7_ARTIGO - CONTROLE AVANÇADO DE FILTROS DE MANGAS - 10p

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CONTROLE DO AR
32 | Meio Filtrante |Março/Abril 2007
por Tito A. Pacheco
CONTROLE 
AVANÇADO DE 
FILTROS DE MANGAS
E
m meados de 2000, após ter ministrado 
dezenas de cursos sobre Filtração Industrial 
Seca nos mais variados clientes ao longo 
de todo Brasil, verifiquei que a maioria dos 
maiores Fabricantes de Equipamentos nacionais ado-
tava uma tecnologia de controle de filtros ainda ba-
seada nas antigas placas analógicas. Os manômetros, 
na sua grande maioria, eram em tubo de “U”. Os demais 
instrumentos, como: medidores de vazão, umidade, 
temperatura, então, eram raríssimos.
Atualmente cerca de 50% dos fabricantes já utilizam 
controladores digitais e demais instrumentos de 
medição em seus Projetos. Os demais ainda alegam 
que não os utilizam por razões de custo, mesmo que, 
na ponta do lápis, isso não represente mais que 0,5% 
do custo total do equipamento de despoeiramento.
A prova que o custo não é impeditivo é que a maioria 
dos Fabricantes que incorporam os sistemas digitais 
nos projetos de filtros é, justamente, o de menor 
porte, o qual o considera não apenas um diferencial 
competitivo, mas, principalmente, um meio para 
obtenção de uma excelente performance em seus 
produtos.
Os sistemas de despoeiramento seguem os princípios 
da Ventilação Local exaustora, razão pela qual é 
importante revisar alguns conceitos básicos, a fim de 
compreender a lógica de controle destes sistemas.
Conheça o que há de moderno e eficaz para otimização do desempenho 
de filtros de mangas, sejam os de pequeno ou de grande porte
Princípios da Ventilação Local Exaustora
Fig.1: a) Croqui de um sistema de ventilação local 
exaustora. b) Identificação das perdas de carga
C
ré
d
ito
: D
iv
ul
ga
çã
o 
Esta ventilação é chamada de 
local exaustora porque há uma 
ou mais coifas de captação em 
pontos específicos e próximos 
da geração de pó, as quais são 
interligadas por dutos ventilados 
através de um ventilador com ou 
sem filtração dos gases.
Na Fig.1- a) temos um sistema com 
filtro de mangas, cuja filtração é 
por Pressão Negativa, porque o 
ventilador está depois do filtro, 
gerando assim uma pressão menor 
que a atmosférica da coifa até a 
entrada no ventilador. 
Da mesma forma, se o ventilador 
estivesse antes do filtro, ela seria 
chamada de filtração por Pressão 
Positiva, pois haveria uma pressão 
superior à atmosférica, tanto na 
câmara suja como na câmara 
limpa do filtro. Deve ser lembrado 
que a pressão antes do ventilador 
é sempre negativa e depois do 
ventilador é sempre positiva.
Um Projeto de Sistema de Despoeiramento começa justamente na coifa 
através da determinação de sua área de captação e da velocidade de ar 
necessária para captar toda a emissão pulverulenta gerada no local a ser 
despoeirado. Pois, o produto desta área pela velocidade é justamente a 
Vazão de Captação.
Visto que existe uma velocidade ótima para transporte do particulado 
através dos dutos, uma vez conhecendo a vazão, é determinado, então, o 
diâmetro inicial das tubulações, o qual serve de partida para os Softwares 
de Balanceamento de Dutos e Projeto de Filtros, como o Simulador de 
Filtração Industrial Proteus, desenvolvido pelo Eng. Tito A Pacheco (ver 
edição n° 04 da Revista Meio Filtrante). 
Na Tabela 1 são exemplificados valores típicos de pressão estática em 6 
pontos da tubulação do Sistema, representado no croqui da Fig.1. Estes 
valores são normalmente obtidos por medições, a partir dos quais é 
calculada a pressão diferencial, também chamada de Perda de Carga 
entre os principais trechos. Estas perdas de carga também podem ser 
Tabela 1: Medições típicas da pressão estática de um 
sistema como o do croqui da Fig.1
CONTROLE DO AR
34 | Meio Filtrante |Março/Abril 2007
calculadas teoricamente com base justamente nos 
dados dimensionais da coifa, dos dutos e da vazão e 
densidade do ar captado (Simulador Proteus).
Estas informações são necessárias para especificação 
da pressão total do ventilador, as quais, juntamente 
com a vazão, correspondem as principais informações 
para o seu dimensionamento.
Por fim, a perda de carga do filtro de mangas, em 
geral, é arbitrária, apresentando valores típicos 
como: 50, 80, 100, 120 ou 150mmCA, dependendo 
da tecnologia do filtro e do processo de filtração.
Para obter a perda de carga desejada no filtro, existem 
ajustes na regulagem do sistema de limpeza que 
precisam ser feitos, os quais serão abordados mais 
adiante neste artigo.
Controle do filtro como recurso 
para solução de problemas
A falha em filtros de mangas pode ser classificada 
em dois tipos: 
* Entupimento (baixa captação de particulado);
*Alta emissão na chaminé (passagem de pó pelo 
filtro).
Tabela 2: Alguns medidores de 
Pressão Diferencial e Estática
Um melhor entendimento do funcionamento de um 
Sistema de Despoeiramento pode ser feito através dos 
gráficos da Fig.2, onde são representadas as operações 
possíveis.
O somatório das perdas de carga do sistema aumenta 
com o aumento da vazão, conforme a Curva do Sistema 
(vermelha). Visto que a potência do conjunto motor-
ventilador é limitada, para um aumento de pressão 
corresponde uma diminuição da vazão de acordo com o 
representado na Curva do Ventilador (azul). Onde estas 
duas se encontram, temos então o ponto de operação 
real do sistema de ventilação, em termos de Pressão 
total (PPROJETO ou PVENTILADOR) e Vazão obtida 
(VPROJETO).
Ao passo que a Curva do Ventilador somente se altera 
se a rotação do variar, a Curva do Sistema pode variar 
bastante. 
Algumas causas da variação dessa curva podem ser:
* Alto PFILTRO devido ao entupimento do filtro de 
mangas;
* Baixo PFILTRO devido ao excesso de limpeza do 
filtro ou falta de particulado;
* Uso de dumpers para controle de vazão;
* Entupimento da tubulação;
* Uso de dumpers para entrada de Ar-falso (normal-
mente para controle de temperatura / fagulhas);
* Adição de mais pontos de captação e/ou desativação 
de alguns existentes;
* Alteração significativa na densidade do ar ou do gás 
a ser filtrado;
* Alteração do layout ou diâmetros da rede de dutos; 
Como o POPERAÇÃO é o somatório das perdas de 
carga de cada um dos componentes do sistema de 
Fig.2: Gráficos de Pressão x Vazão de um Sistema de 
Despoeiramento em diferentes condiçõesCrédito: Divulgação 
despoeiramento, uma alteração em 
qualquer um deles afetará o seu 
valor, gerando então uma vazão 
maior ou menor que a de projeto 
conforme a Curva do Ventilador 
em questão. Normalmente, a per- 
da de carga que mais tende a 
variar é a do filtro de mangas, razão 
pela qual devem ser concentrados 
os esforços no controle do mesmo.
Falta de captação de particulado
A falta de captação é facilmente 
detectável devido a fumaça que 
tende a sair pelas bordas da coifa 
de captação no caso dos Filtros de 
Despoeiramento, vide Fig.3.
No caso dos Filtros de Processo, 
onde todo o particulado gerado de- 
ve ser captado, isso pode ser iden- 
tificado pela redução da produ-
tividade do moinho (ou secador, 
reator, calcinador, etc.). 
Conforme a Fig.2-b), se um dos 
componentes, no caso a perda 
de carga do filtro, aumentar, au-
mentará a perda de carga de 
operaçãoP1, fazendo com que a 
vazão do ventilador caia para um 
valor V1, o qual é menor que a 
vazão de projeto VPROJETO.
O aumento da Perda de Carga do 
filtro de mangas pode ter várias 
causas:
* Falha de Projeto do Filtro (falta 
de manômetro para controle da 
perda de carga, sistema de limpeza 
mal dimensionado; excesso de 
Fig.3: Falta de captação – detalhe 
da fumaça escapando da coifa
velocidade ascendente; ângulos da 
tremonha inadequados, excesso de 
relação ar-pano, má distribuição 
do particulado entre as mangas ou 
entre as câmaras do filtro, etc.), 
* Falha de Especificação da Manga 
Filtrante (gramatura e permea-
bilidade inadequadas, falta de es-
tabilidade da densidade - baixa 
qualidade do não-tecido, falta 
de acabamento superficial, etc.), 
* Falha de Operação do Filtro 
(regulagem do sistema de limpeza 
excessiva ou insuficiente, descargado particulado na tremonha insu-
ficiente, etc.);
* Falha de Manutenção do Filtro 
(mangueiras entupidas/desconec-
tadas do manômetro, entrada de 
ar-falso por buracos na chaparia 
ou falha de vedação da válvula 
de descarga, válvulas solenóides 
inoperantes, etc.).
Dessas causas acima, é possível 
atuar na Falha de Operação através 
de uma adequada instrumentação 
e controle do filtro de mangas. 
Excesso de captação de 
particulado
Sob o ponto de vista do usuário 
do sistema, muitas vezes, pode ser 
entendido que quanto maior a va-
zão do sistema de despoeiramento, 
melhor será a captação, pois maior 
será a velocidade de sucção das 
partículas na coifa.
Desta forma, o filtro deveria ope-
rar com a menor perda de carga 
possível, utilizando mangas ultra 
antiaderentes sob a maior inten-
sidade de limpeza possível. A 
Fig. 2 - c) representa este tipo de 
operação, onde o somatório de 
perdas de carga P2 é menor 
que a perda de carga de projeto 
PPROJETO, resultando assim, nu-
ma vazão de captação V2 maior 
que a vazão de projeto VPROJETO.
De fato, quanto maior a vazão, 
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36 | Meio Filtrante |Março/Abril 2007
melhor será a captação; contudo, 
muitos problemas de MANUTEN-
ÇÃO e ESTABILIDADE de opera-
ção acontecerão. 
Se o particulado for abrasivo, ele 
pode produzir o mesmo efeito que 
um jato de granalha, desbastan-
do e até furando os dutos, princi-
palmente nas mudanças de dire-
ção ou junções dos mesmos, vide 
Fig.3 e) e f).
Além disso, em se tratando de 
filtração em profundidade como 
a produzida por mangas consti-
tuídas de não-tecido tipo feltro 
agulhado é fundamental a exis-
tência de pré-capa de particu-
lado para obtenção de uma boa 
filtração de particulados com bai-
xa granulometria. 
Um excesso de limpeza pode 
dificultar sobremaneira esta for-
mação de pré-capa levando a uma 
ineficiência de filtração para as 
frações mais finas de particulado 
(normalmente abaixo de 25µm).
Medição e Controle da Perda 
de Carga do Filtro
Como é possível observar, pelo 
acima exposto, tanto o excesso de 
Fig. 3: a) Abrasão na manga por excesso de velocidade do gás; b) 
descosturamento do tampão por fricção entre mangas devido à 
movimentação das gaiolas dada a alta velocidade dos gases no filtro; c) 
arraste de fagulhas devido ao excesso de captação, gerando assim furos 
na manga; d) passagem de particulado através do elemento filtrante; e) e 
f) furo no duto por excesso de velocidade de transporte
captação, como a falta de capta-
ção, gerada por falta ou excessiva 
perda de carga no filtro de mangas 
são bastante problemáticos.
Desta forma, o sistema de limpeza 
deve ser regulado para obtenção 
de uma perda de carga próxima 
da perda de carga de projeto. Tipi-
camente tem sido verificado um 
bom desempenho se a operação do 
filtro é mantida na faixa de ±10% 
da Perda de Carga de Projeto. 
Normalmente, o filtro de mangas 
partido com um jogo novo de 
mangas filtrantes, apresenta uma 
perda de carga de 5 a 15mmCA, a 
qual sobe na medida da saturação 
com pó dos elementos filtrantes. 
Ao receber a limpeza por ar com-
Fig. 4: Evolução da Perda de Carga do Filtro em função do tempo
primido esta perda de carga baixa 
um pouco, em geral não mais que 
50mmCA, subindo gradualmente 
em seguida, até a ocorrência do 
próximo pulso de limpeza, vide 
Fig.4. A condição de Alarme pode 
variar de filtro para filtro, de-
pendendo das características in-
trínsecas do processo de filtração; 
contudo, na maioria dos casos, 
pode ser adotado o critério es-
tabelecido na Fig.4. Isso significa 
que, se o filtro operar por alguns 
dias numa condição acima do li-
mite de alarme, há um elevado 
risco de entupimento irreversível 
das mangas filtrantes.
Para Filtro Jato Pulsante, estas re-
gulagens são tipicamente: pressão 
de limpeza, intervalo e duração 
dos pulsos de ar comprimido. 
Estes pulsos são aplicados em 
válvulas diafragma (ou solenói-
de), vide Fig.5, através de um con-
trolador apropriado. No exemplo 
da Fig.5, uma duração de pulso 
elétrico de 200ms aplicada em 
uma válvula Renner de ø 1 ½”, 
conectada a um reservatório de 
ar de 511L e a 5 bar de pressão, 
gera uma vazão de ar total de 
360NL/pulso (Normal Litro por 
pulso, ou seja 360L nas Condições 
Normais de Temperatura e Pres-
são - CNTP).
A duração do pulso é definida 
pela vazão de ar necessária para 
limpar as mangas em cada pulso 
Crédito: Divulgação 
distribuição granulométrica do pó, bem como, sua 
concentração nos gases sujos pode influenciar para 
definição de uma vazão um pouco maior do que a 
definida pelo critério do parágrafo anterior. 
Por fim, válvulas com pequeno coeficiente de vazão 
(Cv ou Kv) demandam o uso de uma duração de pulso 
maior para obter a mesma taxa de consumo por pulso 
demandada conforme os critérios acima expostos. 
O controle das válvulas pode ser feito através de dois 
métodos:
* por Demanda de Tempo;
* por Demanda de Pressão.
No primeiro, o controlador aciona uma por uma das 
válvulas em seqüência por tempo indeterminado, ou 
seja, enquanto estiver energizado. 
Desta forma, o sistema de limpeza é acionado indepen-
dentemente se as mangas estão precisando de limpeza 
devido a um alto valor de perda de carga ou estão 
praticamente limpas devido a pouca quantidade de 
particulado nos gases filtrados.
No segundo, método de limpeza por Demanda de 
Pressão, o usuário pré-define no controlador a pressão 
a partir da qual, deve ser iniciado o sistema de lim-
peza, bem como a pressão abaixo da qual ele deve ser 
desativado.
de limpeza, ou seja, quanto maior for a área filtrante 
para ser limpa por uma válvula, tanto maior deverá ser 
a vazão para esta limpeza.
Outros fatores como facilidade de aglomeração e 
Fig.5: Curvas de vazão medidas com ar comprimido 
para Válvula Renner ø1 ½” para diferentes pressões 
e durações de pulso usando um reservatório de ar 
comprimido de 511L. A pressão de limpeza é definida 
pelo fabricante do filtro e pela construção do 
elemento filtrante. Por exemplo, é usual utilizar 
pressões de até 6 bar para mangas em não-tecido, 
bem como pressões de até 4,5bar para 
mangas em tecido de fibra de vidro
Fig.6: Alguns modelos de Válvulas Renner com 
conexão tipo rosca e tipo baioneta (engate rápido)
Fig.7: Linha de Controladores para válvulas integrais: 
ECO para limpeza por demanda de pressão 
(Economizador) ou tempo e GC para limpeza 
exclusivamente por demanda de tempo
Crédito: Divulgação 
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Com este tipo de operação, o sistema de limpeza só é ativado se a perda 
de carga do filtro estiver alta, gerando assim, períodos de ativação e 
inativação. Pois a razão entre o tempo de inativação da limpeza em 
relação ao tempo total em que o aparelho poderia estar ativo se limpasse 
por demanda de tempo corresponde ao Percentual de Economia de ar 
comprimido.
Por esta razão, os controladores de válvulas que operam por demanda 
Tab.2: Quadro comparativo dos Controladores de Filtros de mangas 
Fig.8: Linha de Controladores para válvulas remotas. 
Todos são economizadores
de pressão são chamados de 
Economizadores. A grande vanta-
gem dos Economizadores tipo 
Ecoserial é que apenas um par 
de fios sai do controlador em 
direção aos Pilot-Boxes, os quais 
são ligados em série e devem 
ficar o mais próximo possível das 
válvulas. 
Devido à montagem em mono-
bloco dos solenóides, bem como 
devido ao acionamento somente 
pneumático das válvulas, este tipo 
de configuração além de prática, 
também é destinada a sistemas de 
despoeiramento onde haja risco 
de explosão.
Principalmente nos casos dos 
filtros de mangas que param dia-
riamente, algumas vezes, tem sido 
verificada uma operação com alta 
perda de carga logo na partida 
do filtro, ou seja, uma perda de 
carga muito maior que a medida 
antes do desligamento do filtro. 
Isso se deve a aglomeração do 
particulado, ainda existente nas 
mangas, proporcionada pela con-
densação do orvalho durantea 
parada do filtro.
Para evitar isso, deve ser feita 
a Limpeza em Off-Line, ou se-
ja, limpeza das mangas após o 
desligamento do ventilador (Lim-
peza Pós-Parada) ou limpeza das 
mangas da câmara isolada com 
dumpers durante alguns ciclos 
completos. Um Ciclo Completo 
de Limpeza é definido como o 
intervalo de tempo entre acionar 
a limpeza de uma válvula e voltar 
Fig.9: Conexão típica do Pilot-Box 
com as válvulas de imersão no 
reservatório de ar comprimido
Fig.10: Identificação dos parâmetros do Ecomatic e do 
comportamento da perda de carga do filtro em função 
do tempo sob limpeza SEM a Função Pós-Parada
Fig.11: Identificação dos parâmetros do Ecomatic e do 
comportamento da perda de carga do filtro em função 
do tempo sob limpeza COM a Função Pós-Parada 
Crédito: Divulgação 
Fig.10: Identificação dos parâmetros do Ecomatic e do 
comportamento da perda de carga do filtro em função 
do tempo sob limpeza SEM a Função Pós-Parada
Fig.11: Identificação dos parâmetros do Ecomatic e do 
comportamento da perda de carga do filtro em função 
do tempo sob limpeza COM a Função Pós-Parada 
Tab.3: Procedimento operacional de parada 
e partida de Filtros de Mangas
Legenda:
O “X” define que equipamentos devem estar em 
funcionamento no momento da execução da 
etapa (linha) do procedimento.
GERAÇÃO DE PÓ = Ativação da geração de pó 
(moagem, calcinação, secagem, despoeiramento 
simples, etc.) diferente da geração de pó 
proveniente do Forno ou Caldeira.
FORNO = Ativação do Forno ou Caldeira caso 
exista.
PRÉ-CAPA = Injeção do pó escolhido para fazer a 
pré-capa.
VENTILADOR = Ativação do Ventilador do Sistema.
LIMPEZA = Ativação do Sistema de Limpeza do filtro 
e de suas Válvulas de Descarga (válvula rotativa, 
duplo-pêndulo e/ou rosca transportadora). Se estas 
válvulas não forem ativadas concomitantemente 
com o sistema de limpeza, poderá haver grave 
entupimento das mesmas.
CONTROLE DO AR
a acionar a mesma válvula. De uma forma geral, já foi 
possível elaborar um procedimento operacional geral 
para a partida e parada de filtros de mangas, o qual já 
foi testado com sucesso nos mais variados processos 
industriais.
Conclusão
Em geral a vida útil de um elemento filtrante está entre 
1 a 2 anos de uso. 
Contudo, se for necessária a troca de mais de 30% das 
mangas falhas antes de um ano, é um sinal de alerta 
indicando que algo precisa ser melhorado no Sistema 
de Despoeiramento.
Como têm sido abordados em outros artigos, estes 
problemas podem ser provenientes do Projeto do 
Filtro, Especificação das Mangas, Manutenção e/ou 
Operação do Filtro. 
No que tange a Operação do filtro, foi visto neste artigo 
os benefícios para todo o sistema de despoeiramento 
da operação do filtro numa perda de carga estável e 
num valor de acordo com o Projeto. 
Isso pode ser obtido com a Limpeza por demanda 
de Pressão, a qual, também permite a economia do 
40 | Meio Filtrante |Março/Abril 2007
ar comprimido de limpeza das mangas. Por 
conseguinte, com menos pulsos de limpeza por 
mês, menos fadiga mecânica e maior vida útil 
será obtida no jogo de mangas. 
Contudo, existem outros instrumentos para 
monitoramento de filtros que também contri-
buem significativamente para otimização de 
sua performance, como: medidores de vazão, 
temperatura, emissão de pó e umidade. Os 
problemas que podem ser diagnosticados através 
destes instrumentos serão tema de um futuro 
artigo. Justamente por não abranger todas as pos-
sibilidades, as técnicas apresentadas devem ser 
complementadas, de preferência, com soluções 
específicas para cada caso obtidas pela técnica 
de Avaliação de Processos, desenvolvida pelo 
Eng.Tito A Pacheco, de forma a abranger também 
as demais causas de falha além da operação do 
filtro. Com isso, é eliminada a perda de tempo e 
dinheiro na busca de soluções por tentativa e erro, 
seja devido a trocas de fornecedores e produtos, 
ou devido a alterações indevidas no Sistema de 
Despoeiramento.
Esta técnica alia os Recursos de Simulação 
Computacional, tanto em termos de balanços 
de massa e de energia, como em termos de CAE 
para estudo da evolução dos gradientes de vazão, 
temperatura e pressão por análise de elementos 
finitos dentro dos equipamentos e dutos, à 
experiência prática na Solução de Problemas 
de centenas de Sistemas de Filtração nos mais 
diversos processos industriais. RMF
Tito A. Pacheco é Engenheiro Químico formado na 
UFRGS. Foi responsável pela Engenharia da Renner 
Têxtil Ltda. 1997 e é especialista em Tecnologia 
e Serviços de P&D em Sistemas de Despoeiramento e 
Controle Químico da poluição atmosférica industrial.
Atualmente é diretor da Vortex Consultoria Industrial.
Contato: (51) 99 64 63 62 / 32 76 70 76 
titoap@vortexindustrial.com.br
“Nos casos dos filtros de 
mangas, alguma vezes 
tem sido verificada uma 
operação com alta perda de 
carga logo na partida 
 do filtro”
1
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Objetivamos a recuperação do desempenho dos Sistemas Antipoluição (Filtros de
Mangas, Ciclones, Precipitadores Eletrostáticos e/ou Sistemas de Ventilação e Tratamento Químico de
Gases – FGD, DNOX, DVOC, DCO2), readequando-os ao Processo Industrial específico no qual estão
inseridos para o devido Controle das Emissões Atmosféricas e Emissões Fugitivas. Além do aumento da
Produção e redução dos custos de Manutenção, esta readequação viabiliza a conformidade com a
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