OP1 Filtração I

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Filtração I
Msc. Eng. Pedro Augusto Silva de Moura
UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
DISCIPLINA DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS I
Fortaleza/ 2017
Filtração
 Conceito Básico
 Escolha
 Classificação
 Equacionamento Matemático 
Filtração – Conceito Básico
Processo de separação de partículas sólidas suspensão em um fluido, mais comumente,
sólido-líquido baseada em princípios de escoamento em meios porosos. O sólido da
suspensão fica retido sobre o meio filtrante e aumenta a espessura no decorrer da
operação.
denominado torta Meio 
Filtrante
Fluido com 
Suspensão
Torta Permeado 
ou Filtrado
Filtração – Escolha e Classificação
Especificar um filtro adequado, à determinada aplicação, deve-se considerar
diversos fatores associados as características da torta, filtrado e da suspensão a
ser filtrada.
Características da torta:
•Compressibilidade;
•Propriedades físico-químicas;
•Uniformidade;
•Estado de pureza desejado.
Características da Suspensão:
• Vazão;
• Temperatura;
• Tipo e concentração de
sólidos;
 Granulometria;
 Heterogeneidade;
 Forma das partículas.
Características do Meio Filtrante:
•Tamanho dos Poros;
•Resistência;
•Toxicidade;
•Grau de Separação;
•Custos (R$);
•Regime de Escoamento;
•Compatibilidade Química.
(UFES) Na perfuração de uma jazida petrolífera, a pressão dos gases faz com
que o petróleo jorre para fora. Ao reduzir-se a pressão, o petróleo bruto para
de jorrar e tem de ser bombeado. Devido às impurezas que o petróleo bruto
contém, ele é submetido a dois processos mecânicos de purificação, antes do
refino: separá-lo da água salgada e separá-lo de impurezas sólidas como areia
e argila. Qual é o método de separação de misturas utilizado para separar a
areia e argila do petróleo?
a) Decantação.;
b) Destilação Fracionada;
c) Destilação Simples;
d) Filtração;
e) Peneiração.
Filtração – Exercício 1 
Na escolha do processo de separação industrial é necessário uma avaliação
sobre a alimentação e o processo em que o equipamento irá operar. Durante a
escolha do equipamento são necessárias análises sobre:
a) Compressibilidade da torta e coloração da suspensão líquida;
b) Densidade do fluido e temperatura de operação;
c) Odor do permeado e regime de escoamento;
d) Compatibilidade química e odor da alimentação;
e) Coloração da suspensão líquida e densidade da alimentação.
Filtração – Exercício 2 
Filtração – Escolha e Classificação
Critérios para Classificação de Filtros:
 Força motriz: ex.: Gravidade, ∆P (vácuo) ou força centrífuga;
 Material do meio filtrante: ex.: Areia, Cascalho, Nylon, Algodão;
 Função: ex.: Clarificadores, filtros para torta ou espessadores;
 Detalhes construtivos: ex.: Filtros de areia, placas e quadro, lâminas ou rotativos
 Regime de operação: ex.: Batelada ou contínuo
Rígidos x Flexíveis
Filtração – Escolha e Classificação
1. Filtros de leito poroso granular
2. Filtros prensa: de câmaras
de placas e quadros
3. Filtros especiais
4. Filtros de lâminas: ® Moore
® Kelly
® Sweetland
® Vallez
5. Filtros contínuos rotativos: Tambor
Disco
Horizontais
Filtração – Escolha e Classificação
 Os filtros mais simples, constituídos
por uma ou mais camadas de sólido
particulado, suportado por um leito
de cascalho sobre uma grade,
através do qual o material a ser
filtrado flui por gravidade ou sob
pressão;
 São usados preferencialmente para
volumes grandes de suspensão
muito diluída, nas quais nem o
sólido nem o líquido tem elevado
valor comercial;
 Processo indicado quando o sólido
não precisa ser recuperado.
Filtro de Leito Poroso Granular
Filtro Prensa (Descontínuo)
 A alimentação é bombeada à
prensa e flui pelas armações.
 O filtrado flui entre o filtro de
tecido e a placa pelos canais de
passagem e sai pela parte
inferior de cada placa.
 Usam placas e marcos colocados
em forma alternada.
Filtração – Escolha e Classificação
Filtro Prensa (Descontínuo)
 Utilizam-se telas (materiais sintéticos,
em alguns casos, tecido de algodão)
para cobrir ambos lados das placas.
 É o mais barato com relação a custos
de instalação por unidade de
superfície de filtração.
 Um dos processos de filtração mais
utilizados na indústria.
Filtração – Escolha e Classificação
Filtro Prensa (Descontínuo)
O filtro é limpo e remontado, assim, em seguida, o ciclo se repete.
 A filtração prossegue até o espaço interno da armação esteja completamente
preenchida com sólidos.
 Utilizado para grandes vazões.
 Principal inconveniente: operação cara devido à necessidade de efetuar a
descarga das câmaras uma vez terminado o ciclo de trabalho.
Filtração – Escolha e Classificação
Filtro Prensa (Descontínuo)
Filtração – Escolha e Classificação
Vídeo Filtro Prensa
Filtro de Lâminas
Filtração – Escolha e Classificação
 Foi projetado para grandes volumes
de líquido e para ter uma lavagem
eficiente.
 Cada folha é uma armação de metal
oca coberta por um filtro de tecido.
Elas são suspensas em um tanque
fechado.
Filtro de Lâminas
Filtração – Escolha e Classificação
 A alimentação é introduzida no
tanque e passa pelo tecido a baixa
pressão.
 A torta se deposita no exterior da
folha.
 O filtrado flui para dentro da
armação oca.
 Após a filtragem, ocorre a limpeza
da torta. O líquido de lavagem entra
e segue o mesmo caminho que a
alimentação.
 A torta é retirada por uma abertura
do casco.
Filtração – Escolha e Classificação
 Continuamente, é alimentado o
fluído com sólidos em suspensão, a
torta e o filtrado são produzidos;
 São utilizados para filtrar grandes
vazões em pouco tempo e
necessitam pouca mão de obra;
 Não são indicados quando os
sólidos formam torta gelatinosa.
Filtro Contínuo de Tambor Rotativo
Carga
Secagem
Secagem
Ciclo de lavagem
Descarga
Válvula automática
Formação da tortaSuspensão
Filtração – Escolha e Classificação
 Existem passagens separadas para o
filtrado e para o líquido de lavagem.
 Há uma conexão com ar comprimido
que se utiliza para ajudar a raspadeira
de facas na retirada da torta.
 Ele filtra, lava e descarrega a torta de
forma contínua.
 O tambor é recoberto com um meio
de filtração conveniente. Uma válvula
automática no centro do tambor ativa
o ciclo de filtração, secagem, lavagem
e retirada da torta.
Filtro Contínuo de Tambor Rotativo
Filtração – Escolha e Classificação
Filtração – Escolha e Classificação
Filtro Contínuo de Disco Rotativo
 É um conjunto de discos verticais
que giram em um eixo de rotação
horizontal. Este filtro combina
aspectos do filtro de tambor rotativo
a vácuo e do filtro de folhas.
 Cada disco (folha) é oco e coberto
com um tecido e é em parte
submerso na alimentação. A torta é
lavada, secada, e raspada quando o
disco gira.
Filtração – Exercício 3 
Qual das figuras seguintes representa o percurso do filtrado num filtro de prensa
e qual representa o percurso do líquido de lavagem?
Líquido de LavagemFiltrado
Filtração – Exercício 4
( ) Filtro de Tambor Rotativo
( ) Filtro Prensa
( ) Filtro de Disco Rotativo
( ) Filtro de Folhas
( ) conjunto de filtros de maior uso na
indústria.
( ) tambor cilíndrico rotativo a baixas
velocidades de forma que a operação é
contínua.
( ) o líquido de lavagem entra e segue
o mesmo caminho da alimentação.
( ) parcialmente, submerso no líquido.
Dentre os filtros contínuos possui uma
lavagem menos eficiente.
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Filtração – Estudo de Caso 
Em uma grande indústria de mineração ocorre o beneficiamento inicial da
bauxita, para a produção de alumínio, posteriormente, utilizadona construção
civil e indústria automotiva, por exemplo. A bauxita, primeiramente, é separada
de outros detritos que decorrem do processo de exploração, como por exemplo,
areia. A água utilizada na lavagem é tratada com o intuito de substituir as
barragens, que são mais dispendiosas. Vale ressaltar que as águas tratadas
necessitam atingir alguns parâmetros de controle de qualidade para retornar
ao meio ambiente. Qual o equipamento aconselhado para este caso?
Filtros Prensa
Filtração – Equacionamento 
Lei de Darcy:
∆𝑃
𝐿
=
𝜇
𝑘
∙ 𝑞 → ∆𝑃 =
𝜇𝐿
𝑘
∙ 𝑞
sendo,
∆𝑃 = (𝑃2 − 𝑃1) = Queda de Pressão
𝐿 = Deslocamento 
𝜇 = Viscosidade
𝑘 = Constante da Permeabilidade
𝑞 = Velocidade Superficial 
𝑞
𝑙
𝑙𝑚
𝑃1 𝑃2
Filtração – Equacionamento 
∆𝑃𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿= ∆𝑃𝑇𝑂𝑅𝑇𝐴+∆𝑃𝐹𝐼𝐿𝑇𝑅𝑂
∆𝑃𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿=
𝜇 ∙ 𝑙
𝑘
∙ 𝑞 +
𝜇 ∙ 𝑙𝑚
𝑘𝑚
∙ 𝑞
∆𝑃𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿= 𝜇 ∙ 𝑞 ∙
𝑙
𝑘
+
𝑙𝑚
𝑘𝑚
𝑞 =
∆𝑃𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿
𝜇 ∙
𝑙
𝑘 + 𝑅𝑚
𝑅𝑚
𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑜
𝑀𝑒𝑖𝑜 𝐹𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑅𝑚 ~[𝐿-1]
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 =
𝑉𝑎𝑧ã𝑜
Á𝑟𝑒𝑎
𝑞 =
𝑑𝑣
𝑑𝑡
/𝐴
Igualando as equações
que definem a velocidade
Filtração – Equacionamento 
∆𝑃𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿
𝜇 ∙
𝑙
𝑘 + 𝑅𝑚
=
𝑑𝑣
𝑑𝑡
∙
1
𝐴
Definido a concentração (s): 
𝑠 =
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑆ó𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑆𝑢𝑠𝑝𝑒𝑛𝑠ã𝑜
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝐿í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑆𝑢𝑠𝑝𝑒𝑛𝑠ã𝑜
=
1 − 𝜀 ∙ 𝐴 ∙ 𝑙 ∙ 𝜌𝑠
𝑣 + 𝜀 ∙ 𝐴 ∙ 𝑙
; 𝑣 ≫ 𝜀 ∙ 𝐴 ∙ 𝑙
mFiltrado mTorta
𝑠 =
1 − 𝜀 ∙ 𝐴 ∙ 𝑙 ∙ 𝜌𝑠
𝑣
→ 𝑙 =
𝑠 ∙ 𝑣
1 − 𝜀 ∙ 𝐴 ∙ 𝜌𝑠
Filtração – Equacionamento 
∆𝑃𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿
𝜇 ∙
𝑠 ∙ 𝑣
1 − 𝜀 ∙ 𝐴 ∙ 𝜌𝑠 ∙ 𝑘
+ 𝑅𝑚
=
𝑑𝑣
𝑑𝑡
∙
1
𝐴
Definido a Resistência Específica da Torta (α): Algumas tortas tem , praticamente, constante e neste 
caso são chamadas tortas incompressíveis 
α =
1
1 − 𝜀 ∙ 𝜌𝑠 ∙ 𝑘
; ~α[𝐿𝑀−1]
∆𝑃𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿
𝜇 ∙ 𝛼 ∙ 𝑠 ∙
𝑣
𝐴 + 𝑅𝑚
=
𝑑𝑣
𝑑𝑡
∙
1
𝐴
Pressão cte.
Vazão cte.
Regime Misto
Filtração – Equacionamento 
∆𝑃𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿
𝜇 ∙ 𝛼 ∙ 𝑠 ∙
𝑣
𝐴 + 𝑅𝑚
=
𝑑𝑣
𝑑𝑡
∙
1
𝐴
Pressão cte. (1)
Vazão cte. (2)
Regime Misto (3)
Caso 1. ∆P = cte. com a bomba
que força o fluido, porém a
vazão decai à medida que
cresce l, sendo utilizada para
precipitados pouco
compressíveis.
Caso 2. Precipitado
incompressível 
inicialmente, filtrar a uma
pressão pequena para não
torná-lo pouco permeável e
aumentar à medida que
aumenta a espessura da torta
(portanto, a resistência à
filtração), mantendo-se
constante a vazão de filtrado.
Caso 3. Junção dos casos 1 e 2.
Na realidade, nem sempre se
mantém rigorosamente as
condições de filtração, o que
dificulta as previsões teóricas.
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