CAPÍTULO 2

FILTRO-PRENSA DE PLACAS E QUADROS

2.1 Introdução:

O filtro-prensa é, há muito tempo, o dispositivo de filtragem mais comum

na indústria química. Embora esteja sendo substituído, nas grandes instalações

por dispositivos de filtragem contínua, tem as vantagens de baixo custo na

inversão inicial, custo de manutenção pequeno e extrema flexibilidade de

operação. Por outro lado, a necessidade de desmontagem manual periódica

constitui um dispêndio de mão-de-obra que é, frequentemente, excessivo.

O modelo mais comum de filtro-prensa consiste em placas e quadros

que se alternam numa armação e que são comprimidos fortemente, uns contra

os outros, por meio de uma prensa-parafuso. Na figura 3.5 aparece um par

constituído por uma placa e um quadro com o meio filtrante; a figura 3.3 e 3.4 é

a foto da parte interna de um filtro-prensa de placa e quadro com todos os seus

acessórios; a figura 3.1 mostra a parte externa de um filtro-prensa.

2.2 Objetivo

Operar uma unidade de filtro-prensa de placas e quadros e realizar os

cálculos pertinentes.

a) Construir um gráfico da relação entre volume de filtrado e o tempo de

filtração em função do volume do filtrado para a mistura de

carbonato de cálcio e água.

b) Determinar as constantes da torta e do meio filtrante pelo

coeficiente angular e linear da reta (torta incompressível) em a.

c) (Opcional a critério do professor) Calcular pelas constantes e os

parâmetros: fração de vazios (Ԑ), resistência específica da torta (α) e do meio filtrante (Rm), espessura da torta equivalente ao meio filtrante (lh) e a capacidade do filtro.

2.3 Metodologia Experimental

2.3.1. Equipamentos

As figuras 3.1, 3.2, 3.3 e 3,4 apresentam as partes do filtro-prensa de

placas e quadros com seus acessórios. As utilidades para a operação são

energia elétrica e uma mistura de água e carbonato de cálcio (CaCO3).

Figura 3.1- Parte externa do filtro-prensa de placas e quadros 1) Tanque de suspensão, mistura sólido-líquido a ser separada. 2) Filtro-prensa de placas e quadros. 3) Conjunto motor-bomba.

Figura 3.2 – Parte frontal do filtro-prensa de placas e quadros. 1) Válvula de reciclo. 2) Válvula de limpeza. 3) Mangueira de filtrado.

Figura 3.3 – Parte interna do filtro-prensa de placas e quadros. 1) Carcaça. 2) Mandíbula fixa (corpo fixo do filtro). 3) Mandíbula móvel (corpo móvel do filtro). 4) Parafuso. 5) Corpo fixo com rosca interna para suporte do parafuso. 6) Haste ou manípulo para girar o parafuso e prensar o conjunto de placas e quadros com os meios filtrantes. 7) Manômetro de Bourdon.

Figura 3.4 – Parte interna do filtro-prensa de placas e quadros. 1) Corpo fixo com rosca interna para suporte do parafuso. 2) Parafuso. 3) Quadro com meio filtrante em ambos os lados para retenção da torta. 4) Mandíbula fixa (corpo fixo do filtro). 5) Orifício para limpeza. 6) Válvula do filtrado. 7) Diafragma do manômetro de Bourdon. 8) Placa para escoamento do filtrado. 9) Bandeja. 10) Mandíbula móvel (corpo móvel do filtro).

Figura 3.5 – Conjunto de placa e quadro com o elemento filtrante. 1) Quadro com um só furo para entrada da mistura sólido-líquido. 2) Meio filtrante. 3) Placa com um só furo para saída do filtrado.

2.3.2. Procedimento Experimental

Pese os elementos filtrantes e o conjunto de placas e quadros antes de

iniciar o experimento.

Monte as placas e os quadros com os meios filtrantes na sequência

apresentada na figura 3.4. Evite dobras nos meios filtrantes e faça

coincidir os orifícios destes meios com os orifícios de entrada da

suspensão e de saída do filtrado das placas e dos quadros.

Prense o conjunto (placas, quadros e meios filtrantes) girando o

parafuso pelo manípulo.

Adicione 40L de água no tanque e adicione 0,4 kg de cal.

Feche totalmente a válvula de alimentação e abra a válvula do reciclo.

Ligue o motor que aciona a bomba e abra lentamente a válvula de

reciclo. Se o procedimento for correto, a suspensão de carbonato de

cálcio e água sairá do tambor, passará pela bomba, válvula de reciclo e

retornará ao tanque em regime permanente.

Verifique a temperatura da mistura líquido-sólido presente no tanque de

suspensão.

Abra parcialmente a válvula de alimentação do filtro e feche totalmente a

válvula de reciclo para manter uma pressão constante no manômetro.

Dispare o cronômetro. Anote o tempo de filtração correspondente a cada

volume de 1000mL de filtrado recolhido no balde graduado até atingir o

volume de 20 litros. Após atingir o volume de 20 litros pare o cronômetro

e termine a anotação do par; tempo de filtração versus volume de

filtrado.

OBS: O tempo de filtração e o seu correspondente volume de filtrado para se

obter uma maior produção de torta e consequentemente maior quantidade de

filtração por ciclo é obtido através do cálculo da “capacidade máxima” que inclui

o tempo de montagem, limpeza e remontagem do filtro.

Gire o parafuso no sentido anti-horário, retire os quadros do filtro e

coloque a torta em uma bandeja previamente pesada.

Anote o tempo de abrir, limpar e remontar o filtro.

Pese o conjunto torta/bandeja e coloque em uma estufa a 105ºC. Após a

secagem (massa constante), pese novamente o conjunto torta/bandeja.

Meça o volume interno dos quadros. Se o quadro tiver uma área difícil

de ser calculada (por exemplo, com bordas internas ovaladas para a

passagem da suspensão e do filtrado) pode-se contornar esta área com

um lápis em um papel de boa qualidade, recortar esta área, pesar e

relacionar com a massa de uma área conhecida deste mesmo papel. É

comum o emprego do papel para fotocópia com massa de75 g/m2

(gramatura).

2.4. Cálculo e Análise dos Resultados

A operação à pressão constante é, em geral, realizada transportando-se

a suspensão para o filtro através de uma bomba de deslocamento positivo e

mantendo-se a pressão selecionada no filtro através de válvulas, uma de entra

do filtro e outra de reciclo da suspensão para o tanque de alimentação.

Os valores de K1 e K2 para uma dada suspensão que forma uma torta

incompressível podem ser calculados integrando-se a equação 4.1 obtida da

equação de Koseny-Carman para escoamento laminar em tortas. Estas

constantes com as conseqüentes resistências específicas da torta e do meio

filtrante são necessárias para a ampliação da escala e a análise de filtros

industriais e pilotos.

Eq. 4.1

Eq. 4.2

Eq. 4.2

Onde:

tempo de filtração [h]

volume de filtração, [m3]

constante que depende da torta ,

constante que depende do meio filtrante ,

α = resistência específica da torta, [m/Kg]

µ = viscosidade do fluído, [Kg/m.h]

S = fração mássica de sólido , adimensional

Ms = massa do sólido, [Kg]

Ml = massa de líquido, [Kg]

ƿ = densidade do líquido, [kg/m³]

m = relação entre a massa de torta úmida e torta seca, adimensional

A = área de filtração, [m²]

Rm = resistência específica do meio filtrante , [m-1]

Ԑ = fração de vazios =

densidade do sólido, [Kg/m³]

lh = espessura da torta de resistência equivalente ao meio filtrante, m

A partir dos dados experimentais e obtém-se o coeficiente angular

e linear da reta representada pela equação 4.3 através de métodos numéricos

ou gráficos.

2.5. Referências

FOUST, A. S.; WENZEL, L. A.; CLUMP, C. W.; MAUS, L.; ANDERSEN, L. B.

Princípios das Operações Unitárias. 2. ed. LTC, Rio de Janeiro, 1982.

JR, D. M.; LIA, L. R. B.; ALCÂNTARA, G.; LEMOS, V.; MORAES, M. S.;

RESSURREIÇÃO, I. P., Roteiro de Filtro Prensa de Placas e Quadros, –

Universidade Santa Cecília, 2011.