Filtro Prensa

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FILTRAÇÃO – FILTRO PRENSA DE PLACAS E QUADROS COM TORTA INCOMPRESSÍVEL
1,2,3,4Centro Universitário da Fundação Educacional de Barretos,Departamento de Engenharia Química 
E-mail para contato: glino6230@gmail.com
RESUMO – Realização da filtração de uma solução de carbonato de cálcio por meio de um filtro prensa de placas e quadros com torta incompressível. Apresentando seu funcionamento, o processo de montagem, operação e limpeza para os alunos.Por meio dos dados obtidos experimentalmente buscou-se encontrar analiticamente a resistência da torta formada durante a filtração e a resistência do meio filtrante utilizado.
1. INTRODUÇÃO 
A filtração industrial difere-se da filtração de laboratório somento no volume de material operado e na necessidade de ser efetuada a baixo custo. Assim, para se ter uma produção razoável, com um filtro de dimensões moderadas, deve-se aumentar a queda de pressão, ou deve-se diminuir a resistência ao equipamento, para aumentar a vazão. 
A maioria do equipamento industrial opera mediante a diminuição da resistência ao escoamento, fazendo com que a área filtrante seja tão grande quanto o possível, sem que as dimensões globais do filtro aumentem proporcionalmente.(FOUST, A. S., 2011)
Filtro-prensa por quadros
Um filtro-prensa é composto por uma série de placas separadas por quadros com a mesma espessura. Placas e quadros são independentes uns dos outros e são móveis, correndo sobre duas barras-suporte, podendo ser apertados por meio de um parafuso ou por pressão hidráulica.
Quando a pressão se estabelece o filtro está "apertado". Os orifícios a e b (Figura 1), situados nas orelhas das placas e dos quadros, formam um tubo contínuo. Pelos condutos ocorre a chegada do fluído a filtrado. Entre todos os quadros e todas as placas são intercaladas lonas de filtro ou telas filtrantes. A solução entra no quadro, atravessa a lona e sai pelos canais c (Figura 1), após ter deixado atrás da lona, no interior do quadro, as matérias em suspensão contidas. A massa formada por estas matérias, quando todo o espaço disponível é preenchido, é chamada de torta. 
Figura 1: Placa e quadro de filtro-prensa. (HUGOT, E., 1969)
A placa é formada por uma moldura lisa e uma parte central menos grossa com ondulações ou desenhos em relevo, entre os quais a solução pode escorrer, apesar da pressão da bomba, que força a lona contra a placa. O quadro apresenta a mesma moldura e seu interior é vazio. A espessura dos quadros e das placas é de cerca de 30 a 40 mm. Quanto maior for a espessura, mais tempo será necessário à torta para se formar. Quadros e placas são sempre de ferro fundido. (HUGOT, E., 1969)
Uma vez fechada a prensa, o meio filtrante atua como uma gaxeta, selando as juntas entra as placas e os quadros formando um canal contínuo com os furos existentes em uns e outros destes elementos, conforme se vê na Figura 2. A suspensão de alimentação é então bombeada sob pressão para a prensa, e escoa de acordo com a trajetória que aparece na Figura 1 e 2, entrando pelo canal do canto do fundo. Este canal tem saídas em cada um dos quadros, de modo que a suspensão enche os quadros em paralelo. 
O solvente, ou filtrado, escoa então pelo meio filtrante, enquanto os sólidos constituem uma camada sobre a face do meio voltado para os quadros. O filtrado passa entre o meio filtrante e a face da placa para um canal de saída. À medida que a filtração avança, formam-se tortas, ou bolos, sobre o meio filtrante, até que as tortas que se acumulam sobre cada face dos quadros encontram-se no centro. Quando isto ocorre a vazão do filtrado, que diminui continuamente à medida que as tortas aumentam, cai bruscamente e se reduz a um mero gotejamento. Em geral suspende-se a filtração bem antes desta ocorrência. (FOUST, A. S., 2011)
Figura 2: Diagrama esquemático de um filtro-prensa em operação. (FOUST, A. S., 2011)
2. MATERIAIS E MÉTODOS
Filtro-prensa de quadro e placas; 
Manômetro; 
Bomba Centrífuga;
Meio filtrante;
Solução de CaCO3 (1,5 Kg de CaCO3 p/ 30 L de água).
Escolheu-se quatro pessoas para colaborarem com o experimento, ficando uma responsável pela troca da proveta quando atingisse uma certa marca sem ultrapassar o volume, outra para fazer a leitura do volume e descartar o material da proveta no tanque do filtro, uma para cronometrar o tempo de filtração e finalmente a outra pessoa para anotar o tempo e o volume da filtração.
Utilizou-se como meio filtrando um tecido sintético suspenso sobre as placas, cobrindo se assim as duas faces, em seguida colocou-se alternadamente nos trilhos laterais da prensa as placas e os quadros.
Quando já estavam alinhados os elementos filtrantes com as placas e os quadros, a prensa foi fechada pelo parafuso manual.
Utilizou-se uma bomba centrífuga para transportar a suspensão de alimentação sendo bombeada sob uma pressão para a prensa, e escoou-se de acordo com a trajetória, entrando e saindo pelo canal do canto do fundo de modo que a suspensão encheu os quadros em paralelos.
O filtrado escoou-se pelo meio filtrante enquanto os sólidos constituíram uma camada sobre a face do meio voltado para os quadros, à medida que a filtração avançou, formou-se a torta sobre o meio filtrante, quando isto ocorreu-se a vazão do filtrado foi diminuindo continuamente, até o filtrado ficar com a coloração incolor e praticamente houve o gotejamento do mesmo.
3. RESULTADOS
Os dados experimentais obtidos para a realização dos cálculos foram:
T = 27ºC =300 K
	P = 0,5 kgf/cm² =
	49033 N
	49033 Kg.m
	1 g
	1 m
	= 490330 g
	
	m²
	s².m²
	10-3 Kg
	100 cm
	cm.s²
	μlíquido = 855 x10-6Ns =
	855x10-6 Kg.m.s
	1 g
	1 m
	= 8,55x10-3 g
	m²
	s².m²
	10-3 Kg
	100 cm
	cm.s
m = 0,748 (adimensional)
	ρlíquido =996,5 Kg=
	1 g
	1 m³
	1 L
	= 0,997g
	m³
	10-3 Kg
	10³ L
	10³ cm³
	cm³
Afiltração = 16,2 cm.16,2 cm.4 =1049,76 cm² (2 quadros, cada qual com duas áreas)
	Cmássica =
	1,5 Kg
	103 g
	1 L
	= 0,05 g
	
	30 L
	1 Kg
	103 cm³
	cm³
Após realizar a filtração, obtivemos 15 amostras de volumes por tempo que se encontram relacionados na Tabela 1, apresentada abaixo, conforme as unidades enunciadas pelo professor em aula.
Tabela 1 – Volume filtrado e tempo de filtração
	Volume (cm3)
	Volume Acumulado (cm3)
	Tempo (s)
	Tempo Acumulado (s)
	T/V (s/cm3)
	1400
	1400 
	18
	18
	0,01286
	2100
	3500 
	21
	39
	0,01114
	1800
	5300 
	16
	55
	0,01038
	1200
	6500 
	12
	67
	0,01031
	1200
	7700 
	14
	81
	0,01052
	1000
	8700 
	14
	95
	0,01092
	1000
	9700 
	16
	111
	0,01144
	1000
	10700 
	18
	129
	0,01206
	2000
	12700 
	40
	169
	0,01331
	2000
	14700 
	54
	223
	0,01517
	2000
	16700 
	63
	286
	0,01713
	2000
	18700 
	61
	347
	0,01856
	2000
	20700 
	82
	429
	0,02072
	2000
	22700 
	79
	508
	0,02238
	1950
	24650 
	95
	603
	0,02446
Diante da tabela apresentada, plotou-se os dados no gráfico, com o tempo por volume (T/V) dependendo do volume filtrado (V), e traçou-se a reta de tendência linear, conforme verificado na Figura 3.
Figura 3 – Tempo por volume dependendo do volume de filtrado e reta de tendência linear.
Realizando-se a regressão linear obteve-se a equação 1, tendo um coeficiente de correlação (R) igual a 0,921, o qual é considerado como bom, pois quanto mais próximo de 1, melhor pode-se fizer que a correlação de fato existe.
t/V= 6,11.10-7. V + 7,25.10-3									(2)
A equação genérica da reta é dada por:
Y = BV + A 												(3)
Comparando a equação 1 com a equação 2, temos que B vale 6,11.10-7 enquanto A é 7,25.10-3.
Por se tratar de torta incompressível, enuncia-se que o K1 é uma constante que depende da torta, sendo sua unidade (g/cm7.s), enquanto K2 é uma constante que depende do meio filtrante, e sua unidade é (g/cm4.s). Assim, para calcularmos estas constantes é necessário utilizar as equações 4 e 5 apresentadas abaixo.
K1= 2PB 												(4)
K2 = PA 												(5)
Ao substituiras constantes de A e B nas equações 4 e 5, temos que K1 e K2 valem:
K1 = 2. 490335. 6,11.10-7 = 0,599 g/cm7.s 								(6)
K2 = 490335. 7,25.10-3 = 3554,93 g/cm4.s 								(7)
Após descobri os valores das constantes, calculamos o valor da resistência específica da torta de carbonato de cálcio (α) e a resistência do meio filtrante (RMF), e isolando os termos a serem descobertos, temos:
					(8)
			(9)
3.1 Estimativa para 10 placas para ΔP = 100 KPa
A filtração= 16,2 cm.16,2 cm.2.10 = 5248,8 cm2
	ΔP = 106 Pa =
	106 N
	106Kg.m
	1 g
	1 m
	= 1.106 g
	
	m²
	s².m²
	10-3 Kg
	100 cm
	cm.s²
	(10)
Nota-se que com o aumento de placas e o aumento da pressão, reflete no tempo final para a obtenção de quadro cheio. O tempo obtido seria somente para o tempo de filtração.
4. DISCUSSÕES
Diante dos resultados e do gráfico obtido, verificamos que a oscilação inicial do gráfico, esta irregularidade ocorre durante o início da formação da torta sobre o meio filtrante e pode ser parcialmente provocada pelas maiores vazões, conforme é representado pela curva obtida inicialmente.
Após uma determinada quantidade de entrada de fluxo do filtrado, devido a formação da torta,observa-se que as mesmas são afetadas pela vazão, uma vez que em vazões menores são formadas tortas menos densas e vazões maiores as tortas são mais compactas, pois a melhor acomodação das partículas mais finas, onde nota-se que a vazão diminui exponencialmente em razão do tempo, que se dá devido a saturação do meio filtrante, por sua vez, os dados obtidos posteriormente se linearizam.
5. CONCLUSÃO
Através da linearização, observa-se que realmente existe uma dependência do volume (V) pelo tempo por volume (t/V), pois gerou um coeficiente de determinação próximo de 1 (R2= 0,848). Os resultados quanto a resistência do meio filtrante e da torta são satisfatórios.
Diante do tópico 3.1 – Estimativa para 10 placas para ΔP = 100 KPa, conclui-se que quanto maior o número de placas, maior será o tempo de filtração e consequentemente a frequência de parada para manutenção do filtro será menor.
6. NOMENCLATURAS
T = temperatura
P = pressão
μ = viscosidade cinemática
m = fração de massa úmida sobre a massa seca
ρ = massa específica
A = área de filtração
Cmássica = concentração mássica
S = fração mássica de sólidos
V = volume
K1 = constante que depende da torta
K2= constante que depende do meio filtrante
t = tempo
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
FOUST, A. S.,[et al.]. Tradutor: MACEDO. H,Princípios das Operações Unitárias. 2ª Ed.Rio de Janeiro: LTC, 2011. p 581-586
HUGOT, E., Manual da Engenharia Açucareira – 1º Vol. São Paulo: Mestre Jou, 1969. p 524-528
Laboratório de Engenharia Química II