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INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CURSO DE ENGENHARIA METALÚRGICA
BIANCA MEDEIROS
METODOLOGIA DE AVALIAÇÃO DE TECIDO NA FILTRAGEM DE MINÉRIO DE
FERRO
VITÓRIA
2012
BIANCA MEDEIROS
METODOLOGIA DE AVALIAÇÃO DE TECIDO NA FILTRAGEM DE MINÉRIO DE FERRO
VITÓRIA 2012
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Coordenadoria de Cursos Superiores em Metalurgia do Instituto Federal do Espírito Santo como requisito parcial para obtenção do título de Graduação em Engenharia Metalúrgica. Orientador: Prof. Dr. João Batista Conti
M488m Medeiros, Bianca
Metodologia de avaliação de tecido na filtragem de minério de ferro / Bianca Medeiros. – 2012.
85 f. : il. ; 30 cm.
Orientador: João Batista Conti.
Monografia (graduação) – Instituto Federal do Espírito Santo, Coordenadoria de Cursos Superiores em Metalurgia, Curso de Engenharia Metalúrgica, 2012.
1. Minérios de ferro. 2. Filtros e filtração. 3. Fibras téxteis. 4.
Engenharia Metalúrgica. I. Conti, João Batista. II. Instituto Federal do Espírito Santo. III. Título.
CDD: 669.1
BIANCA MEDEIROS
METODOLOGIA DE AVALIAÇÃO DE TECIDO NA FILTRAGEM DE MINÉRIO DE FERRO
Aprovado em 8 de agosto de 2012.
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Coordenadoria de Cursos Superiores em Metalurgia do Instituto Federal do Espírito Santo como requisito parcial para obtenção do título de Graduação em Engenharia Metalúrgica.
DECLARAÇÃO DO AUTOR
Declaro, para fins de pesquisa acadêmica, didática e técnico-científica, que este
Trabalho de Conclusão de Curso pode ser parcialmente utilizado, desde que se faça
referência à fonte e ao autor.
Vitória, 8 de agosto de 2012.
Bianca Medeiros
À minha mãe Vera Lúcia Medeiros. Aos meus avós José e Geralda.
AGRADECIMENTOS
Agradeço a todos que, direta ou indiretamente, contribuíram para a execução do
presente trabalho e, em especial:
A Samarco Mineração S.A., por incentivar o desenvolvimento pessoal e profissional
de seus estagiários.
Ao professor Prof. Dr. João Batista Conti de Souza pela orientação e incentivo para
a realização deste trabalho.
Ao Dr. Henrique Dias Gatti Turrer, aos Engenheiros Thiago Marchezi Doellinger e
Adail Mendes Junior pelos constantes ensinamentos e valiosa orientação
profissional.
A toda equipe do Laboratório de Separação Sólido/Líquido pelo elevado
comprometimento e dedicação.
RESUMO
A filtragem da polpa de minério de ferro é uma importante etapa no processo de
pelotização. Na Samarco Mineração são utilizados filtros de discos verticais a vácuo,
sendo seu desempenho afetado pelo meio filtrante utilizado. Esse meio filtrante
consiste de tecidos com propriedades que podem variar amplamente em função das
características da operação e desempenho desejados. Essas propriedades não
possibilitam prever seu desempenho industrial. Assim, houve a necessidade de
desenvolver uma metodologia de avaliação de novos tecidos. A metodologia
consiste, resumidamente, em realizar testes iniciais com o tecido em escala
laboratorial. Caso o desempenho seja adequado, o mesmo segue para os testes
industriais qualitativos, em que verifica a formação e o desprendimento da torta, e
testes quantitativos, onde se avalia comportamento técnico do tecido e sua vida útil.
Portanto, com a aplicação da metodologia apresentada neste trabalho, foi possível
desenvolver um novo tecido, que, até então, é pouco utilizado na filtragem de
minério de ferro por discos verticais a vácuo. Esse tecido, com características muito
diferentes do tecido atual, apresentou maior vida útil, sem afetar a umidade,
espessura da torta e sólidos no filtrado.
Palavras-chave: Minérios de ferro. Filtros e filtração. Fibras téxteis.
ABSTRACT
Filtration the pulp of iron ore is an important stage in the pelletizing process. Vacuum
vertical disc filters are used at Samarco and their performances are affected by the
filtering media. This filtering media consists of clothes with properties which can vary
widely depending on the characteristics of the operation and desired performance.
These properties don’t make possible to predict its industrial performance. So there
was a need to develop a methodology for approving new clothes. The methodology
goals, in summary, to conduce initial tests with the cloth in laboratory scale. If the
performance is adequate, the cloth is recommended for the qualitative industrial
tests, which check the formation and detachment of the cake, and quantitative
industrial tests, which evaluates technical behavior of the fabric and useful life.
However, with this current methodology, it was possible to design a new cloth, which
was little used in iron ore filtration by vacuum vertical discs so far. This cloth, with
very different characteristics in comparison with the standard cloth, presented longer
lifetime without affecting the moisture and thickness of the cake, as well as the solids
in the filtrate.
Key words: Iron ore. Filters and filtering. Fiber textiles.
LISTAS DE FIGURAS
Figura 1 - Fluxo do processo de concentração 1. ..................................................... 17
Figura 2 - Perfil do terreno do mineroduto. ................................................................ 18
Figura 3 - Fluxograma representativo do processo de pelotização da Samarco. ...... 20
Figura 4 - Esquematização do espessador. .............................................................. 21
Figura 5 - Princípio de filtragem. ............................................................................... 22
Figura 6 – Filtragem com filtros contínuos a vácuo do tipo vertical. .......................... 23
Figura 7 - Componentes do filtro a vácuo.................................................................. 24
Figura 8 - (a) setores. (b) setores com sacos de filtros (tecidos). .............................. 24
Figura 9 - Esquema de funcionamento de um filtro de disco à vácuo. ...................... 25
Figura 10 - Representação das fases as quais a torta é submetida. ......................... 25
Figura 11 - Desenho representativo de um meio filtrante e uma torta. ...................... 26
Figura 12 - Influência da área superficial no coeficiente de permeabilidade ............. 27
Figura 13 - Curvas típicas de grau de eficiência da filtração de um fluido hidráulico
contendo óxido de ferro. ............................................................................................ 30
Figura 14 - Filtração de esforço de superficie. .......................................................... 32
Figura 15 - Filtração de esforço de profundidade. ..................................................... 32
Figura 16 - Filtração por profundidade. ..................................................................... 33
Figura 17 - Filtração por torta. ................................................................................... 33
Figura 18 - Desenho esquemático dos tipos de fios. ................................................. 38
Figura 19 - Tecido constituído por fibra curta. ........................................................... 41
Figura 20 - Tecido de monofilamento pelo processo Filterlink Madison. ................... 42
Figura 21 - Bloqueio dos fios da estrutura formada pelo processo Filterlink Madison.
.................................................................................................................................. 42
Figura 22 - Tipos de contextura. ................................................................................ 44
Figura 23 – a) estrutura do Nylon 6. b) estrutura do Nylon 6,6. ................................. 46
Figura 24 - Formas cristalinas da poliamida. ............................................................. 47
Figura 25 - Obtenção da poliamida 6 a partir do ácido ɛ-aminocaproico. .................. 47
Figura 26 - Obtenção da poliamida 6 a partir da caprolactama. ................................ 47
Figura 27 - Obtenção da poliamida 6.6. .................................................................... 48
Figura 28: Influência da mudança do parâmetro escala na distribuição Weibull. ...... 50
Figura 29 - O fluxograma esquematiza todo o processo. .......................................... 51
Figura 30 - a) Modelo do teste de folha adotado. b) Setor circular. ........................... 53
Figura 31 - Procedimento do teste de folha............................................................... 54
Figura 32 - Prensa de rolos piloto. ............................................................................ 55
Figura 33 - Setores montados em 1 tubo de filtrado. ................................................ 57
Figura 34 - Amostragem. ........................................................................................... 58
Figura 35: Comparação visual da espessura da torta. .............................................. 59
Figura 36 - Tipos de falhas referentes a tecidos. ...................................................... 59
Figura 37 - Fluxograma do controle de qualidade. .................................................... 63
Figura 38 – Tecido padrão. a) tecido limpo (frente e verso). b) tecido sujo (frente e
verso). ....................................................................................................................... 65
Figura 39 - Imagens do tecido de teste. a) tecido limpo (frente e verso). b) tecido
sujo (frente e verso)................................................................................................... 66
Figura 40 - Umidade e TUF com material de baixa área superficial. ......................... 67
Figura 41 - Umidade e TUF com material de alta área superficial. ........................... 67
Figura 42 - Concentração de sólidos no filtrado. ....................................................... 68
Figura 43 - Teste da diferença média dos resultados de TUF para área superficial de
1750 cm2/g. Gerado por meio do software estatístico Minitab 16. ............................ 68
Figura 44 - Teste da diferença média dos resultados de TUF para área superficial de
2525 cm2/g. Gerado por meio do software estatístico Minitab 16. ............................ 69
Figura 45 - Formação e desprendimento da torta do tecido de teste. ....................... 69
Figura 46 - Espessura da torta. ................................................................................. 69
Figura 47 - TUF e umidade do filtro em 1 tubo de filtrado. ........................................ 70
Figura 48 - Histórico da TUF do tecido de teste e padrão. ........................................ 71
Figura 49 - Teste da diferença média dos resultados de TUF gerado por meio do
software estatístico Minitab 16. ................................................................................. 72
Figura 50 - Resultados de acompanhamento da produção de superfície específica
do pellet feed na entrada da prensa. Gerado por meio do software estatístico Minitab
16. ............................................................................................................................. 72
Figura 51 - Histórico da umidade do tecido de teste e padrão. ................................. 73
Figura 52 - Teste da diferença média dos resultados de umidade gerado por meio do
software estatístico Minitab 16. ................................................................................. 73
Figura 53 - Correlação entre a umidade e produtividade em função do tipo de tecido
.................................................................................................................................. 74
Figura 54 - Histórico da quantidade de tecidos retirados no filtro durante o teste. .... 74
Figura 55 - Vida útil média, em horas de operação dos tecidos do filtro. .................. 75
Figura 56 – Fotos dos tecidos retirados por rasgo na lateral. .................................... 75
Figura 57 – Fotos dos tecidos retirados por furos na face......................................... 76
Figura 58 - Histórico dos resultados de TUF da amostragem para comparação do
filtro de teste e padrão. .............................................................................................. 77
Figura 59 - Analise da diferença das médias dos resultados de TUF das amostras
coletadas. Gerado por meio do software estatístico Minitab 16. ............................... 77
Figura 60 - Histórico dos resultados de umidade da amostragem para comparação
do filtro de teste e padrão. ......................................................................................... 78
Figura 61 - Análise da diferença das médias dos resultados de umidade das
amostras coletadas. Gerado por meio do software estatístico Minitab 16................. 78
Figura 62 - Troca de tecidos de teste no filtro A. A troca geral corresponde em trocar
100% dos tecidos do filtro. ........................................................................................ 79
Figura 63 - Média dos sólidos no filtrado para os filtros com tecido padrão e de teste.
.................................................................................................................................. 80
Figura 64 - Diferença das médias mensais de sólidos no filtrado. Gerado por meio do
software estatístico Minitab 16. ................................................................................. 80
Figura 65 - Análise do efeito do tecido no resultado mensal de sólidos no filtrado.
Gerado por meio do software estatístico Minitab 16. ................................................ 80
Figura 66 - Distribuições de probabilidade de falha dos tecidos de teste e padrão.
Gerado por meio do software estatístico Minitab 16. ................................................ 82
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Detalhamento das três categorias. ........................................................... 29
Tabela 2 - Características das fibras sintéticas mais comuns (AIR SLAID, 2011). ... 38
Tabela 3 - Efeito do tipo de fio no desempenho do tecido filtrante (melhor=1)
(PURCHAS et al, 2002). ............................................................................................ 39
Tabela 4 - Efeito dos diversos parâmetros do fio no desempenho do tecido filtrante.
(melhor=1) (PURCHAS et al, 2002). ......................................................................... 39
Tabela 5 - Efeito da contextura sobre a filtragem (PURCHAS et al, 2002). ............. 45
Tabela 6 - Especificação do tecido ............................................................................ 52
Tabela 7 - Faixa da área superficial. ......................................................................... 55
Tabela 8 - Verificação da condição de aceitação de lotes pelo método do desvio
padrão (adaptado de MIL-STD414). .......................................................................... 62
Tabela 9 - Características do tecido .......................................................................... 64
Tabela 10 - Caracterização da polpa. ....................................................................... 64
Tabela 11 - Ciclos de filtragem. ................................................................................. 64
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 14
2 OBJETIVOS ........................................................................................................... 15
2.1 OBJETIVO GERAL.............................................................................................. 15
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................... 15
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................. 16
3.1 PROCESSO DE PREPARAÇÃO DA MATÉRIA-PRIMA PARA ETAPA DE
PELOTIZAÇÃO ......................................................................................................... 16
3.1.1 Tratamento de minério de ferro da Samarco Mineração ............................. 16
3.1.2 Transporte da polpa de minério de ferro pelo mineroduto ......................... 17
3.1.3 Separação Sólido-líquido .............................................................................. 19
3.2 TEORIA DA FILTRAGEM .................................................................................... 25
3.3 MEIO FILTRANTE ............................................................................................... 28
3.3.1 Retenção eficiente verso tamanho da partícula .......................................... 30
3.3.2 Resistência do fluido ..................................................................................... 34
3.3.3 Tendência ao cegamento ............................................................................... 36
3.4 TECIDOS ............................................................................................................ 36
3.4.1 Fibra Têxtil ...................................................................................................... 37
3.4.2. Tipos e propriedades dos fios...................................................................... 38
3.4.3 Tipos de Tecidos ............................................................................................ 43
3.5 POLIAMIDA (NYLON) ......................................................................................... 45
3.6 VIDA ÚTIL (CONFIABILIDADE) .......................................................................... 48
3.6.1 Weibull ............................................................................................................. 48
4 METODOLOGIA .................................................................................................... 51
4.1 TESTES LABORATORIAIS ................................................................................. 52
4.2 TESTES INDUSTRIAIS ...................................................................................... 56
4.2.1 Testes em 1 tubo de filtrado (Qualitativo) .................................................... 56
4.2.2 Testes em meio filtro (Quantitativo) ............................................................. 57
4.2.3 Testes no filtro completo ............................................................................... 60
4.3 TESTE DE CONTROLE DE QUALIDADE .......................................................... 61
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ........................................................................... 63
5.1 TESTE EM LABORATÓRIO ................................................................................ 63
5.2 TESTE INDUSTRIAL QUALITATIVO .................................................................. 69
5.2.1 Um Tubo de filtrado ........................................................................................ 69
5.2.2 Meio filtro - Teste quantitativo....................................................................... 70
5.2.3 Filtro Completo ............................................................................................... 76
5.2.4 Sólidos no filtrado .......................................................................................... 79
5.2.5 Vida útil ........................................................................................................... 80
6 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 83
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 84
14
1 INTRODUÇÃO
A filtragem é um dos processos de separação sólido-líquido empregado em diversas
indústrias, sendo uma delas as usinas de processamento mineral. Nessa etapa
ocorre passagem de uma polpa através de um meio poroso, de tal forma que os
sólidos formarão um leito empacotado de partículas chamado torta. Essa torta
contém interstício no qual o líquido percola por ação da gravidade ou força motriz,
sendo esse líquido passante denominado de filtrado. Essa operação tem como
objetivo retirar a água de concentrados e rejeitos finais (alternativa à barragem) e
maximizar a recuperação de espécies dissolvidas em processos hidrometalúrgicos
(OLIVEIRA,2007).
Normalmente é uma etapa crítica do processamento dos minerais já que seu
desempenho pode afetar o custo de transporte, a recuperação de espécies
dissolvidas e a eficiência de operações subsequentes como a pelotização.
Um componente importante no processo de filtragem é o meio filtrante, sendo este
responsável pelo desempenho do processo de filtração. Como existe uma gama de
meios filtrantes, a escolha do meio é fundamental para a eficiência do processo, pois
dependem dele a turbidez, a concentração de sólidos no filtrado, a produtividade do
filtro, o teor de umidade residual da torta e o custo unitário da operação dessa
operação.
No processo de filtragem da Samarco Mineração SA são utilizados filtros de discos
verticais a vácuo, e nestes são colocados como meio filtrante os tecidos. Por muitos
anos tem sido usado um tecido multifilamento de poliamida de baixa gramatura.Com
esse tipo de tecido a vida útil é relativamente baixa, principalmente pela baixa
resistência desses tecidos.
Procurando otimizar o processo de filtragem houve a necessidade de desenvolver
um tecido mais resistente e com maior vida útil, o qual traria maior utilização da
filtragem e consequentemente maior produção. Para que fosse possível encontrar
esse meio filtrante, foi verificada a necessidade de criar previamente a metodologia
para desenvolvimento de tecido filtrante, que é objetivo da presente monografia.
15
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
Desenvolver uma metodologia de avaliação de tecido para filtragem de minério de
ferro, a fim de tornar eficiente a escolha deste componente.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
A fim de propor o uso de um novo tipo de tecido para a filtragem, foi desenvolvida
uma metodologia capaz de avaliar novos tecidos para substituição do atual. Sendo
importante atingir os seguintes objetivos específicos:
Verificar em laboratório os tecidos mais promissores industrialmente, através
de teste de folha, onde dados técnicos como umidade, produtividade e sólidos
no filtrado são avaliados;
Conduzir testes qualitativos na área verificando o dimensional do tecido, a
formação e o desprendimento da torta;
Realizar testes quantitativos que mostrem o tipo de falha predominante,
permitindo o cálculo da vida útil e do seu desempenho técnico industrial.
16
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 PROCESSO DE PREPARAÇÃO DA MATÉRIA-PRIMA PARA ETAPA DE
PELOTIZAÇÃO
Este capítulo contém a revisão da bibliografia relacionada à produção do
concentrado de minério de ferro até o processo da filtragem. Inicialmente foi feita
uma abordagem sobre o processo de tratamento do minério de ferro, seguido das
etapas de transporte da polpa pelo mineroduto e da filtragem. Posteriormente foi
feita uma abordagem sobre as matérias prima, as propriedades e os tipos dos
tecidos utilizados na operação de filtragem.
3.1.1 Tratamento de minério de ferro da Samarco Mineração
O processo produtivo da Samarco Mineração é integrado. Inicia-se na mina com o
planejamento de lavra, segue pelas etapas de britagem, moagem, concentração,
transporte da polpa pelo mineroduto para a unidade de Ubu-ES, nessa unidade
existem as etapas de separação sólido-líquido, de produção de pelotas nos discos
de pelotização, do tratamento térmico no forno de endurecimento, e por fim, as
pelotas são estocadas e embarcadas aos clientes. Cada processo há o controle de
qualidade para verificação do produto que está sendo enviado aos clientes.
Na Figura 1 tem-se o processo de tratamento de minério da usina de concentração 1
da Samarco Mineração S.A. O minério lavrado passa pela britagem e peneiramento
a seco, depois segue para pré-moagem e para as estações de moagem. Na pré-
moagem ocorre a primeira adição de água no processo. Depois das estações de
moagem as espécies minerais encontram-se bem liberadas (tornam-se livres de uma
associação mineral) e no tamanho adequado para o processo de flotação. Porém
antes o produto é deslamado através de hidrociclones. Para uma operação eficaz
desses hidrociclones controla-se o pH da polpa com adição de hidróxido de sódio
(NaOH) para atingir uma boa dispersão de suas espécies constituintes.
É utilizado o processo de flotação para concentrar o teor de ferro no pellet feed
(minério de ferro). Na polpa a ser flotada adiciona-se o amido (depressor das
17
partículas de minerais de ferro) e amina (coletor das partículas de quartzo), e assim
obtém um concentrado dentro das especificações para os processos seguintes.
Na alimentação dos espessadores é adicionado floculante sintético para aumentar a
taxa de sedimentação das partículas. A polpa transferida para os tanques de
estocagem do mineroduto tem 70% de sólidos (CARVALHO, 2003).
Figura 1 - Fluxo do processo de concentração 1. Fonte: Acervo Samarco Mineração S.A.
3.1.2 Transporte da polpa de minério de ferro pelo mineroduto
A polpa proveniente da unidade de concentração, localizada em Germano - Minas
Gerais, é bombeada através dos minerodutos até a unidade de pelotização,
localizada em Ponta Ubu - Espírito Santo. Os minerodutos atravessam centenas de
propriedades em 24 municípios. Atualmente a Samarco Mineração S.A possui dois
minerodutos que ligam as unidades. Esse sistema de transporte de minério de ferro
é o maior do mundo, com 396 km de extensão. A Figura 2 mostra o perfil do terreno,
por onde passa a tubulação para o transporte de polpa, da cidade de Mariana/MG à
cidade de Anchieta/ES.
18
Figura 2 - Perfil do terreno do mineroduto. Fonte: Acervo Samarco Mineração S.A.
No transporte da polpa de minério de ferro pelo mineroduto alguns parâmetros
devem ser controlados, sendo um dos principais a reologia da polpa. A reologia é a
ciência que estuda a deformação de um fluido provocado pela aplicação de uma
tensão. Os parâmetros reológicos considerados de grande importância na operação
do mineroduto são: a viscosidade que consiste na resistência ao escoamento, e a
tensão de escoamento, que corresponde à força mínima necessária para iniciar-se o
movimento do fluido (Carvalho, 2003).
Com o intuito de monitorar e avaliar a possível formação de plug (obstrução da
secção transversal do mineroduto por sedimentação), para o caso de ocorrer uma
interrupção no bombeamento, são realizados diariamente os testes de sedimentação
(avaliam o estado de agregação do material por meio da velocidade de
sedimentação, altura do ponto de compressão e o percentual de sólidos no ponto de
compressão), de ângulo de repouso (avaliam o potencial de formação de plug por
meio da sedimentação e escoamento da polpa de minério de ferro) e teste de
penetração (avaliam o estado de compactação da polpa após 24 horas de
sedimentação).
19
A partir da operação da mina de Alegria 9, observou-se o aumento da ocorrência de
plug nos testes de ângulo de repouso realizados diariamente com o composto do
“batch” (quantidade de polpa de minério de ferro bombeada pelo mineroduto num
determinado período de tempo) ( Carvalho, 2003).
Souza e Sampaio (1998) realizaram estudos para identificar o reagente mais
apropriado para a redução do plug. Testaram reagentes como: a cal, o amido e
floculante sintético, puros e combinados entre eles. Concluíram que a adição de cal
e floculante sintético seria a melhor opção para minimizar a ocorrência de plugs,
uma vez que a dispersão da polpa causada por agitação é reduzida pela ação dos
cátions Ca2+, que agem acelerando o mecanismo de agregação resistindo às
turbulências geradas pela agitação da polpa.
Como o mineroduto é um diferencial competitivo e estratégico para a Samarco
continuar explorando minérios com baixo teor de ferro, o transporte de toda a sua
produção passou a ser feito utilizando a cal hidratada como um recurso
imprescindível para garantir a segurança e continuidade das operações de
bombeamento de polpa.
3.1.3 Separação Sólido-líquido
O objetivo das operações de separação sólido-líquido da Samarco Mineração S.A é
desaguar a polpa que foi transportada pelo mineroduto e adequar a umidade do
pellet feed para o processo subsequente, o pelotamento.
São utilizados floculantes sintéticos, que através dos mecanismos de agregação e
dispersão, aceleram o processo de separação sólido-líquido de espessamento.
A Figura 3 apresenta o fluxograma da Unidade de Pelotização de Ponta Ubu - ES e
a área selecionada é denominada de separação sólido-líquido, onde contêm as
operações unitárias de sedimentação e filtragem.
20
Figura 3 - Fluxograma representativo do processo de pelotização da Samarco. Fonte: Samarco Mineração S.A.
3.1.3.1 Espessamento
O espessamento é a operação de separação sólido-líquido, baseada na força
gravitacional, objetivando separar uma suspensão de maneira a obter-se um líquido
sobrenadante e uma polpa contendo uma concentração de sólido maior que a
original. Essa etapa é utilizada para:
Aumentar a densidade das polpas visando melhorar a eficiência de operações
subsequentes como, por exemplo, a filtragem;
Clarificar a água para estação de tratamento de efluentes industriais;
Recuperar a água de polpas de concentrados.
Se o objetivo da sedimentação é clarificar o líquido, o processo é chamado de
clarificação. Mas caso a operação visa à obtenção de uma polpa com uma
porcentagem de sólidos mais elevada, o processo é chamado espessamento
(SILVA, 2006).
21
Existem equipamentos de espessamento que realizam as etapas descritas
anteriormente em apenas um estágio de operação, conforme a Figura 4.
Figura 4 - Esquematização do espessador. Fonte: Acervo Samarco Mineração S.A.
Os espessadores podem ser utilizados para espessamento de suspensões com
menos de 1% até 50% obtendo como produtos polpa espessadas com 10 a 80% de
sólidos. Na Samarco Mineração S.A a polpa obtida tem 75% de sólidos.
Na etapa de separação sólido-líquido o espessamento tem maior preferência para
desaguamento de polpas devido ao seu custo relativamente baixo e sua facilidade
de operação. O espessador é um tanque onde ocorre a sedimentação das partículas
em suspensão. Sua operação pode ser feita tanto em bateladas semi-continuamente
ou continuamente. Para instalações de pequeno porte aplica-se a operação em
batelada. Porém instalações de grande capacidade utilizam os espessadores
contínuos. Nessa situação, o espessador é alimentado continuamente com uma taxa
relativamente baixa para promover o tempo necessário à sedimentação da fase
sólida e a limpeza da fase líquida (OLIVEIRA et. al, 2007).
Geralmente os espessadores são projetados como um tanque cilíndrico, com o
fundo cônico, provido de raspadores cuja função é empurrar os sólidos
sedimentados para o orifício de descarga da fase sólida, localizado no centro do
fundo do espessador. O fluxo principal é radial, sendo o overflow (líquido clarificado,
com pouca quantidade de partículas) descarregado por cima em uma calha
desenhada para esse objetivo.
3.1.3.2 Filtragem
22
A filtragem consiste num processo de separação sólido-líquido através de um meio
poroso que retém os sólidos permitindo a passagem do líquido. O meio filtrante,
onde o teor de sólidos fica retido, formará um leito empacotado de partículas,
chamado de torta. A torta contém interstício em que o líquido percola por ação da
gravidade ou força motriz (geralmente diferença de pressão entre os lados do
elemento filtrante), e o líquido passante é denominado de filtrado. A Figura 5
exemplifica a etapa de filtragem.
Essa etapa objetiva aumentar o teor de sólidos ou diminuir a umidade do material
para etapas futuras do processo.
Figura 5 - Princípio de filtragem. Fonte: Acervo Samarco Mineração S.A
A filtragem pode ser feita pela pressão hidrostática da suspensão sobre o meio
filtrante (filtragem por gravidade) ou através de uma força externa. Nesse caso as
alternativas são (OLIVEIRA et. al, 2007):
Filtragem a vácuo: é criada uma pressão negativa (sub-atmosférica) abaixo
do meio filtrante;
Filtragem sob pressão: uma pressão positiva é aplicada do lado da torta;
Filtragem centrifuga: utiliza a força centrifuga para forçar a passagem do
líquido;
Filtragem hiperbárica: combina-se vácuo e pressão;
Filtragem capilar: utilizam-se meios cerâmicos como porosos.
Na Samarco Mineração S.A, a operação de filtragem é realizada através de filtros
contínuos a vácuo (pressão sub-atmosférica) em disco tipo vertical como pode ser
observado na Figura 6.
23
Figura 6 - Filtragem com filtros contínuos a vácuo do tipo vertical.
A Figura 7 esquematiza os componentes dos filtros a vácuo. Esses filtros possuem
um eixo central giratório movido por um motor elétrico de velocidade variável. Ao
redor deste eixo são montadas tubulações interligadas com uma câmara onde é
produzido um vácuo (aproximadamente 600 mm Hg) por meio de bombas de vácuo.
Estes tubos de vácuo possuem encaixes onde são montados segmentos
especificamente desenhados (setores), de material polipropileno resistente à
abrasão. Os segmentos formam assim uma série de discos que giram juntamente
com o eixo central. Os setores montados nos tubos de vácuo ao redor do eixo
central são revestidos com tecido filtrante, Figura 8.
24
Bicos de Lavagem
Raspador
Setor + meio
filtrante
Tubo de filtrado
Eixo
Central
Figura 7 - Componentes do filtro a vácuo.
Figura 8 - (a) setores. (b) setores com sacos de filtros (tecidos).
Os filtros são montados em cima de bacias que contém a polpa e os setores são
mergulhados durante a rotação do eixo central, Figura 9. Durante o ciclo de uma
rotação formam-se as tortas que ficam retidas no tecido filtrante pela força de vácuo
aplicada quando os segmentos estão submersos na bacia. Ao emergir inicia-se o
ciclo de secagem quando a água é extraída da polpa, ainda por efeito de vácuo,
resultando em uma umidade residual do pellet feed (minério de ferro) produzido.
Pouco antes de um novo ciclo de submersão, cada segmento passa por uma zona
onde é cessado o vácuo e ocorre o desprendimento da torta através de um sopro de
ar comprimido, Figura 10. O pellet feed é então direcionado por meio de canaletas
até correias transportadoras que o levam para o processo subsequente.
25
Figura 9 - Esquema de funcionamento de um filtro de disco à vácuo.
Fonte: Acervo Samarco Mineração S.A.
Figura 10 - Representação das fases as quais a torta é submetida.
Fonte: Acervo Samarco Mineração S.A.
3.2 TEORIA DA FILTRAGEM
A teoria clássica da filtragem inicia-se a partir do fluxo de líquido que passa pela
torta não compressível, no qual é descrito pela relação empírica chamada de “Lei de
Darcy” que pode ser expressa em termos da razão entre o volume de filtrado e o
produto da área filtrante pelo tempo (SILVA, 2006), conforme equação expressa
abaixo.
∆V/A∆t = (k/ μ).(ΔP/L) (1)
26
Onde:
ΔV = fluxo do filtrado
L = espessura do meio filtrante + torta
ΔP = diferencial de pressão através da torta e do meio filtrante
k = coeficiente de filtração (permeabilidade do leito)
A = área filtrante
Δt = tempo de fluxo de filtrado
μ = viscosidade do filtrado
A equação mostra que a velocidade de filtragem é proporcional a permeabilidade do
leito (k) e ao diferencial de pressão (ΔP = vácuo). Porém é inversamente
proporcional a espessura da torta (L) no final da filtragem.
A Figura 11 representa o conjunto: meio filtrante e torta submetida a uma diferença
de pressão.
PP
LL
Torta
(meio filtrante)
Torta
(meio filtrante)
Figura 11 - Desenho representativo de um meio filtrante e uma torta. Fonte: Acervo Samarco Mineração S.A
Koseny estudou que a permeabilidade do leito (meio filtrante e torta), para
escoamento laminar e torta não compressível, pode ser expressa por uma equação
que relaciona a área superficial das partículas minerais e porosidade da torta
(SILVA, 2006), da seguinte forma:
k = (1/C). [ 3/s2(1- )2] (2)
27
Onde:
= índice de vazios no leito;
C = constante que é função da porosidade, forma das partículas, orientação das
partículas no leito e distribuição granulométrica;
s = área superficial das partículas;
k = coeficiente de filtração (permeabilidade do leito);
A constante “k” corresponde à permeabilidade do meio e, consequentemente, é
afetada pela área superficial das partículas. A Figura 12 mostra a influência da área
superficial no coeficiente de permeabilidade do meio. Nota-se que quanto maior a
área superficial, menor a permeabilidade do meio filtrante (ARAUJO, 2009).
Figura 12 - Influência da área superficial no coeficiente de permeabilidade Fonte: Acervo Samarco Mineração S.A.
Assim, agrupando as equações 1 e 2, teremos:
∆V/A∆t = (1/Cμs2). [ 3/ (1- )2].(ΔP/L) (3)
Como a definição de velocidade de filtragem é o volume de filtrado que atravessa a
tela por unidade de tempo, a teoria clássica demonstra que a velocidade de filtragem
28
é inversamente proporcional ao quadrado da área superficial das partículas, à
viscosidade do filtrado, entre outros parâmetros.
Também existem outros fatores que afetam a velocidade de filtragem como:
Ciclo de filtragem – ciclos curtos acarretam produção de tortas pouco
espessas, porém com umidade alta;
Aumento da temperatura da polpa favorece a filtragem, uma vez que diminui a
viscosidade do filtrado;
Teores mais altos de sólidos na polpa tende a favorecer, pois apresentam
menor quantidade de água;
Partículas de distribuição granulométrica grossa forma tortas de maior
espessura e consequentemente maiores interstícios, assim facilita a
passagem da fase liquida.
Quanto à resistência da torta, essa depende da sua permeabilidade, a qual em
última análise depende de sua porosidade, e dependente tanto da sua distribuição
granulométrica quanto do aspecto morfológico das partículas constituintes da fase
sólidas que se empacotam para a constituição da torta. Sendo assim, a resistência à
percolação do fluido pela torta dependerá da característica do processo e de seu
estado de agregação, pois este mostrará o modo de empacotamento das partículas
sólidas.
3.3 MEIO FILTRANTE
Segundo RUSHTON et., al (2000) e PURCHAS et. al (2002) o meio filtrante é
qualquer material que, nas condições de operação do filtro, é
permeável a um ou mais componentes de uma solução, ou suspensão, e
impermeável aos componentes restantes.
Para AMARANTE (2002) os meios filtrantes são responsáveis pela retenção do
sólido juntamente com a passagem do líquido. Esses meios devem satisfazer a duas
condições básicas: promover baixa concentração de sólidos no filtrado e mínima
resistência ao fluxo, permitindo a obtenção de baixas umidades finais com elevadas
taxas unitárias de filtragem. Além disso, não deve ter tendência ao bloqueio
progressivo para obter boas características de descarga, limpeza e boa resistência
mecânica, química e biológica.
29
Na escolha de um meio filtrante de sucesso é necessário combinar diversas
propriedades, que vão desde as suas características de filtração, sua resistência
química, resistência mecânica e sua molhabilidade.
Essas propriedades são divididas em 3 grandes áreas e na Tabela 1 é detalhada
cada grande área.
Características do meio filtrante com a máquina: restringem o uso do meio
filtrante para tipos específicos de filtro, tais como a sua rigidez;
Característica do meio filtrante com o tipo de aplicação: controlam a
compatibilidade do meio com o ambiente de processo, tais como sua
composição química e estabilidade térmica;
Característica do meio filtrante com o processo de filtragem: determinam a
capacidade do meio para realizar uma tarefa de filtragem específica, como a
sua eficiência na retenção de partículas de um tamanho definido, a resistência
ao fluxo.
Tabela 1 - Detalhamento das três categorias.
Características do meio
filtrante com a máquina
Característica do meio filtrante
com o tipo de aplicação
Característica do meio filtrante
com o processo de filtragem
Rigidez Estabilidade química Menor partícula retida
Força Estabilidade térmica Eficiência de retenção
Resistência à fluência Capacidade biologica Estrutura do meio filtrante
Estabilidade de arestas Estabilidade dinâmica Forma de partículas
Resistência à abrasão Características de absorção Mecanismos de filtração
Estabilidade à vibração Características de adsorção Resistência ao fluxo
Dimensões disponível Molhabilidade Porosidade do meio
Capacidade de ser fabricado Saúde e aspectos de segurança Permeabilidade
Função de vedação Características eletrostática Capacidade de retenção
Descartabilidade Tendência para cegamento
Adequação para reutilização Descarga características da torta
Custo
Na indústria mineral o elemento filtrante mais utilizado é o tecido, sua produção
ocorre a partir de fibras ou filamentos de materiais naturais ou sintéticos, no qual são
entrelaçados por um conjunto de fios de dispostos na direção transversal ou vertical
(urdume) e outro conjunto de fios de dispostos na direção longitudinal (trama),
formando ângulo de 90° (SILVA, 2006).
30
A eficiência do meio filtrante é afetada por diferentes características do material e do
meio. Nas seções a seguir serão discutidas as características do tecido que afeta o
processo.
3.3.1 Retenção eficiente verso tamanho da partícula
A Figura 13 mostra duas curvas típicas de grau de eficiência da filtração de um fluido
hidráulico contendo óxido de ferro: verifica-se como a eficiência da retenção de um
meio filtrante diminui à medida que o tamanho das partículas diminui. Os dois meios
filtrantes podem apresentar eficiência de 100%, e isso dependerá do tamanho das
partículas a serem filtradas (PURCHAS et. al, 2002).
Figura 13 - Curvas típicas de grau de eficiência da filtração de um fluido hidráulico contendo óxido de ferro. Fonte: PURCHAS et al, 2002.
É importante notar que qualquer curva de grau de eficiência é estritamente válida
somente para as condições de teste em que foi gerado. Esta restrição não se aplica
apenas a fatores como a natureza e a concentração das partículas sólidas, mas
também para as propriedades do líquido (por exemplo, a sua viscosidade, pH, etc.) e
a velocidade de filtração (ou seja, a taxa de fluxo por unidade de área). Os principais
parâmetros que afetam a eficiência de retenção, e, portanto, o desempenho de
filtração são: a estrutura do meio, a forma das partículas, e o mecanismo de
filtragem.
31
3.3.1.1 Estrutura do meio
Na definição de meio filtrante alguns aspectos ficam implícitos, dentre eles a
presença de uma massa de orifícios separados uns dos outros por algum tipo de
parede sólida, e que também está implícito que o meio tem uma espessura finita. A
partir desses fatores diversas variações são possiveis, que, individualmente ou em
combinação podem afetar significativamente as características de filtragem. São elas
o tamanho e a forma transversal de seus orificios, sua morfologia dentro da
espessura do meio (ou seja, se eles estão em linha reta ou não, e se eles variam de
tamanho e forma dentro do meio), o número de orificios por unidade de área, e as
uniformidades de cada um desses fatores. As características de um meio filtrante
dependem, na prática, em parte, das propriedades intrínsecas do material de que é
feito e das técnicas de fabricação (PURCHAS et. al, 2002).
3.3.1.2 Forma das partículas
Na prática o tamanho das partículas é considerado esférico, mas, em geral, as
partículas são mais propensas a ser qualquer formato que não seja esférica, que vão
desde placas e blocos deformados às agulhas.
3.3.1.3 Mecanismo de filtragem
Tipos de mecanismos básicos para que uma partícula fique retida no meio filtrante e
o fluido seja removido:
Esforço por superfície: se o tamanho da partícula é maior do que os poros do
meio filtrante, ela permanece lá até que seja removido. Caso as partículas sejam
menores em tamanho do que os poros, a mesma passará pelo meio, Figura 14. Este
é o principal mecanismo de operação para tecidos de malha de monofilamento
simples.
32
Figura 14 - Filtração de esforço de superficie.
Esforço por profundidade: Os meios são relativamente espessos em
comparação com os diâmetros dos poros e as partículas percorrem longos caminhos
até atingir poros de menor diâmentro e assim ficarem retidas, Figura 15. Esse
mecanismo é aplicado ao feltro.
Figura 15 - Filtração de esforço de profundidade.
Filtração por profundidade: Uma partícula pode também ser preso na
profundidade do meio, embora seja menor em diâmetro do que os poros naquele
ponto, Figura 16. Tal comportamento envolve mecanismos físicos complexos.
Primeiramente as partículas são colocadas em contato com a parede dos poros (ou
muito perto disso), por inércia ou forças hidráulicas, ou por movimento Browniano
(molecular). Tornam-se então aderidas à parede dos poros, ou por outra partícula
por meio de forças van der Waals (PURCHAS et. al, 2002 ; SUTHERLAN, 2008). A
magnitude e eficiência dessa força pode ser afetada por mudanças de concentração
de íons e espécies em uma solução aquosa, ou teor de umidade de um gás. Este
33
mecanismo é importante para a maioria dos meios filtrantes, mas especialmente
para o ar de filtros de alta eficiência (PURCHAS et. al, 2002 ; SUTHERLAN, 2008).
Figura 16 - Filtração por profundidade.
Filtração por torta: Uma espessa camada de partículas (torta) se acumula no
superfície do meio, e depois atua como meio filtrante para posterior filtração. A
filtração por torta pode ocorrer mesmo quando as partículas são menores que os
poros (até mesmo para cerca de um oitavo do diâmetro dos poros), especialmente
se a concentração de sólidos é relativamente alta (digamos superior a 2% em peso
em um líquido). Ocorre a formação de pontes de partículas através da entrada de
um poro, conforme a Figura 17 (PURCHAS et. al, 2002; SUTHERLAN, 2008).
Figura 17 - Filtração por torta.
Qualquer processo de filtração real envolverá uma combinação de dois ou mais dos
mecanismos acima. O mecanismo real ou combinação de mecanismos relativos é
dependente das características tanto do meio e da suspensão a ser filtrada. É
importante perceber que o fluido a ser tratado pode ter uma influência significativa.
Por exemplo, enquanto um meio filtrante de metal fino sinterizado irá remover
34
partículas tão pequenas da ordem de 0,4 µm de um gás em um curto intervalo de
tempo, o mesmo metal sinterizado, quando usado para filtrar líquido, não será
eficiente em menos que duas horas (PURCHAS, 2002). Diferenças no desempenho
também ocorrem entre líquidos aquosos e orgânicos, presumivelmente por causa de
suas diferentes propriedades elétricas, que influenciam na acumulação de cargas
estáticas. Também há diferença no mecanismo entre tecidos, ou seja, um tecido
novo, ou tecido recém-limpo, vai inicialmente permitir que algumas partículas
atravessem, seja usado para filtrar um gás ou uma líquido. A qualidade do filtrado,
então, melhora progressivamente, pois as características do tecido são alteradas por
algumas das partículas sólidas que incorporam entre e dentro dos fios individuais.
3.3.2 Resistência do fluido
A resistência ao fluxo de um meio filtrante depende do tamanho dos poros
individuais e do número de poros por unidade de área. Na prática, os poros
respondem por apenas uma parte relativamente pequena da superfície, a proporção
exata depende das propriedades do material a partir do qual o meio filtrante é feito e
do processo de fabricação adotado. Diferença muito grande na resistência ao fluxo
existem entre os diversos meios disponíveis.
A resistência ao fluxo é de grande importância em aplicações industriais, uma vez
que afeta o capital e o custo de funcionamento, sendo necessário um cuidado com a
seleção do meio filtrante de acordo com o objetivo.
A resistência real do fluxo de um fluido através do meio filtrante limpo é a
combinação da porosidade do material do meio (ou seja, a estrutura física dos poros
e do material de circundante) e a permeabilidade do meio para fluido apropriado (ou
seja, facilidade que o fluido atravessa o material).
3.3.2.1 Porosidade do meio
Para alguns tipos de meios filtrantes, é possível medir diretamente as áreas relativas
da superfície livre e a obstruída. Porém essa forma não mostra a resistência real
para fluxo, sendo um modo simples e conveniente de comparação.
35
A porosidade dos metais sinterizados, cerâmicas é largamente afetada pela as
variações na distribuição do tamanho, forma e tamanho das partículas utilizadas no
processo de fabricação.
Plásticos porosos feitos por pós de sinterização têm porosidades semelhantes
sinterização de pós metálicos e cerâmicos. Membranas poliméricas, que são feitas
por processos muito diferentes, têm porosidades muito elevados de cerca de 80%.
3.3.2.2 Permeabilidade
A permeabilidade de um meio filtrante, é uma medida de capacidade de filtração, é
determinada experimentalmente, geralmente observando-se a taxa do fluxo de um
fluido sob um diferencial de pressão definido. Antigamente havia uma imensa
variedade de expressões utilizada para a permeabilidade do meio filtrante, mas
agora são geralmente expressos em duas formas principais (PURCHAS et. al,
2002). A forma mais comum, apropriada para chapas, onde a espessura é
constante, caracteriza em termos de taxa de fluxo de um fluido especificado por
unidade de área. Outra forma, porém menos aplicada, caracteriza-se um meio por
seu coeficiente de permeabilidade.
Ar e água são os dois fluidos mais amplamente utilizados na avaliação de
permeabilidade, embora em alguns casos, os óleos sejam usados. As técnicas
empregadas, e, portanto, os dados gerados, variam a partir de uma taxa fixa de fluxo
e o diferencial pressão, Equação 4.
P/L = Qµ/AKp (4)
Onde:
A = área (m2);
Q = taxa volumétrica do fluxo (m3/s);
P = diferencial de pressão (Pa);
L = profundidade ou espessura do meio (m);
µ = viscosidade cinética (Ns/m2);
Kp = coeficiente de permeabilidade (Darcy);
36
Kp é freqüentemente relatada em unidades nomeadamente darcy, onde a
viscosidade é definida em centipoises, a pressão diferencial em atmosferas e os
demais parâmetros em centímetros e segundos, de modo que:
1 darcy = 1(cm3/cm2/s). 1 (centipoise/1(atmosfera/cm) (5)
Para indústria têxtil a forma mais comum para a expressão de permeabilidade
desconsidera a espessura do meio, de modo que a permeabilidade é empiricamente
quantificada pelo volume de ar por unidade de área por tempo, sob uma pressão
diferencial definida (OGULATA, 2006).
3.3.3 Tendência ao cegamento
A torta aderida ao meio filtrante deve ser desprendida ao final de cada ciclo de
filtragem, porém é importante que os sólidos residuais encontrados na estrutura do
tecido sejam removidos por um sistema de limpeza adequado. Quando há falha na
limpeza do tecido, pode causar um cegamento, isto é, o tecido perde o poder de
formação e desprendimento da torta devido à alta resistencia ao fluxo.
Para um tecido com menor probabilidade de cegar, é provável que o filtrado
apresente menor quantidade de sólidos (PURCHAS et. al, 2002; SUTHERLAN,
2008).
Segundo Orr (1977) esta análise aponta não ser correta, já que ignora a separação
de fluxo, com parte passando através dos fios (inter-fibra) e parte em torno deles
(inter-fio). Se a proporção anterior for alta, as partículas sólidas são mais propensas
a serem transportadas para o interior dos respectivos fios e depositadas firmemente,
consequentemente, resistindo na remoção via processos como a lavagem, e
aumentando a probabilidade de cegar.
Orr (1977) relata que, para tecidos de monofilamento, a resistência do tecido usado,
pode ser mais elevada do que aquele para um tecido limpo, dependendo da relação
entre o diâmetro da partícula, com as dimensões do poro e as fibras do tecido de
monofilamento estudados.
3.4 TECIDOS
37
3.4.1 Fibra Têxtil
Fibra têxtil é todo elemento de origem artificial ou natural, constituído de
macromoléculas lineares, que apresente alta proporção entre seu comprimento e
diâmetro e cujas características de flexibilidade, suavidade e conforto ao uso, tornem
tal elemento apto às aplicações têxteis. Isto é, todo e qualquer elemento encontrado
na natureza e/ou adaptado pelo homem que possa gerar fios (PURCHAS et al,
2002). O quadro 1 mostra a origem de fibras têxtil.
Origem Tipo Exemplo
Vegetal Algodão, linho, celulose
Animal Seda lã, pele, cabelo
Recurso
natural
Vidro, cerâmica, carbono,
metal, celulose
Sintética Polímeros termoplásticos
Natural
Artificial
Quadro 1 - Origem das Fibras.
Os materiais artificiais podem apresentar fibras de comprimento variado, ou
filamentos contínuos. As fibras artificiais e os filamentos são formados
principalmente por processo de extrusão a partir do estado fundido, de modo que
seus diâmetros existam em uma ampla gama, desde muito maiores do que os de
produtos naturais e também mais finos.
As fibras sintéticas mais aplicadas em tecidos técnicos são a poliéster, poliamida
(Nylon) e polipropileno.
Cada tipo de fibra apresenta características específicas, assim restringindo o uso em
determinado processo. A Tabela 2 mostra as características técnicas de cada uma.
38
Tabela 2 - Características das fibras sintéticas mais comuns (AIR SLAID, 2011).
Características Nylon Poliester Polipropileno
Resistência a temperatura 120ºC 150ºC 90ºC
Resistência a intempéries Regular Excelente Fraca
Resistncia a abrasão Boa Excelente Regular
Resistência química: ácidos Fraca Boa Excelente
Resistência química: alcális Excelente Regular Excelente
Resistência química: sais inorgânicos Fraca Boa Excelente
Resistência química: agentes oxidantess Fraca Regular Boa
3.4.2. Tipos e propriedades dos fios
Na produção de tecidos são utilizados 3 tipos básicos de fios, são eles: as fibras
curtas, como exemplo lã, algodão, fiadas em conjunto dando fios com um grande
números de pontas; os monofilamentos, que são constituídos por filamentos
contínuos de fibras sintéticas; os multifilamentos, que compreende um feixe de
filamentos contínuos idênticos que pode ou não ser torcido, Figura 18. Existem
diferenças entre esse tipos de fios, e isso implica diretamente nas caracteristicas da
filtragem de qualquer tecido a partir deles. Por exemplo, os fios de multifilamentos
oferecem capacidade de filtração não só entre os fios adjacentes, mas também
dentro do próprio fio.
Figura 18 - Desenho esquemático dos tipos de fios.
A Tabela 3 mostra o efeito do tipo de fio (monofilamento, multifilamento e fibra curta)
na característica de desempenho da filtração. A Tabela 4 mostra os efeitos na
filtração levando em conta três parâmetros do fio: diâmetro, grau de torção e
multiplicidade de filamentos (PURCHAS et al, 2002).
39
Tabela 3 - Efeito do tipo de fio no desempenho do tecido filtrante (melhor=1) (PURCHAS et al, 2002).
1 2 3
Máxima filtração Fibra Multifilamento Monofilamento
Mínima resistência ao
fluxoMonofilamento Multifilamento Fibra
Mínima umidade na torta Monofilamento Multifilamento Fibra
Fácil desprendimento da
tortaMonofilamento Multifilamento Fibra
Máxima vida do tecido Fibra Multifilamento Monofilamento
Mínima tendência ao
cegamentoMonofilamento Multifilamento Fibra
Ordem de preferênciaCaracterística
Tabela 4 - Efeito dos diversos parâmetros do fio no desempenho do tecido filtrante. (melhor=1) (PURCHAS et al, 2002).
1 2 3 1 2 3 1 2 3
Máxima filtração G M P B M A A M B
Mínima resistência ao
fluxoP M G A M B B M A
Mínima umidade na torta P M G A M B B M A
Fácil desprendimento da
tortaP M G A M B A M B
Máxima vida do tecido G M P M B A M A B
Mínima tendência ao
cegamentoP M G A M B B M A
Parâmetros da estrutura
Diâmetro do fio Torção/cm Fibras/fioCaracterística
(G=grande; M=médio; P=pequeno; B=baixo; A=alto).
3.4.2.1 Fibras curtas
Os primeiros fios a serem utilizados em tecidos de filtros eram fabricados a partir das
fibras curtas, estes eram produzidos a partir de fibras naturais. Mesmo com a criação
de fibras sintéticas, as fibras curtas foram as primeiras a serem empregadas na
filtragem industrial em larga escala.
Para a preparação desses fios, as fibras naturais devem ser limpas para a remoção
de corpos estranhos. As fibras naturais, após a limpeza, e a fibras artifícias após o
40
corte ao comprimeto adequado, devem ser alinhadas por meio de uma matriz de
pontos, que separa as fibras individuais, e coloca-as em paralelo, como uma fina
folha de espessura uniforme. Esta folha é, então, elaborada em conjunto para
produzir uma tira de espessura contínua e sem torção. Antes do alinhamento, as
fibras podem ser misturadas entre os diferentes lotes de material, geralmente, para
garantir a produção de fios uniformes.
Um processo adicional é aplicado ao alinhamento das fibras. Este processo
remove as fibras curtas, e produz uma tira de fibras longas, deixando-as em paralelo
e tornando mais suave e mais brilhante. Quando se aplica esse processo, o fio se
torna mais resistente, devido ao seu alinhamento. Essas tiras são então
processadas em máquinas de fiação, que as esticam e as torcem para o grau
necessário, tanto para manter as fibras em conjunto, quanto para dar a força
necessária para os fios. A direção de torção pode resultar tanto em S ou Z, com uma
inclinação crescente com o aperto da torção. Quanto maior o grau de torção mais
forte o fio, porém menor o fluxo pelo tecido (PURCHAS et al, 2002; RUSHTON et al,
1977).
A principal diferença entre fibras curtas e os demais fios é o defeito no tecido de
fibras curtas caracterizadas por uma superfície de pêlos devido as fibras quebradas
ou filamentos. Isto pode ser facilmente visualizado na Figura 19. Essa diferença gera
maior dificuldade na remoção de uma torta de filtro de um tecido feito fibras curtas
do que com tecidos feitos a partir de seda ou poliméricos multifalamentos. Os
processos de fiação usados para fazer fios de fibra curta são desenvolvidos a partir
a fiação de algodão (com fibras relativamente curtas, proximas de 40 ou 50 mm), ou
a fiação de lã (com fibras muito mais longas, cerca de 2 a 3 vezes o comprimento de
algodão, e muito mais crespo). Fibras sintéticas são cortadas a partir da filamentos
extrudados de polímero para atender qualquer desses dois sistemas (PURCHAS et
al, 2002).
41
Figura 19 - Tecido constituído por fibra curta. Fonte: PURCHAS et al, 2002.
3.4.2.2 Fios de monofilamentos
São constituídos por um filamento contínuo de polímeros fundidos extrudados
através de uma fieira, para obter o diâmetro e a forma transversal necessária ao
filamento. Depois de deixar a fieira, o filamento é passado por uma série de rolos,
que melhoram a alinhamento das moléculas do polímero, e também a resistência à
tração.
Apesar de apresentarem uma variedade de formas transversais, os tecidos de
monofilamento quase sempre empregam filamentos de seção transversal cilíndrica,
e diâmetros variando de 0,1 a 0,3 milímetros, mas ocasionalmente até 0,8 mm
(PURCHAS et al, 2002).
O método de fabricação Filterlink Madison foi desenvolvido inicialmente para
máquinas de fabricação de papel, porém foi interessante aplica-lá em tecidos de
monofilamento. Espirais pré-formados de monofilamentos, que seguem na direção
do urdume, são emaranhados e ligados entre si por uma série de monofilamentos
retos na direção da trama, Figura 20. As espirais puxam os filamentos em linha reta
durante um processo de aquecimento, que impõe uma forte proteção e bloqueia
efetivamente a estrutura, como é mostrado na Figura 21. (PURCHAS et al, 2002).
O acondicionamento apertado dos espirais resulta em uma excepcional estabilidade,
dando uma excelente resistência ao tecido para se curvar e distorcer. Os filamentos
tem diâmentros relativamente grandes estando na faixa de 0,6-0,9 milímetros.
42
Urdume
Trama
Figura 20 - Tecido de monofilamento pelo processo Filterlink Madison. Fonte: PURCHAS et al, 2002.
Figura 21 - Bloqueio dos fios da estrutura formada pelo processo Filterlink Madison. Fonte: PURCHAS et al, 2002.
3.4.2.3 Fios de multifilamentos
Sua fabricação inicial é similar aos fios de monofilamentos, exceto pela fieira ter uma
multiplicidade de orifícios mais finos, de modo a produzir simultaneamente, um
número correspondente de filamentos finos, de cerca de 0,03 mm de diâmetro.
Nesse momento não há preocupação com a força do filamento individual, pois o
feixe é imediatamente compactado, e depois é torcido para um pré-montante (que é
expressa em termos de voltas / cm). A torção não só fortalece os fios, tornando-os
mais rígidos, mas também ajuda a protegê-lo da abrasão, tanto durante a tecelagem
quanto para o uso posterior (PURCHAS et al, 2002).
O nível de torção também é importante no que diz respeito às características da
filtração do tecido final, pois determina a proporção do fluxo de líquido que passará
dentro dos fios, em comparação com o fluxo entre os fios adjacentes. Com um fio
muito bem torcido, pouco ou nenhum fluxo passará por ele. Além disso, se o nível de
43
torção dos fios for baixo, a quantidade de fluxo aumenta entre os fios e, as
partículas irão se incorporar dentro do fio, tornando a limpeza mais difícil, e
aumentando as chances ao cegamento.
3.4.3 Tipos de Tecidos
O tecido é produzido pelo entrelaçamento de um conjunto de fios de urdume e outro
conjunto de fios de trama, no qual formam ângulos de 90°. O urdume é um conjunto
de fios dispostos na direção transversal ou vertical e a trama consiste no conjunto de
fios dispostos na direção longitudinal. A essa etapa da produção dos tecidos é
chamada de tecelagem (SUTHERLAN, 2008).
Com a escolha da fibra e do tipo de fio inicia-se a produção do tecido através da
fabricação do urdume. Os fios são carregados um a um para serem enrolados no
cilindro (urdideira) proporcionalmente a largura em que se deseja obter. Desse
cilindro os fios são enrolados para um grande carretel que recebe o nome de urdume
e que será carregado na parte de trás do tear. O número de fios dispostos nesse
cilindro também será proporcional à abertura dos poros do tecido.
Após a formação do urdume são colocados fios transversais que irão entrelaçar e
fixar os fios do sentido logitudinal. Esse fio trabalha indo e voltando, percorrendo
toda a largura da peça. Essa etapa chama-se trama. Nessa etapa o que determina
tecer um tecido mais aberto ou mais fechado é o número de batidas que se coloca
na area pré-determinada (PURCHAS et al, 2002).
Ao relacionar o número de fios, o número de batidas e a maneira de entrelaçar, será
obtido desenhos de tecidos diferentes, conhecidos como contextura.
Na etapa de filtragem de uma indústria mineral as contexturas mais aplicadas são:
tela (plain), sarjas (twill) e cetim (satin).
Nos diagramas de Figura 22, as urdiduras são numeradas 1, 2, 3, etc, e as tramas
são identificadas com letras a, b, c, etc.
44
Figura 22 - Tipos de contextura. Fonte: PURCHAS et al, 2002.
Na contextura tipo tela, o fio de trama passa por baixo do fio urdume e depois por
cima, e assim sucessivamente. A contextura simples pode gerar tecidos mais
apertados e mais rígidos, consequentemente com maior eficiência de filtração
(SUTHERLAN, 2008).
Contextura tipo sarja é caracterizada por um forte padrão diagonal. Elas são
formadas pela passagem do fio de trama por mais de dois fios do urdume de cada
vez. O fio de trama passa por cima de dois fios do urdume e depois passa por baixo
de mais dois. A característica essencial de uma sarja é a sua regularidade, levando
à sua diagonal padrão. Em uma sarja, mais segmentos da trama podem ser
empacotados para o tecido por unidade de comprimento, gerando tecido mais
grosso. Comparando a uma contextura simples com os mesmos fios, tecidos de
sarja são mais flexíveis e, portanto, mais fáceis de se colocar no filtro.
Contextura tipo cetim tem maiores espaçamentos entre os pontos de
entrelaçamento. Cetim não tem a regularidade da contextura tipo sarja, e o resultado
é uma aparência irregular. A maioria dos tecidos de contextura cetim são feitos a
partir de fios levemente torcidos, aumentando assim os efeitos visuais. Tecidos com
essa contextura são mais flexíveis do que os outros dois tipos, isso porque há uma
maior facilidade dos fios movimentarem, reduzindo a probabilidade das partículas
ficarem presas na estrutura.
45
Na Tabela 5 é mostrado o efeito do tipo de contextura no desempenho da filtragem.
Tabela 5 - Efeito da contextura sobre a filtragem (PURCHAS et al, 2002).
Máxima filtraçãoMínima resistencia ao
escoamento
Umidade mínima da
torta
Facilidade de
descarga da tortaMáxima vida da tela
Mínima tendência a
cegar
Tela Cetim Cetim Cetim Sarja Cetim
Sarja Sarja Sarja Sarja Tela Sarja
Cetim Tela Tela Tela Cetim Tela
3.5 POLIAMIDA (NYLON)
Poliamidas (PAs) ou Nylon são polímeros no qual as unidades repetitivas
(monômero) possuem o grupo amida (-NH-COOH).
As poliamidas, que são semicristalinas, constituem uma classe de polímeros muito
atraentes para aplicações de engenharia devido à combinação de propriedades tais
como: boa resistência química e a abrasão, elevada resistência à tensão e a flexão,
estabilidade dimensional e fácil processamento. Entretanto, elas são sensíveis ao
entalhe, por apresentarem alta resistência à iniciação de trinca, isto é, são dúcteis
quando não entalhadas, mas fraturam de maneira frágil quando entalhadas. Além
disso, devido ao seu caráter hidrofílico algumas propriedades como estabilidade
dimensional, densidade, resistência mecânica variam de acordo com a umidade
(FACTORI , 2009).
Existem vários tipos de poliamidas, sendo as duas principais poliamidas comerciais:
a poli (hexametileno adipamida) - de nome comercial Nylon 66 (ou Nylon 6,6) - e a
policaprolactama, ou Nylon 6. Apresentam estrutura linear e conformação zigue-
zague com pontes de hidrogênio entre os grupos funcionais (KAUFFMAN et al,
1988).
Os números contidos nos nomes dos polímeros indicam quantos átomos de carbono
há em cada unidade repetitiva, conforme mostrado na Figura 23. Deve ser notado
que no Nylon 6,6 há dois tipos distintos de unidades repetitivas, cada uma com 6
átomos de carbono.
46
Figura 23 - a) estrutura do Nylon 6. b) estrutura do Nylon 6,6. Fonte: FACTORI , 2009.
Algumas propriedades do nylon estão associadas à existência de ligações de
hidrogênio, as quais determinam as interações existentes entre as várias cadeias
que estejam em um mesmo plano ou em planos diferentes. O número de átomos de
presentes na unidade de repetição determinam as diversas formas cristalinas
apresentadas pelas poliamidas. Sendo as formas cristalinas mais relevantes à forma
α, β e γ. A Figura 24 mostra a representação das formas α e γ. (SILVA, 2006).
Na forma α as ligações de hidrogênio estão em planos ou folhas perpendiculares às
lamelas. Como as ligações estão deslocadas umas em relação às outras, as
ligações de hidrogênio estão em planos inclinados em relação aos planos das
lamelas, formando um zigue-zague. A difração de raios-X mostra dois picos
correspondendo às distâncias interplanares de aproximadamente 4,4 Ǻ e 3,8 Ǻ. É
uma forma cristalina estável (SILVA, 2006).
A forma β é idêntica à α, exceto pelo fato de que o deslocamento da lamela acima é
oposto ao da lamela de baixo, resultando em um plano de ligações de hidrogênio,
aproximadamente perpendicular à direção da cadeia. Também é uma forma
cristalina estável (SILVA, 2006).
Na forma γ ou pseudo-hexagonal o espaçamento entre as cadeias é de
aproximadamente 4,1Ǻ e as ligações de hidrogênio são estabelecidas entre cadeias
de folhas diferentes, ao contrário do que ocorre na forma α (SILVA, 2006).
47
Figura 24 - Formas cristalinas da poliamida.
Fonte: FACTORI, 2009.
A primeira produção da poliamida 6 ocorreu a partir do aquecimento do ácido ɛ-
aminocaproico e a eliminação da água entre as moléculas de natureza idênticas,
Figura 25. Mais tarde foi descoberto que era possível obter o mesmo produto a partir
da abertura do anel e polimerização do monômero caprolactama, Figura 26.
Figura 25 - Obtenção da poliamida 6 a partir do ácido ɛ-aminocaproico.
Fonte: FACTORI, 2009.
Figura 26 - Obtenção da poliamida 6 a partir da caprolactama.
Fonte: FACTORI, 2009.
A poliamida 6.6 é preparada a partir da reação de dois tipos de monômeros. Ácido
adípico HOOC - (CH2)4 – COOH e o hexametilenodiamina (HMDA) H2N - (CH2)6 -
48
NH2, Figura 27. Ambos os produtos se obtém por sínteses de processos
petroquímicos, a partir de fenol ou de adiponitrila.
Os processos tradicionais caracterizam-se por serem descontínuos. A reação se
realiza em duas etapas, sendo a primeira de produção de Sal N por condensação de
ambos monômeros em forma equimolecular e a retirada de água no evaporador.
Depois o Sal N é enviado ao polimerizador que elimina a água formada pela
condensação das moléculas de Sal N, formando o polímero de poliamida 66.
Figura 27 - Obtenção da poliamida 6.6. Fonte: FACTORI, 2009.
3.6 VIDA ÚTIL (CONFIABILIDADE)
De acordo com Smith (1976) confiabilidade é medida da capacidade de um
componente do equipamento operar sem falha quando colocada em serviço. Em
outras palavras, a confiabilidade é a probabilidade de um produto ou serviço operar
adequadamente e sem falhas sob as condições de projeto, durante um tempo
especificado, a vida de projeto.
De acordo com Villemeur (1992), uma falha é o término de um componente executar
sua função requerida, ou seja, será considerada falha da peça ou equipamento
quando este não for mais capaz de executar suas funções.
3.6.1 Weibull
A distribuição de Weibull é uma das mais utilizadas nos cálculos de confiabilidade e
estimativa de tempo de vida, pois através de uma adequada escolha dos seus
parâmetros, diversos comportamentos de taxa de falha podem ser modelados,
49
inclusive o caso especial de taxa de falha constante (LEWIS, 1996). Segundo Lewis
(1996), ela pode ser formulada com dois ou três parâmetros, mas neste trabalho
apenas a função com dois parâmetros foi aplicada.
Dependendo dos valores dos parâmetros, a distribuição Weibull pode ser usada
para modelar uma variedade de comportamentos que envolva vida útil. Um aspecto
importante da distribuição Weibull é como os valores do parâmetro de forma (β) e de
escala (η) afetam a características da distribuição, como a forma da curva da função
de probabilidade, da confiabilidade e da taxa de falhas.
Uma distribuição é definida matematicamente por sua equação de função de
densidade de probabilidade (f.d.p.), equação 6.
f(T) = β/η(T/η)β-1 e -(T/η)β (6)
Onde:
T é o tempo;
β é o parâmetro de forma, conhecido também como inclinação da distribuição
Weibull;
η é o parâmetro de escala.
3.6.1.1 Parâmetro de Forma (β)
O parâmetro de forma, β, da distribuição Weibull é conhecido também como a
inclinação da distribuição Weibull. Isto, porque o valor de β é igual à inclinação da
linha em um gráfico de probabilidade. Os diferentes valores do parâmetro de forma
podem indicar efeitos no comportamento da distribuição. De fato, alguns valores do
parâmetro de forma farão com que as equações da distribuição reduzam-se a outras
distribuições. O parâmetro β é um número puro, isto é, adimensional.
Outra característica da distribuição onde o valor de β tem um efeito distinto é a taxa
de falha. Este é um dos aspectos mais importantes do efeito de β na distribuição
Weibull. Quando β<1 ocorre uma taxa de falha que diminui com tempo, conhecida
também como falha infantil ou prematura. As distribuições de Weibull com o β
50
próximo ou igual a 1 têm uma taxa de falha razoavelmente constante, indicando a
vida útil ou de falhas aleatórias. As distribuições de Weibull com o β>1 têm uma taxa
de falhas que aumenta com o tempo, conhecido também como falhas de desgaste.
3.6.1.2 Parâmetro de Escala (η)
Uma variação no parâmetro da escala, η, significa mudar a escala da abscissa,
Figura 28.
Se η é aumentado, enquanto β é mantida constante, a distribuição, ou seja, a
curva começa a se estender, esticar para direita e sua altura diminui, ao manter sua
forma e posição;
Se η é diminuído, enquanto β é mantida constante, a distribuição começa se
estreitar para esquerda (isto é para sua origem e aumenta sua altura);
η tem a mesma unidade que T, tal como horas, milhas, ciclos, atuações, etc.
Figura 28: Influência da mudança do parâmetro escala na distribuição Weibull.
51
4 METODOLOGIA
A metodologia usada para a avaliação de tecidos na filtragem foi conduzida nas
seguintes etapas:
Etapa 1: Contato inicial com fornecedor;
Etapa 2: Teste em laboratório;
Etapa 3: Teste industrial qualitativo;
Etapa 4: Teste industrial quantitativo.
A Figura 29 esquematiza as etapas.
Figura 29 - O fluxograma esquematiza todo o processo.
Primeiramente foi realizado o contato inicial com o fornecedor, no qual foi conduzido
através dos Suprimentos (área responsável pelo fornecimento de insumos e
componentes para a empresa). Esse contato consistia na exposição de nosso
processo produtivo, com ênfase na filtragem, nossos problemas relativos a tecidos
filtrantes, possíveis pontos de melhorias e necessidades. Além disso, informações
52
de consumo atual e expectativas futuras foram discutidas. Também foi realizada
uma visita na fábrica de tecelagem.
Foram enviadas duas amostras do tamanho de folha A4 do tecido para o laboratório
onde foram realizados os testes. Uma amostra foi reservada, caso fosse necessários
novos testes.
4.1 TESTES LABORATORIAIS
Nessa etapa o fornecedor do tecido passou as especificações do tecido a ser
testado, para analisar se o mesmo era, teoricamente, capaz de suportar o tipo de
material a qual seria submetido. A Tabela 6 contém os dados enviados pelo
fornecedor.
Tabela 6 - Especificação do tecido
Item
Material
Tipo de Fio: Urdume/Trama
Gramatura
Permeabilidade ao Ar
Resistência Mecânica
Primeiramente aplicou-se o teste de folha para avaliar o desempenho do tecido em
escala laboratorial, Figura 30.
53
(a) (b)
Figura 30 - a) Modelo do teste de folha adotado. b) Setor circular. Fonte: Acervo Samarco Mineração S.A.
O procedimento para o teste de folha:
O tecido filtrante foi colocado no aparato de teste, cortando-o e fixando suas
extremidades ao setor circular através de uma cola que permitia a vedação.
Em seguida, foi aberto o registro de água de alimentação da bomba de vácuo,
mantendo a pressão em 0,2 kgf/cm². Ligou-se a bomba de vácuo e regulou-se
a válvula de água para a pressão de 0,5Kgf/cm².
A polpa foi agitada com as mãos para manter a suspensão homogênea.
Mergulhou-se o setor com o tecido na polpa até que o suporte de controle de
altura de imersão do disco encostasse no fundo do recipiente padronizado.
Abriu-se a válvula de vácuo para a formação da torta e, simultaneamente,
começou a marcar o tempo, até o final do período padronizado para a
formação. Terminado o tempo de formação da torta, o setor foi retirado de
dentro da polpa, mantendo-o em uma altura fixa e suficiente para que o
filtrado escoasse para o reservatório de vácuo. Continuou-se o período de
secagem até o tempo pré-estabelecido.
Finalizado o ciclo a bomba de vácuo foi desligada e, simultaneamente, abriu-
se a válvula de escape para despressurizar o circuito. Depois a torta foi
retirada com o auxílio de uma espátula, para a remoção das rebarbas, a fim
de obter uma área de teste mais próxima possível da área do setor circular.
Com a obtenção da torta, está foi separada para avaliar a umidade e a
produtividade de cada tecido.
54
A Figura 31 esquematiza todo o procedimento. Esse método foi realizado para o
tecido de teste e padrão, tanto para área superficial baixa quanto para área
superficial alta. Para cada condição foram feitos duas réplicas, a fim de minimizar os
ruídos.
Figura 31 - Procedimento do teste de folha.
Segue-se os parâmetros padronizados para os ensaios:
Área de filtragem: 94 cm2;
Ciclo de Filtragem: 80 s, 100 s, 120 s;
Tempo de formação: 15 % do ciclo de filtragem;
Secagem de torta: 45 % do ciclo de filtragem;
Pressão de vácuo: 760 mmHg;
Pressão de água de alimentação da bomba de vácuo: 0,5 kgf / cm²;
Agitação manual.
Local de coleta das amostras:
Chegada do mineroduto em Ubu (após adição de cal em Germano);
Na realização deste teste manteve alguns parâmetros constantes como agitação,
temperatura, pH e densidade da polpa, porém outros sofreram variações propositais,
dentre eles a área superficial e o tempo de ciclo. A Tabela 7 mostra a faixa das
variações de área superficial.
55
Tabela 7 - Faixa da área superficial.
Baixa Alta
1600 – 1800 2000 - 2200
Faixa da área superficial (cm2/g)
O material utilizado na preparação da polpa foi o mesmo, porém parte dele ganhou-
se área superficial através da prensagem na prensa de rolos, Figura 32. Assim
produziu-se uma polpa com material de baixa área superficial e outra com alta área
superficial, em que possibilitou simular as diversas condições de minério que
abastecem a filtragem.
Figura 32 - Prensa de rolos piloto.
Foi necessário registrar com foto ambos os lados do tecido de teste e do tecido
padrão, para uma comparação visual da presença de partículas no tecido.
Foi determinada a umidade conforme a norma ISO 3087. A umidade obtida consistia
na massa de água retida na torta em relação à massa total da torta, conforme
mostra a equação 7.
%umidade=(ma / mt) X 100 (7)
Onde:
56
Ma = massa de água na torta.
Mt = massa da torta úmida.
A produtividade foi medida através da taxa unitária de filtragem - TUF (tms/h/m2) -
que significa a quantidade de material filtrado por área de filtro em 1 hora. Pode ser
calcula pela expressão:
TUF (tms/h/m2) = ms / (Af x t) (8)
Onde:
ms = massa torta seca produzida em 1 ciclo;
Af = área filtrante;
t = tempo de ciclo.
Se o tecido apresentasse resultados satisfatórios, isto é, umidade e produtividade
similares ao tecido padrão e os sólidos no filtrado abaixo da especificação, 50g/L, o
mesmo seguia-se para a próxima etapa, onde avaliaria o comportamento nos discos
industriais.
4.2 TESTES INDUSTRIAIS
4.2.1 Testes em 1 tubo de filtrado (Qualitativo)
Após a aprovação dos testes em laboratório, iniciou-se a realização de teste
industrial em 1 tubo de filtrado, ou seja, em seis setores, Figura 33.
57
Figura 33 - Setores montados em 1 tubo de filtrado.
Nessa fase, o fornecedor enviou uma quantidade suficiente de tecidos para testar
em 1 tubo de filtrado, e assim foi feito o dimensionamento do tecido para os setores
utilizados na indústria. A importância desta fase ocorreu em função da pequena
quantidade de tecido fornecido, pois caso o dimensionamento não atendesse a
especificação seria possível ajustá-lo sem perda de uma quantidade elevada de
tecidos.
O dimensionamento ocorreu disponibilizando-se o desenho técnico do setor com
suas dimensões para o fornecedor. Além disso, um setor foi enviado ao fornecedor
para usá-lo como molde para confecção das amostras, minimizando a probabilidade
de não encaixarem no setor.
No teste em um tubo de filtrado, normalmente não realiza-se amostragem devido a
baixa resistência dos tecidos testados. Porém caso o tecido apresente uma
resistência elevada realiza-se essas amostragens (que será explicado no próximo
tópico) para verificar a umidade e produtividade industrial do tecido em teste e
compará-lo com o tecido padrão.
Nessa etapa os objetivos principais foram avaliar o encaixe do tecido no setor, a
formação e o desprendimento da torta.
Caso o tecido apresentasse um desempenho visivelmente satisfatório nas duas
primeiras semanas o mesmo prosseguia para teste em maior escala.
4.2.2 Testes em meio filtro (Quantitativo)
58
Para testar os tecidos em meio filtro formalizou o processo de desenvolvimento, ou
seja, abriu SAT (solicitação de abertura de teste) no sistema SAP (software de
Gestão Empresarial).
Os tecidos de teste foram instalados em meio filtro e a outra metade instalou o tecido
padrão. Nessa etapa foi possível avaliar o consumo de tecidos, a umidade, a
produtividade e os sólidos no filtrado.
A Figura 34 mostra a atividade de amostragem. Esta atividade consistia em coletar 3
amostras para cada tipo de tecido em diferentes setores. A cada coleta do material
desprendido pelo setor, o mesmo era pesado para a obtenção da produtividade. Em
seguida, era recolhida uma amostra desse material para análise de umidade. Houve
necessidade de coletar em 3 setores diferentes para minimizar o efeito de possíveis
ruídos.
A umidade e produtividade foram determinadas através das amostragens das tortas
produzidas tanto pelo tecido de teste (tecido em desenvolvimento) quanto pelo
padrão (atual tecido utilizado na filtragem). Assim, como metade do filtro estava com
tecido de teste e a outra com tecido padrão foi possível comparar os resultados para
as mesmas condições de operação.
Figura 34 - Amostragem.
Também foram feitos acompanhamentos diários na área de filtragem para comparar
qualitativamente a espessura das tortas de ambos os tecidos (padrão e teste), a
Figura 35 mostra um exemplo. Durante o acompanhamento verificou-se os tipos de
falhas possíveis em um tecido (Figura 36) e o período em que ocorreram as falhas.
59
Figura 35: Comparação visual da espessura da torta.
Figura 36 - Tipos de falhas referentes a tecidos.
Como o desempenho técnico do tecido foi adequado, isto é, umidade, produtividade
foram similares ao padrão, avaliou a vida útil do tecido em teste, pois o preço do
tecido é fator determinante para a última etapa (filtro completo). No cálculo da vida
útil, para essa etapa de meio filtro, foi expresso através da equação 9 que resulta na
capacidade de horas de operação do tecido. Se a umidade, produtividade e sólidos
no filtrado forem similares ao tecido padrão, iniciava-se o teste no filtro completo.
PADRÃO TESTE
60
Vida Útil (horas) = (Ho X Qi) / Ft (9)
Onde:
Ho = horas de operação;
Qi = quantidade de tecidos iniciais;
Ft = troca de tecidos.
Se o tecido apresentasse um preço elevado, porém uma vida útil que compensasse
continuar com o desenvolvimento do tecido, seguia-se para o teste em escala maior,
teste no filtro completo. Assim negociava-se com o fornecedor para prosseguir a
compra de tecidos suficientes para testar em 3 filtros diferentes e com realização de
trocas cata-cata (de acordo com o surgimento de falhas) e trocas gerais (troca de
todo o filtro). Porém se a umidade fosse bastante superior ao padrão ou a
produtividade atingir valores a níveis baixos, o tecido já era reprovado.
4.2.3 Testes no filtro completo
Essa etapa se tornou necessária, quando o tecido foi aprovado do ponto de vista
técnico (produtividade e umidade), mas foi reprovado no econômico. Além disso,
essa fase permitiu fornecer dados suficientes de quantidade de falhas para
determinar a vida útil do tecido com um pequeno erro. Assim, o objetivo dessa fase
foi precisar melhor a vida útil do tecido, diminuindo o erro na estimativa de custo
viável do material. A execução de um teste por um período maior permitiu analisar o
efeito do tecido em outros componentes que tem uma taxa de desgaste pequena,
como setores e cabeçotes, e por isso não foram levados em consideração nas
análises anteriores.
O número de filtros utilizados foi função dos resultados da etapa em meio filtro e dos
riscos envolvidos em relação ao custo do investimento. Quanto maior o número de
filtros, maior o impacto no desempenho da filtragem. Quanto maior o número de
filtros e/ou tempo de teste, mais precisos seriam os resultados obtidos. Caso o
número de filtros fosse reduzido, para minimizar impacto no desempenho da
filtragem, o tempo de teste deveria ser maior.
61
Nessa etapa os tecidos de teste foram montados em um filtro, onde foi realizado um
acompanhamento diário para verificar e registrar o momento das falhas no tecido e
os tipos de falhas encontradas. E ainda, manteve-se a avaliação do desprendimento
e espessura da torta. Assim calculou-se a vida útil de forma mais precisa e
identificou-se o tipo mais comum de falha.
Os tecidos foram colocados em vários filtros, porém um após o outro, pois se o
primeiro apresentasse alguma anormalidade, a causa da mesma poderia ser
corrigida nos demais filtros.
Se a relação vida útil e preço fosse igual ou superior à relação do tecido atualmente
homologado e esse tecido mostrasse equivalência ou superioridade técnica, o tecido
de teste, portanto seria considerado aprovado.
4.3 TESTE DE CONTROLE DE QUALIDADE
Com a aprovação técnica e econômica do tecido, era importante garantir que
variações nas qualidades dos tecidos não ocorram, pois iriam impactar seu
desempenho e, consequentemente, o desempenho da filtragem. Assim verificou-se
a necessidade do controle de qualidade desse componente. O procedimento foi
dividido em duas partes: amostragem e teste gramatura.
A amostragem foi baseada na norma MIL-STD-414. A quantidade de unidades que
iriam compor a amostra dependeria do nível de inspeção e aceitação da qualidade
escolhidos, além da quantidade de unidades que havia na população amostral. Os
níveis de inspeção e aceitação de qualidade foram estabelecidos como sendo iguais
a, respectivamente, I e 2,5. O nível de inspeção I foi adotado quando fosse
necessária menor discriminação. A aceitação de qualidade 2,5 foi intermediária, pois
para o produto avaliado não havia necessidade de máxima qualidade. A quantidade
de material recebido variou de acordo com a estratégia de recebimento e consumo
de tecidos. Atualmente recebeu uma quantidade que resultou numa amostra
composta por 10 unidades.
O teste para determinação da gramatura foi baseado na norma NBR 10591.
Consistia, inicialmente, na marcação de uma área no tecido com caneta hidrográfica,
usando-se um molde de 30 x 30 cm. Em seguida usou-se uma tesoura para recortar
a região marcada e pesou-a em um balança de precisão Metler Toledo modelo PB
62
303. O valor da gramatura, em g/m², era a razão do peso e da área da amostra
ensaiada.
O calculo da distância (ZLI) entre a média (Xm) e o limite de especificação inferior (LI)
em unidades de desvio padrão () foi calculada conforme a equação 10.
ZLI = (Xm– LI) / σ (10)
De acordo com o tamanho da amostra e o nível de aceitação de qualidade,
determinou-se a constante k, segundo a Tabela 8. Se ZLI ≥ k, considerava-se o
tecido dentro de especificação.
Tabela 8 - Verificação da condição de aceitação de lotes pelo método do desvio padrão (adaptado de MIL-STD414).
0,065 0,1 0,25 0,4 0,65 1 1,5 2,5 4 6,5 10
k k k k k k k k k k k
3 1,12 0, 958 0, 765 0, 566
4 1,45 1,34 1,17 1,01 0, 814 0, 617
5 1,65 1,53 1,4 1,24 1,07 0, 874 0, 675
7 2 1,88 1,75 1,62 1,5 1,33 1,15 0, 955 0, 755
10 2,11 1,98 1,84 1,72 1,58 1,41 1,23 1,03 0, 828
15 2,53 2,42 2,2 2,06 1,91 1,79 1,65 1,47 1,3 1,09 0, 886
20 2,58 2,47 2,24 2,11 1,96 1,82 1,69 1,51 1,33 1,12 0, 917
25 2,61 2,5 2,26 2,14 1,98 1,85 1,72 1,53 1,35 1,14 0, 936
Tamanho
da amostra
Nível de qualidade aceitável (inspeção normal)
O procedimento descrito anteriormente foi implementado para monitorar a qualidade
do tecido recebido e garantir o uso de tecidos com qualidade inadequada. O
fluxograma, Figura 37, mostra o processo, desde o recebimento do lote até
execução dos testes.
63
Figura 37 - Fluxograma do controle de qualidade.
4.4 SOFTWARE ESTATÍSTICO
Foi adotado nas análises dos dados para todos os testes realizados o software
estatístico Minitab 16.
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1 TESTE EM LABORATÓRIO
Na Tabela 9 têm-se as características do tecido padrão com um tecido testado. O
novo tecido apresenta contextura, gramatura, permeabilidade ao ar, tipo de fio e
resistência à tração diferente do padrão. Teoricamente algumas dessas
características conferem melhor desempenho na filtragem como melhor
desprendimento da torta, menor tendência ao cegamento, menor probabilidade ao
64
rasgo, e consequentemente maior vida útil. Entretanto as características da polpa
utilizada no processo de filtragem foi um fator decisivo no desempenho do tecido.
Tabela 9 - Características do tecido
Característica do tecido Padrão Teste
Tipo de fibra Poliamida Poliamida
Tipo de fio do urdume Fio tipo A Fio tipo B
Tipo de fio da trama Fio tipo A Fio tipo B
Gramatura (g/m²) Baixa Média
Permeabilidade ao ar de
200Pa (m³/m²/min)Alta Baixa
Resistência a tração
longitudinal (N)Baixa Alta
Resistência a tração
transversal (N)Baixa Alta
Foram preparadas duas amostras de polpa com sólidos apresentando áreas
superficiais específicas diferentes, porém o pH e densidade da duas polpas foram
iguais, conforme a Tabela 10. Foram utilizados três ciclos de filtração no teste de
folha, conforme pode ser visualizado na Tabela 11.
Tabela 10 - Caracterização da polpa.
Área Superficial 1
(cm²/g)1750
Área Superficial 2
(cm²/g)2025
Densidade (g/cm³) 2,05
pH 11,5
Caracterização da amostra
Tabela 11 - Ciclos de filtragem.
Ciclos
Formação 12 15 18
Secagem 36 45 54
Total 80 100 120
Tempo (s)
65
As imagens foram capturadas através da lupa, na Figura 38 verificou-se que o tecido
padrão apresentou partículas aderidas entre os filamentos do fio, esse fato foi
observado para as duas polpas utilizadas, e na Figura 39 observou-se que não
houve esse problema para o tecido em teste. De acordo com a teoria, o tecido em
teste apresenta menor eficiência na clarificação do filtrado do que tecido atual da
Samarco, entretanto o tecido em teste por não apresentar partículas retidas entre os
filamentos possui menor tendência ao cegamento e, consequentemente, pode
apresentar um ganho na vida útil do tecido.
Figura 38 – Tecido padrão. a) tecido limpo (frente e verso). b) tecido sujo (frente e verso).
a)
b)
66
Figura 39 - Imagens do tecido de teste. a) tecido limpo (frente e verso). b) tecido sujo (frente e verso).
Nos resultados da taxa unitária de filtragem (TUF) do teste de folha para uma polpa
com material de baixa área superficial e para diferentes ciclos, mostraram que o
tecido padrão apresentou um desempenho superior ao tecido de teste. Entretanto, a
umidade residual da torta para o tecido de teste foi inferior ao tecido padrão. Além
disso, foi observado que a umidade da torta reduzia com o aumento do tempo de
ciclo e esse comportamento foi verificado no tecido padrão e no tecido de teste,
Figura 40.
a)
b)
67
10,710,6 10,5 10,4 10,3 10,2
0,790,70
0,650,72 0,67 0,63
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
9,5
10,0
10,5
11,0
11,5
12,0
12,5
13,0
80 100 120 80 100 120
Padrão Teste
TU
F (tm
s/h
/m2)
Um
ida
de
(%
)
Tempo de cicloTecido
Área Superficial Baixa
Umidade (%)
TUF (tms/h/m2)
Figura 40 - Umidade e TUF com material de baixa área superficial.
O teste de folha realizado com material de área superficial alta resultou em valores
de TUF indesejados tanto para o tecido padrão quanto para o tecido de teste. Para
essa condição, o tecido de teste continuou com uma umidade inferior ao tecido
padrão para todos os tempos de ciclos adotados. Considerando o ciclo de filtragem
mais aplicado (100 s), o tecido de teste obteve uma redução de 0,7% de umidade,
Figura 41.
Em relação à TUF pode-se verificar que o tecido padrão teve melhor desempenho.
Entretanto, com a redução do tempo de ciclo do tecido em teste foi possível otimizar
a produtividade obtendo-se menores teores de umidade residual do pellet feed do
tecido padrão, conforme observar-se na Figura 41.
11,4 11,511,3
11,110,8
10,9
0,500,45 0,42 0,44 0,42 0,39
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
9,0
9,5
10,0
10,5
11,0
11,5
12,0
12,5
13,0
80 100 120 80 100 120
Padrão Teste
TU
F (tm
s/h
/m2)
Um
ida
de
(%
)
Tempo de cicloTecido
Área Superficial Alta
Umidade (%)
TUF (tms/h/m2)
Figura 41 - Umidade e TUF com material de alta área superficial.
68
Na Figura 42 verificou-se que a concentração de sólidos no filtrado dos dois tecidos
apresentou comportamento similar. O aumento da área superficial ocasionou um
aumento do percentual de sólidos no filtrado, conforme se esperava.
Área Superficial
TestePadrão
BaixaAltaBaixaAlta
25
20
15
10
5
0
Co
nce
ntr
ação
de
só
lid
os (
g/L
)16
22
11
21
Sólidos no filtrado - Laboratório
Figura 42 - Concentração de sólidos no filtrado.
Portanto, o tecido de teste mostrou que independentemente da área superficial que
se encontra o sólido da polpa, ele apresentará níveis de umidade e sólidos no filtra-
do menor do que o atual tecido. Entretanto, a diferença de TUF para o tecido de tes-
te não foi considerada significativa conforme análise estatística realizada com os
dados dos testes, Figura 43 e Figura 44. A análise estatística adotada foi o teste “t”,
pois ele é apropriado para comparar as médias de uma variável quantitativa entre
dois grupos independente.
Figura 43 - Teste da diferença média dos resultados de TUF para área superficial de 1750 cm2/g.
Gerado por meio do software estatístico Minitab 16.
69
Figura 44 - Teste da diferença média dos resultados de TUF para área superficial de 2525 cm2/g.
Gerado por meio do software estatístico Minitab 16.
5.2 TESTE INDUSTRIAL QUALITATIVO
5.2.1 Um Tubo de filtrado
O dimensionamento do tecido para os setores utilizados nos filtros da usina foi
adequado, encaixando com facilidade nos setores e assim agilizando a montagem
do tecido no setor.
Os tecidos colocados em 1 tubo de filtrado apresentaram boa formação e
desprendimento da torta, Figura 45. Além disso, a espessura da torta do tecido de
teste foi visualmente similar ao tecido padrão, Figura 46.
Figura 45 - Formação e desprendimento da torta do tecido de teste.
TESTEPADRÃO
Figura 46 - Espessura da torta.
Formação Desprendimento
70
Durante o teste em um tubo de filtrado nenhum tecido foi retirado. Esse é um forte
indicativo de que este tecido pode apresentar uma elevada vida útil, por isso
realizou-se as amostragens nesse tecido.
A partir dos dados de amostragem, verificou que os valores de umidade para o
tecido de teste foram sempre menores do que o tecido padrão e os resultados de
produtividade foram similares até aproximadamente o vigésimo dia de teste, Figura
47. A partir desse dia foi verificada uma redução de 0,20 tms/h/m2. As trocas
efetuadas nos setores com tecido padrão, certamente contribuíram para que a
produtividade desse tecido não reduzisse com o tempo.
Esses resultados são condizentes com os resultados obtidos em laboratório, onde o
tecido de teste resultou em menor umidade e sólidos no filtrado do que o padrão e
mesma produtividade.
10,7
10,3
10,5
10,0
10,9
10,0 10,3
10,3
10,1
10,2
10,1
10,1
9,9
9,8
9,6 1
0,1
8,5
9,4
9,9
9,3
9,0 9,1
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
8
9
10
11
12
13
14
15
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
TU
F (
tms
/h/m
2)
Um
ida
de
(%
)
Número de amostragens
Tubo de Filtrado
Padrão Teste Padrão Teste
Figura 47 - TUF e umidade do filtro em 1 tubo de filtrado.
5.2.2 Meio filtro - Teste quantitativo
5.2.2.1 Avaliação quantitativa da umidade do pellet feed e produtividade do tecido.
71
O período de amostragens para os tecidos de teste e padrão foi de 22 dias para
avaliação da produtividade e umidade. Nesse período o filtro operou 85% horas
calendário, ou seja, superior à média usual e, por isso, aceitável para um teste.
Os resultados de produtividade, Figura 48, mostraram que os dois tecidos possuem
desempenho muito semelhante, pois exibiram valores de TUF próximos e mesma
tendência. Através da análise estatística para as duas amostras de tecidos verificou
que não houve diferença significativa entre os tecidos, Figura 49. Aparentemente,
existe uma tendência de queda da produtividade. Contudo, analisando-se os
resultados de superfície específica do pellet feed produzido pela filtragem, Figura 50,
percebe-se que nos dias de maior produtividade, coincidentemente durante as
amostragens iniciais, estava sendo processado material com menor área superficial
específica, o que condiz com a Lei de Darcy.
2018161412108642
1,3
1,2
1,1
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
Número de amostragens
TU
F (
tms/h
/m2)
Padrão
Teste
Produtividade - meio filtro
Figura 48 - Histórico da TUF do tecido de teste e padrão.
72
Figura 49 - Teste da diferença média dos resultados de TUF gerado por meio do software estatístico Minitab 16.
22212019181716151413121110987654321
1800
1700
1600
1500
1400
1300
Período de teste
Áre
a S
up
erf
icia
l (c
m2/g
)
Área Superficial
Figura 50 - Resultados de acompanhamento da produção de superfície específica do pellet feed na entrada da prensa. Gerado por meio do software estatístico Minitab 16.
A Figura 51 mostrou que, aparentemente, o resultado de umidade do tecido de teste
foi menor do que o tecido padrão, principalmente até a décima terceira amostragem.
Contudo, com a análise estatística dos dados verificou que o resultado de umidade
dos dois tecidos não houve diferença significativa conforme mostra a Figura 52.
73
2018161412108642
11,0
10,5
10,0
9,5
9,0
Número de amostragens
Pe
rce
ntu
al d
e u
mid
ad
e (
%)
Padrão
Teste
Umidade - Meio filtro
Figura 51 - Histórico da umidade do tecido de teste e padrão.
Figura 52 - Teste da diferença média dos resultados de umidade gerado por meio do software estatístico Minitab 16.
Observou-se ainda, Figura 53, que o tecido de teste não apresentou uma correlação
da umidade em função da produtividade. Certamente outras variáveis como área
superficial específica do material, velocidade de rotação, pressão de vácuo, estado
de agregação, entre outros, têm um efeito tão grande, ou maior, do que a
produtividade na umidade. O tecido padrão, por sua vez, apresentou uma forte
tendência, indicando que apesar dessa não ser a única variável preditora, ela
certamente é significativa.
74
Figura 53 - Correlação entre a umidade e produtividade em função do tipo de tecido
5.2.2.2 Avaliação quantitativa da vida útil
Durante 33 dias de acompanhamento, foram retirados 90% dos tecidos de teste
montados no filtro.
Para determinação da vida útil dos tecidos foram consideradas as quantidades de
tecidos retirados até 21 dias após sua instalação no filtro. Nesse período foram
retirados 35% dos tecidos de teste e 138% dos tecidos padrão, Figura 54. O
rendimento operacional, nesse período, foi de 75 %. Foi determinado um aumento
na vida útil do tecido em 3,6 vezes com a utilização do tecido de teste, Figura 55.
Dias de teste
testepadrão
31282522191613107413128252219161310741
60
50
40
30
20
10
0
Pe
rce
ntu
al
de
te
cid
os t
roca
do
s (
%)
Troca de Tecido - Meio Filtro
Figura 54 - Histórico da quantidade de tecidos retirados no filtro durante o teste.
75
3,6 vezes
Figura 55 - Vida útil média, em horas de operação dos tecidos do filtro.
Observou que uma pequena quantidade dos tecidos de teste foi retirada intacta,
falhando por cegamento, e a maioria foi retirada pelo surgimento de rasgos na
lateral, Figura 56, ou presença de furos na face do tecido, Figura 57. Os rasgos na
lateral ocorreram predominantemente nos tecidos de teste com menor vida útil. Os
furos ocorrem em função de defeitos no setor que são originadas pelo uso. A
utilização de sub-tela poderá ser avaliada como alternativa para minimização do
atrito entre o tecido e essas regiões danificadas dos setores.
Figura 56 – Fotos dos tecidos retirados por rasgo na lateral.
76
Defeito no setorRasgo no tecido
Defeito no setorFuro no tecido
Figura 57 – Fotos dos tecidos retirados por furos na face.
5.2.3 Filtro Completo
5.2.3.1 Filtro A
Um dos filtros instalados para avaliação dos tecidos de teste foi filtro A. Foram
realizadas amostragens para verificar se a produtividade e umidade do tecido de
teste seriam semelhante ao tecido padrão. A queda de produtividade observada
entre a décima terceira até décima oitava amostragem, Figura 58, ocorreu para
ambos tecidos, no qual teve como principal causa à qualidade do material
alimentado no período, com área superfície específica acima do limite superior de
especificação.
77
454035302520151051
1,1
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
Número de amostragens
TU
F (
tms/h
/m2)
Padrão
Teste
Produtividade - Filtro Completo
Figura 58 - Histórico dos resultados de TUF da amostragem para comparação do filtro de teste e padrão.
Nesse período, através da análise estatística a produtividade média do tecido de
teste e padrão foi considerada semelhante, conforme Figura 59.
Figura 59 - Analise da diferença das médias dos resultados de TUF das amostras coletadas. Gerado por meio do software estatístico Minitab 16.
O filtro com tecido de teste apresentou menor umidade do que os filtros com tecido
padrão em vários momentos conforme a Figura 60, porém não houve diferença
estatística entre os resultados, Figura 61.
78
454035302520151051
11,5
11,0
10,5
10,0
9,5
Número de amostragens
Pe
rce
ntu
al d
e u
mid
ad
e
Padrão
Teste
Umidade - Filtro Completo
Figura 60 - Histórico dos resultados de umidade da amostragem para comparação do filtro de teste e padrão.
Figura 61 - Análise da diferença das médias dos resultados de umidade das amostras coletadas. Gerado por meio do software estatístico Minitab 16.
No filtro A o tecido testado foi trocado preventivamente 32 dias após início de
operação. Com isso, não foi observado o aumento do ritmo de troca de tecidos.
Nesse período somente 8,3% dos tecidos, saíram por rasgo, Figura 62. Esse
resultado confirmou as suspeitas anteriores do tempo ideal para realização da troca
geral preventiva desse tecido.
79
5351494745434139373533312927252321191715131197531
4
3
2
1
0
Dias de teste
Pe
rce
ntu
al d
e T
ecid
os T
rocad
os (
%)
Troca de tecidos - filtro completo
Troca Geral – troca de 100% dos tecidos
Troca Geral
Figura 62 - Troca de tecidos de teste no filtro A. A troca geral corresponde em trocar 100% dos tecidos do filtro.
5.2.4 Sólidos no filtrado
Os tecidos de teste foram colocados em 3 filtros diferentes para avaliação, assim
possibilitou obter os resultados de percentual de sólidos no filtrado para todos
tecidos de teste e comparar com o tecido padrão. O percentual de sólidos no filtrado
foi avaliado por comparação dos resultados coletados, determinados diariamente
nos dois balões dos filtros. A média, Figura 63, mostra que os filtros com tecido
padrão e os com tecido de teste apresentaram resultados dentro do limite de
especificação.
A análise da diferença das médias dos resultados mensais de sólidos no filtrado
mostrou que o tecido padrão e de teste não tiveram desempenho diferente, Figura
64. A Figura 65 indicou que o teor de sólidos no filtrado sofre influência de alguns
ruídos não considerados na análise, como por exemplo, qualidade do material,
número de tecidos consumido, etc., do que o próprio tipo de tecido.
80
testepadrão
50
40
30
20
10
0
Tecido
Co
nce
ntr
ação
de
só
lid
o (
g/L
)23
9
Concentração de Sólidos no Filtrado
Figura 63 - Média dos sólidos no filtrado para os filtros com tecido padrão e de teste.
Figura 64 - Diferença das médias mensais de sólidos no filtrado. Gerado por meio do software
estatístico Minitab 16.
Figura 65 - Análise do efeito do tecido no resultado mensal de sólidos no filtrado. Gerado por meio do software estatístico Minitab 16.
5.2.5 Vida útil
81
A vida útil dos tecidos foi determinada utilizando-se as informações de quantidade
trocada de tecidos e data de retirada. Para determinação da vida útil do padrão,
foram considerados todos os tecidos retirados por rasgo por um período de um mês
na usina, resultando um total de 3.701 tecidos padrão trocado. Para o tecido de teste
foram considerados os dados de troca em todos os filtros com tecido de teste.
Numa primeira análise, foi o consumo do tecido de teste foi de 5,5 vezes menor do
que o padrão, ou seja, 6,7 contra 1,2 unidades/filtro/dia para o tecido padrão e de
teste, respectivamente.
Contudo, essa avaliação não leva em consideração que o tecido padrão estava
sendo trocado preventivamente num curto intervalo de tempo e o de teste, na
maioria das vezes, só passava pela troca geral depois do tempo ideal para que a
troca preventiva fosse efetuada. Desse modo, foi necessária uma avaliação mais
adequada, que levasse essas informações em consideração. Logo, foram
determinadas as probabilidades de falha de cada tecido com base nas datas de
troca dos mesmos e o motivo: por falha (rasgo) ou por suspensão (troca preventiva).
Para o tecido de teste só foram considerados aqueles tecidos retirados antes de 30
dias de operação. Isso porque foram percebidos dois padrões distintos de falha no
filtro: rasgo na face do tecido nos dias iniciais de operação e rasgo na lateral do
tecido após 30 dias de operação. Essa estratificação por tipo de falha é uma
premissa para esse tipo de análise, já que o segundo tipo de falha só ocorre depois
de um período de operação muito maior do que o primeiro e após o cegamento dos
tecidos. A Figura 66 considera somente as informações de troca relativas ao
primeiro tipo de falha. Dessa forma, foram considerados 881 dados para cálculo da
vida útil do tecido de teste.
Os gráficos da Figura 66 mostram formas diferentes de representar a quantidade de
tecidos consumidos em decorrência dos dias de acompanhamentos do teste. Por
exemplo, o gráfico Survival Fuction mostra comportamento do percentual de tecidos
trocados ao longo dos dias, isto é, com aproximadamente 20 dias de operação, 50%
dos tecidos padrão colocados no filtro já haviam sido trocados. Ao contrário do
tecido de teste, que em 20 dias de avaliação só tinha sido trocado aproximadamente
10% dos tecidos instalados.
Com base nas distribuições de probabilidade de falha obtidas, foi possível
determinar a vida útil dos tecidos. Para isso, foi considerado que a troca geral
82
deveria ocorrer quando a probabilidade de falha, por rasgo, fosse superior a 10%.
Desse modo, foi determinado que o tempo ideal para troca geral devesse ser de 7
dias para o padrão e 24 dias para o de teste. Com isso, tem-se que a vida útil do
tecido de teste é 3 vezes maior do que a do padrão.
16012080400
0,03
0,02
0,01
0,00
TF (dias)
PD
F
1001010,1
90
50
10
1
0,01
TF (dias)
Pe
rce
nt
16012080400
100
50
0
TF (dias)
Pe
rce
nt
16012080400
0,4
0,2
0,0
TF (dias)
Ra
te
Padrão
Teste
Tecido
1,88750 23,2321 0,971 806 2895
2,24342 70,7217 0,964 161 720
Shape Scale C orr F C
Table of Statistics
Probability Density Function
Survival Function Hazard Function
Distribution Overview Plot for TF (dias)LSXY Estimates-Censoring Column in Suspensão
Weibull
Figura 66 - Distribuições de probabilidade de falha dos tecidos de teste e padrão. Gerado por meio do software estatístico Minitab 16.
A partir dos resultados gerados pelo estudo de caso, verificou-se que a metodologia
foi capaz de direcionar o desenvolvimento de tecidos de forma estruturada.
83
6 CONCLUSÃO
A partir dos resultados obtidos pelo estudo de caso, verificou-se que a metodologia
desenvolvida para avaliação de tecidos filtrantes atendeu, tecnicamente, em escala
laboratorial e em escala industrial. A metodologia foi capaz de avaliar fatores
fundamentais para o processo de filtragem como percentual de umidade,
produtividade, concentração de sólidos no filtrado, tipos de falhas predominantes e
vida útil do componente. Portanto capacitou à escolha do meio filtrante mais
promissor ao processo.
No estudo de caso analisado, observou-se que o tecido de teste resultou em
percentuais de umidade inferiores ao tecido padrão, sendo esse fato notado para
dados laboratoriais e industriais.
A produtividade de ambos tecidos não houve diferença estatística. Porém o tecido
de teste afetou positivamente a produção da usina, pois como sua vida útil foi
elevada, as paradas de trocas de tecidos foram inferiores aos filtros com tecido
padrão. Portanto, o tecido de teste proporcionou ganho de produção na usina.
O percentual de sólidos no filtrado em escala laboratorial e industrial de ambos
tecidos ficou abaixo da especificação. No entanto, em escala industrial o tecido
padrão apresentou uma menor variabilidade.
84
REFERÊNCIAS
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