Aspectos Químicos da retenção de particulados

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Química e Derivados - junho - 200540
f i l t r o 
d e
m a n g a s
sação de água ou ácido. Por outro lado, 
problemas de ataques químicos, podem 
ser solucionados pela comparação entre 
a faixa de temperatura e composição 
química dos gases fi ltrados e a faixa 
de resistências químicas dos elementos 
fi ltrantes.
A título de ilustração mencionamos 
os seguintes exemplos da infl uência das 
variáveis do processo industrial (vide 
Fig.1):
1) Um combustível rico em enxofre 
pode resultar em gases de combustão 
com elevado teor de SO
3
 (trióxido de 
enxofre) e conseqüente risco de con-
densação ácida. 
2) A duplicação da capacidade pro-
dutiva de secagem de minérios / grãos 
implicará um aumento do teor de água 
nos gases fi ltrados, podendo resultar 
em condensações e entupimentos das 
mangas por aglomeração excessiva de 
particulado.
3) No caso de resfriamento de ga-
ses quentes sem o uso de trocador de 
calor, ou seja, no resfriamento obtido 
o longo do estudo e solução 
de problemas de centenas 
de sistemas de fi ltração in-
dustrial foi possível agru-
par em quatro categorias 
as causas de falha:
falha na especifi cação 
do elemento fi ltrante (vide 
edição de QD-407, de 
agosto de 2002);
falha no projeto do sistema (coifas, 
tubulação, fi ltro, ventilador, etc.); 
falha de operação do sistema;
falha de manutenção do sistema.
Essas causas3 podem e devem ser 
analisadas sob o aspecto mecânico 
(dimensionais de chaparias, válvulas, 
velocidades gasosas, etc.) e sob o 
aspecto químico (condensações, ata-
ques químicos, etc.), este só lembrado 
quando o fi ltro entope ou apresenta seus 
elementos fi ltrantes com um aspecto 
“apodrecido”.
Os fatores que geram essas falhas 
podem resultar da condensação de água 
ou de ácido, assim como podem ser 
causadas por composições químicas 
gasosas incompatíveis com o elemento 
fi ltrante em uso para dada faixa de tem-
peratura de fi ltração.
Estas falhas decorrem das caracte-
rísticas inerentes ao Processo Industrial 
(vide Fig.1).
As causas de origem química que 
levam ao entupimento ou alta emissão 
de particulados num fi ltro de mangas 
podem ser adequadamente avaliadas 
por simulação computacional com base 
em balanços de massa e de energia. 
Por exemplo, a determinação do ponto 
de orvalho se faz útil para solução dos 
problemas de entupimento por conden-
a
Aspectos químicos da
retenção de particulados
E n g . T i t o d e A l m e i d a P a c h e c o
por entrada de ar ambiente (também 
chamado de ar-falso) ou por injeção de 
água haverá, em cada caso, alteração 
signifi cativa na composição química 
gasosa, podendo resultar em ataque 
químico das mangas.
4) Se o resfriamento for por ar-falso, 
é preciso observar as condições atmos-
féricas, pois num dia quente e chuvoso 
o gás resfriado apresentará as maiores 
vazões e umidades possíveis, ao passo 
que, num dia frio e seco, apresentará as 
menores vazões e umidades possíveis.
5) Se o particulado possui natureza 
ácida ou alcalina, pode ocorrer ataque 
do elemento fi ltrante em presença de 
umidade condensada, devido à libe-
ração em equilíbrio do ácido ou álcali 
correspondente.
Para resolver problemas no fi ltro 
de mangas com base nas informações 
do processo industrial, foi adotada uma 
metodologia comum em Engenharia 
Química, a qual consiste na represen-
tação do processo industrial em blocos 
(volumes de controle), nos quais o que 
Fig.1: Variáveis do processo industrial com influência no aspecto químico da filtração.
Tipo e vazão de combustível
Condensação
de água ou
ácido
+
Composição
química dos
gases
Entupimentos
+
Ataques
químicos
Regime de produção
Regime de resfriamento
Condições atmosféricas
Natureza do particulado
P r o c e s s o i n d u s t r i a l Filtro de mangas
F i l t r o d e m a n g a s
2005 - junho - Química e Derivados 41
que a curva do Ponto de Orvalho Ácido 
é defi nida não apenas com base no teor 
de umidade dos gases, mas também no 
teor do gás SO
3
 (vide Fig.6).
Enquanto os gases fi ltrados estive-
rem abaixo da curva (vide Fig.6), haverá 
condensação de ácido sulfúrico. Quando 
isso acontece, há corrosão precoce 
das partes metálicas do fi ltro (como 
chaparias, gaiolas, etc.). Por exemplo, 
na Fig.7, é possível observar o esfare-
lamento do anel aço-mola de fi xação 
da manga por oxidação, resultando em 
perda do efeito mola e falha de 
vedação.
Além disso, o ácido con-
densado ataca quimicamente o 
elemento fi ltrante. Na Fig.8, em 
uma primeira análise, seria pos-
sível afi rmar que houve um forte 
processo abrasivo. No entanto, 
ao ser verifi cada a possibilidade 
de rasgo manual do elemento 
fi ltrante, fi cou caracterizada a 
ocorrência de ataque químico.
Independentemente do 
agente causador do ataque, o 
resultado é sempre o mesmo: 
possibilidade de rasgo manual 
da manga após um curto tempo 
de uso. Isso ocorre porque o ataque 
químico quebra a cadeia molecular do 
material da manga em pequenos pe-
interessa são os dados de entrada e saída 
de cada bloco. Nessa metodologia, ba-
lanços de massa e de energia aplicados 
em cada bloco isoladamente permitem o 
cálculo da vazão, temperatura e compo-
sição química gasosa desde o início do 
processo até a fi ltração.
Uma representação simplifi cada in-
tegra os 4 blocos típicos caracterizados 
por um processo de queima (caldeira, 
forno, estufa, calcinador, etc.), um pro-
cesso de produção (moinho, secador, 
reator químico, calcinador, etc.), um 
processo de resfriamento e um de fi ltra-
ção (vide Fig.2).
Dessa forma, com base na concentra-
ção de água dos gases, pode ser obtido o 
“ponto de orvalho da água”, que consiste 
no limite de temperatura gasosa acima 
do qual não ocorre a condensação de 
água.
Se os gases fi ltrados forem mantidos 
a temperaturas abaixo da curva (vide 
Fig.3) haverá condensação de água. 
Essa condensação pode levar as mangas 
ao entupimento devido à aglomeração 
ou devido ao empedrecimento do parti-
culado (vide Fig.4).
Se o particulado apresentar pH 
diferente de 7, seja alcalino, ou ácido, 
pode ocorrer o ressecamento das fi bras 
de uma manga de poliéster1, por exem-
plo, caracterizado pela ocorrência de 
rachaduras, as quais invariavelmente 
evoluem para rasgos (vide Fig.5).
Na presença do gás SO
3
, seja prove-
niente da queima de combustíveis com 
enxofre, seja proveniente do próprio 
processo produtivo, haverá a reação 
do gás com a umidade do ar gerando 
névoa de ácido sulfúrico (H
2
SO
4
) em 
concentração fumegante. Nesse caso, 
prevalece o ponto de orvalho ácido, ou 
seja, o limite de temperatura gasosa aci-
ma do qual não ocorre condensação de 
ácido sulfúrico. É importante observar 
Fig.2: Processos típicos dos sistemas de filtração atmosférica.
Fig.3: Curva do ponto de orvalho da água
Combustível
Ar
Matéria bruta
Matéria processada
Ar-falso ou
Água-ar
Resfriamento
Gás
limpo
Particulado
Fig.4: Efeitos da condensação de água nas mangas filtrantes.
Fig.5: Ataque químico da manga de poliéster.
0,7 0,9 1,5 3 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 
100 
90
80
70
60 
50 
40 
30 
20
10
0
Va
po
r S
ec
o
Va
po
r C
on
de
ns
ad
o
Po
nt
o 
de
 o
rv
al
ho
, o
C
Concentração de água, volume % 
Produção
FiltroForno
Química e Derivados - junho - 200542
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daços, diminuindo consideravelmente 
sua resistência à tração de ruptura 
(tipicamente para valores inferiores a 
35 daN/5cm). Dessa forma, para carac-
terização e compreensão dos principais 
agentes de ataque químico em sistemas 
de despoluição atmosférica industrial é 
apresentado o esquema da Fig.9.
Seja proveniente de um processo de 
secagem ou de combustão,um elevado 
teor de água sob dada temperatura pode 
causar a hidrólise de alguns materiais 
de mangas (tipicamente os polímeros 
obtidos por processos de condensação). 
A etimologia do termo hidro=água, 
lise=separação reforça a idéia de quebra 
das moléculas por ação da água; portan-
to hidrólise aquosa é redundância. Por 
exemplo, mangas de poliéster apresen-
tarão furos e rasgos 
em menos de seis 
meses de operação 
contínua sob 10% 
(em volume) de água 
a 140oC, devido à 
hidrólise.
A queima de 
combustível com 
enxofre em sua es-
trutura molecular re-
sulta na oxidação do 
mesmo, formando 
o gás SO
2
 (dióxido 
de enxofre), o qual 
reage com o oxigênio 
residual dos gases 
sujos quando a tem-
peratura cai abaixo 
de 300oC, formando 
assim o gás SO
3
. Por 
sua vez, devido à for-
te afi nidade por água 
do gás SO
3
, haverá 
a formação de ácido 
sulfúrico. Tanto o SO
2
 em condições 
secas, como o ácido sulfúrico, atacam 
determinados tipos de materiais de 
mangas fi ltrantes por sulfonação.
A formação de ácido sulfúrico tem 
um agravante, pois ao reagir com o metal 
da gaiola (zinco, ferro, etc.) há liberação 
do gás hidrogênio, que, por sua vez, 
também ataca a manga fi ltrante. 
Em geral, os efeitos deste ataque 
por hidrogenação antecedem os efeitos 
da sulfonação, sendo que, no ataque 
por hidrogenação é possível rasgar o 
elemento fi ltrante somente nas marcas 
da gaiola, mas não em outras regiões 
fora destas marcas. Nesse tipo de ataque, 
na maioria dos casos, a manga gruda na 
gaiola de tal forma que é preciso des-
pedaçá-la para promover a separação. 
Mesmo assim, ainda fi cam algumas 
fi bras grudadas na gaiola! Proteger a 
gaiola com pintura antiácida (tipo epóxi 
ou siliconizada), combinada ou não 
com o uso de aço-inox, pode auxiliar na 
solução desse problema, pois difi culta o 
contato ácido-metal. 
De outro modo, haverá formação 
do gás NO (óxido de nitrogênio) se a 
houver queima de combustíveis com 
nitrogênio em sua molécula ou se a 
temperatura do forno ultrapassar 800oC, 
caso em que seria permitida a reação do 
nitrogênio e oxigênio atmosféricos.
Quando a temperatura dos gases 
cai para menos de 250oC haverá reação 
deste gás NO com o oxigênio residual, 
gerando então o NO
2
 (dióxido de nitro-
gênio) que pode atacar determinados 
materiais de mangas 
fi ltrantes por nitra-
ção.
Por fi m, o próprio 
oxigênio dos gases fi l-
trados pode atacar o 
elemento fi ltrante por 
oxidação dependendo 
da temperatura de fi l-
tração. Por exemplo, 
mangas feitas de po-
lifenilsulfeto apresen-
taram furos e rasgos 
em menos de um ano 
de operação contínua 
sob 18% em volume 
de oxigênio a 180oC, 
devido à oxidação.
Muitas vezes, 
quando é realizada 
uma amostragem na 
chaminé para medi-
ção da composição 
química dos gases, o 
resultado é expresso Fig.8: Furos e rasgos precoces por ataque ácido da manga filtrante.
Fig.7: Oxidação acelerada por ataque ácido.
Fig.6: Curvas do ponto de orvalho ácido para concentrações de água de 10%, 20% e 30% em volume.
175
165
155
145
135
125
5 10 50 150
175
165
155
145
135
125
5 10 50 150
175
165
155
145
135
125
5 10 50 150
Po
nt
o 
de
 o
rv
al
ho
 á
ci
do
, O
C
Po
nt
o 
de
 o
rv
al
ho
 á
ci
do
, O
C
Po
nt
o 
de
 o
rv
al
ho
 á
ci
do
, O
C
Concentração de SO3 nos gases, ppm Concentração de SO3 nos gases, ppm Concentração de SO3 nos gases, ppm
20% vol. H2O
10% vol. H2O
30% vol. H2O
20% vol. H2O
10% vol. H2O
2005 - junho - Química e Derivados 43
em SO
x
, ou seja, teor 
de SO
2
 + SO
3
, e NO
x
, 
ou seja, teor de NO + 
NO
2
. Entretanto, isso 
difi culta a avaliação 
de qual elemento fi l-
trante pode ser utili-
zado, porque, como 
pode ser verifi cado na 
Fig.9, o que interessa 
são suas quantidades 
em separado e não a 
sua mistura. 
Na Fig.10a são 
exemplifi cadas algu-
mas faixas de resis-
tência química dos 
principais plásticos 
utilizados para con-
fecção de mangas 
fi ltrantes. 
Através da iden-
tifi cação da condição de cada ataque 
químico na Fig.10a é possível verifi car 
os parâmetros que devem ser levados 
em consideração: tipo de agente quí-
mico, sua concentração, temperatura 
e duração de ataque químico. Sob as 
condições especifi cadas, os gráfi cos 
apresentam o percentual da resistência 
mecânica original obtida após o ataque 
químico.
A seguir será investigada a infl uên-
cia no aspecto químico da fi ltração de 
alguns parâmetros de processo (vide 
Fig.1) em casos reais, referentes a 
Fig.9: Tipos e origens dos agentes de ataque químico.
Combustível + O2
Ataca a manga
HIDROGENAÇÃO
Produção
Ar + O2
Ataca a gaiola
OXIDAÇÃO
Ataca a gaiola
HIDRÓLISE
Ataca a gaiola
OXIDAÇÃO ÁCIDA
Ataca a manga
SULFONAÇÃO
Ataca a manga
SULFONAÇÃO
Ataca a manga
NITRAÇÃO
Ataca a manga
OXIDAÇÃO
5% vol. SO3
95% vol. SO2
90% vol. NO
10% vol. NO2
H2O
SO2
NO
O2
H2SO4
Temp.< 300oC
Temp.< 250oC
SOSOSO
O
Ataca a gaiola
Temperatura de trabalho de mangas filtrantes
Polipropileno (PP)
Acríl ico (PAC)
Acríl ico (PAN)
Poliéster (PES)
Polifenilsulfeto (PPS Ryton, Procon)
Poliamida aromática (PA-Ar)
Poli imida aromática (PL-Ar, P84)
Politetrafluoreti leno (PTFE, Teflon)
 
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 
Temperatura, oC
Fig.10a: Resistência química de mangas para baixa temperatura (esquerda) e alta temperatura (direita)
H2SO4 / 10% / 60
OC / 24hH2SO4 / 10% / 60
OC / 24h
% vol. H2O 
(90OC / ph=7)
NaOH / 10% 
75OC / 72h
HNO3 /10% / 
60OC / 24H
HCI / 10% / 
60OC / 24h HCI / 10% / 
60OC / 24h% vol. H2O 
(90OC / ph=7)
NaOH / 10% / 
75OC / 72h
HNO3 /10% / 
60OC / 24H
Polipropileno (PP)
Poliéster (PS)
Acrílico (PAC)
Acrílico (PAN)
Polifenilsulfeto (PPS, Ryton, Procon)
Poliamida aromática (PA-ar, Nomex, Conex)
Poliimida aromática (PI-Ar, P84)
Politetrafluoretileno (PTFE)
Polipropileno (PP)
Poliéster (PS)Poliéster (PS)
Acrílico (PAC)
Poliéster (PS)
Acrílico (PAC)
Acrílico (PAN)Acrílico (PAN)Acrílico (PAN) Politetrafluoretileno (PTFE)
Polifenilsulfeto (PPS, Ryton, Procon)
Poliamida aromática (PA-ar, Nomex, Conex)Poliamida aromática (PA-ar, Nomex, Conex)
Poliimida aromática (PI-Ar, P84)
Poliamida aromática (PA-ar, Nomex, Conex)
Poliimida aromática (PI-Ar, P84)
Politetrafluoretileno (PTFE)Politetrafluoretileno (PTFE)
Poliimida aromática (PI-Ar, P84)
Fig.10b: Comparativo entre as temperaturas de trabalho de diferentes materiais filtrantes1.
HCI / 10% / 
C / ph=7)
NaOH / 10% / 
C / 72h
HNO3 /10% / 
60OC / 24H
C / ph=7)C / ph=7)
606060
60
HNO
60
100
80
60
40
20
0
100
80
60
40
20
0
HNO3 /10% / /10% / 
60OC / 24HC / 24H
606060
0000
100100100100100100
8080
60
Química e Derivados - junho - 200544
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Fig.12: Resultados de simulação para resfriamento por ar-falso.
Relação ar-pano de 1,3 m/min para mangas nas dimensões Ø 154x3658 mm.
Concentrações de O2 e H2O estão em vol.%; a concentração de SO2 está em ppm.
Resultados obtidos pelo software “Proteus – simulador de filtração industrial”.
Poliéster hidrólise!
Acrílico queima!
Nomex sulfonação!
Polifenilsulfeto
Polifenilsulfeto Oxidação
Poliimida aromática -
com adição contínua
50 kg/h Ca(OH)2
R e s f r i a m e n t o p o r A r - f a l s o ( 4 0 oC , 7 0 % U R )
Temp. Orv. ácido O2 H2O SO2 Vazão, m
3/h Qde. Especificação
120oC 113oC 16,4 6,2 274 54042 391 Risco decondensação 
130oC 114oC 16,0 6,4 309 49232 356 
140oC 116oC 15,5 6,5 344 45382 328 
150oC 117oC 15,1 6,7 379 42232 305 
160oC 118oC 14,6 6,8 415 39606 286 
170oC 119oC 14,2 7,0 450 37383 270
180oC 120oC 13,7 7,1 486 35477 257
190oC 121oC 13,3 7,3 522 33825 245
200oC 122oC 12,8 7,5 558 32379 234
Fig.10c: Comparativo entre os preços múltiplos do poliéster para diferentes materiais filtrantes1.
1 6 11 16 21 26 1 6 11 16 21 26 
Preço relativo entre mangas filtrantes (poliéster = 1)
Polipropileno (PP)
Acríl ico (PAC)
Acríl ico (PAN)
Poliéster (PES)
Polifenilsulfeto (PPS Ryton, Procon)
Poliamida aromática (PA-Ar)
Poli imida aromática (PL-ar, P84)
Politetrafluoreti leno (PTFE)
 
Fig.11: Caracterização da consulta técnica referente ao Caso Prático 1.
Resfriamento
Particulado
Gás
limpo
Óleo
Ar
Ar falso (40oC, 70% UR) ou
Água-ar (40oC, 81% peso H2O
Dados fornecidos:
11320 Nm3/h a 280oC
O2 = 9% vol.
H2O = 8,8% vol.
SO2 = 853 ppm
SO3 = 4,2 ppm
Questões:
Qual resfriamento econômico?
Vazão e temperatura do gás?
Quantidade e tipo de mangas?
Filtro
Forno
2005 - junho - Química e Derivados 45
consultas realizadas por fabricantes de 
equipamentos de despoluição e usuários 
de filtros de mangas.
Para tanto, foi utilizado o softwa-
re Proteus - Simulador de Filtração 
Industrial, versão 2.4, para análise da 
viabilidade do projeto do filtro de man-
gas, especificação dos elementos fil-
trantes, assim como das condições ope-
racionais ótimas através da utilização. 
Trata-se do primeiro simulador nacional 
para projeto e avaliação de sistemas de 
filtração englobando a físico-química 
do processo industrial de geração de 
particulados. Elaborado pelo autor deste 
texto, é direcionado para pesquisa e de-
senvolvimento de 
novas tecnologias 
filtrantes, reenge-
nharia de equipa-
mentos falhos3, 
determinação de 
condições opera-
cionais ótimas e 
projeto completo 
desses sistemas. 
1º Caso prático 
– O cliente in-
formou a com-
posição, vazão e 
temperatura dos 
gases provenientes da queima de óleo, 
havendo a possibilidade de resfriar os 
gases quentes tanto por ar-falso a 40oC 
e 70% de umidade relativa, como pela 
injeção de água a 40oC nebulizada com 
ar comprimido tal que, a concentração 
fosse 81% peso de água (vide Fig.11).
Algumas questões foram levanta-
das:
1) Qual o método de resfriamento 
econômico, ou seja, será a adição de ar-
falso ou a adição de água o método que 
permitirá a menor vazão gasosa, tal que 
o filtro de mangas seja o menor possível 
(mais acessível economicamente)? 
2) Qual a faixa de temperatura tal 
que possam ser utilizadas as mangas 
no material mais econômico sob uma Fig.13: Resultados de simulação para resfriamento por nebulização de água.
Relação ar-pano de 1,3 m/min para mangas nas dimensões 154x3658 mm.
Concentrações de O2 e H2O estão em vol.%; a concentração de SO2 está em ppm.
Resultados obtidos pelo software “Proteus – simulador de filtração industrial”.
Condensação ácida
Risco condensação
Polifenilsulfeto
Poliimida aromática 
+ 50 kg/h de Ca(OH)2
Resfriamento por água-ar comprimido (40oC, 81% peso H2O)
Temp. Orv. ácido O2 H2O SO2 Vazão, m
3/h Qde. Especificação
120oC 134oC 8,3 17,6 758 22248 161 
130oC 134oC 8,3 17,0 764 22484 162 
140oC 133oC 8,4 16,5 770 22711 164 
150oC 133oC 8,4 15,9 776 22930 166 
160oC 133oC 8,5 15,4 782 23141 167 
170oC 132oC 8,5 14,8 788 23345 169 
180oC 132oC 8,6 14,3 794 23540 170
190oC 132oC 8,6 13,7 800 23729 171 
200oC 131oC 8,6 13,2 806 23910 173
Fig.14: Relação de custo-benefício para o sistema de filtração com base 
no método de resfriamento.
200oC - 
190oC -
180oC -
170oC -
160oC -
150oC -
140oC -
130oC - 
120oC -
- 200oC
- 190oC
- 180oC
- 170oC
- 160oC
- 150oC
- 140oC
- 130oC
- 120oC
290 mangas de
P84
R$ 159.000,00
com neutralização
360 mangas
Polifenilsulfeto
R$ 119.000,00
Não recomendável
170 mangas
Polifenilsulfeto
R$ 56.000,00
Não recomendável
175 mangas de P84
R$ 96.000,00
com neutralização
Ar-falso Água-ar
Comparação entre alternativas
Química e Derivados - junho - 200546
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para Simulação Dinâmica do Processo 
Industrial. A estratégia de simulação 
foi adotar uma temperatura para o gás 
resfriado (gás mistura) e verificar a 
composição, ponto de orvalho ácido e 
vazão resultante (vide Fig.12).
A concentração de O
2
 e H
2
O está em 
porcentagem volumétrica, ou seja, 6,2% 
em volume equivale dizer que existem 
6,2 m3 de água (líquida ou gasosa) para 
cada 100 m3 de gás. Da mesma forma, a 
operação normal por, pelo menos, dois 
anos, ou seja, sem condensações ou 
ataques químicos? 
3) Qual a área filtrante necessária 
para filtração sob a vazão resultante da 
soma das vazões do gás quente e do gás 
de resfriamento na temperatura escolhi-
da para operação Ideal?
Para solução destas questões foi 
implementada a metodologia anterior-
mente citada com o Simulador Proteus 
concentração de SO
2
 está em ppm (par-
tes por milhão em volume), ou seja, 274 
ppm equivale dizer que há 274 mililitros 
de SO
2
 para cada 1m3 de gás.
Tendo em vista que o Ponto de 
Orvalho Ácido (113oC) é inferior à 
temperatura de operação (120oC), te-
oricamente não deveria ocorrer a con-
densação de ácido. Contudo, deve ser 
lembrado que as paredes da tubulação, 
filtro e ventilador não estão a 120oC, 
mas a uma temperatura muito inferior, 
dependendo da temperatura ambiente. 
Por isso, tem sido verificado e utilizado 
com sucesso, para inibir condensações, 
o critério de adotar uma temperatura de 
trabalho de, pelo menos, 20oC acima do 
ponto de orvalho ácido para sistemas 
isolados termicamente e de, pelo menos, 
30oC acima do ponto de orvalho ácido 
para sistemas não isolados.
Como sempre, se for atingida uma 
temperatura na chaminé acima do ponto 
de orvalho ácido, também podem ser 
evitados danos no ventilador, chaminé, 
filtro, etc. Por este motivo, muitas ve-
zes, a temperatura do gás é monitorada 
tanto na entrada do filtro (para evitar 
ultrapassar a temperatura de trabalho 
das mangas – vide Fig.10b), como na 
chaminé (para evitar condensações).
Para a faixa de 130 a 150oC, é pos-
sível verificar que o poliéster (PES) não 
pode ser escolhido devido ao elevado 
teor de água nos gases, caso em que ocor-
reria a hidrólise do material1. Embora a 
manga de acrílico tipo poliacrilonitrila 
copolímero (PAC) resista perfeitamente 
a esse teor de umidade, sua temperatura 
de trabalho é de apenas 115oC, portanto 
ela queimaria/encolheria a 150oC. Já 
as mangas em poliamida aromática ou 
m-aramida (cujos nomes comerciais 
podem ser Nomex, Conex, etc.) resistem 
perfeitamente à temperatura e umidade 
indicadas, mas o teor de SO
2
 está acima 
do seu limite operacional, desaconse-
lhando o seu uso no caso.
A manga escolhida foi a de polifenil-
sulfeto (cujos nomes comerciais podem 
ser Ryton, Procon, etc.), pelo fato de suas 
faixas de resistência química apresenta-
rem limites superiores aos limites das 
faixas de concentrações de composição 
química deste gás.
Quando se examina a faixa de 160°C 
a 200oC, verifica-se teor de oxigênio 
excessivo para o polifenilsulfeto, uma Fig.16: Resultados de simulação para os 6 cenários de operação possíveis.
Madeira acácia 
(20% peso H2O)
1560 kg/h (bu)
PCI 3296 kcal/kg
Óleo 2A
469 kg/h (bs)
3,2% peso S
Gás natural
396 kg/h (bs)
 
T = 125oC
Torv = 71oC
H2O = 31% vol.
SO2 = 0 ppm
T = 130oC
Tac = 167oC
H2O = 22% vol.
SO2 = 1662 ppm
T= 125oC
Torv= 69oC
H2O = 29% vol.
SO2 = 0 ppm
18700 m3/h
Acrílico (PAN)
11022 m3/hPolifenilsulfeto
+ 35 kg/h CaO
12930 m3/h
Acrílico (PAN)
T = 125oC
Torv = 71oC
H2O = 31% vol.
SO2 = 0 ppm
T = 130oC
Tac = 169oC
H2O = 29% vol.
SO2 = 1504 ppm
T= 125oC
Torv= 71oC
H2O = 35% vol.
SO2 = 0 ppm
18400 m3/h
Acrílico (PAN)
13457 m3/h
Polifenilsulfeto
+ 35 kg/h CaO
15560 m3/h
Acrílico (PAN)
A v a l i a ç ã o d a v i a b i l i d a d e t é c n i c a
Fig.15: Caracterização da consulta técnica referente ao caso prático nº 2.
Madeira acácia (20% peso H2O) Cenário 1 Cenário 4
1560 kg/h (bu)- PCI 3296 kcal/kg
 
Óleo 2A Cenário 2 Cenário 5
(469 kg/h - 3,2% peso de S)
Gás natural (396 kg/h) Cenário 3 Cenário 6 
Combustível
Produção de cinzas 4,5 ton/h
(umidade inicial 20% peso)
9,5 ton/h
(umidade inicial 10% peso)
Questões:
Qual combustível mais econômico (madeira, óleo ou gás natural)?
Vazão e temperatura do gás?
Quantidade e especificação das mangas?
Qual a influência das condições da matéria-prima?
Cinza úmida
(10 a 20% peso de H2O)
Cinza seca
(0% peso de H2O)
Gás
limpo
Par ticulado
Combustível
Ar
650OC
130OC
Combustível
Produção de 
cinzas 4,5 ton/h(umidade inicial 20% peso)
9,5 ton/h
(umidade inicial 10% peso)
Secador
FiltroForno
2005 - junho - Química e Derivados 47
vez que nessa temperatura a reação de 
oxidação se apresenta vigorosa. O uso 
de manga em poliimida aromática (cujo 
nome comercial é P84) também não 
seria possível devido ao elevado teor 
de SO
2
. Contudo, com a utilização do 
artifício de neutralização química2, no 
caso, com hidróxido de cálcio (cal hi-
dratada), foi possível reduzir não apenas 
o teor de SO
2
, mas também o ponto de 
orvalho ácido. 
Conforme verifi cado na Fig.6, o ponto 
de orvalho ácido aumenta com o aumento 
da umidade. Isso pode ser constatado no 
valor deste ponto a 120oC quando é utili-
zado o resfriamento por ar-falso (113oC) 
e quando é utilizado resfriamento por 
injeção de água (134oC) (vide Fig.13).
A faixa de operação de 120°C a 
140oC não é recomendada devido ao 
risco condensação de ácido conforme 
as razões já explicadas anteriormente 
(vide Fig.13). Contudo, como os gases 
de combustão possuem baixo teor de 
Fig.18: Caracterização da consulta técnica referente ao caso prático 3.
Fig.17: Relação de custo-benefício para o sistema de filtração com base no tipo de combustível.
Madeira acácia 
1560 kg/h (bu)
Óleo 2A
469 kg/h (bs)
Gás natural
396 kg/h (bs)
 
160 mangas de acrílico (PAN)
16 válvulas Ø11/2” + 1 economizador 20
120 mangas polifenilsulfeto
12 válvulas Ø11/2” + 1 economizador 12
130 mangas de acrílico (PAN)
13 válvulas Ø11/2” + economizador 20
RS 22.980,00
R$ 34.910,00
R$ 19.280,00
A v a l i a ç ã o d a v i a b i l i d a d e e c o n ô m i c a
Relação Ar-pano = 1,3 m/min – Dimensões das mangas Ø 160 x 3000 mm
Resultados obtidos pelo software Proteus – Simulador de Filtração Industrial.
Questões:
Há risco de condensações nos dutos e nas mangas?
Vazão e temperatura do gás no filtro?
Quantidade e especificação das mangas?
Qual a influência das condições atmosféricas
Secador granito
82000 m3/h a 195oC
21% vol. H2O
25 ppm de SO3
Ensacadeiras
16000 m3/h, ambiente
Dados fornecidos:
Condições ambientes
Temperatura: 15 a 35OC
Umidade: 55 a 100% UR
Elevador de canecas
46000 m3/h a 160OC
2% vol. H2O Britador
6200 m3/h, ambiente
Ar
GLP
Granito úmido
Granito seco
Ramais A, B, D de 
despoeiramento
Ramal C de
processo
Gás 
limpo
Par ticulado
Filtro
J1
J2 J3
Dados fornecidos:
Condições ambientes
Temperatura: 15 a 35
Umidade: 55 a 100% UR
Britador
A
C
B
47
Secador
FiltroForno
Ramais A, B, D de 
despoeiramento
Ramal C de
processo
Gás Gás 
limpolimpo
Par ticuladoPar ticulado
Filtro
A
D
Química e Derivados - junho - 200548
f i l t r o 
d e
m a n g a s
oxigênio e é utilizado apenas 19% em 
peso de ar para nebulização da água de 
resfriamento, o teor resultante de oxigê-
nio é baixo, permitindo assim, o uso de 
mangas de polifenilsulfeto até a tempe-
ratura limite de operação (180oC). 
Na faixa de 190°C a 200oC, foi ne-
cessário usar a mesma solução adotada 
para as mangas em poliimida aromática 
(P84) no caso anterior.
O estudo autoriza as seguintes con-
clusões:
Para cada faixa de temperatura, foi 
escolhida a maior vazão, tendo sido divi-
dida pela relação ar-pano para obtenção 
da área fi ltrante total correspondente. A 
razão entre a área fi ltrante total e a área 
para somente então ser possível uma 
tomada de decisão defi nitiva.
2º Caso prático – O cliente informou 
apenas quais os combustíveis que po-
deriam ser utilizados para secagem de 
cinzas, as quais, por sua vez, poderiam 
ser recebidas entre dois extremos de 
umidade, alterando signifi cativamente a 
produção de cinzas secas. As temperatu-
ras após o forno e após o secador foram 
defi nidas com base em sistemas similares 
de mesma tecnologia, conforme informa-
do pelo próprio cliente (vide Fig.15).
Algumas questões precisavam ser 
resolvidas:
1) Qual o combustível econômico, 
ou seja, qual material (madeira, gás ou 
óleo) permitirá a menor vazão gasosa, 
tal que o fi ltro de mangas seja o menor 
possível?
2) Qual o material das mangas mais 
econômico sob uma operação normal 
por, pelo menos, 2 anos, ou seja, sem 
condensações ou ataques químicos?
3) Qual a área fi ltrante necessária 
para operar sob a vazão resultante da 
soma das vazões do gás de combustão e 
do gás de proveniente da secagem?
4) Qual a infl uência da umidade da 
matéria-prima no desempenho do fi ltro 
de mangas, ou seja, quando a umidade 
for máxima, deve-se esperar o entupi-
mento do fi ltro devido à condensação 
de umidade?
A resolução dessas questões usou 
a mesma metodologia do caso ante-
rior associada ao software Proteus 2.4 
para Simulação Dinâmica do Processo 
Industrial. A estratégia adotada foi a 
de realizar a simulação da composição 
gasosa, temperatura e vazão dos gases 
de combustão acrescidos dos gases da 
secagem para cada um dos seis cenários 
possíveis (vide Fig.16).
Foram considerados os consumos 
de combustível, tal que fosse liberado 
o mesmo montante calórico necessário 
e sufi ciente para secagem em escala 
industrial das cinzas úmidas. A produ-
ção de cinzas citada refere-se às cinzas 
secas até uma umidade próxima de 0% 
em peso.
Nos cenários nos quais há queima de 
madeira ou gás natural não são esperadas 
condensações, porque o ponto de orvalho 
da água está muito abaixo da temperatura 
de operação. Porém, o elevado teor de 
Fig.19: Resultados de simulação para os dois cenários possíveis.
Fig.20: Resultados de simulação para os dois cenários possíveis após otimização da tubulação.
A
B
C
D
J1
J2 J3
Avaliação das condensações 
nos dutos e no filtro
160
155
150
145
140
135
J1 J2 J3
Temperatura do gásTemperatura do gás
Ponto de orvalho ácido
155
157
151
149
139
138
Te
m
pe
ra
tu
ra
, O
C
Condição 35OC - 100%UR
Junção de tubulação
160
155
150
145
140
135
J1 J2 J3
Temperatura do gás
Ponto de orvalho ácido
Temperatura do gás
Ponto de orvalho ácido
147
152
146
138
144
136
Te
m
pe
ra
tu
ra
, O
C
Condição 15OC - 55%UR
Junção de tubulação
de uma manga corresponde ao total de 
mangas adequado para a fi ltração.
Na Fig.14 é possível observar que 
a combinação de faixa de temperatura 
e método de resfriamento que gerasse 
o menor número de mangas (fi ltro mais 
econômico) com o material de mangas 
menos oneroso (vide Fig.10c) correspon-
de àquela indicada pelo quadro em desta-
que: 170 mangas em polifenilsulfeto.Embora o custo do investimento 
somente de mangas fi ltrantes esteja indi-
cado, o qual é proporcional ao custo do 
fi ltro + ventilador, uma análise completa 
deve levar em consideração o custo total 
do investimento, manutenção e opera-
ção de cada sistema de resfriamento, 
185
175
165
155
145
135
Temperatura do gás
150
157
178
141 139 138
Te
m
pe
ra
tu
ra
, O
C
Condição 35OC - 100%UR
J1 J2 J3
Ponto de orvalho ácido
Junção de tubulação
Temperatura do gás
150
157
178
Ponto de orvalho ácido
141 139 138
185
175
165
155
145
135
Condição 15OC - 55%UR
Temperatura do gás
Ponto de orvalho ácido
178
Temperatura do gás
Ponto de orvalho ácido
178
J1 J2 J3
Junção de tubulação
152
144
138
136
141
Te
m
pe
ra
tu
ra
, O
C
Solução da condensação no duto
A
B
C
D
J1 J2 J3
2005 - junho - Química e Derivados 49
umidade defi ne a utilização de mangas 
em acrílico tipo poliacrilonitrila homo-
polímero (PAN) ou a indicação de man-
gas em polifenilsulfeto. Como o acrílico 
é mais barato que o polifenilsulfeto, ele 
foi o escolhido (vide Fig.10c).
Contudo, devido ao elevado teor de 
enxofre no óleo, os gases resultantes 
de sua queima apresentaram ponto de 
orvalho ácido (167/169oC) muito acima 
da temperatura de operação (130oC). 
Devido ao fato de não ser recomendável 
a operação contínua de um sistema 
de fi ltração sob condensação de ácido 
sulfúrico, foi utilizado o artifício da 
neutralização química dos gases ácidos 
através da adição de pó alcalino2, no 
caso, a cal virgem (óxido de cálcio) para 
baixar o ponto de orvalho ácido para 
valores aceitáveis.
É possível observar pequena infl u-
ência na vazão total dos gases tanto 
na condição produtiva de maior, como 
de menor umidade inicial de cinzas. 
Assim como no caso prático anterior, 
foi calculada a área fi ltrante total pela 
razão da vazão pela relação ar-pano e, 
sem seguida, foi calculado o total de 
mangas pela razão da área fi ltrante total 
pela área fi ltrante de uma manga.
É possível concluir que:
Os resultados obtidos são demons-
trados na Fig.17, onde são apresentados 
não apenas os custos das mangas, 
mas também os custos das válvulas 
solenóides e de seu controlador tipo 
economizador (limpeza por demanda 
de pressão).
É possível verifi car que a opção de 
130 mangas em poliacrilonitrila homo-
polímero (PAN) apresentou o menor 
custo de investimento. 
O custo do fi ltro de mangas será 
proporcional ao número de válvulas 
e mangas, uma vez que, foi adotada a 
mesma relação ar-pano e que as mangas 
possuem as mesmas dimensões para 
cada cenário.
Obviamente, a decisão fi nal deverá 
levar em consideração o custo do con-
sumo de combustível, custo do sistema 
de neutralização e da cal virgem, custo 
de aquisição, operação e manutenção do 
Vazão 161770 / 161140 m3/h
Temperatura 150 / 144 OC
Umidade 10,0 / 9,3 % vol.
Mangas 1380 mangas de
 Polifenilsulfeto
Temperatura 150 / 144 OC
Umidade 10,0 / 9,3 % vol.
Mangas 1380 mangas de
Dimensionamento do filtro
e especificação das mangas
Relação ar-pano de 1,3 m/min 
Dimensões das mangas ø160 x 3000 mm
Proteus – Simulador de Filtração Industrial
Fig. 21: Dimensionamento do sistema 
de filtração e rede de dutos com base 
nas condições ambientais.
Química e Derivados - junho - 200550
f i l t r o 
d e
m a n g a s
O AUTOR
Tito de Almeida Pacheco é formado 
em Engenharia Química pela UFRGS 
tendo se especializado em Simulação 
Computacional aplicada para o Projeto 
e Avaliação Dinâmica de Sistemas de 
Despoeiramento Industrial. Foi responsá-
vel pela Engenharia da Renner Têxtil 
Ltda. desde 1997, atividade que integrou 
as funções de 
engenharia de 
aplicação e 
assistência téc-
nica. Tem larga 
experiência 
em avaliação 
de processos 
industriais exis-
tentes para so-
lução de proble-
mas e também 
na avaliação de 
plantas indus-
triais futuras 
para especificação e dimensionamento 
completo dos sistemas de despoeiramen-
to a serem adquiridos. Contatos por: 
titoap@vortexindustrial.com.br
condensações ou ataques químicos?
3) Qual a área filtrante necessária 
para filtração sob a vazão resultante da 
soma das vazões do gás de cada coifa 
de captação?
4) São esperadas dificuldades ope-
racionais no filtro de mangas? Como 
resolver eventual problema?
Mais uma vez, foi usada a metodolo-
gia de Simulação Dinâmica de Processos 
Industriais através do software Proteus 
2.4. A estratégia de simulação foi a de 
calcular a temperatura e o ponto de orva-
lho dos gases em cada junção (J1, J2 e J3) 
tanto para um dia quente e chuvoso (35oC 
e 100%UR), como para um dia frio e seco 
(15oC e 55%UR) (vide Fig.19).
É possível concluir que há risco 
de condensação de ácido na junção J1 
num dia quente e chuvoso, e há certeza 
de condensação de ácido sulfúrico num 
dia frio e seco, uma vez que, o ponto de 
orvalho ácido está acima da temperatura 
de operação, obtida pela mistura dos 
gases de cada coifa nas temperaturas 
indicadas na Fig.18.
Desta forma, é esperado o entupi-
mento da tubulação devido à condensa-
ção, conforme já verificado em dezenas 
de casos similares. Nesse caso, haveria 
a incrustação de material (granito + 
sulfato de ferro ou zinco) com diminui-
ção da área de passagem gasosa. Com 
a constrição do diâmetro de passagem 
do gás na tubulação, a velocidade de 
transporte pneumático poderia facil-
mente subir de 18 a 20 m/s para 30 m/s 
ou mais, situação na qual, o particulado 
facilmente poderia causar abrasão na 
próxima curva ou mudança de direção 
da dutovia. Com isso, poderiam ocorrer 
furos nos tubos seja pela abrasão do ex-
cessivo fluxo gasoso, seja pela corrosão 
ácida destes tubos. 
Para resolver este problema, foi 
sugerida uma reorganização do layout 
da rede de tubulações (vide Fig.20).
É possível observar que o problema 
de condensação ácida na junção J1 foi 
adequadamente resolvido, pois a tem-
peratura do gás no local está bem acima 
do seu ponto de orvalho ácido. Porém, 
dada a proximidade dessas temperaturas 
na junção J3, onde há entrada dos gases 
no filtro de mangas, é recomendável a 
instalação de isolamento térmico a partir 
da junção J2 até a chaminé.
É possível concluir que:
forno adequado para cada combustível.
3º Caso prático – Nesse caso, o cliente 
informou, desde logo, as temperaturas, 
vazões e composições químicas gasosas 
em cada coifa de captação. Porém, duas 
coifas captam ar ambiente. Como a tem-
peratura do ar ambiente varia de 15°C 
a 35oC e sua umidade de 55% a 100% 
de umidade relativa ao longo do ano, 
poderá haver influências das condições 
ambientais no desempenho do sistema 
de filtração (vide Fig.18).
Nesse sistema, são apresentados 
os blocos destacados pelo pontilhado 
vermelho através de uma planta baixa 
com a localização das coifas de captação 
e do filtro de mangas.
Questões a resolver:
1) Tendo em vista a captação de ar 
ambiente, há possibilidade de condensa-
ção de umidade e entupimento dos dutos 
ou do filtro em algum momento ao longo 
da operação?
2) Qual material das mangas será 
mais econômico sob uma operação nor-
mal por, pelo menos, 2 anos, ou seja, sem 
Carlos A. Silva
2005 - junho - Química e Derivados 51
1 Artigo: “Como obter o rendimento 
máximo do filtro de mangas” oferece maiores 
detalhamentos sobre especificação de elemen-
tos filtrantes. Este artigo foi atualizado com base 
em artigo homônimo do mesmo autor publicado 
e apresentado no “V Congresso Brasileiro de 
Cimento Portland” – ABCP - em Novembro 
de 1999 – Belo Horizonte/MG. Uma versão 
atualizada foi publicada na Revista Químicae 
Derivados nº 407, de agosto de 2002.
2 Artigo: “Lavagem seca do SO2 através 
de filtros de mangas” traz mais informações 
sobre a técnica de neutralização química de 
gases ácidos. Foi publicado e apresentado no “I 
Congresso Interamericano da Qualidade do Ar” 
- ABES - em Julho de 2003 – ULBRA/RS.
3 Artigo: “Como fazer uma avaliação de 
Sistemas de Despoeiramento” descreve a 
metodologia ótima para identificação e solução 
dos problemas típicos em filtração industrial 
seca. Este artigo foi publicado na edição 
no14 da Revista Meio Filtrante. (http://www.
meiofiltrante.com.br/materias.asp?action=
detail&id=158)
Não foi verificada diferença signi-
ficativa entre os dados simulados de 
vazão e temperatura gasosa para os ce-
nários quente-chuvoso e frio-seco, pos-
sibilitando assim, a seleção da mesma 
especificação e quantidade de mangas 
filtrantes sem majorações técnicas.
Devido ao fato da temperatura e umi-
dade serem relativamente elevadas, foi 
selecionada a manga em polifenilsulfeto 
em quantidade tal que respeite a relação 
ar-pano indicada para o dimensional de 
mangas originalmente solicitado pelo 
cliente (vide Fig.21).
Conclusões complementares – A ava-
liação do aspecto químico da filtração 
é indispensável nas investigações de 
falhas de projetos ou de solução de 
problemas crônicos de sistemas de 
filtração, seja por entupimento, seja por 
alta emissão de pó devido ao ataque 
químico dos elementos filtrantes. No 
entanto, é fortemente recomendável a 
avaliação concomitante do aspecto me-
cânico, como por exemplo, a eficiência 
do sistema de limpeza3.
Ao longo dos três casos práticos foi 
exemplificada a realidade observada 
junto à maioria dos usuários de filtros 
quanto às características dos gases 
filtrados como: vazão, temperatura e 
composição química na entrada do 
filtro de mangas. Sem esses dados, o 
dimensionamento do equipamento e a 
especificação do material do elemento 
filtrante tornam-se tecnicamente inviá-
veis, ou, no mínimo, pouco confiáveis. 
Além disso, tem sido observado que 
muitos questionários sobre o sistema 
de filtração, envidados por usuários, 
apresentavam dados omissos, contradi-
tórios, quando não absurdos.
A tecnologia de Simulação Dinâmica 
de Processos Industriais foi desenvol-
vida para viabilizar a solução destes 
problemas no cotidiano da atividade de 
consultoria industrial. Incorporada no 
software Proteus 2.4, ela permite identi-
ficar as condições operacionais do filtro 
de mangas a partir dos dados do processo 
industrial de domínio do usuário. 
Isso não invalida, mesmo assim, a 
necessidade de realizar amostragens 
da chaminé ou da entrada do filtro para 
caracterização da vazão, temperatura e 
composição química gasosa para iden-
tificação, pelo menos, de um cenário 
operacional. Vale a analogia: enquanto 
as amostragens constituem uma fotogra-
fia do processo industrial, a simulação 
computacional apresenta um filme deste 
processo industrial. Obviamente, as 
amostragens são extremamente úteis 
para ajuste fino do modelo matemático 
protagonizado no procedimento de si-
mulação computacional. Dessa forma, 
com o uso da simulação é possível ava-
liar adequadamente o aspecto químico 
da filtração, permitindo a identificação 
precoce de problemas, determinação 
de garantias de performance confiáveis 
e solução de problemas que por outro 
método não tenham sido possíveis.
Leitura de apoio mencionada
 no texto:
	4 - ARTIGO - ASPECTOS QUÍMICOS DA RETENÇÃO DE PARTICULADOS - 12p
	4 - ARTIGO - ASPECTOS QUÍMICOS DA RETENÇÃO DE PARTICULADOS - 12p
	F1-5B - APRESENTAÇÃO VORTEX CONSULTORIA INDUSTRIAL - 1p
	F1-6A - APRESENTAÇÃO VORTEX CONSULTORIA INDUSTRIAL - 3p