med Produto Min Max Med
Abrasivos cerâmicos 1.5 2.1 1.8 Detergente em pó 1.5 3.0 2.3 Pigmentos cerâmicos 2.2 2.9 2.6
Açucar 2.8 3.2 3.0 Farinha de cevada 2.3 3.0 2.7 Pirita 2.1 2.4 2.3
Alumino 2.5 2.9 2.7 Farinha de milho 1.4 2.4 1.9 Plástico granulado 3.7 4.6 4.2
Antracito 2.3 2.8 2.6 Farinha de ossos 1.8 2.3 2.1 Pó metálico 2.4 3.0 2.7
Areia de fundição 2.8 3.2 3.0 Farinha de peixes 2.3 2.7 2.5 Polímeros plásticos 1.6 2.0 1.8
Areia de quartzo 1.8 2.3 2.1 Fuligem 1.1 2.1 1.6 Porcelana (matéria-prima) 2.3 2.8 2.6
Asbesto 2.3 3.1 2.7 Gesso 2.0 2.7 2.4 Potassa 1.4 2.8 2.1
Bauxita 2.3 2.5 2.4 Grafita 1.8 2.2 2.0 Proteína (spray dryer) 2.6 3.0 2.8
Bicarbonato de sódio 2.7 3.3 3.0 Granito 2.2 2.8 2.5 Sal de cozinha 1.5 1.8 1.7
Calcário 2.1 3.1 2.6 Lã de vidro 4.4 4.6 4.5 Serragem fina 3.8 4.2 4.0
Carbonato de cálcio 2.1 3.1 2.6 Leite em pó 1.6 2.5 2.1 Silicato de Al e Mg 1.4 1.7 1.6
Carbonato de zinco 2.3 2.5 2.4 Manganês (mineral) 1.8 2.3 2.1 Soja (farinha de) 2.0 2.4 2.2
Carvão ativado 2.5 2.8 2.7 Mármore (areia) 3.4 3.8 3.6 Soja (pó de) 2.2 2.8 2.5
Carvão vegetal 1.8 2.2 2.0 Mármore (pó) 3.1 3.5 3.3 Sulfato de amônia 3.0 3.5 3.3
Carvão: coque de lignito 2.4 3.2 2.8 Mineral de ferro 2.5 2.8 2.7 Sulfato de bário 1.5 2.1 1.8
Carvão: lignito 2.5 3.2 2.9 Óxido de alumínio 1.8 2.2 2.0 Sulfato de chumbo 3.0 4.0 3.5
Caulim 2.3 2.8 2.6 Óxido de chumbo 2.5 3.0 2.8 Sulfato de magnésio 1.4 1.7 1.6
Celulose 3.5 4.0 3.8 Óxido de cobre 1.3 1.8 1.6 Sulfato de sódio 1.8 2.3 2.1
Cereais (pó de secador) 3.9 4.3 4.1 Óxido de ferro 1.5 2.0 1.8 Sulfato de zinco 1.3 1.8 1.6
Cimento (matéria-prima) 3.0 3.4 3.2 Óxido de magnésio 2.2 2.6 2.4 Sulfeto de chumbo 2.0 2.5 2.3
Cimento (moenda e secagem) 1.8 2.3 2.1 Óxido de silício 2.0 3.0 2.5 Tijolos (pó de) 2.5 2.9 2.7
Cinza de coque 1.5 1.8 1.7 Óxido de titânio 3.0 3.4 3.2 Trigo (moinho) 2.7 3.7 3.2
Cinzas voláteis 2.7 3.0 2.9 Óxido de zinco 1.8 2.9 2.4 Tripolifosfato de sódio 2.5 3.0 2.8
Clinquer de cimento 2.0 2.4 2.2 Petroquímicos (secos) 3.1 3.5 3.3 Turfa 3.6 3.8 3.7
Cobre (mineral) 2.3 2.8 2.6 Pigmentos 2.4 2.9 2.7
Fator FGP (m
3
/m
2
.min)Fator FGP (m
3
/m
2
.min)Fator FGP (m
3
/m
2
.min)
 
 
 
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Tabela 5.6. Fator aplicação do filtro (FAF). 
Tipo de aplicação do filtro FAF 
Captação simples (ventilação, descarga de pontos de exaustão) 
Recuperação de produtos 
Filtro de processo (spray-dryers, fornos, turbinas) 
1,0 
0,9 
0,8 
 
Tabela 5.7. Fator granulometria do particulado (FG). 
Faixa granulométrica predominante - diâmetro médio de 
sauter, dvs (m) 
FG 
> 100 
50 - 100 
10 - 50 
5 - 10 
2 - 5 
< 2 
1,2 
1,1 
1,0 
0,9 
0,8 
0,7 
 
Tabela 5.8. Fator carga de particulados (FCP). 
Carga de particulados (g/m3) FCP 
até 10 
11 a 20 
20 a 35 
35 a 60 
60 a 110 
110 a 150 
150 a 210 
1,30 
1,20 
1,10 
1,00 
0,90 
0,85 
0,80 
 
Tabela 5.9. Fator temperatura máxima do gás (FTG). 
Temperatura do gás (°C) FTG 
até 50 
50 a 65 
65 a 85 
85 a 150 
150 a 200 
1,0 
0,9 
0,8 
0,7 
0,6 
 
Tabela 5.10. Fator condições climáticas (FCC). 
Condição climática FCC 
Clima tropical (extremamente úmido) 0,8 
 
 
 
 
 107 
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5.5.3. Especificação da área total de pano para filtração 
 
 A área total de filtração (At) é obtida dividindo-se vazão de gás a ser tratado (Q) pela velocidade 
ótima de filtração (vótima): 
 
 
 
]s/m[v
/s][m Q
][m A
s
3
m2
t 
 (5.3) 
 
5.5.4. Especificação do número de mangas 
 
 O número de mangas necessárias para o processo é dado por: 
 
 
 
]m[A
][m A
 N
2
manga
2
t
mangas 
 (5.4) 
 
A área de cada manga (Amanga) é calculada por: 
 
 
 Cd A mangamanga 
 (5.5) 
 
em que dmanga é o diâmetro (m) e C é o comprimento da manga (m). 
 
5.5.5. Estimativa da queda de pressão durante a filtraçãoA queda de pressão em um filtro de mangas é dada pela contribuição de duas parcelas, 
correspondentes ao meio filtrante e à torta de partículas depositadas sobre o mesmo: 
 
 
tortafiltrante meiofiltração PPP 
 (5.6) 
 
 
 
 
 108 
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a) Queda de pressão no meio filtrante (Pmeio filtrante) 
 
 
K
v
102,1]OmmH[ P s42filtrante meio 
 (5.7) 
 
em que K é a permeabilidade do meio filtrante (L/dm2.min a 20 mmH2O) obtido pelo catálogo Renner 
nos ANEXOS e vs é a velocidade de filtração (m/s), obtida pela Equação (5.1) (ou (5.2). 
 
b) Queda de pressão na torta de partículas (Ptorta) 
 
 A queda de pressão na torta varia durante a filtração, uma vez que continuamente as partículas 
são depositadas, aumentando a espessura e consequentemente a resistência ao escoamento. Ptorta é 
geralmente expresso por: 
 
 
10
tCvR
]OmmH[ P E
2
st
2torta 
 (5.8) 
 
em que Rt é a resistência específica da torta (s-1), CE é a concentração total de partículas na entrada no 
filtro (em kg/m3) e t é o tempo de filtração (em s) 
 
 A resistência específica da torta pode ser avaliada experimentalmente em laboratório, em 
ensaio no qual são simuladas as condições reais de operação do filtro (mesma temperatura, pressão, 
concentração total de partículas na corrente gasosa e velocidade ótima de filtração). Assim, através da 
curva P versus t, obtém-se Rt, conforme ilustrado na Figura 5.13. 
 
 
 
 
 109 
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Figura 5.13. Esquematização de curva experimental de filtração para obtenção da resistência 
específica da torta. 
 
 Alguns dados da literatura sobre a resistência específica de tortas de filtração são dados na 
Tabela 5.11. 
 
Tabela 5.11. Dados de resistência específica (Rt) de tortas de filtração. 
 
 
 
 
 
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 A queda de pressão total ao longo de um ciclo de filtração (Pfiltração) pode ser estimada 
somando-se as contribuições do meio filtrante (Equação 5.7) e da torta de filtração (5.8): 
 
 
t
10
CvR
K
v
102,1]OmmH[P E
2
sts4
2 filtração 
 (5.9) 
 
 Em geral, a queda de pressão máxima (Pmáximo) em um filtro de mangas não deve ser superior 
a 100 mmH2O. Deste modo, o tempo de filtração em um ciclo pode ser estimado por: 
 
 
E
2
st
s4
2máximo
ciclo
CvR
K
v
102,1]OmmH[P 10
t







 (5.9b) 
 
5.6 EXEMPLO 
 
Exemplo: Projetar um sistema de filtros de manga para coletar pó de cimento com densidade 2520 
kg/m3, de uma corrente gasosa industrial com vazão de 1200 m3/h, à temperatura ambiente de 30°C e 
pressão de 710 mmHg. A concentração total de entrada de partículas é de 6 g/m3. Determine o tipo de 
manga adequado, a velocidade ótima de filtração (vótima), a área total de filtração, e o número de 
mangas (considerando dmanga = 15 cm, C = 1,5 m). Baseado na permeabilidade da manga comercial e 
sabendo-se que para essas condições a resistência específica da torta de cimento é de 3,2105 s-1, 
determine o tempo do ciclo de filtração (tciclo) para uma queda de pressão máxima admissível de 100 
mmH2O no sistema. Considere que a distribuição granulométrica do cimento seja dada por: 
dpi (m) 1 2 3 5 10 
wi (% massa) 5 15 35 25 20 
 
Respostas: 
 
 
 
 111 
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Parâmetro Valor Fonte
WE (kg/h) 7.2 Eq. (2.11)
CE (g/m
3
) 6.00 Enunciado
QE (m
3/h) 1200 Enunciado
TE (°C) 30 Enunciado
PE (mmHg) 710 Enunciado
TS (°C) 30 Enunciado
PS (mmHg) 710 Enunciado
Tm (°C) 30 Eq. (2.26)
Pm (mmHg) 710 Eq. (2.27)
rar (kg/m
3
) 1.090 Eq. (2.24)
ar (Pa.s) 1.88E-05 Eq. (2.25)
rp (kg/m
3) 2520 Enunciado
MMg (g/mol) 29 Tabela 2.4
Qm (m
3
/h) 1200 Eq. (2.28)
Enunciado Enunciado
Sistema de limpeza jato pulsante Tabela 5.3 dpi (m) wi (-) wi/dpi 
Aplicação do filtro coleta de produto Enunciado 1 0.05 0.050
Tipo de manga feltro PE/PE 551 970 Tabela 5.3 2 0.15 0.075
FGP (-) 2.30 Tabela 5.4 3 0.35 0.117
FSL (-) 1.30 Tabela 5.5 5 0.25 0.050
FAF (-) 0.90 Tabela 5.6 10 0.20 0.020
FG (-) 0.80 Tabela 5.7 Soma 1.00 0.312
FCP (-) 1.30 Tabela 5.8 dvs (m) 3.2
FTG (-) 1.00 Tabela 5.9 Eq. (1.13)
FCC (-) 0.80 Tabela 5.10
vótima (m/s) 0.037 Eq. (5.2)
Cmanga (m) 1.50 Enunciado
dmanga (m) 0.15 Enunciado
Amanga (m
2
) 0.707 Eq. (5.5)
Atotal (m
2) 8.933 Eq. (5.3)
Nmanga (-) 13 Eq. (5.4)
K (L/dm
2
.min a 20 mmH2O) 150 Anexo
Pmeio fi ltrante (mmH2O) 3.0 Eq. (5.7)
Pmáximo (mmH2O) 100 Enunciado
Ptorta (mmH2O) 97.01 Eq. (5.6)
tciclo (min) 6.05 Eq. (5.9)
Rt (s
-1) 3.20E+05 Enunciado
filtro de mangas
 
 
 
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5.7. LISTA DE EXERCÍCIOS 
 
1) Uma empresa deseja instalar um sistema de coleta de particulados provenientes da seção de 
produção de cimento. O particulado tem densidade de 2200 kg/m3 e diâmetro típico de 8 m. O 
aerossol é exaurido do sistema de moagem por uma tubulação de 50 cm de diâmetro e com velocidade 
média de 20 m/s, em temperatura de 110°C e pressão absoluta de 720 mmHg. O sistema de coleta 
deverá ser composto de um pré-coletor (ciclone tipo Lapple) e na sequência um coletor principal tipo 
filtro de mangas. Determine: 
a) A vazão mássica de pó (kg/h) coletada no ciclone. 
b) O tipo de manga recomendado, velocidade ótima e área total de filtração. 
c) O tempo total de duração de um ciclo de filtração. Considere que a torta formada sobre o meio 
filtrante tenha resistência específica de 4,11x105 s-1 e que Pmax = 180 mmH2O. 
d) A potência total (em hp) de um exaustor para operar com o ciclone e o filtro de mangas em série. 
Despreze as perdas de carga relativas às tubulações e acessórios na linha. 
 
2) Projete um filtro de manga para remover pigmentos cerâmicos no processo de fabricação de tintas. 
A vazão de ar é de 340 m3/min, em temperatura de 70°C e pressão absoluta de 720 mmHg. O material 
particulado apresenta densidade de 2800 kg/m3 e diâmetro médio de Sauter de 12 m, com 
concentração total na corrente gasosa de 15 g/m3. Determine a velocidade ótima de filtração, área total 
de filtração e número de mangas (de 10 cm de diâmetro e 150 cm de altura). Sabendo-se que a queda 
de pressão máxima admissível no filtro é de 120 mmH2O, e que a resistência específica da torta é de 
3,6104 s-1, determine também o tempo de cada ciclo de filtração. 
 
3) Uma mineradora em Ribeirão Preto deseja instalar um coletor do tipo filtro de manga para remover 
aerossóis gerados no processo de moagem das rochas. Uma análise em laboratório revelou as seguintes 
características do material particulado: 
dpi (m) 5 10 20 30 40 50 60 
wi (%) 8 14 25 20 15 10 8 
Densidade = 2,8 g/cm3 
 
A vazão de sucção de aerossóis será de 60 m3/min, em temperatura de 45°C e pressão de 700 mmHg. 
A concentração total de particulados na corrente de sucção é de 40 g/m3. Nessas condições, pede-se: 
Determine a velocidade ótima de filtração, área total de filtração e número de mangas (de 10 cm de 
diâmetro e 150 cm de altura). Sabendo-se que a queda de pressão máxima admissível no filtro é de 120 
mmH2O, e que a resistência específica da torta é de 3,0104 s-1, determine também o tempo de cada 
ciclo de filtração. 
 
 
 
 
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4) O óxido de zinco (ZnO) é um composto inorgânico pulverulentode cor branca a amarelo âmbar de 
grande utilização como pigmento em tintas, princípio ativo em medicamentos e cosméticos, acelerador 
e agente endurecedor na vulcanização de borrachas, semicondutor em aplicações eletrônicas, dentre 
outros. Um dos principais métodos para a produção industrial de ZnO é denominado “Processo 
Francês”, popularizado por LeClaire na França em 1844. Nesse processo, o zinco metálico é fundido em 
um cadinho de grafite e vaporizado em torno de 1000°C. O vapor de zinco instantaneamente reage com 
o oxigênio no ar para formar ZnO. O aerossol formado é transportado em um duto de resfriamento e 
as partículas são coletadas em um filtro de manga. 
 
 Considere o processo de produção de óxido de zinco esquematizado no fluxograma a seguir: 
 
 
 
 Considerando que todo o zinco metálico alimentado no forno seja transformado em ZnO e 
transportado para o filtro de manga, sem perdas no trajeto, determine: 
 
a) A massa de óxido de zinco produzida em 5 horas de operação. 
b) A concentração de ZnO que chega ao filtro de manga. 
c) A velocidade ótima de filtração. 
d) A área total de filtração. 
 
Considere que as seguintes informações adicionais: 
- Densidade da corrente gasosa na temperatura de 90°C = 0,972 kg/m3; 
- Viscosidade da corrente gasosa na temperatura de 90°C = 2,1610-5 Pa.s; 
ZnO 
coletado
Zinco metálico (Zn)
300 kg/h
Ar atmosférico
1500 kg/h
Forno Filtro de manga
Envasadora
ZnO 
envasado
Duto de transporte e resfriamento:
Vazão mássica de ar (G) = 1441 kgar/h
Tmédia = 90°C
Exaustor
Atmosfera
ZnZn + ½ + ½ OO22  ZnOZnO
ZnO 
coletado
Zinco metálico (Zn)
300 kg/h
Ar atmosférico
1500 kg/h
Forno Filtro de manga
Envasadora
ZnO 
envasado
Duto de transporte e resfriamento:
Vazão mássica de ar (G) = 1441 kgar/h
Tmédia = 90°C
Exaustor
Atmosfera
ZnZn + ½ + ½ OO22  ZnOZnO
 
 
 
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- Densidade do óxido de zinco = 5606 kg/m3; 
- Massa molar do oxigênio elementar = 16 g/mol; 
- Massa molar do zinco elementar = 81,4 g/mol; 
- Tamanho médio da partícula de óxido de zinco formada = 0,5 m. 
 
5) Um filtro de mangas opera na recuperação de produto na linha de moagem e ensaque de cereais 
(farinha de cevada, com diâmetro médio de 15 m e densidade de 1200 kg/m3). Atualmente o filtro 
opera em regime permanente com exaustão de aerossol em concentração de particulados de 1000 
mg/Am3, temperatura de 50°C e pressão atmosférica de 750 mmHg. O filtro possui 40 mangas 
cilíndricas modelo PE/PE 451 CS17 da Renner, com 15 cm de diâmetro e 1,5 m de altura (Amanga = 0,71 
m2), e a filtração ocorre em velocidade superficial do ar de 2,5 cm/s. O sistema de limpeza (jato pulsante 
com tubos venturi) é programado para ser acionado a cada 5 minutos, quando a queda de pressão 
através do filtro atinge 1500 Pa. Com base nessas informações, o trainee foi solicitado a fazer a seguinte 
análise: 
 
a) Qual é a massa de pó coletado pelo filtro de mangas ao final de cada dia (24 h)? Considere a 
eficiência de coleta do filtro de 100%. 
b) Caso o sistema passe a operar com velocidade ótima de filtração, qual será o novo tempo de 
ciclo para que a queda de pressão máxima no filtro não ultrapasse 1500 Pa? Considere que não 
haja alteração da resistência específica da torta e também da concentração de entrada de pó 
no filtro. 
 
6) Uma das técnicas de tratamento de resíduos sólidos é a incineração, na qual os materiais são 
destruídos através da combustão completa. Os produtos da incineração são uma corrente gasosa, com 
componentes oxidados de baixa massa molar (CO2, H2O, SO2, etc.), e uma fração sólida de menor 
volume, que deve ser disposta conforme a presença ou não de metais pesados. A escolha do tipo de 
incinerador depende da capacidade de tratamento, características físicas e químicas do resíduo, além 
de sua granulometria. Por exemplo, a inertização térmica de solo contaminado com hidrocarbonetos é 
geralmente realizada em tambores rotativos, com a alimentação de um combustível auxiliar para 
favorecer a queima (geralmente gás natural). Os gases de combustão que saem do tambor devem ser 
tratados antes de eliminados para a atmosfera. Dependendo das condições operacionais e do tipo de 
solo, pode haver um grande arraste de particulados, sendo necessário o uso de coletores de pó. 
Considere um processo de incineração de solo (material à base de sílica e alumina) em que uma 
corrente de 5000 kg/h de gases de combustão, com massa molar média de 28 g/mol, temperatura 
média de 800°C e pressão de 760 mmHg saem de um tambor rotativo cilíndrico. Sabe-se também que 
a densidade das partículas é de 2500 kg/h, com esfericidade de 0,71 e distribuição granulométrica do 
pó arrastado do tambor dada por: 
 
 
 
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Diâmetro de partícula (m) 5 10 50 100 
Fração mássica, wi (%) 10 20 35 35 
 
A equipe de engenharia estuda a seguinte configuração para o sistema de coletas de 
particulados finos arrastados do forno rotativo: 
 
Com base no fluxograma apresentado, determine: 
a) As dimensões de cada ciclone. 
b) A vazão mássica de pó coletado nos ciclones. 
c) A área total de filtração. 
d) O tempo de ciclo, para uma resistência de torta de 2x105 s-1 e queda de pressão máxima de 10 
cmca. 
 
7) A fim de obter parâmetros físicos para o dimensionamento de um sistema de filtros de manga, um 
experimento de filtração foi realizado em laboratório. Uma corrente de aerossol com vazão mássica de 
ar de 0,622 kg/h e densidade de 1,10 kg/m3, contendo 5,655 g/h de um pó com densidade de 2000 
kg/m3 foi filtrada em vazão constante através um disco plano de 10 cm de diâmetro produzida com o 
meio filtrante Renner do tipo PP/PP 501. A queda de pressão foi registrada em função do tempo e os 
dados são apresentados na figura a seguir: 
Alimentador de 
rosca de sólidos
Sólidos grosseiros
Incinerador tipo forno rotativo
Combustível
Exaustor
Sólidos tratados
Sólidos finos arrastados
Dtubo = 1 m
Ggás = 5000 kg/h
T = 800ºC
P = 760 mmHg
Wpó = 250 kg/h
rpó = 2500 kg/m
3
T = 120ºC
Trocador de 
calor
Atmosfera
T = 80ºC
Sedimentador gravitacional
Filtro de 
mangas
T = 500ºC
Bateria com 2 
ciclones tipo Lapple 
em paralelo
 
 
 
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 Com base nas informações fornecidas, obtenha: 
 
a) A resistência específica da torta. 
b) O tempo de filtração antes da limpeza, para uma queda de pressão máxima de 10 cmH2O. 
 
8) Uma empresa de produção de fertilizantes deseja obter parâmetros para projetar um filtro de 
mangas adequado para sua unidade de produção de fosfato de magnésio. Um experimento foi 
conduzido em laboratório utilizando uma amostra do elemento filtrante AC/AC 551 da Renner. Uma 
corrente de aerossol em concentração de 1 g/m3 contendo fosfato de magnésio (diâmetro médio de 
Sauter de 30 m e densidade de 2600 kg/m3) foi forçada a percolar em velocidade de 3 cm/s, 
temperatura de 20°C e pressão de 710 mmHg por uma área de filtro de 50 cm2. Observou-se que após 
15 minutos de operação, houve a formação de uma torta de filtração e a queda de pressão através do 
filtro aumentou para 10 cmH2O. Com base nessas informações, pergunta-se: 
a) Qual a queda de pressão pela amostra do filtro limpo operando com velocidade de 3 cm/s? (R: 
Pfiltro = 2,4 mmca). 
b) Qual a resistência específica da torta de filtração? (R: Rt = 1204938 s-1). 
c) Caso o elemento filtrante AC/AC 551 opere na prática em concentração de particuladosde 3 
g/m3 e velocidade ótima de projeto, qual o tempo necessário para que a queda de pressão total 
atinja 1500 Pa. Considere que o objetivo do sistema de coleta seja a recuperação de produto, 
que o sistema de limpeza seja por jato pulsante direto e que o valor base para a razão gás/pano 
seja de 2 m3.m-2.min-1. (R: vótima = 0,04056 m/s; t = 247 s). 
 
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0 20 40 60 80 100 120 140
Qu
ed
a d
e p
re
ss
ão
 to
ta
l n
o 
fil
tro
 (m
m
H 2
O)
Tempo de filtração (min)
 
 
 
 117 
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9) Um trainee é encarregado de analisar o desempenho de um filtro de mangas que opera como 
recuperador de produto na linha de moagem e ensaque de cereais (farinha de cevada, com diâmetro 
médio de 15 m e densidade de 1200 kg/m3). Atualmente o filtro opera em regime permanente com 
exaustão de aerossol em concentração de particulados de 1000 mg/Am3, temperatura de 40°C e 
pressão atmosférica de 750 mmHg ( = 1,93×10-5 Pa.s, r = 1,11 kg/m3). O filtro possui 20 mangas 
cilíndricas modelo PE/PE 451 CS17 da Renner, com 15 cm de diâmetro e 1,5 m de altura (Amanga = 0,71 
m2), e a filtração ocorre em velocidade superficial do ar de 2,5 cm/s. O sistema de limpeza (jato pulsante 
com tubos venturi) é programado para ser acionado a cada 5 minutos, quando a queda de pressão 
através do filtro atinge 1000 Pa. Com base nessas informações, o trainee foi solicitado a fazer a seguinte 
análise: 
 
a) Qual é a massa de pó coletado pelo filtro de mangas ao final de cada dia (24 h)? Considere a 
eficiência de coleta do filtro de 100%. 
b) Caso o sistema passe a operar com velocidade de filtração de 5,0 cm/s, qual será o novo tempo 
de ciclo para que a queda de pressão máxima no filtro não ultrapasse 1000 Pa? Considere que 
não haja alteração da resistência específica da torta (não informada!) e também da 
concentração de entrada de pó no filtro. 
 
10) O negro de fumo, também conhecido como negro de carbono (do inglês “carbon black"), é 
constituído por partículas finamente divididas, que são obtidas por decomposição térmica (pirólise) ou 
combustão parcial de hidrocarbonetos gasosos ou líquidos. O negro de fumo possui duas propriedades 
que definem a maioria absoluta das suas aplicações: elevado poder de pigmentação e capacidade de, 
em mistura com as borrachas, elevar substancialmente a resistência mecânica desses materiais. É um 
dos 50 produtos químicos mais fabricados no mundo, sendo que 90% de todo negro-de-fumo é usado 
em aplicações com borracha, 9% como pigmento e o 1% restante como ingrediente para centenas de 
aplicações diversas. 
Considere um processo de produção de negro de fumo conforme esquematizado na Figura 1. 
Uma vazão mássica de negro de fumo de 100 kg/h é gerada no reator e após passar pelo trocador de 
calor, é transportada na forma de aerossol em temperatura de 90°C, pressão absoluta de 720 mmHg e 
velocidade de 20 m/s por uma tubulação de 30 cm de diâmetro interno e 50 m de comprimento até 
uma estação de filtros de mangas. Ensaios em laboratório indicam que o negro de fumo tem densidade 
absoluta de 1950 kg/m3, diâmetro médio de partículas de 200 nm (0,2 m) e resistência específica de 
torta de 6,0×105 s-1. Com base nessas informações, faça o pré-dimensionamento de um sistema de 
coleta de negro de fumo por filtro de mangas. Forneça a velocidade ótima de filtração, área total, tipo 
de manga e tempo de ciclo. Qual a quantidade de negro de fumo coletado no filtro de mangas após 8 
horas de funcionamento ininterrupto do processo? Considere que gás de arraste tenha propriedades 
físicas similares às do ar atmosférico. 
 
 
 
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Figura 1) a) Fluxograma do processo produtivo do negro de fumo. b) Detalhes de partícula. 
 
11) Uma empresa que realiza o reprocessamento de embalagens de alumínio deseja instalar um 
equipamento para a recuperação de fumos desse metal que escapam da seção de refusão. As partículas 
têm faixa granulométrica < 2 m e densidade de 2700 kg/m3. Os gases devem ser coletados por uma 
coifa e transportados por tubulação metálica até o equipamento de coleta de particulados, do tipo filtro 
de mangas: 
 
O forno emite particulados em concentração constante de 3,0 g/m3, que devem ser capturados pela coifa 
e recuperados no processo. Uma empresa de filtros de manga ofereceu um modelo que apresenta 40 
elementos filtrantes cilíndricos (modelo Renner PE/PE 601 950), cada um com 2,5 m de altura e 20 cm 
diâmetro. A limpeza é por jato pulsante direto. Nessas condições, determine a vazão de ar que deverá ser 
aspirada pela coifa, de modo que o filtro opere em condições ótimas. Qual deverá ser a área de captura 
da coifa (seção quadrada), caso a velocidade recomendada do ar no seu bocal seja de 3,0 m/s? Qual o 
tempo de cada ciclo, considerando a queda de pressão máxima aceitável de 10 cmH2O e resistência 
específica de torta de 5x105 s-1? Considere que a temperatura da corrente gasosa seja constante (T = 
55°C) ao longo do sistema. 
 
Reator
Filtro de mangas
Peletizador Secador
Silo
Homogeneizador
Óleo 
combustível
a) b)
Negro de fumo
“Quencher”
Trocador de 
calor
atmosfera
Filtro de mangas
Exaustor
Forno de 
fusão
Coifa de 
captura
Pó recuperado
Fumos de 
alumínio
atmosfera
Filtro de mangas
Exaustor
Forno de 
fusão
Coifa de 
captura
Pó recuperado
Fumos de 
alumínio
 
 
 
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12) Determine os parâmetros solicitados no processo esquematizado a seguir. 
 
 
 
 
 
Sedimentador gravitacional
L = 4 m, H = 3 m, W = 3 m
Indústria de 
fertilizantes
Fosfato de amônio
Filtro de manga
Velocidade ótima Vf = ?
Área de filtração At = ?
Número de mangas N = ?
hmanga = 1 m
dmanga = 0,10 m
Ciclone
Swift
Dc = ?
Qar = 150 m
3/min
Ce = 30 g/m
3
30% com dp = 10 m
70% com dp = 30 m
rp = 2500 kg/m
3
Tar = 70°C
Par = 730 mmHg
30m = ?
Cs, sedimentador = ?
Qar = 150 m
3/min
10m = ?
Cs, ciclone = ?
Vazão mássica de pó 
coletado?
Recuperação do produto
Recuperação do produto
Atmosfera
Qar = 150 m
3/min
Vazão mássica de pó 
coletado?
Vazão mássica de pó 
coletado?
Sedimentador gravitacional
L = 4 m, H = 3 m, W = 3 m
Indústria de 
fertilizantes
Fosfato de amônio
Filtro de manga
Velocidade ótima Vf = ?
Área de filtração At = ?
Número de mangas N = ?
hmanga = 1 m
dmanga = 0,10 m
Ciclone
Swift
Dc = ?
Qar = 150 m
3/min
Ce = 30 g/m
3
30% com dp = 10 m
70% com dp = 30 m
rp = 2500 kg/m
3
Tar = 70°C
Par = 730 mmHg
30m = ?
Cs, sedimentador = ?
Qar = 150 m
3/min
10m = ?
Cs, ciclone = ?
Vazão mássica de pó 
coletado?
Recuperação do produto
Recuperação do produto
Atmosfera
Qar = 150 m
3/min
Vazão mássica de pó 
coletado?
Vazão mássica de pó 
coletado?
 
 
 
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13) No projeto de um filtro de mangas, vários parâmetros devem ser considerados, incluindo as 
características da manga, do sistema de limpeza, do material particulado e da corrente gasosa. Com 
base nas discussões realizadas em sala de aula, explique claramente qual das seguintes alterações das 
condições de projeto proporcionará o maior redução na área de coleta de um filtro de manga: 
 
a) Redução da temperatura da corrente gasosa que entra no filtro de 110°C para 40°C; 
b) Redução nacarga de particulados de 30 g/m3 para 1 g/m3. 
c) Aumento no diâmetro médio do material particulado de 1 m para 50 m. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 121 
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ANEXO – DADOS DOS MEIOS FILTRANTES RENNER 
 
 
TECIDOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 122 
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FELTROS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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