Aula 4: ESCOAMENTO DE FLUIDOS ATRAVS

DE MEIOS POROSOS RGIDOS

OpU: Filtrao

Conceitos

Filtrao: o processo pelo qual uma mistura

slido-lquido passa atravs de um meio poroso de

forma que o lquido passe e o slido fique retido

em um meio filtrante poroso

Definies importantes

Porosidade : Indica o grau de compactao

do leito :

e logo :

Velocidade superficial: definida como a

razo entre a vazo volumtrica e rea transversal

do leito.

Velocidade real ou intersticial : definida como a

velocidade no interior do poro (interstcio).

Operao- Projeto

Para obter uma produo razovel, com um filtro

de dimenses moderadas, deve-se aumentar a

queda de presso, ou deve-se diminuir a

resistncia ao escoamento, para aumentar a vazo.

O equipamento industrial opera mediante a

diminuio da resistncia ao escoamento, fazendo

com que a rea filtrante seja to grande quanto

possvel.

Escolha do filtrante A escolha do equipamento filtrante depende em grande parte

da economia do processo, variando de acordo com o seguinte:

1. Viscosidade, densidade e reatividade qumica do fluido.

2. Dimenses das partculas slidas, distribuio

granulomtrica, forma da partcula, tendncia floculao e

deformidade.

3. Concentrao da suspenso de alimentao.

4. Quantidade de material que deve ser operado.

5. Valores absolutos e relativos dos produtos lquido e slido.

6. Grau de separao que se deseja efetuar.

7. Custos relativos da mo-de-obra, do capital e energia.

Classificao dos filtros

Para classificar os diversos modelos de filtros os

seguintes critrios so observados:

1. Fora motriz: ex.: Gravidade, presso, vcuo, vcuo-

presso ou fora centrfuga.

2. Material do meio filtrante: ex.: Areia, tecido, meio

poroso rgido, papel...

3. Funo: ex.: Clarificadores, filtros para torta.

4. Detalhes construtivos: ex.: Filtros de areia, placas e

quadro, lminas ou rotativos.

5. Regime de operao: ex.: Batelada ou contnuo.

Filtro prensa de placa e quadro o dispositivo de filtragem mais comum na indstria qumica.

Vantagens: - baixo custo.

Custo de manuteno pequeno.

Flexibilidade de operao.

Operam com presses at 68 atm.

Operaes cclicas: processos em batelada em que a produo

de porte modesto

O filtro prensa projetado para realizar diversas funes, cuja

sequncia controlada manualmente. Durante a filtrao o filtro

prensa permite:

1. A injeo da suspenso a filtrar at as superfcies filtrantes, por

intermdios de canais apropriados.

2. A passagem forada da suspenso atravs das

superfcies filtrantes.

3. Que o filtrado que passou pelas superfcies filtrantes

seja expelido atravs dos canais apropriados

4. Retm os slidos que estavam inicialmente na

suspenso.

O modelo mais comum consiste em placas e quadros que se

alternam numa armao e que so comprimidos fortemente, uns

contra os outros, por meio de uma placa prensa-parafuso ou de

uma prensa hidrulica.

Par de placa e quadro de um modelo simples, com um s furo, sem canal de lavagem, com a descarga fechada e a superfcie da placa entelada.

O meio filtrante suspenso sobre as placas cobrindo as duas faces.

O meio filtrante pode ser uma lona, ou um tecido sinttico, ou papel de filtro ou tela metlica.

medida que a filtrao avana, formam-se tortas, ou bolos,

sobre o meio filtrante, at que as tortas que se acumulam

sobre cada face dos quadros encontram-se no centro. Quando

isto ocorre, a vazo do filtrado, que diminui continuamente

medida que as tortas aumentam, cai bruscamente e se reduz a

um gotejamento. Em geral suspende-se a filtrao antes desta

ocorrncia.

Sequncia de lavagem do filtro-prensa:

Encaminha a gua de lavagem para os slidos filtrados, atravs

de canais apropriados.

Fora a gua de lavagem atravs dos slidos retidos no filtro;

Permite a expulso da gua de lavagem, e das impurezas,

atravs de um canal separado.

Filtro folha

Filtro folha Constitui de uma placa oca, suportada internamente e que fica

permanentemente coberta pelo meio filtrante.

A suspenso a ser filtrada enche o espao em torno da folha e

forado, mediante presso exercida sobre ela, ou pelo vcuo que se

faz dentro da folha, a escoar atravs do meio filtrante.

A torta de filtrao forma-se no exterior da folha e o filtrado passa

para dentro da folha e da para o sistema de descarga.

Quando se tem a torta de espessura desejada, abre-se o filtro, e as

folhas ou so removidas para limpeza ou so limpas na prpria

unidade, manual ou automaticamente, pela lavagem hidrulica dos

slidos.

Filtro de placa horizontal

especialmente conveniente para a clarificao final de solues que

contm quantidades diminutas de slidos em virtude da facilidade de

aplicao do adjuvante de filtrao;

Os adjuvantes, ou auxiliares, de filtrao so slidos incompressveis,

com a estrutura aberta, que podem ser depositados sobre os tecidos

de filtrao para servir de meio filtrante de alta eficincia.

A vlvula polidora aberta durante a etapa de pr-revestimento e

fechada at o final do ciclo. Ento, a vlvula de descarga fechada, a

polidora aberta e o lquido remanescente filtrado pela placa

polidora, mediante a injeo de ar ou gs sob presso pelo duto de

entrada.

Filtro de placa horizontal

Filtros contnuos

Elevadas capacidades

As suspenses so injetadas continuamente, e o bolo

e o filtrado so produzidos tambm continuamente;

Exemplos:

Filtro a vcuo e disco rotatrio

Filtro a vcuo com tambor rotatrio

Filtro a vcuo e disco rotatrio

O elemento filtrante , tambm, uma folha com a forma de um

setor circular, recoberta pelo meio filtrante. A folha gira num

plano vertical, em torno de um eixo horizontal. A suspenso a ser

filtrada enche a bacia do filtro, at quase a altura do eixo

horizontal. medida que a folha mergulha na suspenso, coleta a

torta na sua superfcie, enquanto que o filtrado sai por um sistema

central de descarga.

Na parte superior a torta seca por sopragem de ar e raspada

ou retirada a sopro antes dela mergulhar na suspenso.

Filtro a vcuo e disco rotatrio

Filtro vcuo com tambor rotatrio

O ciclo de filtrao muito semelhante ao do filtro a

vcuo horizontal.

O bolo de filtrao colhido no tanque de suspenso

devido a imerso da superfcie do tambor e a ao do

vcuo.

O bolo levado pelo movimento do tambor e

sucessivamente lavado e enxugado pela aplicao

contnua do vcuo no interior do tambor.

Regimes de filtrao

Filtrao a presso constante

Filtrao a vazo constante

Filtrao em regime misto

Caso 1: Filtrao a presso constante

Mantm-se uma queda de presso constante com a bomba que

fora o fluido, sendo que a vazo vai diminuindo medida que

cresce a espessura da torta, sendo utilizada para precipitados pouco

compressveis.

Caso 2: Filtrao a vazo constante

Quando se trata de um precipitado compressvel prefervel

comear a filtrar a uma presso pequena para no torn-lo pouco

permevel e ir aumentando medida que aumenta a espessura da

torta (portanto, a resistncia filtrao), mantendo-se constante a

vazo de filtrado.

Caso 3: Filtrao em regime misto

Pretende-se harmonizar as vantagens dos casos 1 e 2.

Na realidade, nem sempre se mantm rigorosamente as

condies de filtrao, o que dificulta as previses

tericas.

As condies de operao esto ligadas ao tipo e

funcionamento da bomba que fora a suspenso.

No projeto de filtros procura-se relacionar:

Propriedades da torta

Espessura da torta e rea de filtrao

Queda de presso na torta

Volume de filtrado recolhido na unidade

de tempo

Filtrao com tortas incompressveis (ou

presso constante)

Das dedues anteriores ;fazendo o devido tratamento

matemtico obtemos pra filtrao presso constante:

Filtrao vazo constante

Aplicaes

Exemplo 1 (4.52-Massarani)

Foram obtidos os seguintes resultados na filtrao de uma

suspenso aquosa de CaCO3 (50 g de slido/l de gua) em

filtro prensa piloto operando com um quadro (6x6x1) a

25oC e com uma queda de presso de 40 psi. Determinar a

resistividade mdia da torta < >, a resistividade do meio

filtrante RM e a relao entre os volumes de filtrado e da torta

para o quadro cheio. Sabe-se que a densidade do slido s =

2,7 g/cm3 e que a relao entre massa de torta molhada e

massa de torta seca 1,60. Dados de tempo de filtragem e

volume de filtrado

Resposta: < > = 7,15 x 109 cm/g, RM = 2,51 x

109cm-1, e = 0,618, VF/VT=20

Soluo: