ESTUDO DA POROSIDADE DE TORTAS DE FILTRAÇÃO DE GASES EM FILTROS DE TECIDO

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1 ESTUDO DA POROSIDADE DE TORTAS DE FILTRAÇÃO DE GASES EM FILTROS DE TECIDO 1 Karina Matugi, Isabela Martinatti, 3 Amélia Giovana Fargnoli, 4 Mônica Loes Aguiar 1 Aluna e Iniciação Científica PET/DEQ-UFSCar, iscente o curso e Engenharia Química Aluna e Iniciação Científica DEQ-UFSCar, iscente o curso e Engenharia Química 3 Aluna e Mestrao, CNPq/UFSCar, iscente o curso e Engenharia Química 4 Professora o Deartamento e Engenharia Química a Universiae Feeral e São Carlos/SP 1,,3,4 Deartamento e Engenharia Química a Universiae Feeral e São Carlos Roovia Washington Luis, km 35, Caixa Postal 676, CEP , São Carlos SP mlaguiar@ufscarbr RESUMO - Este trabalho visou investigar a orosiae as tortas e filtração e gases ao longo o temo, tornano o roceimento e formação e e eosição e artículas finas no meio filtrante mais bem comreenios e ossibilitano o rojeto e filtros mais eficientes e econômicos Para tanto, foram realizaos quatro ensaios e filtração teno como meio filtrante um filtro e tecio em escala iloto, teno como variante a quea e ressão (100, 300, 600 e 900 mmh O) Outros arâmetros relacionaos aos materiais e equiamentos utilizaos foram mantios constantes A velociae suerficial e filtração emregaa foi e 10 cm/s O material ulverulento utilizao foi o concentrao fosfático e o meio filtrante utilizao foi um feltro e oliéster tratao, gramatura 600 g/m Utilizano uma correlação a literatura, obtiveram-se valores e orosiae méia (0,54, 0,50, 0,46 e 0,50; resectivamente ara caa quea e ressão escolhia) razoáveis se comaraos aos reitos ela literatura (Ito, 00; Negrini, 000) Concluiu-se que a orosiae iminui com o temo e filtração, mas a orosiae méia iminui e volta a aumentar com o temo, resultao também obtio or Negrini et al, (000) Palavras-Chave: filtração e gases, quea e ressão, orosiae as tortas e filtração INTRODUÇÃO O rocesso e filtração e gases consiste numa imortante oeração utilizaa na searação gás-sólio Neste rocesso uma corrente gasosa, conteno o material articulao, assa or um meio filtrante one as artículas são eositaas formano uma camaa e ó conhecia como torta e filtração e gases Alguns os meios filtrantes mais emregaos na searação gás-sólio são os filtros e tecio (filtros e manga) Esses são utilizaos or serem financeiramente viáveis, e fácil oeração e altamente eficientes na remoção e artículas, chegano a atingir valores sueriores a 99%, em uma amla faixa granulométrica (Ito, 00) Para aerfeiçoar e melhorar o rocesso e filtração faz-se necessária uma comreensão mais etalhaa as características estruturais as tortas e filtração e gases Dentre essas características encontra-se a orosiae as tortas e filtração que é resonsável ela quea e ressão no filtro urante a oeração e filtração e ela frequência e limeza o mesmo Salientano-se que a quea e ressão no filtro é eterminante o gasto energético o equiamento e também a eficiência o rocesso e filtração, torna-se imrescinível a comreensão mais arofunaa a orosiae e tortas e ó Contuo, a obtenção os valores e orosiae é comlexa aa à fragiliae a camaa e ó que oe ser alteraa urante seu manuseio Dessa forma, Coury (1983) esenvolveu um métoo ara estimar a orosiae as tortas e filtração baseao em equações a literatura, as quais escrevem a resistência e um meio oroso ao escoamento e um fluio ara queas e ressão meias na camaa e ó ara uma eterminaa vazão e gás e conheceno-se a massa total a torta A este métoo eu-se a nomenclatura e Métoo Inireto Alguns autores esenvolveram métoos e eterminação exerimental a orosiae utilizano-se e um roceimento e embutimento a torta e obtenção e imagens através e um microscóio eletrônico e varreura, conhecio como Métoo Direto (Aguiar e Coury, 1995) e também e um equiamento a laser (Tsai e Cheng, 1998) Outros esenvolveram moelos ara revisão a orosiae, quea e ressão e eficiência e coleta nas tortas e filtração (Al Otoom, 005) e um equiamento ara a eterminação a esessura a torta que oe ser utilizaa ara VIII Congresso Brasileiro e Engenharia Química em Iniciação Científica 7 a 30 e julho e 009 Uberlânia, Minas Gerais, Brasil

2 rever a orosiae a mesma (Cheng e Hsian, 009) Ito (009) eterminou a orosiae e tortas formaas or amio e milho, olvilho oce e concentrao fosfático utilizano uma aatação o métoo criao or Aguiar e Coury (1995) Nesse estuo um microscóio ótico foi emregao no lugar e um MEV Negrini et al (000), usano como material ulverulento o concentrao fosfático (rocha fosfática) e ensiae,940 g/cm 3 e iâmetro méio e artícula e 18 µm, verificou que, com a variação a velociae e filtração, a orosiae as tortas e ó era menor na interface tecio-torta e maior na interface torta-ar e que ela iminui com o aumento a esessura a torta Estes resultaos são róximos aqueles encontraos or Aguiar e Coury (1996) na investigação a orosiae e tortas formaas or calcário olomítico Em vista o que foi aresentao, este trabalho teve como objetivo estimar a orosiae e tortas e filtração e gases ao longo o temo, manteno-se a velociae suerficial e filtração constante e variano-se a quea e ressão através o métoo inireto roosto or Coury (1983) MATERIAIS E MÉTODOS Os exerimentos foram realizaos no laboratório e Controle Ambiental o Deartamento e Engenharia Química na Universiae Feeral e São Carlos Materiais O meio filtrante utilizao foi o feltro e oliéster tratao, gramatura 600 g/m fornecio ela emresa Gino Cacciari Os materiais utilizaos e suas esecificações encontram-se na Tabela 1 Tabela 1 Daos os materiais utilizaos Parâmetros a filtração Filtro Daos Poliéster Área o filtro (m ) 0,049 Partícula Concentrao fosfático Diâmetro a artícula(m) 5,60x10-6 Densiae a artícula (kg/m 3 ) Gás filtrao 3,0x10 3 Ar Densiae o gás (kg/m 3 ) 1,17 Viscosiae o gás (kg/ms) 1,80x10-5 Equiamento A Figura mostra o esquema o equiamento utilizao nos ensaios e filtração que inclui o alimentaor e ó, a caixa e filtração, o soraor e o sistema e aquisição e aos Neste estuo foi utilizao como material ulverulento um concentrao fosfático com ensiae e artícula (ρ ) igual a 3, g/cm 3 e iâmetro méio e artícula (iâmetro e Stokes) igual a 5,6 µm O valor e ensiae o ó foi meio usano um icnômetro e hélio, através o equiamento AccyPyc 1330 a MICROMETRICS, enquanto o iâmetro a artícula foi meio usano um equiamento caracterizaor e artículas, Seigraf a MICROMETRICS moelo 5000, o Deartamento e Engenharia e Materiais a UFSCar A istribuição granulométrica o ó encontra-se na Figura 1 Caixa e alimentação e esumiificação Ar comrimio Colunas e esumiificação Sistema e aquisição e aos Caixa e filtração Suorte o filtro Sistema e filtração Placa e orifício Figura Esquema geral o equiamento e filtração e limeza Proceimento exerimental Figura 1 Distribuição granulométrica o ó Ensaios e Filtração: Durante a filtração, o material ulverulento era iserso no ar, a uma vazão constante controlaa elo alimentaor e ó O ar sujo era sugao ara o interior a caixa e filtração e assava elo tecio osicionao horizontalmente (erenicularmente ao escoamento o ar) A eosição as artículas

3 nas fibras o tecio formava a torta e ó O ar limo que saía o filtro tinha sua vazão e sua quea e ressão meias or uma laca e orifício Esse ar assava elo soraor e era escartao na atmosfera A filtração era realizaa até se atingir o valor e quea e ressão estiulao A velociae suerficial e filtração foi mantia constante urante toa a formação a torta em toos os ensaios, seno e 10 cm/s Foram realizaos quatro ensaios e filtração, até a quea e ressão atingir 100, 300, 600 e 900 mmh O, resectivamente, formano-se quatro tortas e iferentes esessuras Estimativa a Porosiae Méia a Torta e Filtração: A clássica equação e Ergun (195) oe ser utilizaa ara estimar a quea e ressão através e um meio oroso comosto or artículas e um eterminao iâmetro Essa e- quação foi originalmente esenvolvia ara artículas na faixa e tamanho e 10 a 10 4 µm, orosiae o leito entre 0,1 e 0,75 e número e Reynols a artícula maior que a uniae (Negrini et al, 000) Esta equação foi emregaa ara o escoamento através a torta e filtração, aesar este estuo utilizar artículas menores (1 a 10 µm) Dessa forma, ara uma torta e esessura L, formaa ela eosição e artículas na suerfície e um filtro e manga, a equação e Ergun toma a forma a Equação 1: RESULTADOS E DISCUSSÃO Ensaios e Filtração A Figura 3 ilustra as curvas e filtração ara as quatro queas e ressão estiulaas neste trabalho, ara a velociae suerficial e filtração e 10 cm/s Nessa figura, verifica-se que uma maior quea e ressão significa maior temo e filtração e e massa e ó eositaa na suerfície o meio filtrante Poe-se notar a suerosição as curvas o que ermite suor que caa torta seja reresentativa e um estágio anterior a torta mais esessa Essa figura ermite, aina, observar que aós a etaa e eosição as rimeiras camaas e ó no filtro, as curvas aresentam um comortamento raticamente linear, o que também foi observao or Negrini et al (1999) P L = 150 ( 1 ε) µ V f ( 1 ε) 3 ε ρ g + 1,75 3 ε V f (1) em que, P é quea e ressão na torta, ε a orosiae méia a torta, µ e ρ g a viscosiae e a ensiae o gás, resectivamente, o iâmetro méio as artículas, V f a velociae suerficial o fluio e L a esessura o meio (RODRIGUES, 006) A massa e artículas eositaa no filtro é aa ela Equação : M Qt = LA ρ (1 ε ) () = Figura 3 - Quea e ressão versus temo e Filtração ara as quatro queas e ressão avaliaas Obtenção os Valores e Porosiae A Figura 4 mostra a variação a orosiae com o temo e filtração one Q é a vazão mássica e ó, A a área suerficial a torta, ρ a ensiae as artículas e t o temo e filtração Isolano-se L na Equação e substituino-o na Equação (1), temos a Equação 3, que é a equação e Ergun moificaa: P t ( 1 ε) µ QV f Q = , ε Aρ ε Aρ ρ V g f (3) A Equação 3 oe ser utilizaa ara estimar a orosiae as tortas e filtração a artir e aos e P vs t (SILVA, et al, 1999) No resente estuo, essa equação foi emregaa ara eterminar a orosiae méia as tortas e filtração Figura 4 Comortamento a orosiae em função o temo e filtração ara as quatro queas e ressão avaliaas

4 Observa-se, nessa figura, que a orosiae estimaa ela Equação 3 iminui com o temo e filtração, variano e 0,66 a 0,44 Nota-se que toos os ontos tenem a se agruar em uma mesma tenência, orém ocorreu um esvio em relação à esessura a torta Esse esvio oe ter sio causao ela influência a umiae relativa o ar, or alguma variação a vazão o ó, uma vez que as tortas foram obtias em ias iferentes Os valores e orosiae méia estimaos ela Equação 3 ara as quatro queas e ressão em questão estão reresentaos na Figura 5, one oe-se verificar que a orosiae méia ecresceu inicialmente com a massa e ó eositaa (variou e 0,54 a 0,46) e eois aumentou ara 0,50 Esse comortamento também foi observao or Negrini et al (001) que verificou que a orosiae méia, estimaa ela equação e Ergun moificaa, iminuía e eois aumentava ara as velociaes suerficiais e filtração e 6,8 cm/s e 8,9 cm/s Ito (00), utilizano a mesma equação emregaa neste trabalho, verificou um valor e orosiae méia e 0,40 ara uma torta e concentrao fosfático ara a mesma velociae este estuo Figura 5 Comortamento a orosiae méia calculaa ela Equação 3 em função a massa e ó eositaa na suerfície o filtro CONCLUSÕES De acoro com os aos exerimentais, conclui-se que: o exerimento mostrou ser reroutível através a coinciência os ontos obtios ara caa quea e ressão máxima estiulaa; os valores e orosiae ara tortas e filtração formaas elo concentrao fosfático variaram e 0,46 a 0,54; a orosiae iminui com o temo (ou seja, com o aumento a massa e ó acumulaa na suerfície o filtro), mas a orosiae méia iminui e eois aumenta com o aumento a massa e ó acumulaa NOMENCLATURA A Área suerficial e filtração, [m ] ρ g Densiae as artículas, [kg/m 3 ] ρ g Densiae o gás, [kg/m 3 ] - Diâmetro méio as artículas, [m] L Esessura o meio, [m] ε Porosiae a torta P Quea e ressão na torta, [N/m ] t Temo e filtração, [s] Q vazão mássica e ó, [kg/s] µ Viscosiae o gás, [kg/ms] V f Velociae Suerficial o Gás, [m/s] REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AGUIAR, M L; COURY, J R, 1996 Cake formation in fabric filtration of gas, Inustrial & Engineering Chemistry Research, vol 35, AGUIAR, M L, 1995 Filtração e gases em filtros e tecio: eosição e remoção a camaa e ó formaa PPGEQ/UFSCar, São Carlos-SP (Tese e Doutorao) AL-OTOOM, AY, 005 Preiction of the collection efficiency, the orosity, an the ressure ro across filter cakes in articulate air filtration, Atmosheric Environment, v39, CHEN, Y S, HSIAU, S S, 009 Cake formation an growth in cake filtration Power Technology, v 19, n, 17-4 COURY, J R 1983 Electrostatic effects in granular be filtration of gases Cambrige Univ, Inglaterra (Tese e Doutorao) ERGUN, S Flui flow through acke columns, 195 Chemical Engineering Progress, v48, n, ITO, L X, 00 Estuo a orosiae e tortas e filtração e gases PPGEQ/UFSCar, São Carlos-SP (Dissertação e Mestrao) ITO, L X; AGUIAR, M L, 009 A stuy of the orosity of gas filtration cakes, Brazilian Journal of Chemical Engineering, Vol 6, No 0, NEGRINI, VS; MARTINS, JC; COURY, JR E AGUIAR, ML Determinação a orosiae e tortas e filtração e gases em função a velociae suerficial e filtração In: XXIII CONGRESSO BRASILEIRO DE SISTEMAS PARTICULADOS, São João Del-Rei, MG, 000, Anais o XXVIII ENEMP, Teresóolis, RJ, 000, RODRIGUES, K B, 006 Filtração e gases: Estuo a eosição e iferentes tortas e filtração em iferentes meios filtrantes PPGEQ/UFSCar, São Carlos-SP (Tese e Doutorao) SILVA, CRN; NEGRINI VS; AGUIAR M L; COURY J R 1999 Influency of gas velocity on cake formation an etachment, Power Technology, v 101,

5 TSAI,CJ & CHENG, YH, 1998 Factors influencing ressure ro through a ust cake uring filtration, Aerosol Science an Technology, 9: AGRADECIMENTOS Os autores agraecem ao CNPq elo auxílio financeiro e à emresa Gino Cacciari elo fornecimento o tecio