PRÁTICAS DE FILTRAÇÃO

PRÁTICA DE FILTRAÇÃO

Resumo: A aula prática de filtração teve como objetivo a identificação das fases da filtração, a determinação dos valores de resistência média da torta (α), resistência do meio filtrante (Rm) e projetar equipamento para uma vazão de 1,66 m3/h. O ensaio foi realizado com um filtro prensa a fim de filtrar 25 Kg/m³ de carbonato de cálcio. Durtante o ensaio foi observado o tempo de filtração, para deteminados volumes de líquido clarificado coletado na saída do filtro, juntamente com a pressão aplicada. Assim foi possível indentificar as fases de filtração, sendo que as principais foram a fase em que a pressão é constante e a fase em que a vazão é constante, assim obtemos os valores de resistêcia média da torta e do meio filtrante. A partir da execução dos cálculos e realização dos gráficos foi observado que os valores obtidos de α e Rm foram contrários aos valores imaginados para a fase de pressão constante, já que estes deveriam ser iguais ou muito próximos. Isso ocorreu devido à falha na execução e/ou porque o carbonato sofreu compressão.

Palavras-chave: SEPARAÇÃO SÓLIDO – LÍQUIDO, TORTA, MEIO FILTRANTE

1. Introdução

Dentre as técnicas de separação de misturas, tem-se a técnica de filtração, esta separa componentes de uma mistura homogênea contendo uma fase sólida e uma fase líquida. Esta tem por finalidade separar sólidos de suspensões líquidas, através de um material poroso (filtro), o qual retém as partículas sólidas da mistura formando um depósito que se denomina torta e cuja espessura vai aumentando no decorrer da operação. Na área ambiental a filtração é de grande importância, principalmente em estações de tratamento de efluentes (ETE’s) de indústrias, para tratar o lodo gerado.

A aula prática envolvendo a técnica de filtração teve como objetivo:

Verificação das fases da filtração;

Estimar os valores de “Rm” e “α”;

Projetar equipamento para a vazão de 1,66 m3 /h;

2. Fundamentação teórica

A filtração é uma operação na qual é possível mecanicamente separar uma mistura de sólido-líquido com auxilio de um meio poroso. Para a separação ocorrer a mistura passa por um material poroso (filtro) que retém as partículas do sólido. A passagem da mistura através do papel filtro pode ser efetuada por ação da gravidade ou por pressão reduzida, com auxilio de uma trompa d’água. Na filtração por pressão reduzida a diferença de pressão é criada a partir da aplicação de uma força sobre a suspensão. Está pressão é a responssável pela passagem da mistura pelo meio filtrante, onde ocorre a retenção das partículas grossas presentes na suspensão formando uma camada de acúmulo conhecida por torta.

2.1. Meio Filtrante

É o meio que executa a separação dos sólidos de corrente líquida. A escolha adequada do meio filtrante deve ser baseada na sua capacidade, para: produzir um filtrado límpido, possibilitar uma retirada fácil da torta, ser resistente para não sofrer fissuras, romper-se ou para não sofrer ataque químico dos constituintes presentes na suspensão a ser tratada, apresentar uma boa e adequada distribuição de poros de modo a não comprometer o curso da filtração e também que apresente baixo custo e fácil limpeza. São diversos os materiais de filtro, como: algodão, polímeros sintéticos, metais. E estes dependem da aplicação, podendo ser leitos granulares, leitos rígidos, leitos metálicos ou tecidos.

2.2. Torta

É o acúmulo dos sólidos separados da corrente líquida sobre o meio filtrante. Com o passar do tempo da filtração, a torta começa a representar também uma resistência à filtração.

2.3. Fases da Filtração

I. Início do processo: as partículas sólidas da mistura começam a serem retidas no filtro, sendo esta a fase na qual a pressão é baixa, onde o meio filtrante é a única resistência, sendo que este é coletado no final do processo medindo-se o volume.

II. Filtração de vazão constante: nesta fase a filtração é efetivamente iniciada, ocorrendo aumento da pressão aplicada devido ao aumento da espessura da torta.

III. Filtração de pressão constante: a torta passa a ficar muito espessa e a bomba não consegue manter a vazão constante, desta forma o fluxo diminui. Vale resaltar que se o filtro não for do tipo contínuo a filtração começa a se aproximar do fim, nesta fase.

IV. Limpeza: ao final da filtração a placa é retirada juntamente com a torta efetuando a limpeza do equipamento.

A fim de responder os objetivos propostos pelo trabalho, os cálculos realizados partiram da equação fundamental da filtração, segundo equação 1 a baixo.

Equação 1: Equação fundamental da filtração:

dt/dv= (μ Cs α V)/(ΔP A²)+ (μ Rm)/(ΔP A)

Efetuando as devidas integrações e alteração na equação 1 chega-se a duas distintas equações para a obtenção de α (resistência média da torta) e Rm (resistência do meio filtrante), para pressão constante e vazão contante. Sendo que para calcular α e Rm para pressão contante foi usado a equação 2, a seguir.

Equação 2: equação para pressão constante

1/Q= (μ Cs α)/(2 A^2 ΔP)+ (μ Rm)/(A ΔP)

Sendo:

ΔP – variação de pressão (Pa);

μ – viscosidade (Pa.s);

c – concentração de sólidos (Kg.m-3);

Q – vazão (m³.s-1);

A – área das câmaras (m²);

v – variação de volume (m³).

Para vazão constante, por sua vez, a equação 3 foi a utilizada para cálculo.

Equação 3: equação para vazão constante:

ΔP= (μ Cs α Q^2 t)/A^2 + (μ Rm Q)/A

Onde:

ΔP