FILTRACAO_AULA_1 (1)

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FILTRAÇÃO
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Nas indústrias de alimentos e bebidas, a filtração aparece na produção de suco de frutas, óleos vegetais, vinho, cerveja...
...a filtração freqüentemente é realizada através de filtros prensa, filtros rotativos ou por meio de membranas. 
www.meiofiltrante.com.br 
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FILTRAÇÃO
O objetivo da operação é separar mecanicamente as partículas sólidas de uma suspensão líquida com o auxílio de um leito poroso ...
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FILTRAÇÃO
Compete com... decantação centrifugação prensagem 
Aplicações ...
 separação de sólidos relativamente puros de suspensão diluídas;
 clarificação total (e às vezes até o branqueamento simultâneo) de produtos líquidos;
eliminação total do líquido de uma lama já espessada.
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FILTRAÇÃO
A escolha do filtro depende em grande parte da economia do processo que é função da....
 Viscosidade, densidade e reatividade química do fluido;
 Dimensões da partícula sólida, tendência à floculação e deformabilidade;
 Concentração da suspensão de alimentação;
 Quantidade do material que deve ser operado;
 Valores absolutos e relativos dos produtos líquido e sólido;
Grau de separação que se deseja realizar;
Custos relativos da mão-de-obra, do capital e da energia.
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FILTRAÇÃO
Força propulsora 
 próprio peso da suspensão
 pressão aplicada sobre o líquido;
 vácuo;
 força centrífuga.
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FILTRAÇÃO
quando a operação começa algumas partículas ficam retidas por aderência e tem início a formação da torta, que é o verdadeiro leito poroso promotor da separação... 
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FILTRAÇÃO
O meio filtrante é previamente recoberto com um material inerte que se destina a reter os sólidos contaminantes da suspensão.
 O sólido empregado é denominado 
auxiliar de filtração, ou ainda, 
coadjuvante de filtração 
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FILTRAÇÃO
Características dos auxiliares de filtração...
acelerar a filtração ou ainda para possibilitar a coleta mais completa das partículas mais finas da suspensão. 
Possuem estrutura rígida, que formam tortas abertas, não compressíveis. 
desempenha o papel de “esqueleto” da torta. 
Mantém a torta porosa durante todo o ciclo.
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FILTRAÇÃO
Auxiliares de filtração
Diatomáceas: são rochas sedimentares formadas por esqueletos silíceos microscópicos de algas de origem marinha ou lacustre 
Perlita : rocha vítrea de origem vulcânica 
Celulose : farinha de madeira 
Carvão ativo: Obtido a partir dos sub-produtos da fabricação de papel 
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www.princeton.edu
Formam a torta sobre o meio filtrante...
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FILTRAÇÃO
Meio filtrante
a variedade de meios filtrantes utilizados industrialmente permite sua utilização como critério de classificação dos filtros...
leitos granulares soltos
 leitos rígidos
 telas metálicas
 tecidos e membranas 
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FILTRAÇÃO... meio filtrante
Leitos granulares...
 areia, pedregulho, carvão britado, escória, calcáreo, coque e carvão de madeira 
Leitos rígidos.... 
tubos porosos de aglomerados de quartzo ou alumina (para a filtração de ácidos), 
de carvão poroso (para soluções de soda e líquidos amoniacais) 
de barro e caulim cozidos a baixa temperatura (usados na clarificação de água potável). 
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FILTRAÇÃO... meio filtrante
Telas metálicas ...
chapas perfuradas ou telas de aço carbono, inox, níquel ou monel 
Tecidos... 
tecidos vegetais - algodão, a juta (para álcalis fracos), o cânhamo e o papel
tecidos de origem animal - lã e a crina (para ácidos fracos)
minerais: amianto, lã de rocha e lã de vidro, para águas de caldeira; 
plásticos: polietileno, polipropileno, PVC, nylon, teflon, orlon, saran, acrilan e tergal.... 
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FILTRAÇÃO
A escolha do meio filtrante depende da....
capacidade de remoção da fase sólida
possibilidade de uma elevada vazão de líquido para uma dada queda de pressão
resistência mecânica
inércia química frente a suspensão a ser filtrada e a qualquer líquido de lavagem
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FILTRAÇÃO... 
TORTA
Os tipos de torta dependem .....
da natureza do sólido
da granulometria e da forma das partículas
do modo como a filtração é conduzida
do grau de heterogeneidade do sólido
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FILTRAÇÃO
Resistência ao escoamento do filtrado... 
O escoamento no interior da torta é laminar...
Com isso a queda de pressão é proporcional à velocidade...
E as tortas formadas podem ser incompressíveis ou compressíveis...
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Filtração
Os fatores que controlam a velocidade de filtração são: 
a queda de pressão 
área de filtração, 
meio filtrante
Viscosidade 
Características da torta... número de canais, diâmetro e comprimento dos canais e o tipo de torta.
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Filtração
O escoamento do filtrado no interior da torta é laminar, uma vez que os canais da torta apresentam pequenos diâmetros. 
As equações de projeto são desenvolvidas a partir de ensaios em escala reduzida.
Parâmetros a ser determinados ... 
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Filtração
Velocidade de operação 
força propulsora é a soma da queda de pressão na torta e no meio filtrante...
resistência da torta + resistência do meio filtrante 
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Filtração
A resistência da torta varia com o tempo devido ao aumento de sua espessura resistência do sistema (meio filtrante + canais do filtro) permanece constante
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Filtração
Queda de pressão na torta...
Para o equacionamento será considerado o processo de filtração com formação de torta incompressível 
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Filtração
Considerando...
- fluxo unidimensional
velocidade constante
Lei de Darcy
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Filtração
dP1 = queda de pressão na torta 
k = permeabilidade
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Filtração
Substituindo na equação de Darcy...
Onde porosidade, permeabilidade e densidade são constantes...
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Filtração
Define-se ...
α = resistividade específica da torta 
Temos ...
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Filtração
Cálculo da queda de pressão no meio filtrante
Lm = espessura do meio filtrante ...
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Filtração
Define-se 
Rm = resistência do meio filtrante 
Queda de pressão ...
	 
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Filtração
A queda total de pressão ...
Determinar tempo e área de filtração... 
pela taxa de filtração.... ..
Determinação da massa... 
pela concentração de sólidos... 
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Filtração
Cs = concentração da suspensão
Velocidade de escoamento..
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Filtração
Substituindo na equação...
Temos...
ou 
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Filtração
Para filtração com pressão constante... 
podemos introduzir as constantes Kp e B
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Filtração
Assim...
unidades de
 Kp → s/m6 
 B → s/m3 
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Filtração
Para filtração a pressão constante V e t são as únicas variáveis da equação... 
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Filtração
Em um ensaio determinamos o volume de filtrado correspondente a diferentes tempos (t) de filtração. 
A partir dos dados experimentais determinamos
 α e Rm....
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Filtração
Determinação de α...
 Determinação de Rm
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Exemplo (Geankoplis)
 Dados experimentais de um ensaio de laboratório de filtração de CaCO3 a 25oC a pressão constante de 338 kN/m2 são mostrados na tabela abaixo. A área de filtração do filtro de placas e quadros é de 0,0439 m2 e a concentração dos sólidos na suspensão (Cs) é de 23,47 kg/m3 ; viscosidade = 8,937 x10-4
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Determine as constantes α e Rm.
2. Determine o tempo necessário para obter um volume de 3,37 m3 em um filtro industrial de placas e quadros constituído de 20 quadros com área unitária de 0,873 m2. A pressão e as propriedades da torta são as mesmas do ensaio de laboratório. 
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Resolução 
B= 6784 s/m3
 Kp/2 = 2,88 x106 s/m6
α = 1,79 x1011 m/kg 
Rm = 1,13 x 1011 m-1
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Tempo necessário para obter um volume de 3,37 m3 em um filtro de placas e quadros constituído de 20 quadros com área unitária de 0,873 m2...
A2 = 20 * 0,873 m2 = 17,43 m2
Kp2 = 5,76 x 106 * (A1/A2)2 = 5,76x106 * (0,0439/17,43)2 
 Kp2= 36,42s/m6
B2 = 6784 * (A1/A2) = 6784 * (0,0439/17,43)
B2= 17,05 s/m3
Pela equação 
t = 264 s 
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Tema de casa...
Geankoplis 14.2-1, 14.2-2, 14.2-5 e 14.2-6
Material disponível no moodle.
Bom final de semana!!!
Elaborado por 
José Miguel Müller
Prof. do EQA.