Filtros rotativos-Operações

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1 FILTRO ROTATIVO A VÁCUO 
O ​filtro rotativo a vácuo é um sistema de filtragem utilizado por diferentes 
setores industriais, costuma ser aplicado quando uma substância líquida tem grande 
quantidade de resíduos sólidos, que precisam ser removidos. Formado por um 
cilindro horizontal, o filtro rotativo a vácuo apresenta simples manutenção, em geral, 
é produzido com aço inoxidável, material que possui resistência a corrosões. 
O tambor do filtro rotativo a vácuo gira devagar e de forma contínua durante a 
operação. O sistema desse filtro rotativo é composto por dutos que produzem o 
vácuo, quando o meio filtrante que reveste o cilindro entra em contato com o líquido, 
as partículas sólidas ficam grudadas no meio filtrante. 
Dentro do filtro rotativo os resíduos sólidos passam por pulverizadores de 
lavagem, eles são secos e, em seguida, recolhidos por uma lâmina que raspa o 
meio filtrante. O líquido, então, segue para um destino adequado. Todo o processo 
dentro do filtro rotativo a vácuo ocorre de maneira ininterrupta. O filtro tem um 
sistema simples, mas eficiente. Assim como outros equipamentos de filtragem, 
ajuda a manter a qualidade do maquinário, aumentando sua vida útil e também 
contribui com um processo de produção mais econômico. 
O sistema de filtro rotativo a vácuo filtra, lava e descarrega a torta de forma 
contínua. O tambor é recoberto com um meio de filtração conveniente onde uma 
válvula automática no centro do tambor ativa o ciclo de filtração, secagem, lavagem 
e retirada da torta e a filtração sai pelo eixo de rotação há passagens separadas 
para o sólido e para o líquido de lavagem, além de uma conexão de ar comprimido 
que se utiliza para ajudar a raspadeira de facas na retirada da torta. 
Trata-se de um tambor cilíndrico horizontal que gira em baixa velocidade 
parcialmente submerso na suspensão a filtrar. A superfície externa do tambor é feita 
de tala ou metal perfurado sobre a qual é fixada a lona filtrante. O cilindro é dividido 
em um número de setores por meio de partições radiais com o comprimento do 
tambor. Ligando estas partições há um outro cilindro interno de chapa comum. 
Desta forma, cada setor é parte de um compartimento que se liga diretamente com 
um furo na sede de uma válvula rotativa especial colocada no eixo do cilindro. 
A sede da válvula gira com o tambor, mas está em contato com uma outra 
placa estacionária com rasgos junto à periferia. Estes rasgos comunicam se através 
de tubulações presas em uma terceira placa, também estacionária, com os 
reservatórios de filtrado, água de lavagem e, algumas vezes, de ar comprimido. À 
medida que o tambor gira, os diversos setores vão passando sucessivamente pela 
suspensão. Enquanto um setor estiver submerso, o furo que lhe corresponde na 
sede da válvula estará passando em frente ao rasgo que comunica com o 
reservatório de filtrado e que é mantido em vácuo. 
Logo que o setor sair da suspensão e a torta estiver drenada começa a 
lavagem e o furo correspondente passa a ficar em comunicação com o reservatório 
de água de lavagem. Depois de feitas quantas lavagens forem necessárias, a torta é 
soprada com ar comprimido e raspada por meio de uma faca. A retirada do sólido 
nunca é total, por não haver o risco de rasgar a lona ou a tela do filtro e para não 
perder o vácuo. O filtrado sai pelo eixo de rotação. 
As vantagens são excelente lavagem da torta, conseguir atingir umidades 
muito baixa, excelente homogeneização da polpa através de um agitador na bacia, 
equipamento muito variável em termos de sistemas de descarga da torta (com ar de 
sopro, descarga a rolo, com esteira, com faca), área de filtração grande por área 
instalada, cabine de lavagem ou cabine de vapor e fácil operação e baixa 
manutenção. 
2 CÁLCULOS DO FILTRO ROTATIVO A VÁCUO 
O filtro consiste em um tambor cilíndrico com seções diferentes, que giram 
em seu eixo e nas quais o vácuo é aplicado para facilitar o cruzamento do fluido. 
Como pode ser observado na figura abaixo, parte do o cilindro é submerso na 
suspensão a ser filtrada. O elemento depositado na superfície é lavado por 
chuveiros com detergente. O vácuo é aplicado para o interior do tambor na zona de 
filtração, bem como na lavagem zona, mas uma vez fora dessas zonas, o vácuo é 
eliminado para separar facilmente o componente com um raspador. Sendo assim, o 
filtro pode iniciar o ciclo de filtragem novamente. Esse tipo de operação é realizada 
com queda constante de pressão e fluxo volumétrico. 
Figura 1 - ​Filtro rotativo a vácuo. 
 
Fonte: ​IBARZ; BARBOSA-CÁNOVAS, 2003. 
Cálculos são realizados considerando que a área total de filtragem (A) é 
formada por n superfícies Ai, pequenas o suficiente para assumir que eles se 
comportam como um filtro plano. O volume filtrado (Vi) por uma das seções Ai, por 
ser um filtro plano, pode ser obtido na equação a seguir: 
 
onde ts é o tempo durante o qual a seção Ai está submerso, correspondendo para o 
tempo de filtração. Se o tambor de filtração gira na velocidade de rotação N, e sua 
imersão ângulo é φ, então o tempo em que será submerso é: 
 
em que o ângulo é dado em radianos. 
O volume total de filtrado é obtido somando-se os volumes de cada seção de 
filtragem considerada: 
 
O fluxo do filtrado é uma função do volume do filtrado e é obtido por meio da 
multiplicação do volume do filtrado pela velocidade de rotação do tambor: 
 
Às vezes é interessante calcular a espessura do elemento depositado na 
superfície do filtro. Durante um ciclo de filtragem, quando um ponto do filtro penetra 
na suspensão a ser filtrada, os sólidos insolúveis começar a depositar. Com o 
passar do tempo, mais sólidos são depositados neste ponto e, como conseqüência, 
a espessura do elemento depositado aumenta, dependendo da quantidade de 
tempo que esse ponto foi submerso. 
A massa de sólidos depositados em uma das áreas Ai é obtido na equação a 
seguir: 
 
em que a espessura do elemento depositado é função da massa filtrada volume Vi. 
Com Ai representando a área de filtração, se a definição da constante C em função 
da resistência do elemento α é levada em consideração, então a espessura pode 
ser obtida por meio de da seguinte equação: 
 
Esta equação permite obter a espessura do elemento para um ângulo de filtro 
submerso de φ radianos. 
3 EXEMPLOS DO FILTRO ROTATIVO A VÁCUO 
3.1 Um filtro de placa e estrutura que opera sob pressão constante requer 1 h para 
separar 600 l de filtrado de uma solução aquosa. Calcule a capacidade de filtração 
se a velocidade inicial de filtragem for de 60 L/ min, são necessárias 8 L de água 
para lavar o bolo depositado, e são necessários 35 minutos para descarregar, limpar 
e montar o filtro. 
 
Para uma filtração com queda de pressão constante △p = constante, a integração 
dessa equação produz: 
 
Para t = 0: (dV/dt)= 0 
 
Dessa forma obtemos ques K₂ = 1000 s/m³ 
Para t = 60 minutos V = 600 L = 0.6 m³ temos 
 
K₁ = 8333.33 s/m⁶ 
É importante destacar que o fluxo de lavagem coincide com o volume filtrado final. 
Para calcular o fluxo do filtrado temos a seguinte equação: 
 
Como ao final da filtração foi obtido 0.6 m³ de filtrado e as constantes K₁ e K₂ foram 
obtidas nas equações anteriores, já podemos calcular a vazão volumétrica: 
 
O tempo de lavagem é obtido dividindo o volume de lavagem pela vazão 
volumétrica: 
 
Utilizando a seguinte equação é possível calcular a capacidade de filtração: 
 
Onde 
V = 0.6 m³ 
t = 3600 s 
tL = 3520 s 
t* = 35 x 60 = 2100 s 
Capacidade de filtração é 
 
3.2 Um filtro de prensa de placa e armação e usado para filtrar uma suspensão 
aquosa. Trabalhando sob velocidade de filtração constante, são obtidos 250 L de 
filtrado após 45 minutos. Durante esse período a queda de pressão aumenta de 
0,40 kg/cm² para 3,5 kg/cm². Se fosse desejado trabalhar a uma pressão constante 
de 3,5 kg/cm², que quantidade de filtrado seria obtido após 45 minutos? 
A seguinte equação relaciona o volume filtração ao tempo: 
 
Como a filtração está em um fluxo volumétrico constante, então q = (dV/dt) = 
Constante: 
 
Não é necessário entregar a equação anterior pois ela opera sob um fluxo 
volumétrico constante, mas a queda da pressão pode ser diretamente obtida em 
função do tempo de filtração: 
 
Onde as constantes K₃ e K₄ são obtidas utilizando as seguintes equações: 
 
Para t = 0 
 
Para t = 45 minutos = 2700 s 
 
Filtragem com queda de pressão constante (- P) = 3,5 kg/cm². Integração da 
equação diferencial na condição de limite de t = 0 e V = 0: 
 
A seguinte equação é obtida da expressão K₃: 
 
Da relação: 
 
Obtém-se: 
 
Os diferentes valores obtidos são substituídos na equação de segunda ordem: 
 
Após resolver a equação a raiz negativa não existe, apenas a raiz negativa é obtida: 
V = 0,345 m³. Portanto após 45 minutos de filtração a uma queda de pressão 
constante de 3,5 kg/cm², são obtidos 345 L de filtrado. 
REFERÊNCIAS 
IBARZ, A.; BARBOSA-CÁNOVAS, G. V. ​Unit operations in food engineering. 
2003 by CRC Press LLC. Disponível em: 
<https://moodle.ufsc.br/pluginfile.php/881630/mod_resource/content/0/Unit_Operatio
ns_in_Food_Engineering_-_A._Ibarz_G._Barbosa-Canovas_CRC_2003_WW.pdf>. 
Acesso em: 25 de setembro de 2019. 
Revista TAE. ​Filtros de Tambor Rotativo a Vácuo​. Disponível 
em:<​http://www.revistatae.com.br/5329-noticias​>. Acesso em: 22 de setembro de 
2019. 
Tratamento de Minérios /Ed. Adão Ben vindo da Luz et al. 4a Edição – Rio de 
Janeiro: CETEM/MC T, 2004.