Os Parâmetros que Influenciam a Filtração de uma Suspensão

Trabalho nº 2 – Estudo de Parâmetros que Influenciam a Filtração de uma Suspensão

Trabalho realizado por:

• Miguel Tavares nº1150813
• Tiago Gonçalves nº1150797
• Filipe Fernandes nº1150615

Data(s) de execução: 27-11 a 11-12-2017

Data de entrega: 11-12-2017

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Sumário

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Índice

1.        Introdução        1

1.1.        Equações a utilizar        2

2.        Parte experimental        4

2.1.        Reta de calibração        4

2.2.        Filtração        4

3.        Resultados e discussão        5

4.        Conclusões        6

5.        Bibliografia        8

6.        Anexos        9

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1. Introdução

A filtração é uma técnica que permite separar sólidos de fluidos, líquidos ou gases, ao adicionar um meio pelo qual apenas o fluido consegue passar, normalmente papel de filtro. Estes papéis são constituídos por poros e, consoante o que se quer filtrar, pode-se escolher diferentes tipos de papel. O fluido que atravessa o papel é denominado por filtrado. A separação não é completa pois os sólidos podem ficar contaminados com algum fluido e o fluido pode conter partículas mais finas[1].

Existem dois tipos de filtração, por gravidade ou por vácuo. Na filtração por vácuo, utiliza-se uma bomba para reduzir a pressão, acelerando o processo. Na filtração por gravidade utiliza-se um filtro de pregas, em que se dobra o papel para aumentar a área de contacto, e na filtração por vácuo o papel é cortado do mesmo tamanho que o funil de Buchner a utilizar.

Neste trabalho vão-se estudar as influências de determinados parâmetros na filtração de um fluido com partículas sólidas de carbonato de cálcio. Os fatores que mais significativamente influenciam esta filtração são:

• Viscosidade
• Temperatura
• Tamanho das partículas
• Concentração de carbonato de cálcio
• Bolo
• Porosidade do filtro

A viscosidade está muito ligada à temperatura. Quanto maior a temperatura, menor será a viscosidade, e maior será a taxa de filtração.

Quanto maior for o tamanho das partículas, maior será a quantidade filtrada em termos de massa.

Quanto maior for a concentração de carbonato de cálcio maior será a massa filtrada, mas menor será o volume.

No decorrer da filtração, as partículas formam um bolo. Esta aglomeração de partículas pode causar um decréscimo da taxa de filtração, ou até mesmo tornar-se praticamente impermeável, impedindo a filtração.

O meio filtrante também influencia o processo de filtração. Tem de ter porosidade suficiente para permitir a filtração mas não entupir e ao mesmo tempo não pode ser demasiado poroso de modo a não deixar passar demasiadas partículas.[2]

1. Equações a utilizar

A equação de Carman-Kozeny permite relacionar a queda de pressão do bolo com o caudal e a porosidade:

                                         (eq. 1)        [pic 2]

onde,  é a queda de pressão na bolo, N/m2, L é a espessura do bolo, m,  é a porosidade do bolo,  é a viscosidade do fluído, Pa.s ,  é a velocidade de escoamento, m/s, Dp é o diâmetro equivalente da partícula, m.[pic 3][pic 4][pic 5][pic 6]

 também pode ser descrito pela seguinte equação:[pic 7]

                                               (eq. 2)                                                              [pic 8]

em que ρ é a densidade do mercúrio expressa em Kg/m3 , g é a aceleração da gravidade e  é a diferença de alturas entre os braços do manómetro[pic 9]

A velocidade linear ou velocidade de escoamento do fluido é baseada na área da secção transversal vazia e é descrita pela seguinte equação:

                                 (eq. 3)[pic 10]

Em que A é a área transversal do filtro, m2, S0 é a área superficial específica,m2/m3 ,  é a taxa de filtração e L é a espessura do bolo[pic 11]

A espessura do bolo irá depender do volume de alimentação do filtro. Isto permite saber a espessura, pois sabe-se que a massa de sólidos inicial é igual à massa do filtrado mais a do meio poroso:

                                (eq.5)[pic 12]

onde, ρs é a densidade de partículas sólidas no bolo, kg/m3, w é a concentração de sólidos na suspensão (kg sólidos/m3 filtrado) e V é o volume total do filtrado que passou pelo bolo, m3.

W pode ser obtido através da seguinte equação:

                                                                          (eq.6)     [pic 13]

Onde, ρ é a densidade da água à temperatura de 25ºC, kg/, cx é a concentração da suspensão, expressa em percentagem, %, e m o quociente entre a massa de bolo húmido e a massa de bolo seco.[pic 14]

Substituindo os L da equação 3 obtém-se a seguinte equação:

                                                                                      (eq.7)  [pic 15]

onde α corresponde à resistência específica do bolo, m/kg. O α é obtido da seguinte forma: