( PDF ) Filtração de gases: estudo da deposição de diferentes tortas de filtração em diferentes meios filtrantes

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA

FILTRAÇÃO DE GASES: ESTUDO DA DEPOSIÇÃO DE

DIFERENTES TORTAS DE FILTRAÇÃO EM DIFERENTES

MEIOS FILTRANTES

Karina Bassan Rodrigues

Tese de Doutorado apresentada ao

Programa de Pós-Graduação em

Engenharia Química da Universidade

Federal de São Carlos como parte dos

requisitos necessários à obtenção do

título de Doutor em Engenharia Química,

área de concentração em Pesquisa e

Desenvolvimento de Processos Químicos

Orientadora: Mônica Lopes Aguiar

São Carlos – SP

2006

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Ficha catalográfica elaborada pelo DePT da

Biblioteca Comunitária/UFSCar

R696fg

Rodrigues, Karina Bassan.

Filtração de gases: estudo da deposição de diferentes

tortas de filtração em diferentes meios filtrantes / Karina

Bassan Rodrigues. -- São Carlos : UFSCar, 2006.

230 p.

Tese (Doutorado) -- Universidade Federal de São Carlos,

2006.

1. Filtração de gases. 2. Profundidade de penetração. 3.

Filtros de tecido. I. Título.

CDD: 660.284245 (20

)

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MEMBROS DA BANCA EXAMINADORA DA TESE DE DOUTORADO DE

KARINA BASSAN RODRIGUES, APRESENTADA AO PROGRAMA DE PÓS-

GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DE

SÃO CARLOS, EM 19 DE JUNHO DE 2006.

BANCA EXAMINADORA

Profa. Dra. Mônica Lopes Aguiar

Orientadora, PPG-EQ/UFSCar

Murilo Daniel de Mello Innocentini

DEQ/UNAERP

Nehemias Curvelo Pereira

DEQ/UEM

José Renato Coury

PPG-EQ/UFSCar

José Antônio Gonçalves da Silveira

PPG-EQ/UFSCar

Aos meus pais, Tiana e Cirilo,

pelo exemplo de perseverança.

AGRADECIMENTOS

Muitos foram os que me ajudaram e sinto se não forem relembrados como merecem. Eu

não conseguiria exprimir em uma página o quanto sou grata a cada nome que se

encontra neste pedacinho de papel. Como vai ficar muito longa, acho que além da

minha mãe, ninguém mais vai ler. Mas vamos lá...

Em primeiro lugar a Deus, eu agradeço por ter me dado força nos momentos de

desânimo, e por me mostrar que sempre posso mais;

Aos meus pais, que sempre estiveram ao meu lado com palavras de incentivo e por me

estimularem com seu orgulho, espero que um dia ser digna de tanto amor;

Ás minha irmãs, Sarita e Graciela, duas criaturas lindas e doces que eu quero tão bem;

que são um exemplo para mim, e aos meus cunhados por tabela...

À minha avó, in memorian; que deve estar olhando por mim de algum lugar;

À minha segunda mãe, Tia Célia, que apesar de ter ficado um pouco mais longe, está

sempre pertinho de mim, torcendo para tudo dar certo, como meu Tio Beto; aos meus

tios Paulo e Cida, por estarem ao lado da minha mãe, quando eu não podia estar; à

todas as minhas primas e primos que amo tanto, em especial à Tuti, à Maísa e à Pati;

Aos meus padrinhos, Marcos e Fifia, e à minha quase prima Paula, pessoas de quem eu

queria ter estado mais próxima, mas que sei que sempre poderei contar;

À minha amiga tão querida Claudinha, há quase vinte anos, sempre companheira e

confidente;

À grande amiga Érica Tieni, que dispensa comentários, pela companhia em casa, na

academia, na federal, no Bar do Pascoal, nos concursos, nos estudos, enfim... pior (ou

melhor) que casamento... Trabalhando e morando juntas, sobrevivemos;

Ao pessoal do posto Brasil, pela descontração dos feriados;

Aos amigos do laboratório: Juliana, Carol, Edmundo, pelas palavras de ponderação;

Felicetti, pela bagunça e pelas risadas; Vanessa; Érica Tognetti; Érica Tieni, pelas

discussões filosóficas a respeito dos nossos resultados, pela ajuda em muitos ensaios e

pela paciência comigo; Lissandra Ito, conterrânea, que me ajudou a por o equipamento

pra funcionar, me ensinou toda a técnica de tratamento de amostra, e pela amizade, que

ninguém punha fé que iria vingar; Simone, Edinalda, pela ajuda na teoria de muitos

pontos e pela amizade que construímos;

À Wânia Cristinelli pela impagável ajuda no tratamento das amostras, sem contar na

amizade que também é impagável;

Ao Leonardo Arrieche, um grande amigo que felizmente tive tempo de descobrir antes

de ir embora;

À Raquel Bastiani, a quem sempre serei grata, sempre pronta a ajudar;

À Sania Maria de Lima, grande amiga e companheira, desde os tempos da faculdade;

À meus amigos que moraram comigo e dividiram uma parte boa da minha estada em

São Carlos e fizeram dela uma grande diversão: Madá, Grezielli, Laura (como eu ria),

Guto, Érica Tieni (de novo!)... Foram momentos tão bons que vou guardar para

sempre... Não posso deixar de falar da Rosilene, essa pessoa tão querida, que tem um

coração que não cabe no peito;

À uma turminha especial: Darci, Lili, Lílian, Priscila, Rafael, Julieta, Swami, Sheila

(por um convite certo na hora mais certa), Iveti, Lívia (nem falo o quanto aprendi com

ela!) e em especial à Larissa, que me ajudou a crescer muito profissionalmente e

espiritualmente, que me apareceu na vida como um presente;

Às minhas amigas eternas, de mais de uma década: Cidinha, Lika, Silvana, Rejane e

também à Drica;

Ao Ricardo, pelo carinho e felicidade;

É, claro, à minha mais que querida orientadora, Mônica, que me deu uma grande

chance me orientando e me acolheu quase como uma filha, de quem tomei bronca e

recebi conselhos, com quem já dei risadas e já chorei, com quem aprendi que a nossa

relação não tinha que ser apenas profissional, ela era muito mais que isso, e uma pessoa

a quem respeito muito e espero nunca ter decepcionado... A pessoa que me ajudou a

tornar um projeto de oito páginas neste trabalho...

Aos professores da área, com quem também muito aprendi, em especial ao Zezão e ao

Zé Antonio, pela ajuda na discussão de muitos pontos do trabalho;

Ao Oscar, que me ajudou muito com o equipamento, e com quem dei muita risada na

hora do café, à Thaisa, por ter me ajudado a dar cabo das últimas amostras; à Clarice e

à Sandra, técnicas do DEQ; ao Cleber, do CCDM, pelas horas intermináveis de análise

no MEV, que resultaram em uma amizade;

À Gino Cacciari, pelo fornecimento dos tecidos;

Ao Cnpq, pelo auxílio financeiro

“Pedi e vos será dado,

Buscai e achareis,

Batei e abrir-se-vos-á.

Porque todo aquele que pede recebe,

E quem busca acha,

E a quem bate, abrir-se-lhe-á”

Lucas, 11 9:10

SUMARIO

LISTADE FIGURAS________________________________________________i

LISTA DE TABELAS______________________________________________vi

LISTA DE SIMBOLOS_____________________________________________ix

RESUMO________________________________________________________xi

ABSTRACT_____________________________________________________xii

1 INTRODUÇÃO ___________________________________________________ 1

2 REVISÃO BIBLIOGRÀFICA ________________________________________ 6

2.1 Classificação e Fabricação dos Tecidos _____________________________ 6

2.1.1 Métodos de Tratamento de Tecidos ou Finalização _______________ 13

2.1.2 Captura de Partículas ______________________________________ 16

2.2 Operação da Filtração __________________________________________ 20

2.2.1 A Formação da Torta ______________________________________ 23

2.2.2 Mecanismos de Limpeza____________________________________ 24

2.2.3 Critério de Desempenho ____________________________________ 30

2.3 Aspectos Relevantes na Filtração _________________________________ 30

2.3.1 Queda de Pressão na Filtração _______________________________ 31

2.3.2 Fração Limpa ____________________________________________ 37

2.3.3 Densidade de Empacotamento (α) ____________________________ 38

2.3.4 Umidade ________________________________________________ 38

2.3.5 Velocidade de Filtração ____________________________________ 39

2.3.6 Carga Mássica Aplicada ou Concentração de Entrada _____________ 41

2.3.7 Porosidade do Meio Filtrante e Diâmetro de Poros _______________ 41

2.3.8 Porosidade de Tortas de Filtração_____________________________ 43

2.3.9 Diâmetro e Forma das Partículas _____________________________ 43

2.3.10 Diâmetro de Fibras ________________________________________ 45

2.3.11 Efeitos de Cargas Eletrostáticas ______________________________ 46

2.3.12 Estudos Comparativos entre Diferentes Tecidos _________________ 46

2.3.13 A Penetração de Partículas no Interior dos Meios Filtrantes ________ 49

3 MATERIALE METODOS __________________________________________ 52

3.1 Descrição Geral_______________________________________________ 52

3.2 Materiais Pulverulentos_________________________________________ 53

3.2.1 Caracterização dos Materiais Pulverulentos _____________________ 53

3.3 Meios Filtrantes_______________________________________________ 56

3.3.1 Caracterização dos Meios Filtrantes __________________________ 56

3.4 Equipamento de Filtração e Coleta de Dados ________________________ 58

3.4.1 Equipamento de Filtração ___________________________________ 58

3.4.2 Alimentação de Pó ________________________________________ 60

3.4.3 Aquisição de Dados _______________________________________ 63

3.5 Procedimento Experimental _____________________________________ 64

3.5.1 Ensaios Gerais – Comparação enre os Tecidos___________________ 64

3.5.2 Comparação entre os Materiais Pulverulentos ___________________ 67

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO _____________________________________ 69

4.1 Ensaios Preliminares___________________________________________ 69

4.2 Caracterização dos Meios Filtrantes _______________________________ 76

4.3 Ensaios de Filtração Acrílico e Rocha Fina (3,71 µm) ________________ 78

4.4 Ensaios de Filtração Polipropileno e Rocha Fina (3,71 µm) ____________ 91

4.5 Ensaios de Filtração Poliéster Tratado e Rocha Fina (3,71 µm)________ 101

4.6 Ensaios de Filtração Poliéster não Tratado e Rocha Fina (3,71 µm)_____ 110

4.7 Comparação entre os Meios Filtrantes e Rocha Fina _________________ 120

4.8 Ensaios de Filtração - Poliéster Tratado e Polvilho (8,67 µm) __________ 136

4.9 Ensaios de Filtração – Poliéster Não Tratado e Polvilho (8,67 µm)______ 144

4.10 Comparação entre a Presença e Ausência de Tratamento dos Meios Filtrantes

e entre a Forma e Distribuição Granulométrica das Partículas________________ 152

4.11 Ensaios de Filtração – Acrílico e Rocha Grossa (14,67 µm)

∆P

MAX

= 100mmH

O________________________________________________ 167

4.12 Comparação entre a Filtração com partículas de Tamanhos Diferentes___ 177

4.13 Ensaios de Filtração – Acrílico e Rocha Grossa ∆P

MAX

= 300mmH

O ___ 187

4.14 Ensaios de Filtração – Comparação entre Filtrações com Diferentes Perdas de

Carga Máxima_____________________________________________________ 197

4.15 Avaliação dos Mecanismos de Captura para cada Série de Experimentos –

Comparação com a Literatura. ________________________________________ 205

5 CONCLUSÕES _________________________________________________ 209

6 SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS __________________________ 213

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ________________________________ 214

ANEXO A______________________________________________________224

ANEXO B______________________________________________________229

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1: Classificação de tecidos segundo a ABRAFAS ______________________ 7

Figura 2.2: Tipos de torcida utilizados na confecção de fios._____________________ 8

Figura 2.3: Tipos de tecidos trançados.______________________________________ 9

Figura 2.4: Tipos de confecção de fios sintéticos. ____________________________ 11

Figura 2.5:Tipos de tramas: a) trama plana com fios multifilamentosos; b) trama

sarja 2/1, com fios estirados e fibras cortadas (staple spun); c) feltro

agulhado.___________________________________________________ 12

Figura 2.6: Desenho esquemático da captura por interceptação direta_____________ 16

Figura 2.7: Desenho esquemático da captura por impactação inercial. ____________ 18

Figura 2.8: Desenho esquemático da captura por difusão. ______________________ 19

Figura 2.9: Desenho esquemático da captura por ação gravitacional. _____________ 19

Figura 2.10: Interação dos mecanismos de coleta e eficiência resultante dos mesmos. 20

Figura 2.11: Ilustração da formação de dendritos no interior dos meios filtrantes e sua

variação conforme o mecanismo de coleta predominante. _____________ 22

Figura 2.12: Determinação do ponto de colmatação do meio____________________ 23

Figura 2.13 Métodos de limpeza de filtros de tecido.__________________________ 26

Figura 2.14: Ciclos de filtração e limpeza por ar reverso _______________________ 27

Figura 2.15: Determinação do arraste efetivo nos estágios iniciais da filtração. _____ 36

Figura 2.16: Eficiência de coleta em função da velocidade de filtração e diâmetro de

partículas ___________________________________________________ 44

Figura 3.1: Microfotografias dos materiais pulverulentos utilizados. _____________ 55

Figura 3.2: Distribuição granulométrica dos materiais utilizados. ________________ 55

Figura 3.3: Exemplo de determinação da porosidade superficial via microscópio óptico:

a) imagem original; b) imagem tratada para a determinação da área. ____ 57

Figura 3.4: Esquema geral do equipamento de filtração e limpeza. _______________ 59

Figura 3.5: Detalhamento do sistema de alimentação de pó. ____________________ 60

Figura 3.6: Esquema da caixa de filtração e limpeza.__________________________ 61

Figura 3.7: Equipamento no modo filtrando. ________________________________ 62

Figura 3.8: Equipamento no modo limpando.________________________________ 62

Figura 3.9: Partes da torta removidas para análise em MEV ou microscopia ótica.___ 65

Figura 3.10: Aspecto da limpeza aos pedaços em uma amostra de tecido já endurecida.

___________________________________________________________ 66

Figura 3.11: Esquema de cinco fotos tiradas do interior do meio filtrante, em seqüência,

para determinação da profundidade de penetração, com aumento de 2000X.

___________________________________________________________ 66

Figura 3.12: Comparação entre a microfotografia da foto original (a) e a binarizada pelo

software (b). ________________________________________________ 67

Figura 4.1: Microscopia eletrônica de varredura dos tecidos testados. Aumento de 50X:.

___________________________________________________________ 70

Figura 4.2: Ensaios preliminares nos tecidos.________________________________ 71

Figura 4.3: Ampliação das curvas de filtração dos ensaios preliminares. __________ 73

Figura 4.4: Perfil de perda de carga para os dez ciclos de filtração do Acrílico e rocha fina. 79

Figura 4.5: Massa de material pulverulento removida pela limpeza e retida após a

mesma . ____________________________________________________ 82

Figura 4.6: Perfil da variação de perda de carga residual para os ensaios com Acrílico e

rocha fina. __________________________________________________ 83

Figura 4.7: Relação entre a perda de carga residual e a massa retida para o Acrílico e

rocha fina. __________________________________________________ 83

Figura 4.8: Perfil da fração de massa removida da torta, para o Acrílico e rocha fina. 84

Figura 4.9: Seção transversal do acrílico em diferentes ciclos ___________________ 86

Figura 4.10: Variação do número de partículas com a profundidade do tecido para o

Acrílico.____________________________________________________ 89

Figura 4.11: Perfil de perda de carga para os dez ciclos de filtração para o Polipropileno e rocha

fina. _______________________________________________________ 91

Figura 4.12 : Massa de material pulverulento removida pela limpeza e retida após a

mesma para o PP e rocha fina. __________________________________ 93

Figura 4.13 : Perfil da perda de carga residual para os experimentos com Polipropileno.

___________________________________________________________ 93

Figura 4.14: Relação entre a perda de carga residual e a massa retida para o

Polipropileno e rocha fina. _____________________________________ 94

Figura 4.15: Perfil da fração removida de torta, após a limpeza, para o Polipropileno e

rocha fina. __________________________________________________ 95

Figura 4.16: Seção transversal do polipropileno em diferentes ciclos _____________ 96

Figura 4.17: Variação do número de partículas com a profundidade do tecido para o

Polipropileno e rocha fina. _____________________________________ 99

Figura 4.18: Perfil de perda de carga para os dez ciclos de filtração para o Poliéster tratado e rocha

fina.. ______________________________________________________ 101

Figura 4.19: Massa de material pulverulento removida pela limpeza e retida após a

mesma para o Poliéster tratado e rocha fina._______________________ 103

Figura 4.20 : Perfil da variação da perda de carga residual para os ensaios com Poliéster

tratado e rocha fina.__________________________________________ 104

Figura 4.21: Relação entre a perda de carga residual e a massa retida para o Poliéster

tratado e rocha fina.__________________________________________ 104

Figura 4.22: Perfil da fração removida da torta ,após a limpeza, para o Poliéster tratado

e rocha fina.________________________________________________ 105

Figura 4.23: Seção transversal do poliéster tratado em diferentes ciclos __________ 106

Figura 4.24: Variação do número de partículas com a profundidade do tecido para o

Poliéster tratado e rocha fina. __________________________________ 108

Figura 4.25: Perfil de perda de carga para os dez ciclos de filtração para o poliéster sem tratamento

e rocha fina._________________________________________________ 110

Figura 4.26 : Massa de material pulverulento removida pela limpeza e retida após a

mesma para o Poliéster sem tratamento e rocha fina.________________ 112

Figura 4.27 : Perfil da variação da perda de carga residual para os ensaios com Poliéster

não tratado e rocha fina. ______________________________________ 113

Figura 4.28: Relação entre a perda de carga residual e a massa retida para o Poliéster

não tratado e rocha fina. ______________________________________ 113

Figura 4.29: Perfil da fração de massa removida da torta, após a limpeza para o Poliéster

não tratado e rocha fina. ______________________________________ 114

Figura 4.30: Seção transversal do poliéster não tratado em diferentes ciclos_______ 115

Figura 4.31: Variação do número de partículas com a profundidade do tecido para o

Poliéster não tratado e rocha fina._______________________________ 118

iii

Figura 4.32: Gráfico comparativo dos dez ciclos do Ensaio 10, em termos de carga

mássica acumulada, para os difertentes tecidos.____________________ 120

Figura 4.33: Curvas comparativas da resistência específica da torta média para os

tecidos. ___________________________________________________ 122

Figura 4.34: Massa de material pulverulento removida pela limpeza nos tecidos.___ 122

Figura 4.35: Total de partículas coletadas em cada coluna analisada, por ciclo. ____ 125

Figura 4.36: Gráfico comparativo do Ensaio 10 de cada tecido, para a perda de carga

residual e massa retida acumulada, para diferentes tecidos.___________ 126

Figura 4.37: Variação da perda de carga residual com a massa retida em cada ciclo de

filtração para os tecidos analisados. _____________________________ 127

Figura 4.38: Variação da fração de massa removida em cada ciclo de filtração. ____ 128

Figura 4.39: Tendência da variação do número médio de partículas com a profundidade

do tecido.__________________________________________________ 130

Figura 4.40: Imagem da superfície de um tecido após a remoção. a) Aumento de 50x; b)

Aumento de 200x.___________________________________________ 132

Figura 4.41: Profundidade de penetração dos experimentos com rocha fina. ______ 133

Figura 4.42:Perfil da perda de carga para os dez ciclos de filtração para o Poliéster

tratado com polvilho. ________________________________________ 136

Figura 4.43: Massa de material pulverulento removida pela limpeza e retida após a

mesma para o Poliéster tratado e polvilho. ________________________ 138

Figura 4.44: Perfil da variação de perda de carga residual para os ensaios com Poliéster

tratado e polvilho. ___________________________________________ 139

Figura 4.45: Relação entre a perda de carga residual e a massa retida para o Poliéster

tratado e polvilho. ___________________________________________ 139

Figura 4.46: Perfil da fração de massa removida em cada ciclo de filtração para o

Poliéster tratado e polvilho.____________________________________ 140

Figura 4.47: Seção transversal do poliéster tratado em diferentes ciclos para o polvilho.

Aumento de 200X ___________________________________________ 142

Figura 4.48: Variação do número de partículas com a profundidade do tecido para o

Poliéster tratado e polvilho.____________________________________ 144

Figura 4.49:Perfil de perda de carga para os dez ciclos de filtração para o poliéster sem

tratamento com polvilho. (!) Ensaio 01; (,) Ensaio 02; (7) Ensaio 03;

(Λ) Ensaio 05; () Ensaio 10._____________________________________ 145

Figura 4.50: Massa de material pulverulento removida pela limpeza e retida após a

mesma para o Poliéster não tratado e polvilho. ____________________ 146

Figura 4.51: Perfil da variação de perda de carga residual de cada ciclo de filtração para

o poliéster não tratado e polvilho._______________________________ 147

Figura 4.52: Perda de carga residual com a massa retida acumulada nos experimentos

com PNT e polvilho. _________________________________________ 147

Figura 4.53: Perfil da fração de massa removida após a limpeza para o poliéster sem

tratamento e polvilho. ________________________________________ 148

Figura 4.54: Seção transversal do poliéster não tratado em diferentes ciclos para o

polvilho. Aumento de 200 X. __________________________________ 150

Figura 4.55: Variação do número de partículas com a profundidade do tecido para o

Poliéster não tratado e polvilho. ________________________________ 152

Figura 4.56 : Gráfico comparativo das curvas de filtração do ensaio 10, entre o poliéster

tratado e não tratado filtrando rocha fosfática fina e polvilho. _________ 153

Figura 4.57: Primeiro ciclo dos experimentos com PT e PNT, com rocha fosfática fina e

polvilho. __________________________________________________ 154

Figura 4.58: Comparação entre a resistência específica média da torta entre os

experimentos com tecidos tratados e não tratados para a rocha fina e o

polvilho doce. ______________________________________________ 156

Figura 4.59: Massa de material pulverulento retida acumulada e removida para os

experimentos com rocha fina e polvilho. _________________________ 156

Figura 4.60: Total de partículas coletadas em cada coluna analisada, por ciclo, para os

experimentos com tecidos tratados e sem tratamento, filtrando rocha fina e

polvilho. __________________________________________________ 158

Figura 4.61: Curva média da variação de perda de carga residual de cada experimento.

__________________________________________________________ 161

Figura 4.62: Gráfico comparativo do Ensaio 10 dos tecidos tratados e não tratados

filtrando rocha fina e polvilho. _________________________________ 162

Figura 4.63: Comparação do comportamento da perda de carga residual com a massa

retida para os tecidos com e sem tratamento filtrando rocha fina e polvilho.

__________________________________________________________ 163

Figura 4.64: Variação da fração de massa removida em cada ciclo de filtração. ____ 164

Figura 4.65: Curvas da variação do número médio de partículas com a profundidade do

tecido para o poliéster com e sem tratamento, filtrando rocha fina e polvilho.

__________________________________________________________ 165

Figura 4.66: Profundidade de penetração atingida em cada coluna analisada para os

ensaios com PT e PNT com rocha fina e polvilho.__________________ 166

Figura 4.67: Perfil da perda de carga para os dez ciclos de filtração para o acrílico com a

rocha grossa, 100 mmH

O. ____________________________________ 167

Figura 4.68: Massa de material pulverulento removida pela limpeza e retida após a

mesma para o Acrílico filtrando rocha grossa, 100 mmH

O. __________ 169

Figura 4.69: Perfil da variação de perda de carga residual de cada ciclo de filtração para

o Acrílico filtrando rocha grossa, 100 mmH

O. ___________________ 169

Figura 4.70: Relação da perda de carga residual com a massa retida acumulada para o

AC e rocha grossa. __________________________________________ 170

Figura 4.71: Perfil da variação de perda de carga residual de cada ciclo de filtração para

o Acrílico filtrando rocha grossa, 100 mmH

O. ____________________ 171

Figura 4.72: Seção transversal do Acrílico filtrando rocha grossa, em diferentes ciclos,

100 mmH

O. _______________________________________________ 172

Figura 4.73: Variação do número de partículas com o número de ciclos para o Acrílico

filtrando rocha grossa.________________________________________ 175

Figura 4.74: Curvas comparativas do Ensaio 10 da rocha fosfática com diferentes

diâmetros e 100 mmH

O. _____________________________________ 177

Figura 4.75: Resistência específica média da torta determinada graficamente, para os

ensaios com Acrílico e rocha grossa e rocha fina. __________________ 179

Figura 4.76: Massa de material pulverulento removida e retida acumulada para a rocha

fina e grossa em Acrílico. _____________________________________ 179

Figura 4.77: Número total de partículas coletadas em cada coluna analisada para rocha

fina e grossa em Acrílico. _____________________________________ 180

Figura 4.78: Perfil da variação de perda de carga residual média de cada ciclo de

filtração para a rocha fina e grossa em Acrílico.____________________ 182

Figura 4.79: Gráfico comparativo do Ensaio 10 de cada tecido para a rocha fina e grossa

em acrílico. ________________________________________________ 183

Figura 4.80:Variação da perda de carga residual com a massa retida acumulada para os

experimentos com Acrílico e rochas fina e grossa, até 100 mmH

O ____ 184

Figura 4.81: Variação da fração de massa removida em cada ciclo de filtração. ____ 184

Figura 4.82:Varição do número médio de partículas em função da profundidade de

penetração para a rocha fina e a rocha grossa em acrílico, com o desvio

dadrão.____________________________________________________ 185

Figura 4.83: Comparação entre da variação dos diâmetros médios dos experimentos

com rocha fina (a) e grossa (b) em Acrílico._______________________ 186

Figura 4.84: Profundidade de penetração com o número de ciclos para cada coluna

analisada do Acrílico com rocha grossa e fina._____________________ 186

Figura 4.85: Perfil da perda de carga para os dez ciclos de filtração para o acrílico com a

rocha grossa, 300 mmH

O. ____________________________________ 187

Figura 4.86: Massa de material pulverulento removida pela limpeza e retida após a

mesma para oAcrílico filtrando rocha grossa, 300 mmH

O. __________ 189

Figura 4.87: Perfil da variação da perda de carga residual com o número de ciclos para

os experimentos de AC com rocha grossa e 300mmH

O. ____________ 189

Figura 4.88: Variação da perda de carga residual com a massa retida acumulada para o

AC com rocha grossa até 300mmH

O. ___________________________ 190

Figura 4.89: Perfil da fração de massa removida da torta, após a limpeza para o Acrílico

e rocha grossa, 300 mmH

O. __________________________________ 190

Figura 4.90: Seção transversal do Acrílico filtrando rocha grossa até 300 mmH

O, em

diferentes ciclos. ____________________________________________ 192

Figura 4.91: Variação do número de partículas com o número de ciclos para o Acrílico

filtrando rocha grossa até 300 mmH

O. __________________________ 195

Figura 4.92: Comparação das curvas de filtração entre os experimentos em AC e rocha

grossa com 100 e 300 mmH

O._________________________________ 197

Figura 4.93: Massa de material pulverulento removida pela limpeza e retida após a

mesma para a rocha grossa e fina em Acrílico._____________________ 198

Figura 4.94: Número total de partículas coletadas por camada analisada para o Acrílico

e rocha grossa, até 100 e 300 mmH

O. ___________________________ 199

Figura 4.95: Perfil da variação de perda de carga residual média de cada ciclo de

filtração para a perda de carga máxima de 100 e 300 mmH

O. ________ 200

Figura 4.96: Comparação entre a variação das resistência específica da torta para as

diferentes perdas de carga máxima. _____________________________ 201

Figura 4.97: Variação da perda de carga residual com a massa retida para os

experimentos com diferentes perdas de carga máxima. ______________ 201

Figura 4.98: Variação da fração de massa removida em cada ciclo de filtração para: a)

AC e rocha grossa, 100 mmH

O, b) AC e rocha grossa, 300 mmH

O. __ 202

Figura 4.99: Imagem geral da amostra do décimo ciclo do acrílico com a rocha grossa

em: a)100 mm H

O; b) 300 mmH

O. Aumento de 50 X._____________ 203

Figura 4.100: Tendência da variação do número de partículas com a profundidade de

penetração do Acrílico, para rocha grossa até 100 e 300 mmH

O.______ 204

Figura 4.101: Profundidade de penetração dos experimentos com acrílico e rocha grossa

com diferentes perdas de carga máximas._________________________ 204

Figura 4.102: Diferença no diâmetro médio de partículas coletadas por camada por ciclo

para o Acrílico e rocha grossa. _________________________________ 205

LISTA DE TABELAS

Tabela 1.1 Tipos de suspensão de material particulado _________________________ 2

Tabela 2.1: Tecidos utilizados como meios filtrantes e suas propriedades. _________ 15

Tabela 2.2: Comparação entre alguns métodos de limpeza _____________________ 25

Tabela 3.1: Características dos materiais pulverulentos utilizados. _______________ 54

Tabela 3.2: Descrição dos meio filtrantes empregados (dados do fornecedor). ______ 56

Tabela 3.3: Designação dos ensaios realizados. ______________________________ 65

Tabela 4.1: Determinação da resistência específica das tortas de filtração dos ensaios

preliminares._______________________________________________ 75

Tabela 4.2: Caracterização dos meios filtrantes ______________________________ 77

Tabela 4.3: Variação da massa coletada média com o número de ciclos para o Acrílico e

rocha fina._________________________________________________ 80

Tabela 4.4: Resistência específica média da torta determinada graficamente, para os

ensaios com Acrílico e rocha fina.______________________________ 82

Tabela 4.5: Penetração de partículas de rocha fina no Acrílico: diâmetros de partículas

com a profundidade do tecido._________________________________ 87

Tabela 4.6: Desvio padrão do diâmetro de partículas em cada camanda analisada do

Acrílico. __________________________________________________ 88

Tabela 4.7: Valores do número de partículas retidas após a limpeza em cada camada do

meio filtrante, para o Acrílico e rocha fina. _______________________ 90

Tabela 4.8: Variação da massa filtrada média com o número de ciclos para o

polipropileno ______________________________________________ 92

Tabela 4.9: Resistência específica média da torta determinada graficamente, para os

ensaios com Polipropileno e rocha fina. _________________________ 92

Tabela 4.10: Penetração de partículas de rocha fina no Polipropileno: diâmetros de

partículas com a profundidade do tecido. ________________________ 97

Tabela 4.11: Desvio padrão do diâmetro de partículas do Polipropileno. __________ 98

Tabela 4.12: Valores do número de partículas retidas após a limpeza em cada camada

do meio filtrante, para o Polipropileno e rocha fina. _______________ 100

Tabela 4.13:Variação da massa coletada média com o número de ciclos para o poliéster

tratado. __________________________________________________ 102

Tabela 4.14: Resistência específica média da torta determinada graficamente, para os

ensaio com Poliéster tratado e rocha fina. _______________________ 103

Tabela 4.15: Penetração de partículas de rocha fina no Poliéster tratado: diâmetros de

partículas com a profundidade do tecido. _______________________ 106

Tabela 4.16: Desvio padrão do diâmetro de partículas do Poliéster tratado. _______ 107

Tabela 4.17: Valores do número de partículas retidas após a limpeza em cada camada

do meio filtrante, para o Poliéster tratado e rocha fina. _____________ 109

Tabela 4.18: Variação da massa filtrada média com o número de ciclos para o poliéster

não tratado e rocha fina._____________________________________ 111

Tabela 4.19: Resistência específica média da torta determinada graficamente, para os

ensaios com Poliéster sem tratamento e rocha fina.________________ 112

Tabela 4.20: Penetração de partículas de rocha fina no Poliéster não tratado: diâmetros

de partículas com a profundidade do tecido. _____________________ 116

vii

Tabela 4.21: Desvio padrão do diâmetro de partículas de rocha fina em Poliéster sem

tratamento. _______________________________________________ 117

Tabela 4.22: Valores do número de partículas retidas após a limpeza em cada camada

do meio filtrante, para o Poliéster não tratado e rocha fina. _________ 119

Tabela 4.23: Ponto de colmatação médio determinado para cada os ensaios de cada

tecido estudado. ___________________________________________ 121

Tabela 4.24: Massa removida e retida acumulada no Ensaio 10 para os tecidos

analisados. _______________________________________________ 123

Tabela 4.25:Perda de carga residual no Ensaio 10 para os tecidos analisados. _____ 126

Tabela 4.26: Adimensionais St, R e Pe obtidos para os dados de diâmetro disponíveis.

________________________________________________________ 135

Tabela 4.27: Comparação da vazão de de pó média coletada em cada tecido.______ 135

Tabela 4.28: Variação da massa coletada média com o número de ciclos do Poliéster

tratado e polvilho. _________________________________________ 137

Tabela 4.29: Resistência específica média da torta determinada graficamente, para os

ensaios com Poliéster tratado e polvilho.________________________ 138

Tabela 4.30: Penetração de partículas no Poliéster tratado: número de partículas com a

profundidade do tecido, filtrando polvilho. ______________________ 143

Tabela 4.31: Variação da massa coletada média do PNT com polvilho. __________ 145

Tabela 4.32: Resistência específica média da torta determinada graficamente, para os

ensaios com Poliéster não tratado e polvilho. ____________________ 146

Tabela 4.33: Penetração de partículas no Poliéster tratado: número de partículas com a

profundidade do tecido, filtrando polvilho. ______________________ 151

Tabela 4.34: Ponto de colmatação médio determinado para cada um dos ensaios de cada

tecido e material pulverulento estudados. _______________________ 153

Tabela 4.35: Variação da massa coletada média para o PT e PNT com rocha fina e com

polvilho. _________________________________________________ 155

Tabela 4.36:Massa removida e retida acumulada no Ensaio 10 para os tecidos

analisados com rocha fina e polvilho. __________________________ 157

Tabela 4.37: Adimensionais St, R e Pe obtidos para os dados de diâmetro disponíveis.

________________________________________________________ 160

Tabela 4.38:Perda de carga residual no Ensaio 10 para os tecidos analisados. _____ 161

Tabela 4.39: Massa coletada emcada ciclo para o experimento com Acrílico e rocha

grossa, filtrando até 100 mmH

O. _____________________________ 168

Tabela 4.40: Resistência específica média da torta determinada graficamente, para os

ensaios com Acrílico e rocha grossa, até 100 mmH

O. _____________ 168

Tabela 4.41: Penetração de partículas de rocha grossa no Acrílico: diâmetro de

partículas com a profundidade do tecido. _______________________ 173

Tabela 4.42: Desvio padrão do diâmetro de partículas de rocha grossa em cada camada

analisada do Acrílico._______________________________________ 174

Tabela 4.43: Valores do número de partículas retidas em cada camada do Acrílico e

rocha grossa com ∆P máx de 100 mmH

O. ______________________ 176

Tabela 4.44: Comparação dos valores de massa média coletada em cada ciclo para os

experimentos com Acrílico com as rochas grossa e fina, 100 mm H

O. 178

Tabela 4.45: Ponto de colmatação médio determinado para cada os ensaios de cada

tecido estudado. ___________________________________________ 178

Tabela 4.46:Massa removida e retida acumulada no Ensaio 10 para os materiais

analisados. _______________________________________________ 180

viii

Tabela 4.47: Adimensionais St, R e Pe obtidos para os dados de diâmetro disponíveis.

________________________________________________________ 181

Tabela 4.48:Perda de carga residual no Ensaio 10 para os materiais analisados.____ 183

Tabela 4.49: Massa coletada em cada ciclo para os experimentos com Acrílico e rocha

grossa a 300 mmH

O. ______________________________________ 188

Tabela 4.50: Resistência específica média da torta determinada graficamente, para os

ensaios com Acrílico e rocha grossa 300 mmH

O. ________________ 188

Tabela 4.51: Penetração de partículas de rocha grossa em Acrílico: diâmetros de

partículas com a profundidade do tecido. _______________________ 193

Tabela 4.52: Desvio padrão do diâmetro de partículas da rocha grossa em Acrílico

filtrando até 300 mmH

O. ___________________________________ 194

Tabela 4.53: Valores do número de partículas retidas em cada camada do Acrílico e

rocha grossa, até 300 mmH

O.________________________________ 196

Tabela 4.54: Massa coletada em cada ciclo para os experimentos com Acrílico. ___ 198

Tabela 4.55:Massa removida e retida acumulada no Ensaio 10 para os experimentos

com AC em diferentes perdas de carga máximas. _________________ 199

Tabela 4.56:Perda de carga residual no Ensaio 10 para os tecidos analisados. _____ 200

Tabela 4.57: Adimensionais St, R e Pe obtidos para os dados de diâmetro disponíveis.

________________________________________________________ 206

LISTA DE SIMBOLOS

A – área superficial da torta [ L

]

CM - carga mássica de pó [ M.L

-2

-1

]

D – coeficiente difusional das partículas [L

-1

]

– diâmetro da partícula [ L ]

– diâmetro das fibras [ L ]

Fo - número de Forcheimmer, adimensional

- fração de massa removida, adimensional

–permeabilidade do meio poroso [ L

]

– resistência do meio filtrante [ M.L

-2

-1

]

– constante não darciana [ L ]

– resistência específica da torta [ .t

-1

]

L – espessura do meio poroso [ L ]

L’ – espessura da torta [ L ]

M - massa de torta depositada [ M ]

- massa desprendida na limpeza [ M ]

- massa total de pó no filtro, após a filtração [ M ]

- densidade mássica por área do filtro [M.L

-2

]

P - pressão em que V,

são medidos e calculados [ M.L t

-2

]

Pe – número de Peclet, adimensional

- pressão na entrada da amostra sob ensaio [ M.L.t

-2

]

- pressão na saída da amostra sob ensaio [ M.L.t

-2

]

Q – vazão mássica de pó [ M.t

-1

]

R – adimensional que determina a influência da impactação direta

S - arraste efetivo [ M.L

-1

]

- arraste, em um ponto qualquer nas condições iniciais de filtração [ M.L

-1

]

t – tempo de filtração [ t ]

V – velocidade do fluido [ M.t

-1

]

– velocidade de filtração [ M.t

-1

]

– velocidade do fluido nos poros do tecido [ M.t

-1

]

W – massa de pó depositada por unidade de área [ M.L

-2

]

- massa residual de pó por unidade de área [ M.L

-2

]

- densidade de empacotamento do filtro, adimensional

- densidade de empacotamento da torta, adimensional

∆P - perda de carga [ M.L t

-2

∆

- perda de carga total de filtração [ M.L t

-2

∆

- queda de pressão do meio filtrante [ M.L t

-2

∆

- queda de pressão da torta [ M.L.t

-2

∆

= perda de carga residual medida experimentalmente após a regeneração do filtro,

[ M.L.t

-2

]

∆

= perda de carga comparativa à massa de pó separada durante a formação da torta,

[ M.L.t

-2

]

- fator de rearranjo, adimensional

- porosidade do meio filtrante, adimensional

- porosidade da torta de filtração, adimensional

, - porosidade total da amostra, adimensional

– densidade do fluido[ M.L

-3

]

– densidade da partícula [ M.L

-3

]

= densidade da fibra [M.L

-3

]

- viscosidade do gás [ M.L

-1

-2

]

RESUMO

A presença de partículas no interior do meio filtrante, após a limpeza, colabora

significativamente para o aumento da perda de carga do ciclo subseqüente. A forma

como estas partículas se acomodam, no entanto, não é ainda claramente conhecida,

assim como seu impacto no desempenho dos meios filtrantes. Desta forma, este trabalho

se propõe a verificar a disposição de diferentes partículas em meios filtrantes com

diferentes propriedades, a fim de estudar a profundidade de penetração no interior dos

filtros, após a limpeza, bem como a variação granulométrica ao longo do interior dos

mesmos. Além disso, faz parte do escopo deste trabalho verificar a relação deste

comportamento com as demais características da filtração de cada tecido, como o

desenvolvimento da perda de carga residual, massa removida e retida no filtro após a

limpeza, e eficiência de remoção. Para os experimentos empregou-se três diferentes

materiais pulverulentos, com diferentes tamanhos e diferentes distribuições

granulométricas e formas diferentes: a rocha fosfática fina, com diâmetro médio de

Stokes de 3,71 µm e ampla distribuição, a rocha fosfática grossa, com diâmetro médio

de Stokes de 14,67 µm e ampla distribuição e o polvilho doce, com diâmetro médio de

Stokes de 8,67 µm, forma quase esférica e distribuição estreita. Observou-se, apesar da

heterogeneidade do meio filtrante, que houve um acúmulo de partículas nas camadas

superiores do tecido, que diminuía com a profundidade. No entanto, não houve

tendência da profundidade de penetração nem do número e diâmetro das partículas

variarem com o número de ciclos. Verificou-se que, para o tecido de polipropileno, com

menor permeabilidade e porosidade, houve menor retenção de partículas após a

limpeza, mas perda de carga residual superior e ciclos de filtração mais curtos, o que

pôde ser associado a uma menor profundidade de penetração, através das microscopias

realizadas. A comparação dos tecidos de poliéster tratado e não tratado evidenciaram a

maior massa retida no tecido sem tratamento, resultando em um maior ciclo de filtração

nos ciclos iniciais, tanto para a rocha fina quanto para o polvilho. No entanto, o

desempenho foi significativamente prejudicado nos ciclos seguintes, de modo a tornar o

tecido menos indicado que os demais, com perdas de carga residuais superiores e

menores eficiências de remoção de partículas. Notou-se que o material com distribuição

xii

granulométrica mais estreita e com formato quase esférico apresentou ciclos de filtração

mais homogêneos e longos, apesar dos maiores valores de massa retida, e maior

profundidade de penetração, o que sugere que a torta formada possuída melhor

acomodação de partículas. O aumento do diâmetro de partículas da rocha grossa

resultou em maior profundidade de penetração e maior massa retida, mas em perda de

carga residual semelhante, sendo que o período de filtração foi mais longo, o que

significou que a torta constituída por partículas maiores ofereceu melhores condições de

filtração e menor resistência específica. No entanto, a profundidade de penetração foi

maior para a rocha grossa, sendo a intensidade desta penetração semelhando para os

dois diâmetros. O aumento da perda de carga máxima admitida resultou em uma maior

massa retida e maior perda de carga residual. No entanto, nada se pode afirmar a

respeito do número total de partículas coletado por camada analisada, sendo que o valor

médio em cada camada foi bastante próximo. Para a maior perda de carga máxima a

profundidade de penetração também foi maior, assim como a resistência específica da

torta, resultado da maior pressão de filtração.

xiii

ABSTRACT

The particle retention inside a filter medium, after cleaning, significantly improves the

initial pressure drop during the subsequent cycle, that is, the residual pressure drop.

However, the way as these particles accommodate inside the filter isn’t still very clear,

as well as, its impact on filtering performance. This work aims to verify the spatial

disposal of different particles inside filtration media with different properties, in order to

study the penetration depth, after cleaning, as well as the particle size variations from

the cake-filter interface to the filtration bulk. Moreover, the objective of this research

was to verify the relation between particle penetration behavior and other filtration

characteristics for each fabric tested, like the development of residual pressure drop,

retained and removed mass after cleaning, and removal efficiency. Three different kinds

of powder materials were used for the experiments, varying particle size, granulometric

distribution and particle shape: fine phosphoric rock dust, with an average Stokes

diameter of 3.71 µm, irregular shape and wide granulometric distribution, coarse

phosphoric rock dust, with an average Stokes diameter of 14.67 µm, irregular shape and

wide granulometric distribution and tapioca flour, with average Stokes diameter of 8.67

µm, almost spherical shaped, and narrow granulometric distribution. It was observed,

despite of the filter media heterogeneity, a particle accumulation in the upward layers of

the fabric, decreasing as a function of depth. However, the penetration depth, amount of

particles and particle diameter didn’t vary according to the number of cycles. It was

verified that, the polypropylene fabric, which has low values of permeability and

porosity, presented lower particle retention values after cleaning, higher residual

pressure drop and shorter filtration cycles, what could be associated with a superficial

penetration, according to the microscopy tests carried out. The comparison made

between treated and untreated polyester needle felts showed a greater retained mass in

the untreated fabric, what resulted in a longer filtration cycle during the beginning of the

process, making no difference when fine rock or tapioca flour were used. However, the

filtration performance was significantly prejudiced during the following cycles, with

higher residual pressure drop and lower particle efficiency removal, what turned the

fabric less suitable than the other ones. The results showed that the material presenting

narrower granulometric distribution and almost spherical shaped had more

xiv

homogeneous and long filtration cycles, despite of the greater values of retained mass

and depth of penetration, what suggests the better accommodation of particles in the

filter cake. The increase in the coarse rock particle diameter resulted in a deeper

penetration and a greater retained mass, but similar residual pressure drop, with longer

filtration cycles, what meant that the cake formed by greater particles offered better

filtration conditions and less specific cake resistance. However, the penetration was

deeper for the coarse rock, being the penetration intensity similar for the two rock

diameters tested. The increase of maximum pressure drop resulted in a greater retained

mass and a greater residual pressure drop. However, nothing could be assured about the

total amount of particles collected from each analyzed layer, because the average values

in each layer were comparable in magnitude. For a higher maximum pressure drop, the

penetration was deeper, as well as the specific resistance of the filter cake, resulted from

a greater filtration pressure.

1 INTRODUÇÃO

A partir da Revolução Industrial, observou-se um crescente desenvolvimento e

aumento da produção industrial, utilizando como fonte de energia o carvão das grandes

reservas inglesas. A imagem de fumaça saindo das chaminés das grandes fábricas

tornou-se sinônimo de desenvolvimento e prosperidade. Posteriormente, o petróleo foi o

combustível que passou a mover o setor industrial. Em ambos os casos, não foi

observado quase nenhuma preocupação com o impacto deste desenvolvimento sobre o

meio ambiente. Como resultado, alguns episódios históricos de mortes relacionadas a

doenças respiratórias foram associados a situações de poluição atmosférica intensa, ou

seja, o aumento descontrolado das emissões poluentes passou a afetar o meio ambiente,

agravando-se até o ponto de prejudicar a qualidade de vida da população.

Nos últimos anos, a minimização da quantidade de poluentes emitidos para o

ambiente passou a ser encarada como uma questão primordial, evidenciada pela criação

de diversos órgãos reguladores e agências fiscalizadoras. Em se tratando

particularmente do caso de poluição atmosférica, pode-se dizer que este movimento

tornou-se mais ativo a partir dos anos 60, com a assinatura dos chamados “Clean Air

Acts” (Lei do Ar Limpo) em 1963, nos Estados Unidos.

Observa-se hoje que os governos estão respondendo aos problemas ambientais

com legislações cada vez mais rigorosas. Este comportamento se reflete diretamente na

conduta industrial, com a mudança de visão de qualidade de trabalho e qualidade

ambiental por parte das empresas, havendo maiores investimentos na prevenção e

minimização de emissões. Atualmente, as empresas estão revertendo estes gastos em

lucros, utilizando a proteção ambiental como um instrumento de marketing, aumentando

a aceitação de seus produtos pelos consumidores (com produtos ecologicamente

corretos), e aumentando, logicamente, a competitividade da empresa no mercado, além

de, em muitos casos, alcançarem melhores resultados com economia de material e

energia.

A emissão de material particulado, juntamente com a presença de compostos

quimicamente nocivos à natureza gerados por fontes antropogênicas, constitui o grande

problema de poluição atmosférica atual, não apenas por afetar a qualidade de vida e a

saúde humana, mas pelos graves efeitos que estão sendo sentidos em escala global, com

o comprometimento do clima terrestre e, em escalas regionais, por efeitos como chuvas

ácidas, deterioração da qualidade de visibilidade, entre outros.

O material particulado pode ser definido, apesar de algumas divergências,

como qualquer material líquido ou sólido que seja maior que uma molécula

(THEODORE e BUONICORE, 1988). Ao conjunto de partículas sólidas ou líquidas

dispersas em um meio gasoso denomina-se aerossol, que constitui assim um sistema de

duas fases. Os termos fumaça, nevoeiro, névoa e poeira são utilizados para diferenciar

cada tipo de aerossol, dependendo das faixas de tamanho, da forma das partículas e do

comportamento das mesmas. A Tabela 1.1 sumariza alguns tipos de suspensão de

material particulado, sendo que sua estabilidade depende da concentração e tamanho de

partícula (HINDS, 1982).

Tabela 1.1 Tipos de suspensão de material particulado

Tipo de Partículas Suspensas Meio de Suspensão

Gás Líquido Sólido

Gás - Nevoeiro, neblina,

borrifo

Fumo, poeira

Líquido Espuma Emulsão Suspensão, lodo

Sólido Esponja Gel Liga

Fonte: HINDS, 1982

De modo geral, estas designações também podem estar relacionadas ao modo

pelo qual as partículas foram formadas. As partículas de poeira são formadas em quase

toda sua totalidade por processos de pulverização ou desintegração mecânica de

materiais sólidos que englobam a moagem, o esmagamento e a britagem, resultando em

partículas irregulares, cujas dimensões estão entre a faixa submicrômica, podendo

alcançar até 200 µm (HINDS, 1982). Alguns exemplos são as cinzas, o pó de rocha e as

farinhas comuns.

Na categoria fumaça encontram-se partículas formadas pela queima de

material orgânico como tabaco, carvão e madeira. São partículas muito finas (entre 0,01

e 1,0 µm) de formato normalmente esférico quando líquidas ou irregulares quando

sólidas. Este tipo de aerossol produz um certo grau de densidade ótica no ambiente,

podendo permanecer em suspensão por longos períodos de tempo, exibindo elevado

movimento Browniano.

Os fumos, por sua vez, são formados em processos de sublimação,

condensação ou combustão, geralmente a altas temperaturas. As partículas deste tipo de

aerossol estão entre 0,1 e 1,0 µm e sua composição geralmente é diferente da

composição do material original devido à oxidação ou hidrólise (CHEREMISINOFF e

YOUNG, 1977). Da mesma forma como a fumaça, este aerossol decanta vagarosamente

e exibe forte movimento Browiano.

A névoa é formada pela condensação de água ou outro vapor, ou pela

atomização de líquidos, resultando em uma suspensão de pequenas gotículas, com

tamanhos entre 2 e 200 µm. HINDS (1982) considera, no entanto, que a névoa

compreende partículas desde a faixa submicrômica até 20 micras, e que o termo “fog” é

utilizado para caracterizar a névoa visível.

A designação “smog”, é a combinação das palavras “smoke” e “fog”, e é

utilizada para denotar os produtos de reações fotoquímicas combinadas com vapor de

água, constituído por partículas entre 1 e 2 µm (HINDS, 1982).

As partículas menores que 2 ou 3 µm, que compõem cerca de metade das

partículas suspensas na atmosfera urbana, podem penetrar nas membranas mucosas,

além de atrair e carregar compostos químicos perigosos. Dentre outros problemas, a

maior área superficial das partículas pequenas de aerossóis (menores que 2,5 micra),

ocasionam uma maior atividade superficial, com uma maior tendência a adsorver gases

ou outras moléculas, com capacidade de facilitar as reações químicas e compostos que

normalmente oxidariam a velocidades baixas, podem oxidar-se mais rapidamente. Os

aerossóis têm ainda a capacidade de absorver a energia radiante e conduzi-la

rapidamente aos gases em redor, que normalmente são incapazes de absorver esta

energia provocando um aumento da temperatura do ar. Cabe definir neste ponto os

termos aerossol monodisperso e polidisperso que denotam, respectivamente, aerossóis

com partículas de igual tamanho e aerossóis constituídos por uma dada faixa

granulométrica.

A remoção de partículas é um processo que pode ser realizado por diversos

equipamentos, dentre os quais cita-se o filtro de manga. As formas mais primitivas da

filtração datam de milhares de anos, desde quando viajantes do deserto usavam tecidos

para proteger-se de tempestades de areia. Mais recentemente, médicos usavam gaze

para trabalhar com doenças infecciosas e operários de metalúrgicas usavam tecidos para

filtrar poeira e fumaça, como os trabalhadores que atualmente trabalham em ambientes

insalubres, usam respiradores.

Nota-se que a maioria das aplicações iniciais de filtração de gases dirigem-se à

proteção individual. As primeiras aplicações industriais de tecidos para recuperação de

material foram, provavelmente na indústria de fundição de não-ferrosos e de refino, para

a recuperação de poeira com material valioso, empregando tecidos trançados, com

centenas de metros quadrados, limpos manualmente, e localizados em uma construção à

parte. O uso de mecanismos tubulares de sustentação das mangas iniciou-se pouco antes

de 1900 e os primeiros mecanismos de agitação automáticos de limpeza apareceram em

seguida (CHEREMISINOFF e YOUNG, 1977).

A produção comercial de filtros de manga se deu pouco antes da primeira

grande guerra, por indústrias que visavam a limpeza de gases. As técnicas

desenvolvidas nos anos 20 e 30 de vibração e fluxo de ar reverso são utilizadas até os

dias de hoje sem muitas alterações. Na década de 40 foi desenvolvido o sistema de

limpeza por jato de ar reverso. Um outro grande avanço em termos de operação de

filtração ocorreu em 1957, com a utilização do pulso de ar reverso, utilizando golfadas

de ar comprimido para limpar o meio filtrante (CHEREMISINOFF e YOUNG, 1977).

Os filtros de manga, apesar de serem equipamentos bastante conhecidos e

utilizados há muito tempo, após terem sido desenvolvidas novas fibras sintéticas,

voltaram a ser amplamente empregados na indústria, que ampliou a faixa de aplicação

destes equipamentos, principalmente sob condições críticas de operação, como

temperaturas mais elevadas e situações de abrasão ou corrosão. Além disso, estes

equipamentos apresentam vantagens como a facilidade de construção e operação e,

principalmente, a elevada eficiência, podendo ultrapassar 99,9%, para uma ampla faixa

de granulometria (DONOVAN, 1985; LEITH e ALLEN, 1986), inclusive

submicrômicas.

Atualmente, as pesquisas são também direcionadas ao desenvolvimento e

estudo de tecidos utilizados na construção de filtros que sejam mais resistentes e

adequados para situações críticas, expandindo a aplicação industrial destes

equipamentos. Os avanços nos estudos dos filtros estão centrados ainda, na melhoria do

seu desempenho sob o ponto de vista econômico, de forma que vários trabalhos estão

sendo realizados com o intuito de estudar meios adequados para minimizar o consumo

energético e aumentar a vida útil dos filtros.

Dentro deste âmbito, o conhecimento dos fatores que interferem no

desempenho dos elementos filtrantes precisam ser mais bem descritos e conhecidos.

Diante deste quadro, tornou-se evidente que o conhecimento da penetração das

partículas nos tecidos e o perfil das mesmas no interior do meio filtrante após a limpeza

poderiam esclarecer melhor o processo de limpeza dos filtros após cada filtração. Uma

vez que se sabe que os valores de perda de carga residual interferem na freqüência de

limpeza e determinam, conseqüentemente, a vida útil do tecido e gasto energético,

torna-se necessário uma melhor investigação do comportamento das partículas retidas

no filtro após a limpeza. O trabalho de MARTINS (2001) foi desenvolvido neste

sentido, tornando-se o primeiro no país a discutir este assunto, e o único encontrado na

literatura consultada a estudar o fenômeno em nível microscópico.

No intuito de se ampliar a discussão realizada anteriormente, foi proposto o

desenvolvimento desta pesquisa, abrangendo o estudo para vários meios filtrantes,

diferentes materiais pulverulentos e condições operacionais. Desta forma, abre-se o

campo de pesquisas para a investigação da influência das características do meio

filtrante e dos materiais pulverulentos sobre a filtração e sobre a deposição.

Em conformidade com a problemática apresentada, este trabalho se propõe a

estudar a variação da profundidade e intensidade de deposição de diferentes materiais

particulados em diferentes meios filtrantes, tratados e não tratados, para vários ciclos de

filtração. Além destas investigações, este trabalho busca esclarecer a relação entre a

estrutura dos diversos tecidos e as características da filtração, principalmente a perda de

carga durante a filtração e perda de carga residual, associando estas características com

a penetração de partículas.

Revisão Bibliográfica

2 REVISÃO BIBLIOGRÀFICA

Os filtros de mangas são os equipamentos mais antigos, simples e de alta

eficiência utilizados na remoção de partículas sólidas de correntes gasosas.

A operação destes sistemas consiste, basicamente, em fazer passar uma

corrente gasosa contendo o material particulado através de um elemento coletor,

denominado meio filtrante, onde a maior parte do material fica retido, permitindo a

passagem do gás “limpo”.

Sabe-se da interação existente entre partículas e meio filtrante, o que torna

essencial o conhecimento das características estruturais e da confecção dos tecidos

empregados na remoção de material particulado de correntes gasosas para avaliar o

desempenho do mesmo.

Assim, busca-se apresentar alguns conceitos sobre este assunto, de modo que

se tenha melhores ferramentas para a discussão dos resultados.

2.1 CLASSIFICAÇÃO E FABRICAÇÃO DOS TECIDOS

Os tipos de tecidos utilizados em filtração industrial atualmente englobam uma

variedade considerável de materiais, incluindo tecidos trançados e tecidos não

trançados, também chamados feltros. Os materiais de fabricação incluem cerdas

naturais, artificiais e sintéticas. O desenvolvimento de novas fibras promoveu o

renascimento e a difusão da técnica de controle de emissão de particulados, com melhor

resistência ao calor, a materiais corrosivos entre outras características, ampliando o

campo de utilização dos filtros de manga.

Uma das classificações existentes para as fibras comerciais é apresentada pela

ABRAFAS – Associação Brasileira dos Produtores de Fibras Artificiais e Sintéticas –

ilustrada na Figura 2.1.

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Figura 2.1: Classificação de tecidos segundo a ABRAFAS

Para uma melhor compreensão da estrutura de um tecido, cabe definir a seguir

alguns outros termos e classificações relativas à sua fabricação:

Fibras: são as componentes básicas do fio. O fio pode ser confeccionado com

materiais sintéticos ou naturais, e ser constituído por fibras curtas (segmentadas), que

Fibras

Têxteis

Naturais

Químicas

Vegetais

Animais

Minerais

Algodão

Paina

Linho

Rami

Juta

Sisal

Caroá

Semente

Caule

Folhas

Coco

Fruto

Secreções

Pêlos

Seda

Lã

Angorá

Lhama

Amianto

Artificiais

Sintéticas

RaiomViscose

Raiom

Acetato

Poliéster

Poliamida

Poliacrílico

Elastano

Olefin

Revisão Bibliográfica

são denominadas fibras cortadas ou “staple”, ou por filamentos, que é uma fibra

contínua (CHEREMISINOFF e YOUNG, 1977).

Fios: a fiação transforma as fibras em fios por um processo em que as mesmas

são “torcidas” em fios, sendo esta torcida medida pelo número de voltas por polegada.

Quanto mais torcido o fio, mais forte este será, até certo ponto limitante (DONOVAN,

1985). De acordo com CHEREMISINOFF e YOUNG (1977), para fios formados por

filamentos é considerado ótimo seis voltas por polegada e para fibras cortadas de 10 a

20 voltas. Ultrapassados estes valores, o fio perde elasticidade e torna-se quebradiço.

As propriedades de resistência lateral e longitudinal dos tecidos podem ser

atribuídas, pelo menos em parte, às combinações de torcidas à esquerda ou à direita,

denominadas torcidas “S” e “Z”, respectivamente, como ilustra a Figura 2.2.

Figura 2.2: Tipos de torcida utilizados na confecção de fios.

Fonte: BILLINGS e WILDER (1970)

Padronização: Apesar da existência de vários parâmetros de caracterização

dos tecidos, a industria têxtil padronizou sistemas mais convenientes, como o Tex e o

Denier. O número Tex é definido pela massa em gramas de um kilômetro de fio e

multiplicando este valor por 9 obtém-se o número em Denier (CHEREMISINOFF e

YOUNG, 1977).

Tecidos Trançados: Conforme a ABNT/TB-392, um tecido trançado é uma

estrutura produzida pelo entrelaçamento de um conjunto de fios de trama formando um

ângulo de (ou próximo a) 90º. O conjunto de fios que correm ao comprido

(longitudinalmente) de um pano é chamado de urdume e forma a estrutura básica do

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tecido trançado, que deverá suportar o tecimento. O fio que é entrelaçado com o urdume

e é perpendicular a este, é designado trama, formando-se assim o tecido trançado.

Os tecidos podem ser trançados de várias formas. O trançado plano é a forma

mais simples, com cada fio da trama passando acima e abaixo do urdume.

O trançado sarja é um segundo tipo de tecido, formado pelo entrelaçamento de

mais de um e menos de quatro fios longitudinais em seqüência do fio transversal. Ao

fim de cada linha sucessiva, o padrão é mudado em um passo para a direita ou à

esquerda. Este tipo de trançado fornece um tecido mais resiliente e mais flexível que o

trançado plano.

O terceiro tipo de trançado é o cetim (satin), onde mais de quatro fios

longitudinais são entrelaçados por vez. Este tipo de trançado promove um acabamento

acetinado ao tecido, mas não confere boa resistência como os outros trançados. Tais

tecidos podem aparecer em duas variedades, sendo uma a face de fios longitudinais e a

outra a de fios transversais, dependendo de qual fio aparece na superfície. Estes tipos de

entrelaçamento podem ser visualizados na Figura 2.3.

Figura 2.3: Tipos de tecidos trançados.

Fonte: BUONICORE e DAVIS, 1992

Os tecidos trançados são geralmente utilizados em sistemas de filtração onde o

fluxo do gás é direcionado do interior dos sacos para fora, que operam com baixas

vazões de ar e que utilizam limpeza por fluxo de ar reverso ou por vibração mecânica

(DAVIS, 1992). SANCHEZ et al. (1997) comentaram que em sistemas de limpeza

baseados na agitação, empregam-se também tecidos trançados, normalmente de fibras

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naturais, tais como algodão e pêlos, mas também de fibras químicas, que são mais

resistentes ao estiramento e flexão, provocados pela limpeza.

Não tecidos ou feltros: conforme a NBR 13370, um não tecido é formado por

uma estrutura plana, flexível e porosa, constituído de um véu ou manta de fios ou

filamentos orientados direcionalmente ou ao acaso e consolidados por vias mecânicas,

químicas ou térmicas ou pela combinação destas. Normalmente, um tecido

apropriadamente trançado é a base da confecção do feltro, que confere resistência e

estabilidade dimensional ao tecido, enquanto que o feltro em si, formado pelas fibras

desarranjadas, é responsável pela captura das partículas.

A fabricação dos feltros se inicia pela formação de uma manta, constituída por

uma ou mais camadas de véus. Estes véus são obtidos por processos de cardagem, por

fluxo de ar, por deposição eletrostática, por suspensão em meio líquido ou por fiação

direta de filamentos contínuos. Em seguida, a manta é consolidada por processos

químicos, utilizando resina, secagem e polimerização; por meios mecânicos, usando

agulhas que entrelaçam as fibras/filamentos, costuras ou jatos de água; ou físicos,

utilizando calor e pressão. Pelo próprio processo de produção, os feltros exibem muito

mais poros por unidade de área que os tecidos trançados (HARDMAN, 2001).

DONOVAN (1985) afirmou que em tecidos não-trançados a formação da torta ocorre

mais lentamente que em tecidos trançados. Isto porque o espaço disponível para

passagem do fluxo em um tecido trançado é mais concentrado que em um não-trançado,

e o bloqueio desta passagem ocorre mais rapidamente por causa deste fluxo

concentrado.

A fabricação dos feltros poliméricos pode ser classificada em três categorias

básicas, conforme o processo de manufatura da rede inicial (véu) que constitui o tecido

(DONOVAN, 1985):

a. Processo a seco: a rede é formada por um processo de cardagem, que separa, alinha

e libera as fibras como uma rede para a posterior etapa de ligação.

b. Processo a úmido: semelhante ao processo de fabricação de papel, onde as fibras

são dispersas em meio líquido, e alimentadas em uma esteira aquecida que seca as

fibras.

c. Processo de ligação dos fios: é um processo que, diferente dos outros dois, envolve

desde a produção do polímero até a finalização do tecido em si. O produto de

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entrada não são as fibras, mas sim o predecessor, o polímero fundido. Este é

extrudado e em seguida, as fibras assim formadas são orientadas durante a queda em

uma esteira. A seguir, a rede formada passa pela etapa de ligação, que pode ser

térmica, química, ou por pressão.

A técnica da agulhagem é um método mecânico de ligação da rede formada,

que consiste em combinar duas ou mais camadas de tecidos produzidos pelas técnicas

apresentadas nos itens (a) e (b), ou naturais, e atravessá-las com agulhas farpadas. Este

processo visa distribuir as fibras uniformemente pela matriz trançada (CLARK, 2001).

Variando-se a distância entre as agulhas modifica-se as características dos tecidos. Uma

alternativa mais recente ao processo de agulhagem é a substituição das agulhas por jatos

de água de alta pressão.

Os fios formados por fibras sintéticas, para fabricação de tecidos trançados,

podem se apresentar em três configurações. O monofilamento é formado pela extrusão

de um filamento de fibra contínua, após a solidificação.

O fio multifilamentoso é formado quando várias fibras são torcidas juntas,

assim que se solidificam, e apresenta maior flexibilidade quando comparado ao

monofilamento, maior espessura e pode ser trançado em estruturas mais justas.

Os fios estirados (“spun”) são formado por fibras sintéticas cortadas em partes

curtas (40-70 mm) e processadas (ou cardadas) como as fibras cortadas naturais

(DONOVAN, 1985). Os tecidos trançados desta formas são mais volumosos, mais

rígidos, e tem maior capacidade de coleta. As desvantagens englobam a baixa

resistência ao estiramento e dificuldades na limpeza da torta. Uma representação destes

tipos de fios pode ser conferida pela Figura 2.4.

Monofilamento contínuo

Fio multifilamentoso

Fio estirado

Figura 2.4: Tipos de confecção de fios sintéticos.

Fonte: DONOVAN, 1985

Alguns exemplos de tecidos assim constituídos pode ser observado pela Figura

2.5.

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Figura 2.5:Tipos de tramas: a) trama plana com fios multifilamentosos; b) trama

sarja 2/1, com fios estirados e fibras cortadas (staple spun); c) feltro agulhado.

Tanto os tecidos trançados quanto os feltros possuem uma eficiência inicial

relativamente baixa, mas que aumenta com a formação da torta (HINDS, 1982).

THEODORE e BUONICORE (1988) afirmam que os feltros limpos são mais

eficientes que tecidos trançados limpos, mas que estes últimos são capazes de alcançar

eficiências comparáveis após uma camada de partículas ter se acumulado em sua

superfície. Na indústria, este processo de formação da torta pode durar, dependendo da

carga e da natureza das partículas, desde algumas horas até alguns dias. Por este motivo,

no caso dos tecidos trançados, deve-se cuidar para que a limpeza não elimine

completamente a camada superficial da torta, o que diminuiria a eficiência da filtração.

Como afirmam os autores, este problema é mais difícil de ocorrer nos feltros pela

grande quantidade de partículas retidas no interior do tecido após a limpeza. Assim, os

feltros necessitariam de técnicas de limpeza mais rigorosas, empregando-se

freqüentemente os métodos de pulso de ar. Os referidos autores notificam ainda que

Revisão Bibliográfica

tecidos trançados utilizados na remoção de partículas muito pequenas e a baixas cargas

são normalmente revestidos com asbestos ou materiais semelhantes, com o objetivo de

formar uma camada artificial que simularia uma torta de filtração, aumentando a

eficiência inicial e evitando a penetração das partículas no tecido.

2.1.1 MÉTODOS DE TRATAMENTO DE TECIDOS OU FINALIZAÇÃO

Existem várias formas de tratamento, entre mecânicos, térmicos e químicos,

para melhorar o desempenho dos filtros de tecido (DONOVAN, 1985).

Dentre os motivos que estimulam a realização de tratamentos finalizadores

estão: (i) assegurar a estabilidade adequada ao tecido (contra o encolhimento, por

exemplo), (ii) modificar as características superficiais, alterando inclusive a capacidade

de liberação da torta, (iii) regular a permeabilidade do tecido e conseqüentemente a

capacidade de coleta (HARDMAN, 2001) e (iv), minimizar a penetração de partículas e

diminuição da colmatação do tecido (MAUSCHITZ et al., 2005). Dentre os processos

finalizadores pode-se citar:

Calandragem: processo utilizado para tecidos não trançados, onde o tecido

passa através de rolos que o comprimem uma ou mais vezes, agindo como um

compactador. Na calandragem a quente, a temperatura é uma variável do processo.

(DONOVAN, 1985).

Envernizamento ou envidramento: processo onde se tem uma caladragem a

quente bem controlada, onde ocorre a fusão das fibras da superfície, conferindo aspecto

vitrificado (DONOVAN, 1985).

Escovação: nesta operação, uma vigorosa escovação da superfície resulta no

levantamento dos fios do tecido. Esta técnica é aplicada em filtros trançados, onde a

eficiência inicial de coleta é baixa (ROTHWELL, 1989).

Chamuscagem: este processo utiliza uma chama para eliminar fibras

preponderantes da superfície, como se fosse um processo inverso à escovação. Este

processo evita que as fibras da superfície sejam incorporadas à torta e formem uma

espécie de “armadilha”, dificultando a limpeza.

Revisão Bibliográfica

Impregnação química: consiste na imersão do tecido em banho químico. Este

processo é utilizado para melhorar o desempenho do filtro, reduzindo o ataque químico,

aumentando a resistência a ácidos, facilitando a liberação da torta e retardando a

propagação de chama (CLARK, 2001).

Alguns tecidos podem conter, pespontados à costura, fios de metais como

cobre ou aço inoxidável, para descarga da carga das partículas e evitar faíscas de

eletricidade estática (CHEREMISINOFF e YOUNG, 1977).

Além disso, alguns meio filtrantes podem receber tratamento antiestático,

tratamento de orientação de fibras, recobrimento com membranas, receber resinagem

com PTFE, ou ainda, ser plastificado em um ou ambos os lados, além de muitos outros

tipos de tratamento disponíveis (LORA, 2002). ATabela 2.1 apresenta alguns tipos de

tecidos comumente utilizados na remoção de partículas.

Diferentemente do mecanismo de ação de uma peneira, em que apenas as

partículas com diâmetros superiores à abertura da malha ficam retidas (HINDS, 1999),

os filtros de tecido possuem elevada eficiência de coleta para uma ampla distribuição

granulométrica. Apesar da abertura dos poros dos tecidos comerciais utilizados como

meio filtrante serem de aproximadamente 100 µm, estes removem adequadamente

partículas menores que 0,5 µm e coletam uma quantidade substancial de partículas

menores que 0,01 µm (THEODORE e BUONICORE, 1988).

Segundo ROSS (1972), a captura de partículas de diâmetros inferiores às

aberturas dos poros dos tecidos se deve, a mecanismos como: a impactação de partículas

grandes com as fibras; a difusão de partículas submicrômicas pelas fibras; a atração e

repulsão eletrostática e a retenção das partículas grossas pelo tecido e das finas pela

torta formada, este último sendo o mecanismo que se assemelha ao peneiramento. Os

principais mecanismos serão estudados mais criteriosamente no item 2.1.2.

Revisão Bibliográfica

Tabela 2.1: Tecidos utilizados como meios filtrantes e suas propriedades.

Nome genérico Fibra

Resistência à

tensão

Resistência à

abrasão

Densidade

específica

Umidade

normal (%)

Temperatura

operacional (ºC)

Ácido Base Solventes orgânicos

Fibra natural de

celulose

Algodão Forte Média 1,6 7 82 Baixa Média Boa

Comentário: disponível a baixo custo

Fibra natural

animal

Lã (pêlo) Média Média 1,3 15 99 Razoável Baixa Boa

Comentário: desgaste com o tempo (idade), suscetível à ação de microrganismos

Poliolefina Polipropileno Excelente Boa 0,9 - 0,91 - 88 Excelente Excelente

Boa, exceto cetonas,

ésteres aromáticos e

hidrocarbonetos

alifáticos

Comentário: é a fibra sintética mais barata, muito forte, baixa absorção de umidade e excelente resistência química

Papel Papel Fraca - 1,5 10 82 Baixa Média Boa

Comentário: baixo custo

Poliamida

Nylon

Excelente Excelente 1,1 5,0 104 Média Boa

Boa (exceto fenol e

ácido fórmico)

Poliéster

Dacron

Excelente Excelente 1,4 0,4 138 Boa Média Boa (exceto fenol)

Comentário: a boa qualidade global e custo relativamente baixo transformaram-no no padrão de vários coletores. Excelente resistência ao calor, suscetível à hidrólise por

calor seco.

Acrilonotrila

(acrílico)

Orlon

Média Média 1,3 1,0 121 Boa Média Boa

Comentário: aplicações comuns incluem filtração de metais ferrosos e não-ferrosos, cimento, cal, fertilizantes, produtos alimentícios, areia e carvão

Poliamida

aromática (nylon)

Nomex

Muito boa Muito boa 1,4 5,0 232 Boa Média

Boa (exceto fenol e

ácido fórmico)

Comentário: é a fibra sintética mais resistente à abrasão. Limpeza fácil

Fluorocarbono

Teflon

Média Baixa - - 232 Excelente Excelente Excelente

Comentário: pode ser utilizado a altas temperaturas e possui excelente resistência química

Vidro Vidro Excelente Baixa 2,5 0,0 288 Média Média Boa

Comentário: todas as propriedades são dependentes do tratamento do tecido; por sua baixa resistência à abrasão raramente é usado em coletores de pulso ou fluxo reverso

Asbestos Asbestos Fraca - 3,0 5,0 260 Média Média Boa

Polietileno Polietileno Forte - 1,0 0,0 121 Média Média Média

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2.1.2 CAPTURA DE PARTÍCULAS

Tanto em filtros de manga quanto em outros filtros e equipamentos utilizados

na remoção de particulados, as partículas são coletadas através de quatro mecanismos

principais: interceptação direta, impactação inercial, difusão e gravidade. Devido à

complexidade destes fenômenos, geralmente realizam-se estudos de modo simplificado,

considerando-se a coleta de partículas em uma única fibra, perpendicular ao sentido de

escoamento do fluido (HINDS, 1999). Esses mecanismos são particularmente

importantes para os primeiros estágios da filtração e serão descritos a seguir

(MATESON e ORR, 1987).

Interceptação Direta: é um mecanismo que depende do tamanho da partícula,

sendo esta coletada quando se aproxima da fibra a uma distância igual a seu raio, sendo

especialmente importante quando se trabalha com partículas maiores que 1 µm. A

Figura 2.6 ilustra este mecanismo.

Figura 2.6: Desenho esquemático da captura por interceptação direta

Nos cálculos relacionados a este tipo de mecanismo, a partícula é considerada

sem massa, mas com tamanho finito. Como não possui massa, não existem efeitos

inerciais, de modo que a partícula acompanha sua linha de corrente, sem se deslocar

dela quando se aproxima da fibra (DULIEN, 1989). RUBOW e LIU (1986) forneceram

um parâmetro adimensional (R), que caracteriza a captura por interceptação, dado pela

Equação (2.1):

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R =

(2.1)

sendo d

o diâmetro das partículas e d

o diâmetro das fibras. Conforme DONOVAN

(1985), a captura via interceptação direta é desprezível quando R ≤ 0,1. Deste modo,

torna-se evidente que a deposição das partículas por interceptação é promovida pelo

aumento do diâmetro de partículas.

Impactação ou deposição inercial: neste caso, admite-se que as partículas

possuem massa finita. A presença de um corpo no caminho do escoamento produz uma

curvatura nas linhas de corrente, seja ele uma fibra ou uma esfera. As partículas são

projetadas de suas linhas de corrente originais por ação inercial - uma vez que o sentido

do movimento torna-se tangencial às linhas de corrente - e se chocam com o corpo

coletor, podendo ou não se depositar em sua superfície. Neste mecanismo é evidente a

influência da velocidade e da massa das partículas (DULIEN, 1989) na eficiência de

coleta, uma vez que de ambas depende a força inercial. Este mecanismo é governado

pelo número de Stokes, dado pela Equação 2.2:

ppf

..18

= (2.2)

em que d

é o diâmetro de partículas, V

é a velocidade de filtração,

é a densidade

das partículas, e d

é o diâmetro das fibras e

é a viscosidade. A eficiência de captura

de uma fibra aumenta com o aumento do número de Stokes, por causa da maior inércia

(maiores d

), maior velocidade da partícula, ou curvaturas mais bruscas das linhas

de corrente resultantes de menores diâmetros de fibra (HINDS, 1999). Segundo

GUTFINGER e TARDOS (1979), citado por LEE (1986), a contribuição da impactação

inercial é insignificante para números de Stokes inferiores a 0,1. A Figura 2.7 ilustra o

mecanismo de impactação inercial.

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Figura 2.7: Desenho esquemático da captura por impactação inercial.

Difusão ou movimento Browniano

: normalmente as linhas de corrente não

coincidem com a trajetória das partículas pequenas por influência do movimento

Browniano. Este efeito é especialmente importante para partículas menores que 1µm,

sendo que a partir deste diâmetro, as forças inerciais tornam-se cada vez menos ativas e

para partículas de 0,1µm este passa a ser o mecanismo de captura dominante (DULIEN,

1989). O parâmetro adimensional utilizado para descrever o grau de deposição

browniana é o número de Peclet, definido pela Equação 2.3 (RUBOW e LIU, 1986):

= (2.3)

em que V

é a velocidade do fluido nos poros, d

é o diâmetro das fibras e D é o

coeficiente de difusão da partícula. A velocidade intersticial é dada pela razão da

velocidade superficial pela porosidade (V

= V

). Assim, a intensidade da deposição

aumenta com o decréscimo do número de Peclet e do diâmetro de partículas (HINDS,

1999). A Figura 2.8 apresenta um esquema da captura por difusão browniana.

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Figura 2.8: Desenho esquemático da captura por difusão.

Gravidade ou sedimentação: este mecanismo predomina em situações onde se

têm partículas grandes e com baixa velocidade, não consistindo exatamente em um

mecanismo de captura de aerossóis. Neste caso, as partículas desviam sua trajetória das

linhas de corrente, podendo assim, tocar a superfície das fibras e serem capturadas. A

Figura 2.9 esquematiza a captura por gravidade.

Figura 2.9: Desenho esquemático da captura por ação gravitacional.

Por estas informações, tem-se que, aumentando-se o diâmetro de partículas, os

mecanismos de interceptação, impactação e gravidade tendem a prevalecer, enquanto

que a diminuição delas incentiva a coleta pela difusão Browniana. Inevitavelmente,

haverá regiões com predomínio de mais de um mecanismo de captura. Conforme LEE

(1986), nestas regiões ocorre maior penetração de partículas através do meio filtrante,

ou seja, regiões de eficiência mínima. A Figura 2.10 ilustra a eficiência pertinente a

cada mecanismo e a eficiência total, para um filtro de espessura igual a 1 mm,

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densidade de empacotamento (α) igual a 0,05, diâmetro de fibras igual a 2,0 µm e

velocidade de 0,1m/s, conforme a teoria de captura por uma fibra simples.

Figura 2.10: Interação dos mecanismos de coleta e eficiência resultante dos mesmos.

Fonte: HINDS, 1999.

A partir desta constatação, FUCHS (1964) mostrou que a eficiência total não é

dada pela soma das eficiências pertinentes a cada mecanismo, mas é menor que ela. Isto

porque vários mecanismos acabam competindo pela mesma partícula, e sua captura

pode ser contabilizada mais de uma vez (HINDS, 1999).

2.2 OPERAÇÃO DA FILTRAÇÃO

O processo de filtração se desenvolve, a partir de um tecido limpo (ou

virgem), em uma seqüência de etapas. O comportamento e duração de cada fase são

determinados por uma série de fatores que serão discutidos neste tópico.

Em linhas gerais admite-se que, para os tecidos utilizados em filtros de manga,

a filtração se dá primeiramente pela captura de partículas no interior do meio filtrante,

na superfície das fibras. A esta etapa segue-se a impregnação do tecido e a formação de

uma camada superficial de material particulado, denominada torta de filtração

(POWELL et al., 1998).

Na primeira etapa da filtração, denominada também de filtração interna, as

fibras do MEIO filtrante são responsáveis pela captura das partículas. Estas ficam

Revisão Bibliográfica

retidas nas fibras por ação dos mecanismos descritos anteriormente (THEODORE e

BUONICORE, 1988). Nesta fase, a penetração de partículas através do tecido é maior, e

tende a diminuir com o tempo de filtração (GRAEF et al., 1995), o que implica em uma

menor eficiência de captura apresentada pelo tecido neste período, mas que aumenta

rapidamente com o decorrer do processo. No entanto, a perda de carga nesta fase

aumenta lentamente (THOMAS et al., 2001; WALSH et al., 1996), e esta resposta é

diretamente proporcional ao número de partículas coletadas, ou seja, a perda de carga

apresenta um comportamento linear em função da massa coletada e dependente dos

mecanismos de captura (JAPUNTICH et al., 1994).

A duração desta fase inicial de filtração, caracterizada pelo lento acréscimo da

perda de carga, pode ter maior ou menor duração, dependendo das características

(eficiência) do tecido (WALSH, 1996; CALLÉ et al., 2002b). No caso de filtros HEPA

(sigla em inglês para filtros de ar de alta eficiência – High Efficiency Particulate

Aerosol ), esta etapa praticamente inexiste, sendo a formação da torta quase instantânea

(JAPUNTICH et al., 1994).

Para os demais tipos de filtros industriais, a duração desta fase é mais

pronunciada no primeiro ciclo, com um tecido virgem, e tem sua duração sensivelmente

diminuída nos ciclos subseqüentes (ROTHWELL, 1980), mas mesmo no primeiro ciclo

sua duração é muito breve (PAYATAKES, 1977)

Com o transcorrer da filtração e conseqüente aumento das partículas coletadas,

inicia-se uma fase de transição, com a formação de dendritos (WALSH et al., 1996).

Estes dendritos são estruturas formadas pela aglomeração de partículas no interior do

meio, que passam a agir como novos elementos coletores (REMBOR e KASPER,

1996) e estão apresentados na Figura 2.11.. A Figura apresenta a variação da forma dos

dendritos com os valores das constantes que definem os mecanismos de captura,

descritas anteriormente: R, Peclet e Stokes.

Revisão Bibliográfica

Figura 2.11: Ilustração da formação de dendritos no interior dos meios filtrantes e sua

variação conforme o mecanismo de coleta predominante.

Hoje sabe-se que quanto menor a velocidade de filtração, maior a porosidade

destas estruturas dendríticas (KANAOKA e HIRAGI, 1990), e quanto menor as

partículas, mais rápido se dá o desenvolvimento destes dendritos (WALSH e

STENHOUSE, 1997).

PAYATAKES (1977) subdivide esta fase intermediária em duas, sendo que

inicialmente ocorre a deposição de partículas sobre partículas, e segue-se a fase em que

estes dendritos crescem e interagem com seus vizinhos, formando uma cobertura de

espessura não uniforme ao redor de cada fibra, formando o que o autor denomina de

matriz porosa interna.

Como resultado da formação destas estruturas, tem-se um acréscimo na taxa

de aumento da perda de pressão e significativa diminuição da penetração das partículas

através do filtro (WALSH, 1996; BROWN e WAKE, 1999). Os dendritos formados

vêm a constituir, finalmente, uma camada superficial de material particulado,

denominada torta de filtração.

A partir da existência da torta na superfície do tecido, tem-se a terceira fase da

filtração, em que a perda de carga alcança a sua máxima taxa de aumento e a penetração

através do tecido e a eficiência tornam-se constantes (WALSH, 1996; BROWN e

WAKE, 1999; THOMAS et al., 2001).

Revisão Bibliográfica

Nesta terceira fase, conhecida como filtração superficial, o meio filtrante passa

a atuar apenas como suporte para a torta, sendo esta capaz de remover partículas mais

finas da corrente gasosa por peneiramento, ou por outros mecanismos de captura já

descritos anteriormente. Desta forma, é interessante que se estabeleça a filtração

superficial o quanto antes, para que o sistema alcance maior eficiência de remoção

(ROTHWELL, 1980).

2.2.1 A FORMAÇÃO DA TORTA

A previsão do momento exato de formação de torta é difícil de se obter

fisicamente, mesmo porque os tecidos não são materiais uniformes. Vários autores

admitem um valor experimental para demarcar o ponto em que a torta se forma,

designado por ponto de colmatação.

Este ponto pode ser entendido também como sendo a capacidade de retenção

do meio (JAPUNTICH et al., 1994).

Segundo WALSH (1996), o ponto de colmatação é dado pelo lugar geométrico

obtido pelo gráfico de perda de carga em função da carga mássica, correspondente ao

cruzamento da assíntota da curva com o eixo das abscissas, como apresentado pela

Figura 2.12. Assim se obtém a massa de material particulado necessária para formar a

torta (WALSH e STENHOUSE, 1997).

Figura 2.12: Determinação do ponto de colmatação do meio, conforme WALSH (1996).

Revisão Bibliográfica

A colmatação é tanto mais rápida quanto menores as partículas envolvidas

(WALSH e STENHOUSE, 1997; WALSH et al., 1996), e quanto mais densamente

empacotados forem os filtros utilizados (GRAEF et al., 1995; WALSH, 1996), uma vez

que há um menor espaço disponível entre as fibras para a deposição das partículas.

KANAOKA e HIRAGI (1990) verificaram um crescimento mais acelerado

dos dendritos que antecedem a formação da torta nos casos em que prevalece a captura

de partículas pelo mecanismo de difusão, sendo este crescimento mais moderado na

faixa de coleta da interceptação direta e mais lento quando a coleta se dava no regime

inercial. Estas informações foram ratificadas no trabalho de JAPUNTICH et al. (1997)

que comentaram que, no caso dos filtros de papel, este ponto é função do mecanismo de

coleta que rege o processo e sugeriram que, para um dado mecanismo, este ponto é

proporcional ao diâmetro do poro.

O aumento da espessura da torta resulta em um aumento da perda de carga no

sistema, tornando necessária a limpeza periódica do filtro para remover a mesma e

manter a perda de carga em níveis adequados de operação.

2.2.2 MECANISMOS DE LIMPEZA

No momento em que a perda de carga atinge um valor pré-estabelecido, ou um

tempo de filtração fixado, a remoção da camada de partículas formada torna-se

imprescindível do ponto de vista econômico e operacional. Os métodos apresentados

pela literatura para a remoção do material coletado incluem a vibração das mangas, a

reversão do ar, por meio um fluxo contínuo reverso ou por um pulso de ar a alta

pressão, ou ainda a combinação destes.

Segundo LORA, a (2002) a limpeza por agitação (ou vibração) tem como

vantagem a sua maior intensidade, o que permite operar com uma relação gás/pano

maior que em sistemas de fluxo reverso de gás, com um menor consumo de energia.

A limpeza por fluxo de ar reverso é realizada com o auxílio de um ventilador

que produz um fluxo de ar no sentido inverso ao da filtração, que fratura e depois

descola a torta. Neste caso, a coleta da partícula é realizada no interior das mangas. Este

procedimento é desenvolvido com baixas velocidades de modo a não sobretensionar os

Revisão Bibliográfica

filtros, é de simples operação, além de permitir um fácil isolamento dos

compartimentos.

Os métodos que utilizam pulsos de ar reverso empregam um jato de ar com

alta velocidade e pequeno volume, que passa pelo interior das mangas causando a

expansão repentina das mesmas, deslocando a poeira coletada na superfície externa

(THEODORE e BUONICORE, 1988). Esta técnica permite que a relação gás /pano seja

mantida na faixa de 4 a 8 m

.min, tornando os sistemas mais compactos, e as mangas

podem ser limpas sem interrupção do processo, com maior eficiência de remoção,

resultando em um menor consumo de ar comprimido (LORA, 2002). Em contrapartida,

a vigorosa limpeza pode danificar o tecido, caso o mesmo não seja apropriado

(BUONICORE e DAVIS, 1992).

Na prática, após a limpeza, verifica-se a permanência de uma fina camada de

torta sobre o meio filtrante (KOCH et al, 1996). Com o aumento do número de ciclos

(definidos como o período de uma filtração e uma limpeza), nota-se que a penetração de

sólidos no tecido é cada vez menor, a resistência efetiva do meio é cada vez maior e o

tempo de filtração cada vez menor (ROTHWELL, 1980). A Tabela 2.2 apresenta os

métodos mais utilizados na limpeza de filtros de manga.

Tabela 2.2: Comparação entre alguns métodos de limpeza

Método de

limpeza

Uniformidade

da limpeza

Tipo de

tecido

Velocidade

de filtração

Custo do

equipamento

Custo

energia

Carga

poeira

Fluxo reverso,

sem

flexibilidade

Boa Trançado Média Médio

Médio –

baixo

Média

Fluxo reverso

com colapso

Média Trançado Média Médio

Médio –

baixo

Média

Pulso reverso Muito Boa

Trançado

feltro

Muito Alta Alto Alto Alta

Vibração Boa Trançado Média Médio

Médio –

baixo

Média

Sônica Média Trançado Média Médio Médio -

Manual Boa

Trançado

feltro

Média Baixo - Baixa

Fonte: THEODORE e BUONICORE (1988)

A Figura 2.13 ilustra alguns métodos citados na Tabela 2.2.

Revisão Bibliográfica

Figura 2.13 Métodos de limpeza de filtros de tecido. a) sônica; b) oscilação; c) vibração;

d) pulso de ar reverso; d) fluxo de ar reverso.

Adaptado de THEODORE e BUONICORE (1988)

Como resultado tem-se o acréscimo gradual da perda de carga residual, de

modo que os valores da perda de carga do filtro imediatamente após a limpeza são

superiores à perda de carga de um filtro que ainda não foi utilizado (DONOVAN,

1995).

Como já citado, este comportamento é decorrente do fato de não ser possível

a remoção completa das partículas retidas entre as fibras.

A Figura 2.14 ilustra um ciclo utilizando limpeza por fluxo de ar reverso,

apresentando o direcionamento do fluxo de ar e a limpeza incompleta, que ocorre no

tecido, caracterizada principalmente pela limpeza aos pedaços.

Revisão Bibliográfica

Figura 2.14: Ciclos de filtração e limpeza por ar reverso

2.2.2.1 Mecanismos de Descolamento da Torta

Teoricamente, durante o processo de limpeza era de se esperar que a torta

fosse removida uniformemente em todas as partes do tecido, pela imposição de uma

força suficiente para romper as forças de coesão entre as partículas e as forças de adesão

entre o tecido e a torta. No entanto, muitas são as variáveis envolvidas neste processo e

que interferem no mesmo, entre as quais pode-se citar: as propriedades superficiais do

filtro, as propriedades químicas e estruturais das partículas, as propriedades elétricas das

partículas e do tecido e a influência da umidade.

Em se tratando de limpeza de filtros de tecido, é freqüente o descolamento de

partes da torta, e muitas vezes apenas uma fina camada permanece aderida ao tecido

(KAVOURAS e KRAMMER, 2003). Este fenômeno é conhecido como “patchy

cleaning” ou limpeza em blocos. Alguns autores atribuem este comportamento ao fato

de que a tensão aplicada para a remoção se concentra em falhas ou desuniformidades da

torta, gerando rachaduras que se propagam (KOCH et al. 1993). Autores como DENNIS

e KLEMM (1980) atribuem o fato às irregularidades da força de adesão na interface

torta-tecido, resultando em áreas mais fracamente aderidas ao mesmo. A limpeza em

blocos resulta tanto na distribuição desigual da espessura da torta, quanto em uma

velocidade não uniforme no ciclo seguinte (KAVOURAS e KRAMMER, 2003),

Revisão Bibliográfica

interferindo na formação da nova torta após a limpeza, e na perda de carga (DITTLER e

KASPER, 1999).

Atualmente, o estudo sobre o comportamento da limpeza em blocos está se

difundindo e alguns perfis já podem ser estabelecidos através destes trabalhos. Desta

forma pode-se afirmar que, quanto maior a coesão entre as partículas, maior são as

partes removidas (CALLÉ et al. 2002b). Evidências experimentais mostram ainda que o

tamanho das partes da torta descoladas aumenta também com a carga mássica

depositada por unidade de área filtrante (KOCH et al., 1993).

TIENI et al (2005) verificou que ocorreu um aumento no tamanho dos blocos

removidos com um aumento da perda de carga máxima, ou seja, com a espessura da

torta, além de haver um aumento do número de pedaços removidos também com o

número de ciclos.

KOCH et al. (1996) verificaram que, após a limpeza, partes da torta

permaneciam fracamente aderidas ao meio filtrante, apesar de não apresentarem quase

nenhum contato superficial. Além disso, essas partes, embora não proporcionassem

quase nenhuma contribuição para a perda de carga no sentido da limpeza, quando a

filtração era restabelecida, elas aderiam novamente ao tecido, aumentando a perda de

carga residual. Este fato revela que nem toda a perda de carga residual é resultado da

permanência de partículas no interior do tecido, evidenciando a interferência da limpeza

em blocos na filtração seguinte. Segundo MAUSCHITZ et al. (2004), a perda de carga

residual poderia ser dividida em duas frações: a primeira constituída por partículas

depositadas nas camadas próximas à superfície do meio filtrante, responsáveis pela

resistência da colmatação no interior do meio filtrante; e a segunda composta pelas

partículas depositadas na camada externa do filtro, consistindo da torta remanescente.

Além disso, MAUSCHITZ et al. (2004) afirmaram que durante a limpeza há

um processo de reorganização interna das partículas no meio filtrante, que se inicia com

o deslocamento de partículas, ou de aglomerados de partículas, seguido da difusão ou

deslocamento destas partes no interior do meio para regiões onde terão menor influência

no escoamento de gás no ciclo seguinte. Esta nova configuração interna causaria menor

perda de carga que as partículas em sua configuração original, antes da limpeza. Para

quantificar este efeito de reorientação, os autores definiram o fator de rearranjo, como

mostra a Equação (2.4).

Revisão Bibliográfica

∆

−∆

=Λ

(2.4)

em que: Λ é o fator de rearranjo, adimensional; ∆P

é a perda de carga medida após a

limpeza (Pa); e ∆P

é a perda de carga comparativa para a mesma massa de pó coletada

durante a formação da torta (Pa).

KANAOKA et al. (2001) verificaram também que o aumento da rugosidade

em filtros cerâmicos produz fragmentos menores de torta na limpeza por pulso de ar a

alta pressão. Segundo os mesmos autores, a remoção da camada de pó em lâminas ou

grandes aglomerados tem como vantagem a redução do problema de reentrância das

partículas, resultando em uma maior eficiência de limpeza.

No trabalho de KOCH et al (1993) ficou comprovado que, na filtração em

meios rígidos com limpeza por fluxo reverso, a tensão de descolamento da torta diminui

significativamente com o aumento da carga mássica, quando esta apresenta baixos

valores (entre 100-500 g/m

) e menos significativamente para valores maiores

(>500 g/m

). Os autores atribuíram o comportamento das baixas cargas à

descontinuidades na formação e descolamento parcial da mesma. Porém, MORRIS e

ALLEN (1996) trabalhando com meios flexíveis de poliéster chamuscado, verificaram

que a adesão aumentava com o aumento da massa de torta por área.

Ainda com relação à rigidez do material filtrante, CALLÉ et al. (2002a)

apresentaram resultados de ensaios em dois filtros de poliéster, sendo que um possuía

uma densidade de empacotamento duas vezes maior que outro. Pelos experimentos os

autores puderam concluir que o filtro mais rígido (ou mais densamente empacotado)

teve um melhor desempenho na regeneração, quando sujeito às mesmas condições que o

filtro mais leve.

A permeabilidade do filtro, por sua vez, foi analisada em filtros cerâmicos por

KANAOKA et al. (2001), cujo resultado encontrado revelou que o filtro que apresentou

maior facilidade e eficiência de limpeza, com menor tempo de descolamento da camada

de pó foi o de maior permeabilidade. Além disso, os autores concluíram que os ciclos de

filtração foram mais longos para filtros de maior permeabilidade.

Revisão Bibliográfica

MARTINS (2001a) verificou ainda que a permeabilidade dos meios filtrantes

diminuía com os ciclos de filtração, conforme ocorria o acúmulo de material

particulado.

2.2.3 CRITÉRIO DE DESEMPENHO

Em linhas gerais, os parâmetros principais que caracterizam o desempenho de

um filtro são a eficiência de coleta, a perda de carga, a vida útil e o custo do tecido

(MAYER et al., 1998). Conforme DULLIEN (1989) deve-se considerar que a eficiência

de coleta aumenta com o decorrer da filtração por causa da retenção de partículas no

meio. Sendo assim, deve-se investigar o comportamento do tecido quando do processo

de filtração e limpeza e não simplesmente considerar suas propriedades sem testes

preliminares (CALLÉ et al., 2002a), uma vez que o acúmulo de partículas no meio

minimiza significativamente as diferenças de eficiência, que geralmente já são pequenas

entre dois tecidos.

Torna-se necessário ressaltar que o comportamento da filtração está

diretamente relacionado à natureza química e física das partículas, à sua distribuição

granulométrica, ao tipo do elemento filtrante, às propriedades do gás e às condições

operacionais. Assim, para a seleção correta do tecido, deve-se observar tanto seu

material e modo de confecção quanto analisar a compatibilidade do mesmo com o

material a ser removido (BARNETT, 2000), verificando suas características físicas e

químicas. Além disso, parâmetros como umidade da corrente gasosa, temperatura,

tamanho das partículas, vazão de ar, abrasividade das partículas e técnica de limpeza

devem ser observados para a escolha do filtro a ser utilizado.

2.3 ASPECTOS RELEVANTES NA FILTRAÇÃO

A seguir será realizada uma discussão sobre os fatores mais relevantes a serem

considerados neste estudo de filtros de tecido.

Revisão Bibliográfica

2.3.1 QUEDA DE PRESSÃO NA FILTRAÇÃO

Quando se inicia um novo ciclo de filtração, a perda de carga através do filtro

se encontra em um valor bem abaixo daquele imediatamente anterior à limpeza, mas

ligeiramente superior ao valor inicial, correspondente ao filtro limpo e virgem. Como

justificado anteriormente, isso se deve ao fato de, por mais eficiente que seja a limpeza,

algumas partículas não são removidas, permanecendo nos interstícios do tecido

(WILDER e BILLINGS, 1970b). De acordo com AGUIAR (1991), no início da

filtração pode-se notar um comportamento não linear da queda de pressão com o tempo,

sendo que este comportamento tende a se linearizar após a formação da torta. Esta

observação é confirmada pelo trabalho de SCHIMIDT (1995), que constatou um

período de transição inicial, sendo que o tempo de duração da deposição das partículas

no interior do tecido foi apenas de alguns segundos, seguido por outra fase em que a

permeabilidade permaneceu constante, sem alteração da torta. Porém, com o decorrer do

tempo de filtração, o autor notou um afastamento da linearidade, com aumento do

coeficiente angular, e atribuiu a isso à compressibilidade da torta.

No entanto, alguns trabalhos encontrados na literatura apresentaram curvas de

filtração com decréscimo do coeficiente angular, algum tempo após a formação da torta,

ou seja, a perda de carga diminuía para uma dada quantidade de massa depositada.

SILVA et al. (1999) atribuíram este comportamento a uma diminuição da resistência

específica da torta e da porosidade da mesma, determinada experimentalmente.

Deve-se esclarecer a diferença entre a perda de carga do tecido limpo, a perda

de carga crítica (máxima), que indica o momento da limpeza, e a perda de carga

residual, que é a diferença de perda de carga do filtro novo e do filtro após a limpeza.

A perda de carga residual tende a aumentar após cada ciclo, como citado

anteriormente, pelo crescente acúmulo de partículas no tecido (DULLIEN, 1989). Após

vários ciclos este valor tende a se estabilizar, indicando uma “quantidade de equilíbrio

de pó” no tecido, ou uma saturação do mesmo, que depende do tipo do material do

filtro, do tamanho das partículas e do tempo e tipo de sistema de remoção da torta

(CALLÉ et al, 2002b). Porém, segundo KOCH et al. (1996) e STÖCKLMAYER e

HÖFLINGER (1998a), em alguns casos este equilíbrio pode nunca ser atingido, sendo

que a operação prossegue até que a vazão de ar não possa mais ser mantida por muito

Revisão Bibliográfica

tempo, sob condições adequadas de perda de carga, tornando o processo impraticável, e

conseqüentemente, sendo necessário a troca do tecido.

Duas equações são tradicionalmente empregadas para avaliar o escoamento de

fluidos em meios porosos, sendo que ambas relacionam os valores de perda de carga

com a velocidade superficial. Estas equações são apresentadas a seguir e são conhecidas

como equações de Darcy (Equação 2.5) e de Forchheimer (Equação 2.6):

⋅=

∆

(2.5)

ρµ

⋅+⋅=

∆

(2.6)

sendo que, L é a espessura do meio filtrante, µ é a viscosidade do fluido e ρ a

densidade, o termo V

representa os efeitos viscosos, enquanto o termo

representa os efeitos cinéticos ou inerciais.

Para os casos de escoamentos puramente viscosos, a equação (2.5) pode ser

utilizada. Nesta equação, a constante k

é conhecida como sendo o constante de

permeabilidade do meio poroso. Com o aumento da velocidade de escoamento, a

equação de Darcy deixa de ser satisfatória, já que os efeitos inerciais tornam-se

importantes e precisam ser considerados. Nestes casos observa-se um comportamento

parabólico da perda de carga em relação à velocidade superficial, sugerindo-se o uso da

Equação (2.6) para caracterizar o sistema. Por meio da utilização da equação mais

adequada para as condições de operação, pode-se obter valores experimentais da

permeabilidade para cada meio filtrante.

De acordo com INNOCENTINI et al. (1999), a equação de Forcheimmer é

amplamente aplicada para uma larga faixa de velocidades e em muitos leitos porosos.

No entanto, os referidos autores testaram a importância do parâmetro não-linear ou

inercial, verificando se o mesmo poderia ou não ser desconsiderado. Para tal, foi

utilizado um parâmetro de comparação, o número de Forcheimmer, Fo, que relaciona as

Revisão Bibliográfica

forças viscosas e cinéticas que contribuem para a perda de carga, apresentado pela

Equação 2.7:













(2.7)

Desta forma, para Fo<<1, a Equação (2.6) pode ser reduzida à equação (2.5),

enquanto que para Fo = 1, a desconsideração do termo quadrático da equação ocasiona

desvios de até 50% do valor real da permeabilidade.

Quando se opera com fluidos compressíveis, deve-se quantificar a influência

da compressibilidade do gás nas equações de permeabilidade. A integração das formas

diferenciais das equações de Darcy e Forchheimer resulta nas Equações (2.8) e (2.9)

respectivamente:

LP2

PsPe

⋅⋅

−

(2.8)

LP2

PsPe

ρµ

⋅⋅

−

(2.9)

sendo, P

e P

, respectivamente, a pressão na entrada e na saída da amostra sob ensaio. A

pressão P corresponde à pressão na qual V,

são medidos e calculados. Estas

equações são válidas para o escoamento de gases, quando os efeitos da

compressibilidade são significativos para a queda de pressão.

Pela Lei de Davies, a perda de carga em um filtro fibroso limpo pode também

ser descrita pela Equação (2.10) (THOMAS et al., 2001):

32/3

).561.(

...64

αα

∆

(2.10)

Para a determinação da perda de carga de um filtro colmatado, a Lei de Davies

modificada torna-se a Equação (2.10):

Revisão Bibliográfica

























∆

dddd

.....64

2/1

(2.11)

em que se considera os diâmetros das partículas constituintes da torta, e os dendritos

formados pelas mesmas como sendo novos elementos coletores. Nestas equações,

= densidade de empacotamento do filtro (adimensional);

= densidade de

empacotamento da torta (adimensional); V

= velocidade de filtração; d

= diâmetro de

fibras; d

= diâmetro de partículas.

De modo semelhante, em MATTESON e ORR (1987), a pressão total de

filtração (

∆

) é definida como sendo a soma da queda de pressão do meio filtrante

(

∆

) com a queda de pressão da torta (

∆

), como apresentado na Equação (2.12).

McT

PPP

∆

+∆=∆ (2.12)

Como a perda de carga através da torta é dependente da velocidade de

filtração, V

, e da massa de pó depositada por unidade de área, W, têm-se as Equações

(2.13) e (2.14):

WVKP

=∆ (2.13)

VKP .

=∆

(2.14)

sendo que a constante de proporcionalidade K

é a resistência específica do meio

filtrante e K

é a resistência específica da torta, relacionada com o tamanho das

partículas, com a porosidade da torta e com a velocidade do gás; e

∆

é uma função

linear da velocidade e igual à permeabilidade do meio filtrante vezes a velocidade.

Como no caso de tortas de filtração a espessura da mesma (L’) varia com o tempo de

filtração, pode-se admitir que, no caso de tortas incompressíveis:

').1.( LW

−= (2.15)

portanto:

Revisão Bibliográfica

)1.(

ερ

−

= (2.16)

Deste modo pode-se obter K

experimentalmente através do aumento da queda

de pressão no filtro devido ao acúmulo de material pulverulento no meio (LEITH e

ALLEN, 1986), representado pela Equação (2.17):













−

∆−∆













(2.17)

em que:

: resistência específica da torta (s-1)

A: área de filtração (m

)

: Velocidade de filtração (m/s)

∆

: perda de carga nos pontos 1 e 2 da parte linear da curva de filtração (Pa)

e M

: massa acumulada por unidade de área nos pontos 1 e 2 (kg/m

)

Substituindo as Equações (2.13) e (2.14) na Equação (2.12) e rearranjando-a,

tem-se a Equação (2.18):

2021

. SSWKK

+=+=

∆

(2.18)

em que a razão

∆

= S, é conhecida por arraste do filtro.

O arraste efetivo (S) pode ser definido como a resistência do filtro, ou seja, a

perda de carga por unidade de velocidade de filtração (STRANGERT, 1977).

Experimentalmente se verifica que, para os estágios iniciais da deposição inicial de

partículas, o arraste não é uma função linear, como apresenta a Equação (2.18). O

arraste, em um ponto qualquer nas condições iniciais de filtração (S

), pode ser

calculado pela extrapolação da parte linear da curva até o ponto desejado, como

demonstra a Figura 2.15.

Revisão Bibliográfica

Figura 2.15: Determinação do arraste efetivo nos estágios iniciais da filtração.

Modificado de DONOVAN, 1985.

Logo, o arraste efetivo pode ser calculado como mostra a Equação (2.19), em

que W

é a massa residual de pó por unidade de área, determinado experimentalmente:

).(

2 RE

WWKS

S −+=

∆

= (2.19)

Para os ciclos consecutivos de operação de um filtro obtém-se uma série de

curvas semelhantes, sendo o arraste cada vez mais pronunciado (STRANGERT, 1977),

dependendo da eficiência de limpeza. Segundo STRANGERT (1977) a resistência

efetiva da torta é dada pelo coeficiente angular da curva, de modo que a estrutura do

tecido interfere muito pouco ou nada no valor do arraste.

Conforme DENNIS e KLEMM (1982), a equação (2.19) pode caracterizar

adequadamente ou não tecidos trançados, sendo o ajuste dependente do tempo de

utilização do tecido (uma vez que em tecidos usados a curva é praticamente toda linear)

e da compressibilidade da torta.

Revisão Bibliográfica

2.3.2

FRAÇÃO LIMPA

A fração limpa é um dos parâmetros de caracterização do “patchy cleaning” ou

da limpeza em blocos. É um parâmetro utilizado para caracterizar a limpeza e pode ser

definido como sendo a razão entre área limpa pela área total (CALLÉ et al., 2002b), ou

a massa removida pela massa total (CALLÉ et al., 2002b), como apresenta a Equação

(2.20).

= (2.20)

em que:

é a fração de massa removida, M

é a massa desprendida na limpeza, M

é a

massa total de pó no filtro, após a filtração.

ELLEMBECKER E LEITH (1981) mostraram que, para feltros, a fração limpa

diminuiu com o número de ciclos conforme a potência. Segundo o trabalho de

MOREIRA (1998) houve uma brusca variação da perda de carga residual quando era

removida entre 0 e 20% da torta, sendo que, o aumento da fração removida a partir deste

valor provocava pouca variação da perda de carga, mesmo para altos índices de

remoção de torta. Assim, para valores superiores a 20% a perda de carga residual

deixaria de ser um bom parâmetro de referência de limpeza do filtro.

No trabalho de MOREIRA et al., (1999) os autores sugerem que a eficiência

de limpeza seja observada preferencialmente pelas curvas de filtração, do que pela

perda de carga residual. Os autores demonstraram que, exceto para o primeiro ciclo, a

linearidade das curvas para um feltro de poliéster pode ilustrar melhor a eficiência de

limpeza, de modo que se a concavidade da curva de filtração posterior a uma limpeza

for para baixo (indicando um rápido aumento da perda de carga) a limpeza foi

deficiente, enquanto que curvas de comportamento similar ao do primeiro ciclo, ou seja,

quase lineares, indicariam uma limpeza satisfatória.

TIENI (2005) verificou a influência da velocidade de limpeza (5 a 16 cm/s) e

da perda de carga máxima de filtração (1000 a 3000 Pa) sobre a eficiência de remoção,

em termos de fração de massa removida e em termos de fração de área removida. O

autor observou que a fração mássica removida aumentou com o aumento da perda de

carga máxima, indiferentemente da velocidade de limpeza empregada, uma vez que a

Revisão Bibliográfica

torta formada era mais espessa para maiores perdas de carga máxima. Além disso, o

autor verificou que a maior velocidade de limpeza não foi a que resultou na maior

eficiência de remoção de pó, sendo que a mesma tornava-se praticamente constante para

velocidades de limpeza maiores que 13 cm/s. A fração de área removida, no entanto,

apresentou tendência a se tornar constante com o número de ciclos, quando se utilizam

maiores perdas de carga máxima.

2.3.3 DENSIDADE DE EMPACOTAMENTO (Α)

A densidade de empacotamento pode ser descrita como a fração de volume

total do elemento filtrante efetivamente ocupada por fibras, conforme a Equação (2.21)

(DONOVAN, 1985):

−=== 1

. totalvolume

fibradavolume

(2.21)

em que

é a densidade de empacotamento do filtro (adimensional), m

é a densidade

mássica por área do filtro,

é a densidade da fibra, L é a espessura do filtro e

é a

porosidade do filtro.

De modo geral, o aumento da densidade de empacotamento se reflete em uma

menor penetração de partículas, uma vez que assim se aumenta a tortuosidade do gás

(YLITUOMI et al., 1995) e nestes tecidos com maior densidade há menos espaço

disponível para as partículas se depositarem (WALSH, 1996). Pelo mesmo motivo, a

perda de carga também aumenta com a densidade de empacotamento.

2.3.4 UMIDADE

A umidade relativa durante a filtração tem ainda um papel pouco claro no

perfil de perda de carga durante o processo. Conforme DURHAM e HARRINGTON

(1971), o aumento da umidade resultou em um decréscimo da perda de carga para

Revisão Bibliográfica

partículas de cinza (fly ash), mas não verificaram alteração neste parâmetro para

filtrações utilizando cimento, sílica amorfa ou calcário. Por outro lado, os experimentos

de AIRMAN e HELFRITCH (1977) mostraram que o aumento da umidade provocou

uma queda na perda de carga não apenas para a cinza, mas também para a sílica e rocha

asfáltica.

Na tentativa de esclarecer este comportamento, GUPTA et al. (1993)

realizaram vários estudos e verificaram que partículas não higroscópicas, como óxido de

alumínio, apresentaram um decréscimo da resistência específica com o aumento da

umidade, sendo este decréscimo evidente, nas partículas em torno de 0,5

µm, apenas

para umidades acima de 90%, sendo evidente para toda a faixa de umidade nas

partículas de 1,0

µm, sendo estes resultados não explicados. As partículas higroscópicas

utilizadas (NaCl) mostraram uma queda de K

para ambos os diâmetros estudados.

Estudos correlatos foram desenvolvidos por MIGUEL (2003). O autor testou

filtros de poliéster sob condições de umidade variadas e os seus resultados mostraram

que a variação desta condição não afetou o valor da permeabilidade para um filtro de

poliéster limpo. Durante o processo de filtração, o autor comparou a operação utilizando

dois tipos distintos de partículas: partículas higroscópicas (NaCl) e não higroscópicas

(alumina), variando-se a umidade em cada ensaio. Os resultados obtidos revelaram que

houve um decréscimo da perda de carga com o aumento da umidade e,

conseqüentemente, um aumento da permeabilidade do meio. Este aumento foi mais

significativo para as partículas não-higroscópicas quanto submetidas a altas umidades

(61 – 90%) e para as partículas de NaCl (higroscópicas) a maior variação de

permeabilidade foi observada para umidade variando entre 32%-53%. O autor justificou

este comportamento afirmando que maiores umidades alteram a agregação das

partículas, criando arranjos de partículas mais compactos no interior do filtro. A

eficiência também foi afetada pelo aumento da umidade, apresentando valores mais

satisfatórios.

2.3.5 VELOCIDADE DE FILTRAÇÃO

Diversos trabalhos na literatura estudaram a influência da velocidade de

filtração durante o processo, sendo que, em linhas gerais, o que se observa é o aumento

Revisão Bibliográfica

da perda de carga com o aumento da velocidade de filtração (DAVIS e KIM, 1999).

REMBOR e KASPER (1996) testaram o efeito do aumento do número de Stokes

aumentando a velocidade de filtração e também aumentando o diâmetro de partículas.

Os autores verificaram que, operando-se um sistema com Stokes entre 9 e 16 (regime de

interceptação/impactação), aumentando-se o número de Stokes pelo aumento da

velocidade de filtração de 0,3 até 1,2 m/s, a perda de carga e a eficiência do filtro, para

partículas de 1

µm, aumentavam. No entanto, o aumento do número de Stokes através do

aumento do diâmetro de partículas tornou menos evidente esta tendência, suavizando

este aumento.

A velocidade de filtração foi avaliada nos experimentos de YLITUOMI et al.

(1995), para diferentes números de Stokes. Os autores verificaram que, para baixas

velocidades, no caso 15 cm/s, a penetração através do filtro diminuía com o aumento do

diâmetro das partículas. Porém, quando o sistema foi operado com maiores valores de

velocidade, a penetração inicialmente diminuiu com o aumento do diâmetro de

partículas e posteriormente aumentou, quando os efeitos inerciais passam a agir como

mecanismo predominante.

THOMAS et al. (2001) avaliaram a influência da velocidade de filtração em

filtros de fibra de vidro, para uma faixa entre 1 e 50 cm/s. Conforme seus resultados, o

coeficiente angular da parte linear da curva de filtração foi tanto maior quanto maior a

velocidade de filtração. Com a finalidade de verificar se este comportamento poderia ser

atribuído apenas à diferença de velocidades, os autores traçaram curvas que

relacionavam a perda de carga e a velocidade (

∆P/V) de filtração em função da massa

depositada. Como as curva eram coincidentes, os autores concluíram que a velocidade

de filtração não afetou a forma como as partículas se depositavam nos tecidos.

SILVA NETO et al. (1999) verificaram que o aumento de perda de carga

provocado pelo aumento da velocidade de filtração, numa faixa compreendida entre 5 e

15 cm/s , não foi proporcional. Os autores comprovaram que, para um acréscimo de 5

para 10 cm/s na velocidade, a taxa de aumento de perda de carga foi maior quando

comparado ao aumento de perda de carga resultante do aumento de velocidade de 10

para 15 cm/s.

CHENG e TSAI (1998) verificaram que, para velocidades de filtração entre 1

e 9 cm/s, houve um acréscimo da resistência específica da torta proporcional ao

Revisão Bibliográfica

aumento da velocidade. Esta tendência da resistência específica da torta aumentar foi

observada também nos estudos de SILVA et al. (2000)

Com relação à porosidade da torta, SILVA et al. (2000) verificaram que a

porosidade da torta diminuiu com o aumento da velocidade de filtração dentro de uma

faixa de 7,5 a 15,5 cm/s, tendendo a um valor constante para altas velocidades. De

acordo com SILVA et al. (1997) este fato pode ser atribuído à compressibilidade da

torta. ITO (2002) demonstrou também que a velocidade de filtração interferiu

diretamente na porosidade da torta formada. O autor testou uma faixa de velocidades

entre 5,0 e 15 cm/s, e verificou que os filtros submetidos a velocidades maiores de

filtração apresentaram tortas menos porosas. Os experimentos de SILVA e AGUIAR

(1999) ratificam estes resultados, para uma faixa de velocidade de 7,5 a 15,5 cm/s.

2.3.6 CARGA MÁSSICA APLICADA OU CONCENTRAÇÃO DE ENTRADA

A variável concentração de entrada foi avaliada por THOMAS et al. (2001),

aplicando-se concentrações entre 5 e 21 mg/m

. Em seus experimentos, os autores não

verificaram nenhuma variação do comportamento da perda de carga com a concentração

aplicada. Além disso, não houve diferenças do perfil de penetração de partículas em

função desta variável.

No entanto, SILVA et al (2000), utilizando vazões de alimentação de 0,072 e

0,110 e 0,148 g/s, verificaram que a mesma resultou em diferenças muito pequenas na

porosidade e resistência específica da torta, para uma dada velocidade de filtração.

Porém, os autores verificaram que o efeito da vazão mássica de pó associado ao efeito

da velocidade de filtração alteram significativamente estes dois parâmetros.

2.3.7 POROSIDADE DO MEIO FILTRANTE E DIÂMETRO DE POROS

A porosidade é um parâmetro estrutural do meio filtrante que corresponde à

relação de vazios presentes no meio. A porosidade total (

), que contabiliza poros que

Revisão Bibliográfica

contribuem e que não contribuem para o escoamento (poros abertos e poros fechados), é

obtida pela Equação (2.22)

−= 1 (2.22)

em que

a densidade do sólido,

a densidade total do meio (

= massa de

sólidos/volume total da amostra).

A porosidade dos meios pode também ser obtida por meio de

equacionamentos bem estabelecidos na literatura. É o caso da equação proposta por

ERGUN (1952), largamente aplicada para leitos granulares com porosidade entre 0,1 e

0,75, e para partículas com diâmetro entre 10

e 10

µm e número de Reynolds de

partículas maiores que a unidade. A equação (2.23) expressa essa correlação.

()

(

)

323

75,1

150

εµ

−

∆

(2.23)

Nesta equação

é a densidade do gás,

é a viscosidade do gás, V é a

velocidade superficial do fluido,

é o diâmetro da partícula (diâmetro de Stokes), L é a

espessura do meio. Mesmo para partículas muito pequenas (1 a 10

µm) e número de

Reynolds da ordem de 10

-2

, esta equação pode ser utilizada sem problemas.

No trabalho de MAUSCHITZ et al. (2004), os autores verificaram que filtros

de feltro de poliéster mais porosos (85%) apresentaram maior retenção de partículas que

o filtro de menor porosidade (51%). Segundo os autores, as partículas foram

acomodadas mais na superfície do filtro menos poroso por causa da presença dos “

hot

spots

” , ou pontos fundidos pelo tratamento superficial mais intenso sofrido por este

tecido de menor porosidade. Além disso, esses pontos apresentaram forças de adesão

mais fraca, facilitando a remoção e minimizando a massa retida após a limpeza.

Conforme trabalho publicado por JAPUNTICH et al. (1994), utilizando filtros

de papel, menores diâmetros de poro provocaram maiores perdas de carga e colmatação

mais rápida do leito, diminuindo a penetração das partículas através do meio filtrante.

No entanto, o coeficiente angular da reta correspondente à terceira fase de filtração, foi

semelhante para os filtros testados, o que indicou que o perfil da perda de carga desta

Revisão Bibliográfica

fase independia da estrutura do tecido, para uma dada velocidade de filtração e diâmetro

de partículas.

2.3.8 POROSIDADE DE TORTAS DE FILTRAÇÃO

Do mesmo modo que a porosidade dos meios filtrantes, a porosidade da torta

pode ser obtida utilizando-se a equação de Ergun, considerando-se como

L a espessura

da torta depositada. Por ser de difícil determinação experimental, a espessura da torta é

considerada como sendo (AGUIAR, 1995):

)1.(.'..

−==

ALtQM (2.24)

em que

M é a massa de torta, Q é a vazão mássica, A a área superficial da torta, e ρ

densidade da partícula. Isolando-se

L’ da equação da equação 2.24 e substituindo na de

Ergun (2.23), tem-se:

...75,1

)1(

...

...150













−

=∆

ερ

(2.25)

que fornece o valor da porosidade média da torta.

NEGRINI et al. (1998) verificaram que a porosidade da torta aumentava da

interface torta-tecido para a interface torta-ar, e diminuía com o aumento da espessura

da torta, indicando uma compactação da mesma. SILVA et al. (2000) verificaram

também que o aumento da velocidade de filtração provocou uma diminuição da

porosidade, tendendo a um valor constante para altos valores de velocidade de filtração.

2.3.9 DIÂMETRO E FORMA DAS PARTÍCULAS

Segundo REMBOR e KASPER (1996), partículas de pequeno diâmetro

provocam maiores perdas de carga e maior grau de penetração que as partículas de

maiores diâmetros, sendo o diâmetro o responsável pela inclinação da reta

Revisão Bibliográfica

correspondente à terceira fase da filtração (JAPUNTICH et al., 1994). Estes resultados

foram confirmados no trabalho de AGUIAR e COURY (1996). Os maiores valores de

perda de carga são devidos a maior área superficial das partículas menores, produzindo

um recobrimento mais efetivo das fibras (JAPUNTICH et al., 1994; WALSH, 1996;

THOMAS et al., 2001).

Outra constatação é referente à porosidade da torta formada. AGUIAR e

COURY (1996) verificaram que, sob as mesmas condições, a porosidade da torta era

maior para partículas de menor tamanho. Este fato foi atribuído às forças de interação,

como Van der Waals e eletrostáticas, que agem em partículas menores e formam tortas

mais porosas.

Analisando a influência do diâmetro de partículas sobre a eficiência do

sistema, e considerando-se a eficiência de coleta de uma fibra simples, pode-se afirmar

que a eficiência apresenta um valor de mínimo na região onde há a ação de mais de um

mecanismo de coleta. Esta situação ocorre porque as partículas são muito grandes para

serem coletadas por difusão e muito pequenas para serem coletadas por impactação e

interceptação, como mostra a Figura 2.16.

Figura 2.16: Eficiência de coleta em função da velocidade de filtração e diâmetro de

partículas

Fonte: HINDS, 1999

Revisão Bibliográfica

Além disso, materiais com faixa de distribuição granulométrica mais ampla

provocam maior perda de carga pela acumulação de partículas menores entre as

partículas maiores (ITO, 2002).

WALSH e STENHOUSE (1997) verificaram que quanto maior o diâmetro de

partículas, maior o ponto de colmatação resultante na filtração, ou seja, com partículas

menores o ponto de colmatação é alcançado mais rapidamente, pois os dendritos são

formados mais rapidamente, aumentando a perda de carga e, portanto, a torta é formada

com menor massa depositada.

A influência da forma das partículas foi discutida no trabalho de ITO (2002).

Neste trabalho o autor utilizou como materiais pulverulentos o amido de milho e o

polvilho doce, materiais estes que possuíam distribuição granulométrica e densidade

muito próximas. No entanto, o polvilho doce apresentava partículas quase esféricas,

enquanto o amido de milho era constituído por partículas com formatos irregulares. Nos

ensaios de filtração realizados, a taxa de aumento da perda de carga com o tempo foi

superior para polvilho, e a porosidade das tortas formadas pelo polvilho doce apresentou

valores menores. O autor considerou que a esfericidade das partículas estava influindo

na compactação da torta formada, de modo que partículas mais irregulares resultaram

em tortas de maior porosidade.

2.3.10 DIÂMETRO DE FIBRAS

Segundo CLARK (2001), a eficiência de coleta de um feltro aumenta com o

decréscimo do diâmetro das fibras que o constituem.

De modo geral, mantendo-se a densidade do feltro, tem-se, com a redução do

diâmetro das fibras, um comprimento total maior de fibra, uma maior área superficial e

a redução dos poros.

Nos resultados do trabalho de LISOWSKI et al., (2001), utilizando filtros de

fibras cortadas de polipropileno, ficou evidente o decréscimo da perda de carga com o

aumento do diâmetro das fibras.

Revisão Bibliográfica

2.3.11 EFEITOS DE CARGAS ELETROSTÁTICAS

Segundo BROWN (1998), as cargas dos filtros eletricamente carregados

alteram a estrutura, o desenvolvimento e a estabilidade dos dendritos, geralmente

aumentando a eficiência do sistema e reduzindo a resistência ao ar.

Quando um filtro é submetido à ação de um campo elétrico, os dendritos

formados, que tendem a recobrir as fibras de maneira mais uniforme, são também

menos densamente empacotados, proporcionando assim, menos resistência à passagem

de ar (HENRY e ARIMAN, 1986).

Segundo WANG (2001) a aplicação de forças eletrostáticas aumentam a

eficiência dos filtros, principalmente na faixa de 0,2 a 0,5

µm, de difícil captura por

outros mecanismos, além de possibilitar a coleta eficiente de partículas em filtros menos

densamente empacotados (e, portanto com menores perdas de carga). Segundo o mesmo

autor, fatores como a composição química das partículas e das fibras, a carga das

partículas, a carga superficial das fibras e a intensidade do campo elétrico aplicado

influenciam a eficiência de um sistema de filtração que opere com aplicação de forças

eletrostáticas.

Além disso, os dendritos formados nestas condições, nos primeiros instantes

de filtração promovem um aumento mais efetivo da eficiência, uma vez que agem como

elementos coletores com o mesmo diâmetro das partículas a serem coletadas. O que

ocorre na ausência das forças eletrostáticas é que os dendritos formados, apesar de

também aumentarem a eficiência, produzem um aumento maior da perda de carga

(WANG, 2001).

2.3.12 ESTUDOS COMPARATIVOS ENTRE DIFERENTES TECIDOS

A realização de tratamentos de finalização nos tecidos, como comentado

anteriormente, tem por objetivo melhorar as condições de operação do meio filtrante.

No entanto, LISOWSKI et al. (2001) verificaram que o tecido agulhado com 100

agulhas por centímetro apresentou quase o dobro da perda de carga de um tecido

Revisão Bibliográfica

agulhado com 50 agulhas por centímetro, ressaltando que os tratamentos devem ser

baseados em estudos de desempenho.

Nos ensaios de CALLÉ et al. (2002a) com poliéster tratado termicamente,

comprovou-se que tecidos tratados apresentaram menores valores de perda de carga

residual no decorrer dos ciclos, bem como maior vida útil e maior facilidade de remoção

da torta. GOLESWORTHY (1999) afirmou que a compressão térmica de feltros

agulhados convencionais, com ou sem adesão de termoplásticos à fibra (rigidização)

resultou em uma superfície mais lisa, com melhores características de liberação da torta

e menor porosidade na superfície que na base, fornecendo assim um tecido com menor

penetração de partículas.

POWELL (1998) recomendou o uso de filmes microporosos poliméricos na

superfície de filtros (denominados filtros de superfície) com o intuito de evitar que as

partículas penetrem no tecido, podendo ser emitidas na corrente de gás limpo e

causando inclusive o bloqueio do meio. Ainda segundo o referido autor, logo que se

forma uma fina camada de pó o sistema atinge a estabilidade, observada pelos valores

de perda de carga, que se tornaram constantes. Este comportamento é oposto ao

observado nos filtros convencionais, que apresentam um aumento mais lento da perda

de carga com o tempo e que mesmo após vários ciclos de limpeza pode não se

estabilizar, apenas aumentar. POWELL (1998) recomenda substituir um filtro

convencional por um de superfície, quando o primeiro colmata rapidamente, obtendo-se

normalmente uma redução da perda de carga no decorrer dos ciclos, e um aumento da

vida útil do meio, pelo menor desgaste provocado pela maior freqüência de limpeza.

No trabalho de HINDY et al. (1987) foram analisados filtros calandrados,

chamuscados e com a superfície recoberta com membrana laminada. Os autores

comprovaram que o filtro calandrado, ao contrário dos outros dois, possuía

características negativas quanto à coleta e perda de carga residual. Testes realizados

com os tecidos chamuscados e de membrana mostraram que o primeiro exibiu menor

perda de carga residual, apesar de reter mais partículas em seu interior. A freqüência de

limpeza foi maior para o tecido calandrado que para os outros, sendo que ambos

apresentaram valores semelhantes.

CALLÉ et al. (2002b) trabalharam com três feltros diferentes, sendo que o

primeiro era constituído por fibras de poliéster trançado, denominado filtro C. O

Revisão Bibliográfica

segundo tipo de filtro, designado filtro D, recebeu um fino recobrimento com fibras de

0,2

µm, garantindo a filtração superficial, mas possuía densidade de empacotamento e

diâmetro de fibras semelhante ao C. O terceiro tecido, o tecido T, possuía o dobro do

valor de densidade de empacotamento dos tecidos C e D, caracterizando-o como um

tecido mais rígido. Nos ensaios os autores utilizaram velocidade de filtração igual a

2cm/s. Para o tecido C, a primeira fase de filtração foi mais pronunciada, sendo

praticamente inexistente para os tecidos T e D. A duração dos ciclos foi diminuindo

para os tecidos C e T, mantendo-se constante para o tecido D, graças ao recobrimento.

Os tecidos sem recobrimento apresentaram ainda, um aumento significativo da perda de

carga residual ciclo a ciclo, tendendo a se estabilizar apenas para o tecido D.

A influência da estrutura e construção do tecido utilizado é comentada no

trabalho de KOCH et al. (1996), sendo que os autores observaram em seus

experimentos que o descolamento da torta era facilitado em tecidos chamuscados, livres

de fibras preponderantes em sua superfície. Além disso, estes autores notaram uma forte

influência da rigidez do tecido, sendo que a tensão de descolamento foi dez vezes menor

para um poliéster chamuscado simples, que para um quimicamente endurecido.

SIEVERT apud KOCH et al. (1996) explica este fato como conseqüência da

transferência do movimento provocado pela operação de limpeza por todo o tecido,

causando rachaduras na torta, sendo esta transferência mais efetiva para tecidos mais

flexíveis.

SANCHEZ et al. (1997) realizaram um estudo comparativo entre tecidos

trançados com fios de pêlos/poliéster (proporção de 45% / 55%) e feltros. Os ensaios

com o material trançado foram realizados com tecidos que possuíam mesma trama

(twill), mas diferentes números de fibras por fio, o que produziu tecidos com diferentes

diâmetros e conseqüentemente diferentes densidades e espessuras. Os autores

constataram que quando mais fino o fio de um tecido trançado, maior a perda de carga

produzida. Os dois não-trançados utilizados eram uma aramida comercial de 2 mm de

espessura e um poliéster de fabricação própria que apresentou perdas de carga quase

três vezes menores que a aramida. Os testes de eficiência mostraram que nas condições

operacionais, os feltros apresentaram melhor desempenho, seguidos dos tecidos de

menor diâmetro de fio.

Revisão Bibliográfica

2.3.13 A PENETRAÇÃO DE PARTÍCULAS NO INTERIOR DOS MEIOS FILTRANTES

Ressalta-se neste ponto a diferença entre a penetração através do tecido, que é

conhecida como inverso da eficiência, e a penetração no tecido. Aqui será feita uma

revisão do estado da arte da penetração no tecido, ou seja, em seu interior, envolvendo a

profundidade e a intensidade de penetração.

Nos casos onde a filtração interna não alcança valores adequados de remoção de

partículas submicrômicas, existem trabalhos que recomendam o uso de membranas de

recobrimento para o tecido, que tornam o processo exclusivamente uma filtração

superficial, simulando com estas membranas a torta já formada (BARNET, 2002,

POWELL, 1998; CALLÉ et al., 2002a). As membranas de recobrimento comumente

utilizadas são as de politetrafluoroetilino, ou PTFE, que exibem boa liberação da torta,

baixa perda de carga, vida útil elevada e menor custo (WEMMER, 1999). Este tipo de

procedimento, além de evitar a penetração de partículas através do tecido, ou seja, além

de promover sua eficiência, minimizam a penetração de partículas no tecido, impedindo

que muitas partículas se acomodem no interior do meio filtrante.

A penetração de partículas em meios filtrantes é um fenômeno que pode ocorrer

em maior ou menor grau, dependendo das características dos materiais envolvidos e

condições operacionais.

WALSH (1996) afirmou que quanto maior a retenção de partículas no interior de

filtros de fibra de vidro, antes da transição de filtração interna para filtração pela torta,

melhor é o desempenho em termos de custos, uma vez que o aumento da capacidade de

captação de partículas significa menor necessidade de troca de tecido e maior vida útil.

De acordo com CALLÉ et al. (2002a), após o primeiro ciclo, a eficiência de

coleta de novas partículas é superior em relação ao filtro novo, devido à contribuição

das partículas retidas no filtro, e não eliminadas na limpeza, na captação de novas

partículas. Contudo, autores como GRZYBOWSKI e GRADÓN (1996) afirmaram que

a filtração pelo meio (ou interna) é prejudicial para o processo, podendo causar

inclusive a colmatação total do meio. Sabe-se, porém, que a presença de partículas

retidas no filtro após a limpeza pode promover a eficiência do sistema, uma vez que

estas partículas atuam como elementos coletores, sendo essencial quando ainda não se

tem uma torta formada.

Revisão Bibliográfica

O que se observa, no entanto, é que deve haver bom senso ao considerar estes

pontos, uma vez que o acúmulo excessivo de partículas provoca um aumento da perda

de carga no próximo ciclo e resulta, conseqüentemente, em maior consumo energético.

De modo geral, admite-se que, para se obter uma remoção satisfatória,

principalmente em materiais com ampla distribuição granulométrica, a torta deve ser

formada o mais rápido possível (SCHMIDT, 1995), ou seja, uma filtração interna mais

curta é sempre desejada. Tal condição pode ser alcançada quando se operam com

maiores concentrações de material pulverulento, com partículas de maiores diâmetros,

ou ainda, com baixas velocidades de filtração.

THOMAS et al. (2001) estudaram o perfil de penetração de partículas no interior

de filtros de fibra de vidro (filtros HEPA). Os autores verificaram que houve um

decréscimo exponencial das partículas no interior do meio filtrante, sendo que, a

camada mais superficial reteve 40 a 70% de partículas. A maior penetração foi obtida,

conforme esperado, nos ensaios com maior tempo de duração, sob a mesma

concentração de entrada de pó.

REMBOR e KASPER (1996) concluíram a partir de experimentos em que se

variou o diâmetro de partículas, que partículas de menor diâmetro penetram mais

intensamente no meio filtrante. Da mesma forma, muitos autores concordam que a

penetração de partículas no interior do meio filtrante é menos intensa quando se trabalha

com maiores diâmetros, sob condições experimentais semelhantes (DAVIS e KIM,

1999; THOMAS et al., 2001; LISOWSKI et al. 2001).

Os efeitos da velocidade de filtração sobre a penetração das partículas foram

avaliados por MARTINS (2001), que realizou um estudo onde foi possível verificar

que, para velocidades de filtração de 10 cm/s, houve maior retenção de partículas no

meio filtrante, bem como maior profundidade de penetração e perda de carga residual,

quando em comparação com ensaios realizados com velocidades de filtração de 5 cm/s.

O trabalho de STÖCKLMAYER e HÖFLINGER (1998b) sobre a simulação da

regeneração de meios filtrantes, afirmou que nas primeiras filtrações a torta é construída

predominantemente na superfície do tecido, sendo quase totalmente removida nas

primeiras limpezas. Com o decorrer das filtrações, no entanto, os autores afirmaram que

a torta começa a se formar cada vez mais profundamente no interior do tecido, o que

resulta em uma maior massa retida. Os autores descreveram este processo como a

Revisão Bibliográfica

construção de uma segunda torta compressível dentro do meio filtrante, e atribuíram

essa formação à compressibilidade do material pulverulento. Este fato, de acordo com

os autores, explicaria o porque a perda de carga aumenta mais com pós compressíveis,

sendo que a torta destes materiais comprime a si mesma e cada vez mais partículas se

depositariam nas camadas internas do filtro, não podendo ser daí removidas.

Material e Métodos

3 MATERIAL E MÉTODOS

Com o intuito de se cumprir os objetivos a que se dispõe este trabalho,

apresenta-se a seguir a descrição das etapas realizadas para obtenção dos resultados e a

metodologia empregada.

3.1 DESCRIÇÃO GERAL

Os ensaios pertinentes a este trabalho foram realizados no Departamento de

Engenharia Química da Universidade Federal de São Carlos, bem como as análises de

caracterização do material pulverulento. As microfotografias obtidas em microscópio

eletrônico de varredura (MEV) foram obtidas no CCDM (Centro de Caracterização e

Desenvolvimento de Materiais)– UFSCar.

A estratégia de investigação foi dividida em duas fases. Inicialmente, foram

realizados experimentos preliminares com o objetivo de ponderar a possibilidade de

utilização dos filtros adquiridos nos experimentos, bem como avaliar o comportamento

dos mesmos durante a filtração. Como amostras de tecidos trançados, utilizou-se o

algodão, o poliéster trançado e o Nylon. No entanto, durante esta etapa, estes tecidos

apresentaram dificuldades de manuseio e operação, sendo que se optou por analisar

apenas os tecidos não trançados (feltros).

A segunda etapa consistiu no desenvolvimento dos experimentos propriamente

ditos, realizados com a finalidade de comparar os tecidos utilizados e discutir o

comportamento de cada um nos vários ciclos de filtração. Este trabalho teve como

objetivo inicial trabalhar apenas com diferentes materiais filtrantes, totalizando 4 séries

de experimentos, com os filtros de polipropileno, poliéster tratado e não tratado e

acrílico. No entanto, com o transcorrer da pesquisa, decidiu-se analisar também a

profundidade de penetração para materiais com diâmetro e forma diferentes. Desta

maneira, totalizou-se oito séries de experimentos.

Material e Métodos

3.2 MATERIAIS PULVERULENTOS

O material pulverulento inicialmente selecionado para ser utilizado como

contaminante foi o concentrado fosfático de Patos de Minas (MG), fornecido pela

FOSFÉRTIL S.A.

Como foi adquirido em estado bruto (pó grosseiro), o material foi submetido a

peneiramento a úmido em peneira de 400 mesh. O material passante por essa peneira foi

deixado em descanso para sedimentar por aproximadamente quatro horas, período após

o qual foi depositado em fôrmas de alumínio para nova sedimentação. Posteriormente,

quando o excesso de água era removido, estas fôrmas eram postas em estufa para

secagem. Em seguida, os pedaços da torta seca formada eram moídos em moinho de

bolas por quatro horas, para a desintegração dos blocos e adicional diminuição do

tamanho das partículas. Esta etapa foi seguida por um novo peneiramento, agora em

peneira de 48 mesh, apenas para desaglomerar as partículas. A rocha de maior

granulometria não passou pelo processo de moagem, apenas ao peneiramento a úmido,

sendo, porém, obtido a partir de um material de outro lote.

Além deste material, com o objetivo de se obter estudos comparativos, utilizou-

se também o polvilho doce, da YOKI, e a mesma rocha fosfática, obtida da mesma

forma que a anterior, porém sem passar pelo moinho, obtendo-se um pó de maior

diâmetro.

Estes materiais foram então, submetidos às analises de caracterização que

seguem.

3.2.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS PULVERULENTOS

A densidade das partículas foi determinada por picnometria a Hélio, através do

equipamento AccuPyc 1330, da Micromeritics, sendo o valor da massa específica

obtido pela média de três análises.

O diâmetro médio volumétrico de partículas foi determinado pelo equipamento

Malvern Mastersizer Microplus, onde foi realizada a média de cinco medidas. O

diâmetro aerodinâmico das amostras foi determinado através do equipamento designado

Aerodinamic Particle Sizer (APS) 3320, da TSI, pelo valor médio de duas análises. O

Material e Métodos

diâmetro de Stokes foi determinado no DEMA-UFSCar, no equipamento CAPA 700 -

Particle Sizer Distribution Analiser – HORIBA, pela média de três análises.

Os valores das dimensões de cada material utilizado estão apresentados na

Tabela 3.1.

Tabela 3.1: Características dos materiais pulverulentos utilizados.

Material

Caracterização

Rocha Fina Rocha Grossa Polvilho Doce

Massa Específica (10

kg/m

) 2,79 3,07 1,48

Diâmetro Médio Volumétrico (µm)

4,55 31,97 *

Diâmetro de Stokes (µm)

3,71 14,67 8,67

Diâmetro Aerodinâmico (µm)

4,13 27,26 9,68

Esfericidade 0,73 0,74 0,94

*não foi possível determinar: material solúvel em água.

O diâmetro de Stokes representa o diâmetro equivalente de uma esfera com a

mesma densidade da partícula e mesma velocidade de sedimentação. O diâmetro

aerodinâmico, por sua vez, pode ser definido como o diâmetro de uma esfera com

densidade unitária (1 g/cm

) com a mesma velocidade de sedimentação que a partícula.

A relação entre estes dois diâmetros pode ser expressa pela equação 3.1 (HINDS, 1999):

.18

stp

= (3.1)

em que

é a densidade padrão de 1 g/cm

é a densidade da partícula, g é a

aceleração da gravidade,

é o diâmetro aerodinâmico, d

é o diâmetro de Stokes e

viscosidade. Neste trabalho, o diâmetro de Stokes calculado pelo diâmetro aerodinâmico

obtido experimentalmente apresenta valores diferentes dos valores de Stokes

experimentais, pois os métodos de determinação experimental são diferentes.

O diâmetro médio volumétrico pode ser entendido como sendo o diâmetro de

uma esfera com volume e densidade equivalentes ao da partícula.

A microscopia de cada material pulverulento utilizado pode ser obsevada pela

Figura 3.1.

Material e Métodos

Figura 3.1: Microfotografias dos materiais pulverulentos utilizados. a) Rocha fina,

aumento de 5000X; b) Rocha grossa, aumento de 5000X; c) polvilho, aumento de 3500x

A diferença da distribuição granulométrica dos materiais pulverulentos

utilizadas nesta pesquisa pode ser verificada através da Figura 3.2.

0,1 1 10 100

100

Massa Acumulada

Diâmetro de partículas (µm)

Polvilho

Rocha Grossa

Rocha Fina

Figura 3.2: Distribuição granulométrica dos materiais utilizados.

Material e Métodos

3.3 MEIOS FILTRANTES

Os meios filtrantes utilizados neste trabalho foram adquiridos através de

doação, pela empresa Gino Cacciari, com sede em São Paulo, SP.

As características destes meios etsão descritas pela Tabela 3.2 que apresenta os

dados fornecidos pelo fabricante, responsável pelo tratamento dos mesmos.

Tabela 3.2: Descrição dos meio filtrantes empregados (dados do fornecedor).

Meio filtrante Especificação Contextura

Gramatura

(g/m

)

Espessura (mm)

Polipropileno

100%

3008PP Feltro Agulhado 600 2,5 – 2,8

Poliéster 100% 1016P Feltro Agulhado 550 1,9

Poliéster 100%

sem tratamento

1016P Feltro Agulhado 550 NC

Acrílico 100% 7002AC Feltro Agulhado 550 2,5

Algodão 2032A Granite 720 1,6

Poliéster Trançado 1082P Sarja 510-520 0,9

Os tratamentos realizados nos feltros foram a calandragem e a chamuscagem

em uma face, com exceção, obviamente, do poliéster sem tratamento. O algodão, por

sua vez, foi utilizado cru, enquanto que o poliéster trançado foi termofixado. Os meios

filtrantes foram cortados em seções circulares de 18 cm de diâmetro, resultando em uma

área filtrante igual a 254,47 cm

3.3.1 CARACTERIZAÇÃO DOS MEIOS FILTRANTES

Além das características fornecidas pelo fabricante, foram realizados alguns

ensaios de caracterização, a fim de se obter uma melhor avaliação dos resultados, uma

vez que este trabalho se destina a um estudo comparativo. Para tal levantamento, foram

realizados os ensaios que seguem.

Material e Métodos

Determinação de Diâmetro de Fibras

Verificado por meio de microscopia óptica e posterior análise no analisador de

imagens Image Pro Plus, após o tratamento descrito no Anexo A;

Determinação de Porosidade dos Filtros Limpos

Determinada experimentalmente por porosimetria a mercúrio, no porosímetro

Pore Master; calculada teoricamente pela aplicação da equação de Ergun (2.23) e

determinada pela técnica desenvolvida por Aguiar e Coury (1996), para determinação

ótica da porosidade de tortas de filtração, a partir das imagens do microscópio ótico.

Esta última determinação consistiu em se medir a área ocupada pelas fibras e a área

total. A porosidade superficial era dada então pela Equação (3.2):

totalÁrea

fibrasdasÁreatotalÁrea

lsiperficia

−

(3.2)

Um exemplo das imagens está apresentado na Figura 3.3.

Figura 3.3: Exemplo de determinação da porosidade superficial via microscópio óptico:

a) imagem original; b) imagem tratada para a determinação da área.

Material e Métodos

Esta determinação foi realizada para várias sessões transversais, desde a

superfície do tecido até a face oposta, de modo a contabilizar toda a profundidade do

tecido e suas variações, incluindo a do tecido trançado presente no interior dos tecidos,

que interfere no valor da porosidade total.

Permeabilidade dos Filtros Limpos

A permeabilidade foi obtida experimentalmente, variando-se a velocidade

superficial através do elemento filtrante e determinando-se a perda de carga resultante.

Com estes dados construíram-se as curvas de perda de carga em função da velocidade

superficial, para cada tecido, baseadas na equação (2.9). As curvas com os resultados

estão apresentadas no ANEXO B.

3.4 EQUIPAMENTO DE FILTRAÇÃO E COLETA DE DADOS

3.4.1 EQUIPAMENTO DE FILTRAÇÃO

O equipamento de filtração em que foram coletados os dados deste trabalho

pertence ao Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de São

Carlos. O mesmo é constituído por um sistema de filtração propriamente dito, um

alimentador de pó, um transdutor e um soprador, que estão apresentados na Figura 3.4.

O ar comprimido utilizado era proveniente da linha do departamento e antes de

entrar no sistema de filtração passava previamente através de dois desumidificadores

contendo sílica. Esta operação era necessária para remover a umidade do ar e mantê-la

entre 8 e 13%.

Material e Métodos

Figura 3.4: Esquema geral do equipamento de filtração e limpeza.

Soprador

Sistema de

Aquisição de Dados

Caixa de

Filtração

Caixa de

Alimentação de Pó

Comprimido

Suporte do

Filtro

Placa de

Orifício

Material e Métodos

3.4.2 ALIMENTAÇÃO DE PÓ

O alimentador de pó foi construído utilizando um disco giratório com um sulco

circular, sobre o qual foi adaptado um cone por onde era alimentado o pó. Um motor

alocado junto ao cone promovia vibrações que auxiliavam o preenchimento eficiente do

sulco.

Para assegurar maior homogeneidade na alimentação, adaptou-se um nivelador

de metal em forma de anel, encaixado na saída do cone de alimentação.

A velocidade de rotação foi ajustada através de um controlador, expresso em

porcentagem (%) da velocidade máxima. Mas ainda assim, antes de cada experimento

era realizada uma calibração de forma a garantir uma rotação de 0,56 rpm do prato, ou

seja, o prato completava uma rotação a cada 1minuto e 47 segundos. As partículas

entravam na corrente gasosa com o auxílio de um venturi, cuja saída de baixa pressão

era colocada acima do sulco preenchido, sugando, assim, o pó para a corrente de ar. O

ar comprimido fornecido ao venturi era proveniente da linha e atravessava a coluna de

desumidificação. O detalhamento deste sistema está apresentado na Figura 3.5. Todo

este conjunto foi isolado em uma caixa de acrílico, bem vedada, de modo que a umidade

da corrente gasosa fosse adequadamente controlada.

Figura 3.5: Detalhamento do sistema de alimentação de pó.

Material e Métodos

O tecido a ser estudado era afixado entre dois moldes de aço inoxidável que

eram encaixados entre duas tampas cônicas de PVC, uma superior, ligada ao

alimentador de pó através de uma mangueira de 2 cm de diâmetro, por onde era

realizada a alimentação da corrente gasosa contaminada, e outra inferior, conectada ao

soprador. Este módulo era móvel permitindo que, durante a operação de filtração, o

filtro fosse mantido na posição horizontal, e na limpeza o filtro era virado e mantido na

vertical. O detalhamento deste sistema está apresentado na Figura 3.6.

Acima e abaixo do filtro foi conectado um sensor de pressão conectado a um

micromanômetro, para a determinação da perda de carga no filtro. Assim, a placa de

aquisição de dados armazenava os valores de perda de carga on-line.

Figura 3.6: Esquema da caixa de filtração e limpeza.

Este movimento da mudança do modo filtrando para o modo limpando pode ser

melhor observado pelas fotos das Figuras 3.7 e 3.8.

Sentido do

movimento de

inversão da

operação de

filtração

para

limpeza

Material e Métodos

Figura 3.7: Equipamento no modo filtrando.

Figura 3.8: Equipamento no modo limpando.

Material e Métodos

3.4.3 AQUISIÇÃO DE DADOS

Todos os experimentos foram monitorados por um sistema de aquisição de

dados on-line, que permitia a análise de parâmetros como a perda de carga no filtro, a

velocidade de filtração e limpeza e o tempo de operação transcorrido.

O hardware utilizado era composto por uma placa de aquisição de dados

comercial para microcomputadores compatíveis com o padrão IBM-PC e permitiu a

leitura de 16 sinais de sensores externos e controle de dois atuadores analógicos e 24

linhas de entrada-saída digitais (tipo liga-desliga).

O software foi elaborado em Visual Basic 3.0, que juntamente com as rotinas

fornecidas pelo fabricante da placa, controlava o experimento e realizava o registro das

variáveis de interesse.

A velocidade do ar durante toda a filtração e toda a limpeza era mantida

constante, em um valor previamente estipulado no programa, com o auxílio do

controlador, que atuava na rotação de um soprador, acionado por um motor assíncrono

trifásico de 7,5 HP.

Durante a filtração o soprador funcionava como sugador, pela inversão da sua

rotação. Nesta fase, o aumento da perda de carga provocado pelo depósito de partículas

no tecido tendia a diminuir a vazão de ar que atravessa o meio filtrante, assim, o

controlador operava de forma a aumentar a rotação e manter a velocidade constante. O

sensor de pressão de uma placa de orifício, situada na saída do filtro e antes do

soprador, realizava a medida de perda de carga e o software reconhecia a velocidade,

que por sua vez era comparada com a velocidade estipulada, gerando um sinal de erro,

que era tratado pelo controlador tipo proporcional + integral + derivativo na forma

digital. O sinal de atuação era enviado ao inversor de freqüência (via saída analógica)

para correção da velocidade.

Com este aparato foi possível obter dados confiáveis de variação da perda de

carga em função do tempo para a velocidade estipulada, bem como minimizar erros

operacionais nos processos de filtração e limpeza do tecido.

Material e Métodos

3.5 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

3.5.1 ENSAIOS GERAIS – COMPARAÇÃO ENRE OS TECIDOS

Para cada tecido utilizado, foram coletados dados de perda de carga em função

do tempo para dez ciclos de filtração e limpeza. A velocidade de filtração foi estipulada

em 10 cm/s, dentro da faixa utilizada industrialmente, e de limpeza em 12 cm/s. O

método de limpeza empregado nos experimentos foi o fluxo de ar reverso, durante um

período de dois minutos, através da inversão do sentido da corrente de ar, e foi o método

selecionado por permitir uma maior reprodutibilidade dos resultados.

A perda de carga máxima admitida em cada ciclo foi estabelecida em 100

mmH

O, por ser este um valor usualmente aplicado na indústria. Desta forma, pôde-se

verificar a diminuição do tempo de cada ciclo provocada pela perda de carga residual.

A massa do filtro limpo era obtida por pesagem em uma balança Marte modelo

AM5500, de dois dígitos. Após cada filtração o conjunto filtro-torta era novamente

pesado para obter-se a massa de pó depositada. Considerando-se que a alimentação do

sistema era constante, obtinha-se o valor da carga mássica aplicada no filtro.

Após a recolocação do filtro no sistema, a posição da caixa de filtração era

fixada na horizontal (portanto o filtro ficava na vertical) e a tampa de PVC superior era

removida. Por meio da interface do software, fixava-se o modo “limpeza” e estabelecia-

se a velocidade de limpeza desejada. A massa de pó removida nesta operação era

coletada e pesada, assim como a massa do filtro após a limpeza. Este procedimento era

realizado para cada um dos ciclos.

A cada ensaio foi dada a seguinte designação: ao tecido submetido a uma

filtração e uma limpeza apenas, denominou-se Ensaio 01. Para o ensaio em que o tecido

foi submetido a duas filtrações e suas respectivas limpezas, denominou-se Ensaio 02, e

assim sucessivamente, até o Ensaio 10, no qual foram realizadas dez filtrações e dez

limpezas. A Tabela 3.3 apresenta a denominação dos ensaios.

Material e Métodos

Tabela 3.3: Designação dos ensaios realizados.

Número de ciclos realizados

Ensaio

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10

Os tecidos obtidos após a limpeza foram tratados através do procedimento

desenvolvido por AGUIAR (1995) para a preparação das partes dos tecidos para serem

análisados no MEV, constituído pelas etapas de pré-endurecimento do tecido, de

embutimento, de seccionamento, de esmerilamento e de polimento. Estas etapas estão

descritas no ANEXO A. As partes analisadas foram retiradas preferencialmente das

mesmas regiões do filtro. Uma ilustração do local aproximado de onde eram retiradas as

amostras é apresentada na Figura 3.9, sendo cada uma cortada em quadrados de cerca de

1 cm de lado. A Figura 3.10 apresenta o aspecto da limpeza aos pedaços, em uma

amostra após o endurecimento, para melhor visualização.

Figura 3.9: Partes da torta removidas para análise em MEV ou microscopia ótica.

Material e Métodos

Figura 3.10: Aspecto da limpeza aos pedaços em uma amostra de tecido já endurecida.

A profundidade de deposição das partículas no interior do meio filtrante foi

medida para pelo menos duas das quatro partes do filtro. Em cada amostra escolheram-

se duas colunas, ou duas faixas, sendo preferencialmente uma onde houve remoção de

torta e outra onde não houve, totalizando quatro perfis transversais analisados. Estes

perfis foram fotografados, tirando-se dez microfotografias seqüenciais do comprimento

de cada coluna, da superfície torta-ar até aproximadamente 1,0 mm de profundidade,

com aumento de 2000X. Adotou-se esta profundidade limite, pois a partir deste ponto

não se observava mais nenhuma partícula, sendo que a análise de toda a profundidade

do tecido tornaria o processo oneroso e demasiado lento. A Figura 3.11 apresenta uma

ilustração deste processo, envolvendo as cinco primeiras fotos.

Figura 3.11: Esquema de cinco fotos tiradas do interior do meio filtrante, em seqüência,

para determinação da profundidade de penetração, com aumento de 2000X.

Material e Métodos

As imagens obtidas no MEV foram, então, processadas em um analisador de

imagens, Image Pro-Plus, versão 3.0. O processamento era realizado binarizando-se as

imagens a fim de se obter um melhor contraste entre as partículas e o restante da

amostra, facilitando e proporcionando maior confiança na contagem e na determinação

do diâmetro, realizada automaticamente pelo software.

Este processo possibilitou observar ainda se a limpeza ocorre de forma

heterogênea no interior do tecido, como ocorre na superfície e ainda verificar a

distribuição granulométrica das partículas no interior do mesmo. A Figura 3.12 ilustra a

microfotografia original e a binarizada pelo software.

Figura 3.12: Comparação entre a microfotografia da foto original (a) e a binarizada pelo software (b).

Desta forma foi possível obter os dados de profundidade de penetração, o

número de partículas em cada faixa fotografada e a distribuição granulométrica de cada

material.

3.5.2 COMPARAÇÃO ENTRE OS MATERIAIS PULVERULENTOS

Foram realizados experimentos visando avaliar a performance dos ciclos de

filtração com materiais pulverulentos com características diferentes. Utilizou-se para

essa finalidade a rocha fosfática grossa e o polvilho doce em ensaios com as mesmas

condições experimentais descritas anteriormente.

Para comparação das duas variedades de rocha fosfática, foram realizados

experimentos apenas para os ciclos 1, 5 e 10, com o acrílico, uma vez que se verificou

Material e Métodos

que a profundidade de penetração não variou com o número de ciclos. O acrílico foi

selecionado por apresentar melhores condições de limpeza e alcançar a estabilidade

mais rapidamente. Para este material as análises de profundidade de penetração também

foram realizadas em microscópio eletrônico de varredura.

As análises em que se utilizou o polvilho doce foram realizadas para os ciclos

1, 3, 5 e 10, em poliéster tratado e em poliéster não tratado, para comparação destes dois

tecidos em ensaios com a rocha fosfática fina. No caso do polvilho doce, por se tratar de

um material orgânico, e de difícil observação em MEV, as análises de profundidade de

penetração foram realizadas em um microscópio ótico, da marca OLYMPUS Bx60.

Como se trata também de um material de granulometria aproximadamente homogênea,

a análise da variação de diâmetro de partículas no interior do meio filtrante não foi

realizada.

Aplicando-se a metodologia aqui descrita e com o auxílio destas ferramentas,

deu-se início à parte experimental.

Resultados e Discussão

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Neste capítulo segue a apresentação dos resultados obtidos, envolvendo

primeiramente os resultados preliminares realizados com todos os tecidos adquiridos.

Concomitantemente, segue-se a discussão destes resultados.

4.1 ENSAIOS PRELIMINARES

Com o intuito de se fazer uma observação mais minuciosa da superfície dos

tecidos, obteve-se microfotografias dos mesmos. As imagens obtidas estão apresentadas

na Figura 4.1. Por meio destas microfotografias, pôde-se verificar que o tecido de

polipropileno apresentou uma estrutura superficial mais fechada que os demais feltros

analisados, por causa do maior número de pontos quentes (hot spots), resultantes dos

processos de calandragem e chamuscagem. Esta característica ocorreu porque as fibras

da superfície são fundidas pelo calor do tratamento, resultando em pontos fechados na

superfície do tecido. Com relação aos tecidos trançados, o Nylon apresentou fibras mais

homogêneas, sem pespontados, quando comparado aos outros filtros, enquanto o

algodão exibiu uma superfície menos uniforme.

Em seguida, realizou-se uma série de testes preliminares, visando averiguar o

comportamento destes meios filtrantes durante a filtração. Como material particulado,

utilizou-se a rocha fosfática de diâmetro médio volumétrico igual a 4,55

µm,

denominada rocha fina.

As filtrações foram realizadas aplicando-se uma velocidade de filtração de

10 cm/s, sendo que a perda de carga máxima não foi estipulada. Como o objetivo dos

ensaios era apenas observar o comportamento dos filtros com o decorrer do processo de

filtração, cada ensaio era realizado até haver alguma alteração no comportamento das

curvas, ou até cerca de 600 mmH2O. Os resultados obtidos estão apresentados pela

Figura 4.2.

Resultados e Discussão

Figura 4.1: Microscopia eletrônica de varredura dos tecidos testados. Aumento de 50X:

a) Acrílico; b) Polipropileno; c) Poliéster não tratado; d) Poliéster tratado, e) Algodão;

f) Nylon; g) Poliéster trançado.

Resultados e Discussão

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06

100

200

300

400

500

600

700

Perda de Carga (mmH

Carga Mássica (g/cm

)

Figura 4.2: Ensaios preliminares nos tecidos. (

!) Algodão com o-ring; (,) Poliéster tratado;

(

7) Poliéster não tratado; (Β) Polipropileno; (Λ) Acrílico; (Ω) Nylon com O-ring; (β) Poliéster

trançado com O-ring; (

−) Algodão com rede; (8) Nylon com rede e O-ring.

Os tecidos trançados confeccionados com algodão, poliéster e Nylon

apresentaram dificuldades de manuseio devido à sua baixa espessura e elevada

flexibilidade. No caso do Nylon, o tecido chegava a escapar do módulo com o aumento

da perda de carga. O algodão, que por sua vez era mais espesso, também apresentou

dificuldade semelhante, sendo que a filtração provocava uma grande deformação no

tecido, que tomava a forma de uma semi-esfera. Devido a isso houve dificuldades em se

remover o módulo que continha o tecido do sistema para as pesagens necessárias,

havendo desestruturação da torta, pois o fundo do tecido encostava-se no suporte do

módulo.

Buscando solucionar estes problemas, adaptou-se uma rede de arame ao

módulo, com o objetivo de impedir o escape do tecido, bem como de sua deformação

(formação da concavidade) com o aumento da pressão de filtração. Esta rede era feita de

uma malha de aço semelhante a uma peneira, a exemplo das gaiolas utilizadas nos

filtros de manga industriais. Por possuir uma abertura razoavelmente grande,

considerou-se que este dispositivo não interferiria no valor da perda de carga registrada.

Posteriormente, adaptou-se uma espécie de O-ring achatado, de mesmo diâmetro do

filtro, simulando uma maior espessura e garantindo a vedação do sistema.

Resultados e Discussão

Os ensaios apresentados na Figura 4.2 foram realizados, para todos os tecidos

trançados, com o O-ring preso ao módulo, exceto o ensaio “algodão com rede”, pois o

conjunto ficou demasiado espesso, dificultando a colocação do módulo no sistema de

filtração.

A análise das curvas evidencia as três fases da filtração, como foi apresentado

no Capítulo 2. No caso dos tecidos não trançados, particularmente o poliéster não

tratado, a primeira fase, ou estágio de filtração interna, onde há a captura de partículas

pelas fibras do tecido, foi mais visível que nos demais tecidos. Para os outros tecidos

não trançados as três fases são também visíveis no primeiro ciclo, mas menos evidentes.

Para o polipropileno, por exemplo, a fase inicial é muito menor que para os feltros.

Com o decorrer das filtrações, após a formação da torta, caracterizada pela

parte linear da curva de filtração, ocorreu uma alteração deste padrão linear de

comportamento nos feltros. Nos casos aqui estudados, ocorreu uma diminuição da taxa

de aumento da perda de carga em função da massa coletada no filtro, ou seja, a massa

depositada passou a provocar um menor aumento na perda de carga. Este

comportamento não é ainda um fenômeno completamente compreendido, sendo muitas

vezes atribuído a uma reestruturação do tecido ou da torta, ou ainda, ao rompimento de

algumas fibras, quando submetidas a valores maiores de perda de carga. Nestas

condições haveria maior abertura para a passagem do ar. No caso dos experimentos

realizados nesta pesquisa, este rompimento não foi observado.

SILVA et al. (1999b) atribuíram este comportamento a um aumento da

porosidade da torta que ocorria da interface torta-filtro para a interface torta-ar,

observado em seus experimentos, e a uma diminuição da resistência específica da

mesma. DENNIS e KLEM (1982) sugerem que este comportamento pode estar

associado ao colapso dos poros da torta, e resultaria em um aumento da penetração de

partículas no tecido. Porém, este comportamento não está ainda claramente

compreendido.

A partir das curvas da Figura 4.2, limitou-se a perda de carga em 200 mmH

para se ter uma melhor visualização das curvas, mostrada na Figura 4.3, que nada mais é

que uma ampliação do gráfico da Figura 4.2. Por esta Figura verifica-se mais facilmente

o comportamento distinto entre as curvas, quando submetidas às mesmas condições. A

Resultados e Discussão

perda de carga inicial é marcadamente diferente, sendo superior para o tecido de

algodão e menor para os demais tecidos estudados.

0,000 0,003 0,006 0,009 0,012 0,015 0,018 0,021

100

120

140

160

180

200

220

Perda de Carga (mmH

Carga mássica (g/cm

)

Figura 4.3: Ampliação das curvas de filtração dos ensaios preliminares. (

!) Algodão com

o-ring; (

,) Poliéster tratado; (7) Poliéster não tratado; (Β) Polipropileno; (Λ) Acrílico;

(

Ω) Nylon com O-ring; (β) Poliéster trançado com O-ring; (−) Algodão com rede; (8) Nylon

com rede e O-ring

As curvas do algodão e do poliéster trançado apresentaram a concavidade

correspondente à fase de transição oposta aos demais tecidos. Este comportamento não

pode ser expandido para todos os tecidos trançados, uma vez que o Nylon apresentou

comportamento semelhante aos demais feltros. No entanto, DENNIS e KLEMM (1982)

que descreveram a filtração em termos de perda de carga pela velocidade (

∆P/V),

conhecido por arraste, em função da carga mássica, para diferentes tecidos trançados,

verificaram que, para o caso de tecidos trançados multifilamentosos, com pespontados e

vazios entre os fios, houve um preenchimento destes vazios e depressões antes da

formação da torta, com elevado aumento da perda de carga no início da filtração.

As microfotografias de superfície realizadas neste trabalho, para os tecidos de

algodão e poliéster trançado comprovam a existência de pespontados nos fios formados.

Mas, isso não ocorre no Nylon, ratificando os resultados de DENNIS e KLEMM

(1982). No entanto, o Nylon apresentou a maior taxa de aumento de perda de carga em

função da carga mássica estudada, o que pode indicar uma menor permeabilidade.

Resultados e Discussão

O poliéster sem tratamento, por sua vez, apresentou o maior período de

filtração interna. Se por um lado, esta constatação indica a eficiência do tratamento

superficial recebido em minimizar a penetração de partículas no interior do meio

filtrante, por outro lado, ressalta o aumento da perda de carga inicial produzida por este

tratamento nos demais tecidos, tornando o ciclo mais curto. Pode ser, ainda, que esteja

ocorrendo o transpasse de partículas pelo meio filtrante, ou seja, a penetração de

partículas através do filtro sem tratamento, ocasionando uma baixa eficiência. No

entanto, este fato não foi investigado, uma vez que neste trabalho não se determinou a

eficiência dos meios filtrantes. A informação relativa à maior penetração de partículas

no interior do meio filtrante será investigada posteriormente, pelas análises

microscópica interna dos tecidos.

Nos ensaios com tecidos trançados com a adaptação da rede de arame ao

módulo, sob o tecido, foi possível verificar que a perda de carga aumentava inicialmente

com uma taxa muito menor que aquela dos ensaios sem a rede e com O-ring,

permanecendo praticamente constante após algum tempo de filtração, como ilustra as

Figuras 4.2. e 4.3.

Esta diferença de comportamento pode ser provocada pelo fechamento dos

poros da superfície do tecido com o aumento da perda de carga, nos ensaios sem rede,

produzidos pela deformação dos tecidos, comprimindo as fibras superficiais e a torta já

formada.

A presença da rede forçou o tecido a manter sua forma plana, com os poros

abertos, mantendo uma grande permeabilidade ao ar, que pode ser o motivo pelo qual a

perda de carga apresentava pouca alteração no decorrer da filtração. Provavelmente, a

torta formada sob estas condições seja diferente daquela em que a filtração foi realizada

sem a rede, o que pode ser confirmado pelos valores da resistência específica da torta,

apresentados posteriormente na Tabela 4.1.

Outro fato interessante observado na Figura 4.3 foi que, nos ensaios com a

rede, a concavidade para estes dois tecidos trançados foi semelhante, ao contrário do

que foi apresentado nos ensaios apenas com o O-ring, quando o Nylon apresentou uma

curva praticamente linear.

No entanto, comparando-se os ensaios com e sem rede para os dois tecidos

testados, verifica-se que a distensão e conseqüente deformação dos filtros colaboram em

Resultados e Discussão

grande parte para o aumento da perda de carga da filtração já que, com a rede, a taxa de

aumento de perda de carga foi significativamente menor.

Para avaliar a resistência específica da torta formada em cada tecido,

determinou-se o K

experimental para as curvas da Figura 4.3 de acordo com a equação

2.17. Os valores obtidos estão apresentados na Tabela 4.1.

Tabela 4.1: Determinação da resistência específica das tortas de filtração dos ensaios

preliminares.

Tecido Resistência específica da torta (s

-1

)

Algodão (fase 1)

2,4.10

-6

Algodão (fase 2)

9,7.10

-4

Poliéster Tratado

2,1.10

-5

Poliéster não tratado

1,2.10

-5

Polipropileno

6,7.10

-5

Acrílico

2,1.10

-5

Nylon com O-ring

7,3.10

-5

Poliéster trançado

1,3.10

-5

Nylon com a rede (fase 1)

4,8.10

-5

Nylon com a rede (fase 2)

1,2.10

-4

Algodão com a rede (fase 1)

Fase não linear – não determinada

Algodão com a rede (fase 2)

1,5.10

-4

No caso do algodão com O-ring, do algodão com rede e do Nylon com rede e

O-ring, calculou-se a permeabilidade para a primeira fase linear (aqui chamada fase 1) e

para a segunda (chamada fase 2).

A diferença apresentada no coeficiente angular da primeira parte linear das

curvas (antes da deformação), correspondente à filtração pela torta, e confirmada pelos

valores apresentados na Tabela 4.1, indica que a estrutura do tecido interfere na torta

formada, ao contrário do que afirmaram alguns autores (JAPUNTICH et al., 1994), pelo

menos quando se utiliza um tecido limpo. A semelhança deste coeficiente ocorreu

apenas em alguns tecidos, sob determinadas condições, como foi entre o poliéster

tratado e o acrílico, e entre o polipropileno e o Nylon, que entre 100 e 200 mm H

apresentaram resistência específica praticamente iguais, mas depois tiveram

comportamento diverso, de modo que não se pode atribuir às características semelhantes

da torta.

De posse destes dados, e avaliando-se a dificuldade apresentada por cada

tecido, optou-se por trabalhar com quatro deles: o acrílico, o polipropileno e o poliéster,

Resultados e Discussão

todos tratados, e o poliéster não tratado, uma vez que os tecidos trançados apresentaram

as dificuldades descritas no manuseio dos mesmos, o que poderia conduzir a resultados

não reprodutíveis e não confiáveis.

Para possibilitar a comparação entre estes meios filtrantes e se ter maior

clareza dos resultados obtidos realizaram-se testes para caracterizar os filtros, que serão

apresentados no item a seguir.

4.2 CARACTERIZAÇÃO DOS MEIOS FILTRANTES

Os tecidos selecionados para o desenvolvimento da pesquisa foram o acrílico,

o polipropileno e o poliéster, como exemplos de tecidos tratados superficialmente, e o

poliéster sem tratamento, como exemplo de tecido não tratado.

Dentre as características passíveis de serem investigadas, o diâmetro linear da

fibra, a porosidade, a permeabilidade e a densidade de empacotamento dos meios

filtrantes foram as propriedades determinadas para qualificar os tecidos.

Tentou-se determinar a porosidade dos meios filtrantes utilizando o

porosímetro a mercúrio. Porém, os resultados obtidos não foram conclusivos, uma vez

que as características do meio filtrante inviabilizaram a validade dos resultados, pela

própria metodologia de análise. O problema ocorreu porque os poros dos tecidos

testados são relativamente grandes, o que permite a entrada de determinada quantidade

de mercúrio no meio filtrante antes de se iniciar a pressurização da amostra. Desta

forma, a quantidade de mercúrio que penetra na amostra apontada pelo teste é

geralmente inferior ao valor real, o que resultou em valores incorretos e não

reprodutíveis. Desta forma, a porosidade foi obtida pela equação de Ergun e comparada

com a porosidade superficial obtida em microscópio ótico, após o tratamento da

amostra.

Os resultados de permeabilidade assim como os de porosidade calculados por

Ergun foram obtidos variando-se a velocidade e verificando-se a variação da perda de

carga. Os dados destas curvas apresentam-se no ANEXO B Para obtenção da

permeabilidade os dados levantados foram ajustados utilizando-se a Equação (2.8). Com

estes mesmos dados e considerando os valores de diâmetro de fibras, obtidos via

Resultados e Discussão

microscopia ótica, utilizou-se a equação de Ergun (Equação 2.22) para determinar a

porosidade teórica. Os valores de viscosidade e de densidade do ar utilizados nos

cálculos foram 1,82.10

-5

kg/m.s e 1,21 kg/m

, respectivamente, para uma temperatura de

20 ºC. Os resultados da caracterização dos tecidos estão sumarizados na Tabela 4.2.

Tabela 4.2: Caracterização dos meios filtrantes

Meio filtrante

Polipropileno

(PP)

Acrílico

(AC)

Poliéster

tratado (PT)

Poliéster não

tratado (PNT)

*Especificação

3008PP 7002AC 1016P 1016P

*Contextura

Feltro

Agulhado

Feltro

Agulhado

Feltro

Agulhado

Feltro

Agulhado

*Gramatura (g/cm

)

600 550 550 550

*Tratamento

Calandrado/

chamuscado

Calandrado/

chamuscado

Calandrado/

chamuscado

Nenhum

*Espessura nominal

(mm)

2,5 – 2,8 2,2 1,9 Não fornecido

***Espessura óptica

(mm)

2,5 2,5 2,5 4,0

*Diâmetro nominal de

fibras (µm)

21,0 21,0 21,0 21,0

***Diâmetro linear de

fibras (µm)

23,6 22,7 19,43 17,75

**Porosidade Ergun

0,78 0,83 0,82 0,87

***Porosidade

Superficial

0,72 0,77 0,81 0,88

**Densidade de

Empacotamento

0,28 0,23 0,19 0,12

**Permeabilidade ao ar

)

2,2.10

-8

5,5.10

-8

5,9.10

-8

9,4.10

-8

Dados: *fornecidos pelo fabricante; **calculado pelo autor; *** determinado pelo autor

por microscópio ótico e análise de imagem.

A densidade de empacotamento apresentada na Tabela 4.2 foi obtida pela

equação 2.21.

A semelhança observada nas características do acrílico e do poliéster tratado

justificam a paridade dos valores de perda de carga inicial apresentados nos estudos

preliminares. Desta forma, como a menor permeabilidade e porosidade resultaram

também em uma maior perda de carga inicial, o contrário é válido para o poliéster sem

tratamento, cujos maiores valores de permeabilidade e porosidade resultaram em

menores valores de perda de carga inicial.

De posse dos dados de caracterização dos meios filtrantes, deu-se início à fase

de investigação da filtração propriamente dita, com o levantamento das características

Resultados e Discussão

de filtração para cada filtro e de cada material pulverulento, e da relação destas

características com a profundidade de penetração de partículas no interior do meio.

Este estudo foi dividido na etapa de apresentação de cada experimento,

separadamente, seguido da etapa comparativa entre os experimentos de cada grupo. Os

grupos de experimentos foram separados em:

Grupo de avaliação do tecido: experimentos realizados com os quatro tecidos (AC,

PP, PT e PNT) e com rocha fina (3,71

µm);

Grupo de avaliação do tratamento do tecido e efeito da forma das partículas:

experimentos realizados com o PT e com o PNT, filtrando tanto a rocha fina

(3,71

µm) quanto o polvilho doce (8,67 µm);

Grupo de avaliação do diâmetro de partícula: experimentos realizados com as

rochas grossa (14,67

µm) e fina (3,71 µm) em acrílico;

Grupo de avaliação do efeito da perda de carga máxima: experimentos realizados

em acrílico filtrando rocha grossa (14,67

µm), com perda de carga máxima de

100 mmH

O e 300 mmH

4.3 ENSAIOS DE FILTRAÇÃO ACRÍLICO E ROCHA FINA (3,71 µM)

Os resultados dos ensaios utilizando acrílico estão apresentados na Figura 4.4.

Os valores de perda de carga (eixo das ordenadas) foram obtidos diretamente, em cada

experimento, através do sistema de aquisição de dados. Os valores de carga mássica

(eixo das abscissas) foram calculados para cada ponto coletado, conforme a

Equação 4.1.

.= (4.1)

em que:

CM é a carga mássica aplicada ao filtro, em gramas por centímetro quadrado,

é a massa total de pó depositada, em gramas, capturada nos ciclos de filtração em

questão,

é o tempo total da filtração, em segundos, T

é o tempo correspondente a

Resultados e Discussão

cada ponto registrado pelo sistema de aquisição de dados, também em segundos e

A é a

área de filtração, em centímetros quadrados.

Na construção do gráfico da Figura 4.4, o eixo das abscissas representa a carga

mássica acumulada nos ciclos de filtração, ou seja, à massa filtrada do segundo ciclo

somou-se o valor final da massa filtrada no primeiro ciclo e assim sucessivamente. Foi

traçada uma curva média dos ensaios de cada ciclo, até 100 mmH

O, e o ciclo seguinte

foi construído partindo-se do último valor da abscissa desta curva média. Assim obteve-

se um gráfico com as curvas de filtração em seqüência.

A partir da análise da Figura 4.4, verifica-se que no primeiro ciclo há uma

maior evidência da filtração interna, conforme prevê a literatura, seguido de uma fase de

transição e, logo após, de uma etapa de filtração superficial, com aumento linear da

perda de carga com a massa capturada.

A filtração interna torna-se quase desprezível nos ciclos subseqüentes, sendo a

taxa de aumento da perda de carga significativamente superior àquela apresentada no

primeiro ciclo.

0,000 0,003 0,006 0,009 0,012 0,015 0,018 0,021

100

120

Perda de Carga (mmH

Carga Mássica Acumulada (g/cm

)

Figura 4.4: Perfil de perda de carga para os dez ciclos de filtração do Acrílico e rocha fina.

(

!) Ensaio 01; (,) Ensaio 02; (7) Ensaio 03; (Β) Ensaio 04; (Λ) Ensaio 05; (Ω) Ensaio 06;

(

β) Ensaio 07; (µ) Ensaio 08; (ξ) Ensaio 09; () Ensaio 10.

Resultados e Discussão

O ponto de colmatação médio dos dez primeiros ciclos foi determinado

graficamente, conforme metodologia descrita no Capítulo 2, a partir da dez curvas

correspondentes ao ciclo 1, apresentadas na Figura 4.4. O valor obtido foi igual a

3,10.10

-3

g/cm

± 6,6.10

-4

. Esta variação é conseqüência da heterogeneidade do meio

filtrante, sendo que depois que o tecido foi saturado com partículas nos ciclos

subseqüentes, as curvas tornam-se bastante próximas. Este comportamento foi

observado em todos os experimentos.

Nota-se na Figura 4.4 que o primeiro ciclo do Ensaio 06 apresentou

comportamento distinto, provavelmente por alguma alteração experimental não

determinada. O desvio de comportamento prosseguiu também no segundo ciclo, mas

nos ciclos seguintes realizados no Ensaio 06 o comportamento voltou a obedecer ao

padrão dos demais.

Uma segunda constatação é referente ao decréscimo de massa coletada

(filtrada) em cada ciclo, como resultado da retenção de partículas após a limpeza, e

conseqüente tendência de saturação do conjunto torta-tecido. A Tabela 4.3 apresenta os

valores da massa filtrada em cada ciclo, considerando-se o valor médio dos dez ensaios.

Admitindo-se que a massa de pó alimentada foi praticamente constante,

verificou-se que, com a diminuição da massa filtrada diminuiu, conseqüentemente, a

duração da filtração, já que a perda de carga máxima de 100 mmH

O foi alcançada mais

rapidamente. No entanto, após o 3º ciclo verificou-se que a taxa de diminuição da massa

coletada foi menor, com tendência a permanecer constante com o número de ciclos.

Tabela 4.3: Variação da massa coletada média com o número de ciclos para o Acrílico e

rocha fina.

Ciclo

Massa

(g/cm

)

1 0,0082

2 0,0019

3 0,0013

4 0,0013

5 0,0012

6 0,0013

7 0,0011

8 0,0011

9 0,0010

10 0,0010

Resultados e Discussão

Outra observação importante apresentada na Figura 4.4 está relacionada à

forma das curvas dos ciclos que, a partir do segundo ciclo possuem o formato de “S”,

que vai sendo amenizado e se tornando quase uma reta nos ciclos finais. Essa formação

é verificada nos demais experimentos realizados neste trabalho, bem como em outros

trabalhos da área, e remete ao comportamento do primeiro ciclo das curvas da Figura

4.2, quando submetidas a perdas de carga elevadas.

Este comportamento não linear das curvas de filtração, segundo descrito no

trabalho de MOREIRA et al. (1999), pode estar associado à eficiência de limpeza, sendo

que os autores observaram que quanto maior a eficiência de remoção, mais próximo de

uma reta seria o comportamento, e quanto menor a regeneração do tecido, maior a

concavidade apresentada pelas curvas, e portanto, mais distante da linearidade.

No entanto, quanto à não linearidade do início das curvas de filtração, deve ser

citado o fato de que, em outros trabalhos o intervalo de aquisição de dados era maior

que os 5 segundos utilizados neste trabalho. Assim, esta primeira fase não apareceu em

outros estudos analisados, inclusive no de MOREIRA et al. (1999), por sua curta

duração, equivalente a poucos segundos nestes experimentos.

Pode ser também que, como a remoção ocorre em blocos (patchy cleaning), a

superfície original de filtração efetiva seja reduzida após a limpeza, e a velocidade nas

áreas regeneradas seja maior que no primeiro ciclo (MANUAL VDI), ou seja, ocorrem

canais preferenciais na superfície do tecido até que, com a formação de uma nova torta,

este comportamento seja normalizado, ou melhor, linearizado.

Considerando-se a seção linear das curvas de filtração em todos os ciclos,

pode-se fazer uma avaliação do desenvolvimento da resistência específica da torta em

cada ciclo. A média de cada ciclo dos ensaios realizados está apresentada na

Tabela 4.4, sendo que o valor referente ao segundo ciclo foi calculado

desconsiderando-se o dado do Ensaio 6, que deu muito discrepante dos demais, devido à

alguma alteração experimental não determinada. O ponto correspondente ao ciclo 10

não possui desvio padrão, pois houve apenas um ponto (o ciclo 10 do ensaio 10), como

explicado no Capítulo 3.

Para o Acrílico, verificou-se que a taxa de aumento da resistência efetiva da

torta diminuiu ciclo a ciclo, sendo muito maior entre o primeiro e o segundo ciclo. No

entanto, estes valores se mantiveram muito próximos após o quinto ciclo.

Resultados e Discussão

Tabela 4.4: Resistência específica média da torta determinada graficamente, para os

ensaios com Acrílico e rocha fina.

Ciclo K

-1

) Desvio padrão

1 1,9.10

2,1.10

2 7,7.10

8,0.10

3 6,5.10

7,3.10

4 6,5.10

9,6.10

5 6,9.10

6,0.10

6 6,9.10

1,4.10

7 7,0.10

5,3.10

8 7,6.10

5,7.10

9 7,6.10

2,2.10

10 8,7.10

A redução da duração dos ciclos de filtração apresentada na Figura 4.4 pode

ser resultado não apenas do aumento da resistência específica da torta, mas também do

acúmulo de partículas no meio filtrante. Esta constatação se confirma ao se analisar a

Figura 4.5, em que se verifica que a massa retida acumulada, a exemplo da massa

coletada, apresenta a tendência a tornar-se constante a partir do quinto ciclo,

coincidindo com o ciclo em que a resistência específica da torta torna-se

aproximadamente constante.

01234567891011

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Massa Retida Acumulada e Removida (g)

Número de ciclos

Figura 4.5: Massa de material pulverulento removida pela limpeza (

símbolos vazios) e

retida após a mesma (

símbolos cheios), para o AC e rocha fina: (!∀) Ensaio 01;

(

,−) Ensaio 02; (78) Ensaio 03; (ΒΧ) Ensaio 04; (ΛΜ) Ensaio 05; (ΩΞ) Ensaio 06;

(

βχ) Ensaio 07; (µν) Ensaio 08; (ξψ) Ensaio 09; () Ensaio 10.

Quanto à massa removida, verifica-se pouca variação em seu comportamento,

sendo este praticamente constante desde o primeiro ciclo. Deste modo, pode-se

Resultados e Discussão

presumir que, a partir do quinto ciclo, a massa que foi coletada na filtração passa a ser

removida na limpeza. Como conseqüência deste acúmulo de partículas nos ciclos

iniciais, ocorreu um aumento da perda de carga inicial nos ciclos subseqüentes à

primeira limpeza. Esta diferença, denominada perda de carga residual, pode ser mais

bem visualizada pela Figura 4.6.

01234567891011

Perda de Carga Residual (mmH

Número de Ciclos

Ensaio 01

Ensaio 02

Ensaio 03

Ensaio 04

Ensaio 05

Ensaio 06

Ensaio 07

Ensaio 08

Ensaio 09

Ensaio 10

Figura 4.6: Perfil da variação de perda de carga residual para os ensaios com Acrílico e

rocha fina.

Verifica-se que a perda de carga residual tendeu a apresentar um

comportamento semelhante ao da curva de massa retida, sendo que o valor máximo não

ultrapassou 30 mmH

O, e tornou-se constante nos ciclos finais. Este fato revela uma

relação entre a massa retida e a perda de carga residual, mostrada pela Figura 4.7, para o

caso destes experimentos, apesar das variações de ciclo para ciclo, que podem ser

atribuídas à heterogeneidade do meio filtrante ou a erros da balança, visto que as massas

são relativamente pequenas.

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

500

1000

1500

2000

2500

3000

∆P/V (Pa.m/s)

M/A (kg/m

)

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 4

Ensaio 5

Ensaio 6

Ensaio 7

Ensaio 8

Ensaio 9

Ensaio 10

Figura 4.7: Relação entre a perda de carga residual e a massa retida para o Acrílico e

rocha fina.

Resultados e Discussão

A curva de tendência destes pontos expressam o comportamento de uma

equação potencial, do tipo y = a.x

, que pode ser expressa pela equação 4.2:

1,44

ret

60451.













∆

(4.2)

Com o objetivo de verificar a relação da eficiência de remoção de pó e a perda

de carga residual, construiu-se o gráfico de fração de massa removida, apresentado na

Figura 4.8.

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Fração Removida

Número de Ciclos

Ensaio 01

Ensaio 02

Ensaio 03

Ensaio 04

Ensaio 05

Ensaio 06

Ensaio 07

Ensaio 08

Ensaio 09

Ensaio 10

Figura 4.8: Perfil da fração de massa removida da torta, para o Acrílico e rocha fina.

Verifica-se que a eficiência de remoção, além de constante, foi bastante

reduzida, sendo menor que 20% da massa de pó total no filtro após cada filtração.

No entanto, deve-se ressaltar que a espessura de torta formada foi pequena, o

que pôde ser observado pelos baixos valores de massa coletada por unidade de área.

Com estes valores de eficiência de limpeza reduzidos, pode-se considerar que

a forma em “S” das curvas subseqüentes à primeira limpeza possam realmente ser

atribuídas a uma limpeza deficiente, como comentado por MOREIRA et al. (1999).

Pode ser que com a pequena espessura da torta, a eficiência de limpeza seja

reduzida porque parte significativa do material pulverulento permaneça no interior do

meio filtrante.

Esta acomodação pode ser observada pela Figura 4.9, em uma camada de

aproximadamente 500 µm, correspondente às cinco primeiras fotos do interior do

tecido, para alguns dos ciclos de filtração.

Resultados e Discussão

Verifica-se a heterogeneidade do processo, sendo nítida a ocorrência de um

maior número de partículas nas camadas mais superficiais do tecido, bem como a

permanência de uma camada de torta remanescente em alguns ciclos e a ocorrência de

camadas sem torta nenhuma em outros (caso da coluna correspondente ao Ciclo 03b), o

que ilustra a remoção em blocos.

Outra importante observação é o fato de que as partículas de rocha fosfática

fina permanecerem muito próximas das fibras, principalmente nas fibras mais internas

do tecido (ou nas fibras mais profundas) podendo ser os resquícios dos dendritos

formados.

A avaliação da penetração de partículas no Acrílico pode ser realizada

considerando-se a Tabela 4.6, em que é possível verificar a variação da profundidade de

penetração de partículas com o número de ciclos, bem como a variação do diâmetro

médio das partículas com a profundidade do tecido e com o número de ciclos.

Verifica-se que o diâmetro de partículas não apresentou tendência de aumentar

ou diminuir com o número de ciclos.

Do mesmo modo, não foi observada variação considerável do diâmetro de

partículas com a profundidade do meio filtrante.

Pode-se observar que a profundidade média variou entre cerca de 480 e

750 µm, aproximadamente, sem apresentar tendência definida de aumentar ou diminuir

com o número de ciclos.

Além disso, pela Tabela 4.6, pode-se verificar o desvio padrão de cada

amostra apresentada na Tabela 4.5, cujos dados não foram colocados juntos por uma

questão de espaço.

Resultados e Discussão

Interface torta-ar

Ciclo 01a Ciclo 01b Ciclo 03a Ciclo 03b Ciclo 04a Ciclo 04b Ciclo 05a Ciclo 05b Ciclo 10

Interior do meio filtrante (aproximadamente 500 µm da superfície do tecido)

Figura 4.9: Seção transversal do acrílico em diferentes ciclos

Resultados e Discussão

Tabela 4.5: Penetração de partículas de rocha fina no Acrílico: diâmetros de partículas com a profundidade do tecido.

Diâmetro de partículas (µm)

Profundidade

Ensaio

(µm)

1 2 3 4 5

0-107 1,456 1,076 1,333 1,382 1,086 1,105 1,443 1,016 0,971 1,152 1,010 0,977 1,584 1,489 1,544 1,623 0,935 1,164 2,365 2,025

107-214 1,028 0,945 1,447 0,953 1,148 0,958 1,278 0,91 1,038 1,154 0,946 0,947 1,255 1,139 1,611 1,325 0,985 1,109 2,373 1,986

214-321 1,145 1,065 0,998 0,853 1,183 1,099 1,225 0,994 0,960 1,06 0,733 0,979 1,163 0,980 1,024 - 1,016 1,122 2,292 1,651

321-428 1,237 0,868 1,261 - 1,176 1,239 1,336 1,054 1,235 - 0,789 1,098 0,904 1,081 0,788 1,905

428-535 1,022 0,811 1,001 0,658 0,938 1,737 0,841 0,838 0,977 0,975 1,317 1,442 1,100 0,825 0,900 1,492

535-642 0,653 0,995 0,754 1,02 1,869 1,063 0,737 1,099 - 0,8 0,879 0,81 1,988

642-749 0,636 0,656 1,212 0,889 0,876 1,059 0,96 1,623 0,614

749-856 0,521 1,201 1,357 0,796 0,957 0,696

856-963 0,721 1,423 0,849 0,620

963-1070 0,819 0,794

Profundidade

média (µm)

722,3 749 749 588,5 615,3

(µm)

6 7 8 9 10

0-107 1,200 1,332 0,967 - 1,641 1,089 0,990 0,898 1,017 0,798 0,954 0,819

107-214 1,269 1,212 0,885 0,91 1,966 0,86 1,003 0,968 1,148 0,775 0,852

214-321 1,087 0,887 - 0,945 1,93 0,973 0,933 - 1,227 1,426 0,800

321-428 0,825 - 0,908 0,917 1,099 1,468 0,823 1,112 0,828 1,053 0,535

428-535 0,746 0,746 0,867 0,786 - 0,989 1,221 -

535-642 1,054 1,277 1,179 1,214 1,238 0,733

642-749 0,558

749-856 0,681

856-963

963-1070

Profundidade

média (µm)

588,5 588,5 535 481,5 508,3

Resultados e Discussão

Tabela 4.6: Desvio padrão do diâmetro de partículas em cada camanda analisada do Acrílico.

Desvio padrão

Profundidade

Ensaio

(µm)

1 2 3 4 5

0-107 0,737 1,161 1,328 1,304 1,088 0,973 1,675 0,873 0,710 1,078 0,947 0,985 1,905 2,352 1,625 1,564 0,787 1,164 2,665 2,197

107-214 0,921 1,022 1,516 0,514 0,984 0,330 1,298 0,850 0,744 1,104 0,736 0,662 1,535 1,261 1,867 1,337 0,825 1,179 2,957 3,105

214-321 0,824 0,932 0,542 0,510 0,792 0,945 0,729 1,231 0,711 0,581 0,435 0,763 1,275 1,371 0,682 0,833 1,092 3,205 2,621

321-428 0,551 0,574 1,186 0,899 0,912 1,578 0,701 0,676 0,000 0,551 1,323 0,619 0,850 0,613 4,751

428-535 0,505 0,348 0,862 0,350 0,990 2,295 0,542 0,691 0,816 0,716 0,563 1,249 0,721 0,649 0,548 1,502

535-642 0,402 0,739 0,212 0,540 1,754 0,957 0,355 0,017 0,000 0,497 0,457 0,574 1,164

642-749 0,425 0,383 1,058 0,588 0,573 0,000 0,395 0,815 0,000 0,336

749-856 0,340 0,840 1,093 0,563 0,490 0,509

856-963 0,386 1,451 0,419 0,417

963-1070 0,418 0,369

(µm)

6 7 8 9 10

0-107 1,101 1,498 0,709 2,107 0,935 0,997 0,876 0,792 0,663 0,850 0,563

107-214 1,078 1,098 0,741 0,694 2,220 0,593 0,632 0,599 1,183 0,474 0,744

214-321 1,056 0,995 0,769 3,043 0,610 0,588 0,000 0,845 2,446 0,463

321-428 0,577 0,657 0,719 1,033 0,822 0,521 0,696 0,544 0,775 0,222

428-535 0,433 0,499 0,572 0,552 0,000 0,430 0,741

535-642 0,821 1,170 0,927 0,722 1,111 0,330

642-749 0,289

749-856 0,076

856-963

963-1070

Resultados e Discussão

A Figura 4.10 apresenta a variação do número de partículas em cada camada

de tecido, para cada ciclo.

0 200 400 600 800 1000 1200

-100

100

200

300

400

500

600

700

800

Número de Partículas

Profundidade do Tecido (µm)

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 4

Ensaio 5

Ensaio 6

Ensaio 7

Ensaio 8

Ensaio 9

Ensaio 10

Média

Figura 4.10: Variação do número de partículas com a profundidade do tecido para o

Acrílico.

Verifica-se que, a exemplo do diâmetro de partículas, não há tendência

definida do número de partículas aumentar ou diminuir com o número de ciclos.

No entanto, como observado pelas microfotografias, é evidente que a maior

parte das partículas concentra-se nas camadas mais superficiais do tecido, tendendo a

diminuir potencialmente com a profundidade, sendo que o máximo de partículas retidas

foi em torno de 700.

A linha de tendência foi traçada utilizando-se um ajuste exponencial sobre a

média do número de partículas em cada camada analisada, e a barra de erros expressa o

desvio padrão em cada ponto.

Os valores dos números de partículas no interior do acrílico podem ser

observados também pela Tabela 4.7.

Resultados e Discussão

Tabela 4.7: Valores do número de partículas retidas após a limpeza em cada camada do meio filtrante, para o Acrílico e rocha fina.

Número de partículas

Profundidade

Ensaio

(µm)

1 2 3 4 5

0-107 567 538 559 483 196 476 357 46 593 181 457 26 372 336 417 715 376 597 436 322

107-214 12 654 387 20 50 43 347 64 661 206 251 238 238 107 130 334 701 240 488 215

214-321 48 92 18 3 42 47 35 15 335 44 18 48 44 78 44 0 287 224 155 182

321-428 11 22 63 0 10 99 23 14 26 0 38 99 43 20 38 24 0

428-535 5 3 14 8 21 13 28 14 56 7 10 52 15 64 31 27

535-642 44 40 4 7 28 18 7 6 0 18 16 33 11

642-749 11 18 28 18 19 0 6 35 0 18

749-856 4 19 11 11 8 8

856-963 20 19 9 7

963-1070 8 8

soma

702 1309 1146 518 354 735 739 243 1624 544 739 360 753 521 739 1100 1532 1116 1117 719

(µm)

6 7 8 9 10

0-107 500 668 105 0 596 135 298 252 305 12 502 59

107-214 150 731 161 380 312 632 329 89 297 38 100

214-321 434 125 0 447 162 31 124 0 21 30 96

321-428 64 0 92 41 139 32 49 61 25 24 7

428-535 31 66 235 90 0 98 14 0

535-642 44 54 129 42 21 4

642-749 13

749-856 2

856-963

963-1070

soma

1223 1590 593 1012 1209 959 800 542 698 104 709 59

Resultados e Discussão

4.4 ENSAIOS DE FILTRAÇÃO POLIPROPILENO E ROCHA FINA (3,71 µM)

Os resultados obtidos para o Polipropileno estão apresentados na Figura 4.11.

Verifica-se que o comportamento das curvas de filtração do Polipropileno foi

qualitativamente semelhante ao do acrílico.

0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012

100

120

Perda de Carga (mmH

Carga Mássica Acum ulada (g/cm

)

Figura 4.11: Perfil de perda de carga para os dez ciclos de filtração para o Polipropileno e rocha

fina: (

!) Ensaio 01; (,) Ensaio 02; (7) Ensaio 03; (Β) Ensaio 04; (Λ) Ensaio 05;

(

Ω) Ensaio 06; (β) Ensaio 07; (µ) Ensaio 08; (ξ) Ensaio 09; () Ensaio 10.

Porém, apesar de também diminuir ciclo a ciclo, a massa coletada foi menor

em todos os ciclos, quando em comparação com o Acrílico, como apresenta a Tabela

4.7. Além disso, a massa coletada apresentou uma tendência decrescente nos dez ciclos

analisados, sem se tornar constante. Observa-se que a massa coletada neste tecido

diminuiu em uma ordem de grandeza do primeiro para o décimo ciclo.

A primeira fase da filtração também apresentou uma menor duração em

relação ao Acrílico. Possivelmente, esse comportamento pode indicar uma menor

penetração de partículas no interior do tecido, o que será verificado nas análises de

profundidade de penetração que seguem, em que são apresentados os resultados

comparativos entre os tecidos. Conforme os resultados de KANAOKA et al. (2001),

esta menor duração dos ciclos pode ser atribuída à menor permeabilidade e menor

porosidade deste tecido, como apresentado na Tabela 4.2, em relação ao acrílico.

Resultados e Discussão

Por esta mesma razão, pode-se atribuir o menor valor do ponto de colmatação

médio dos dez primeiros ciclos, determinado graficamente a partir da Figura 4.12, igual

a 1,21.10

-3

g/cm

± 3,1.10

-4

, quando comparado ao Acrílico.

Tabela 4.8: Variação da massa filtrada média com o número de ciclos para o

polipropileno

Ciclo

Massa

(g/cm

)

1 0,0048

2 0,0013

3 0,0010

4 0,0005

5 0,0009

6 0,0008

7 0,0007

8 0,0006

9 0,0005

10 0,0003

Outra constatação a partir da Figura 4.11, foi a de que as curvas apresentaram

um comportamento tipo “S” mais evidente nos ciclos iniciais, se forem comparadas

ciclo a ciclo com o Acrílico.

Além disso, a resistência específica da torta tendeu a aumentar a cada ciclo,

como pode ser comprovado pela Tabela 4.9.

Estes valores não apresentaram tendência a tornarem-se constantes dentro do

número de ciclos realizados neste trabalho.

Tabela 4.9: Resistência específica média da torta determinada graficamente, para os

ensaios com Polipropileno e rocha fina.

Ciclo K

-1

) Desvio padrão

1 2,7.10

3,5.10

2 5,8.10

1,5.10

3 8,1.10

1,9.10

4 9,1.10

2,4.10

5 9,3.10

3,3.10

6 1,0.10

2,5.10

7 1,2.10

1,9.10

8 1,2.10

2,2.10

9 1,4.10

1,9.10

10 1,9.10

Resultados e Discussão

No entanto, não apenas estes resultados explicam os ciclos cada vez mais

curtos para o Polipropileno, mas também a massa acumulada no meio filtrante, que

aumentou ciclo a ciclo e tendeu a ser constante após o sexto ciclo, como apresentado na

Figura 4.12. A massa removida após a limpeza, porém, se manteve praticamente

constante em todos os ensaios, a exemplo do que ocorreu com o Acrílico.

01234567891011

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Massa Retida Acumulada e Removida (g)

Número de ciclos

Figura 4.12 : Massa de material pulverulento removida pela limpeza (símbolos vazios)

e retida após a mesma (símbolos cheios) para o PP e rocha fina: (!∀) Ensaio 01;

(

,−) Ensaio 02; (78) Ensaio 03; (ΒΧ) Ensaio 04; (ΛΜ) Ensaio 05; (ΩΞ) Ensaio 06;

(

βχ) Ensaio 07; (µν) Ensaio 08; (ξψ) Ensaio 09; () Ensaio 10.

Verifica-se, na Figura 4.13, que o aumento da massa retida no meio filtrante

provocou também o aumento da perda de carga residual a cada ciclo.

01234567891011

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 4

Ensaio 5

Ensaio 6

Ensaio 7

Ensaio 8

Ensaio 9

Ensaio 10

Perda de Carga Residual (mmH

Número de Ciclos

Figura 4.13 : Perfil da perda de carga residual para os experimentos com Polipropileno.

Resultados e Discussão

Por meio desta Figura, fica evidente o fato da perda de carga não se tornar

constante nos dez ciclos estudados, apresentando para estes, um crescimento

logarítmico com o número de ciclos.

Fazendo-se uma associação da perda de carga residual com a massa retida

acumulada no filtro de polipropileno, tem-se, pela Figura 4.14, que há uma relação entre

a massa retida e a perda de carga residual, de modo que as curvas de cada ensaio tendem

a serem próximas a uma reta.

No entanto, pode-se fazer um ajuste potencial dos resultados, de modo que a

equação possa ser representada pela equação 4.3:

1,42

ret

139816.













∆

(4.3)

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08

1000

2000

3000

4000

5000

∆P/V (Pa.s/m)

M/A (Kg/m

)

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 4

Ensaio 5

Ensaio 6

Ensaio 7

Ensaio 8

Ensaio 9

Ensaio 10

Figura 4.14: Relação entre a perda de carga residual e a massa retida para o

Polipropileno e rocha fina.

A eficiência de remoção responsável por esta perda de carga residual pode ser

visualizada na Figura 4.15.

Resultados e Discussão

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Fração Removida

Número de ciclos

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 4

Ensaio 5

Ensaio 6

Ensaio 7

Ensaio 8

Ensaio 9

Ensaio 10

Figura 4.15: Perfil da fração removida de torta, após a limpeza, para o Polipropileno e

rocha fina.

A partir da observação da Figura 4.15, pode-se constatar que a eficiência de

remoção de pó permaneceu abaixo de 20%. Observou-se que a maior perda de carga

residual apresentada pelo Polipropileno coincidiu com a maior intensidade do formato

em “S” apresentados nos experimentos com o Polipropileno, fato que, segundo

MOREIRA et al. (1999), poderia ser atribuído a uma menor eficiência de remoção. No

entanto, o formato das curvas parece estar mais relacionado aos valores de perda de

carga residual que aos valores de eficiência, quando comparados ao Acrílico, uma vez

que as eficiências de remoção foram bem próximas e a perda de carga residual foi

diferente. Assim, parece que quanto maior a perda de carga residual, maior a tendência

do comportamento em “S” quando se compara dois tecidos diferentes.

Considerando-se o comportamento peculiar do Polipropileno quanto ao seu

menor período de filtração interna, à sua perda de carga residual elevada, aos seus ciclos

mais curtos, e à sua menor porosidade e permeabilidade, investigou-se a penetração de

partículas em seu interior para os dez ciclos.

A Figura 4.16 apresenta as imagens obtidas em MEV para algumas colunas de

alguns ciclos analisados, sendo apresentadas as cinco primeiras fotos, que correspondem

a uma profundidade de aproximadamente 500 µm da superfície até o seio do filtro. As

imagens de MEV mostram que o Polipropileno apresentou uma maior densidade de

fibras com relação ao Acrílico. A Tabela 4.10 apresenta a profundidade de penetração e

o diâmetro das partículas em cada ciclo, e a Tabela 4.11 apresenta o desvio padrão

destes dados.

Resultados e Discussão

Interface torta-ar

Ciclo 01a Ciclo 02a Ciclo 02b Ciclo 04a Ciclo 04b Ciclo 05a Ciclo 05b Ciclo 10a Ciclo 10b

Interior do meio filtrante (aproximadamente 500 µm da superfície do tecido)

Figura 4.16: Seção transversal do polipropileno em diferentes ciclos

Resultados e Discussão

Tabela 4.10: Penetração de partículas de rocha fina no Polipropileno: diâmetros de partículas com a profundidade do tecido.

Diâmetro de partículas (µm)

Profundidade

Ensaio

(µm)

1 2 3 4 5

0-107 1,133 1,305 1,260 1,402 1,360 1,406 1,460 0,939 1,270 1,170 1,523 0,998 1,312 0,998 1,514 1,715 1,302 1,306 1,171 2,085

107-214 0,782 0,813 1,397 1,219 1,654 1,744 1,011 0,992 0,981 1,200 0,941 0,896 0,850 0,928 2,354 2,385 1,625 1,181

214-321 0,656 0,948 1,087 0,827 1,412 1,200 1,062 1,003 1,398 0,933 1,105 1,145 1,252 2,182 1,506 0,684

321-428 0,467 1,100 0,999 0,906 0,900 0,975 1,103 1,326 0,679

428-535 0,851 0,994 0,765

535-642 0,929

642-749

749-856

856-963

963-1070

Profundidade

média (µm)

428,000 321,000 374,500 374,500 248,75

(µm)

6 7 8 9 10

0-107 1,296 1,517 1,264 1,257 1,378 1,376 0,942 1,097 1,012 1,084 1,147 0,978 1,0027 1,156

107-214 - 1,331 1,002 1,02 0,754 1,294 1,935 1,043 1,214 0,8728 1,0451 1,05

214-321 1,151 0,835 1,311 1,438 1,844 3,892 1,207 1,248 0,7231 1,0215 0,942

321-428 0,806 - 0,83 0,723 0,91 0,878 0,8248 1,2461 0,852

428-535 - 0,743 0,69 1,0859 0,861

535-642 0,774 1,517 1,182

642-749 0,815

749-856

856-963

963-1070

Profundidade

média (µm)

331,5 267,5 374,5 481,5 454,75

Resultados e Discussão

Tabela 4.11: Desvio padrão do diâmetro de partículas do Polipropileno.

Desvio Padrão

Profundidade

Ensaio

(µm)

1 2 3 4 5

0-107 0,693 1,114 0,964 0,715 1,669 2,009 1,682 0,715 0,599 1,421 0,974 1,269 1,263 0,692 1,269 1,643 1,448 1,571 1,076 2,192

107-214 0,408 0,784 1,010 0,651 2,497 2,758 0,730 0,651 0,699 0,699 1,256 1,100 0,433 0,685 1,183 2,905 2,180 2,394

214-321 0,822 0,474 0,863 0,525 2,055 0,851 0,525 0,751 0,599 0,578 0,821 1,004 0,955 0,000 2,727 2,714 0,485

321-428 0,218 0,996 0,506 0,506 0,880 0,563 0,546 0,528 1,689 0,600

428-535 0,366 0,937 0,694 0,419

535-642 1,317

642-749

749-856

856-963

963-1070

(µm)

6 7 8 9 10

0-107 1,259 1,681 1,358 1,127 1,256 1,427 0,847 0,776 0,758 0,960 1,098 0,768 1,091 1,122

107-214 0,000 1,179 1,563 0,901 0,444 2,356 2,766 0,679 1,137 0,780 0,843 0,791

214-321 1,160 0,478 1,230 1,804 3,198 5,141 0,727 1,057 0,621 0,746 0,998

321-428 0,537 0,000 0,604 0,488 0,482 0,552 0,575 1,117 0,598

428-535 0,000 0,364 0,280 0,709 0,481

535-642 0,511

642-749

749-856

856-963

963-1070

Resultados e Discussão

Pode-se observar, pela Tabela 4.10, que a profundidade média variou entre

250 e 480 µm, aproximadamente, sem apresentar tendência definida de aumentar ou

diminuir com o número de ciclos. O diâmetro de partículas também não apresentou

tendência de aumentar ou diminuir com o número de ciclos, assim com não foi

verificada variação significativa do diâmetro com a profundidade do meio filtrante.

A Figura 4.17 apresenta a variação do número de partículas em cada camada

de tecido, para cada ciclo. Observa-se que não houve tendência definida do número de

partículas aumentar ou diminuir com o número de ciclos, como ocorreu com o diâmetro

de partículas. No entanto, é evidente que a maior parte das partículas concentrou-se nas

camadas mais superficiais do tecido, tendendo a diminuir exponencialmente com a

profundidade, sendo que o máximo de partículas retidas foi em torno de 1.000. Este

elevado valor pode ser atribuído ao fato de que, como a remoção ocorreu aos pedaços,

esteja sendo contadas partículas da torta.

0 200 400 600 800 1000 1200

-100

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

Número de Partículas

Profundidade do Tecido (µm)

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 4

Ensaio 5

Ensaio 6

Ensaio 7

Ensaio 8

Ensaio 9

Ensaio 10

Média

Figura 4.17: Variação do número de partículas com a profundidade do tecido para o

Polipropileno e rocha fina.

Verifica-se que após 400 µm, encontram-se poucas partículas no interior do

tecido, sendo a imensa maioria distribuída na camada mais superficial do tecido.

Observou-se também que, em termos numéricos, não houve tendência do

número de partículas variar com os ciclos.

Os valores do número de partículas no interior do polipropileno podem ser

observados pela Tabela 4.12.

Resultados e Discussão

100

Tabela 4.12: Valores do número de partículas retidas após a limpeza em cada camada do meio filtrante, para o Polipropileno e rocha fina.

Número de partículas

Profundidade

Ensaio

(µm)

1 2 3 4 5

0-107 16 262 458 321 305 340 863 118 258 129 465 122 561 147 794 488 128 394 206 748

107-214 32 21 174 263 48 406 225 30 112 136 143 39 12 60 157 498 65 82

214-321 14 54 36 61 319 19 11 59 45 31 25 23 65 0 237 374 18

321-428 14 14 16 6 21 14 12 29 34 36

428-535 6 57 17 7

535-642 18

642-749

749-856

856-963

963-1070

soma

62 357 682 661 353 1065 1107 165 450 310 639 200 596 359 997 1223 608 530 206 748

(µm)

6 7 8 9 10

0-107 269 507 463 327 162 567 228 389 767 592 382 604 42 986

107-214 0 681 255 78 89 35 262 511 78 119 380 467

214-321 103 22 22 12 43 29 62 76 10 383 280

321-428 26 0 11 5 22 67 417 18 18

428-535 0 6 9 18 20

535-642 16

642-749

749-856

856-963

963-1070

soma

414 1216 751 405 263 567 311 680 1362 822 928 1403 42 1771

Resultados e Discussão

101

4.5 ENSAIOS DE FILTRAÇÃO POLIÉSTER TRATADO E ROCHA FINA

(3,71 µM)

Após a realização dos experimentos com o Acrílico e com o Polipropileno,

verificou-se que o tempo despendido no tratamento das amostras e o fator econômico

pesariam para o fechamento deste trabalho. Além disto, como as análises de penetração

de partículas não apresentaram variação significativa com o número de ciclos, nos

experimentos com acrílico e com polipropileno, optou-se por fazer as análises

pertinentes ao desenvolvimento da pesquisa apenas para os Ensaios 01, 02, 03, 05 e 10.

Os quatro primeiros testes foram escolhidos por serem aqueles em que houve uma

maior variação de massa retida, de modo a se esperar também que, se houvesse uma

variação na profundidade de penetração, seria nestes ciclos detectada, uma vez que o

conjunto torta-tecido ainda não estaria saturado. O décimo ciclo foi escolhido por

apresentar a condição final dos ensaios.

Similarmente aos experimentos realizados anteriormente, o perfil da perda de

carga com a carga mássica acumulada se manteve, assim como a tendência do ciclo se

tornar cada vez mais curto, até uma aparente estabilização, como apresenta a

Figura 4.18.

0,000 0,003 0,006 0,009 0,012 0,015 0,018 0,021

100

120

Perda de Carga (mmH

Carga Mássica Acumulada (g/cm

)

Figura 4.18: Perfil de perda de carga para os dez ciclos de filtração para o Poliéster tratado e rocha

fina. (

!) Ensaio 01; (,) Ensaio 02; (7) Ensaio 03; (Β) Ensaio 04; (Λ) Ensaio 05; (Ω) Ensaio 06;

(

β) Ensaio 07; (µ) Ensaio 08; (ξ) Ensaio 09; () Ensaio 10.

Resultados e Discussão

102

O comportamento da massa coletada foi semelhante ao Acrílico, como

apresenta a Tabela 4.13. Para este tecido o comportamento em “S” das curvas dos

ensaios 2 a 10 apresentaram uma curvatura também semelhante à apresentada pelo

Acrílico.

Tabela 4.13:Variação da massa coletada média com o número de ciclos para o poliéster

tratado.

Ciclo

Massa

(g/cm

)

1 0,0074

2 0,0020

3 0,0012

4 0,0015

5 0,0013

6 0,0012

7 0,0011

8 0,0011

9 0,0010

10 0,0010

A primeira fase da filtração apresentou uma duração um pouco menor em relação

ao acrílico. Possivelmente, esse comportamento pode indicar uma menor penetração de

partículas, o que pode ser observado pelo valor do ponto de colmatação médio, igual a

2,45.10

-3

g/cm

± 5,5.10

-4

, obtido através dos dez primeiros ciclos apresentados na

Figura 4.18.

Além da aparente estabilização da massa filtrada em poliéster nos ciclos finais,

observada na Tabela 4.13, a inclinação das curvas de filtração foi apenas ligeiramente maior a

cada ciclo, o que indica que após o sexto ciclo, a resistência específica da torta foi quase

constante, com resultados bem próximos uns dos outros, como pode ser comprovado pela

Tabela 4.14.

Esta tendência de crescimento e quase estabilização apresentada na Tabela 4.14 se

repetiu nos resultados de massa retida acumulada no meio filtrante como pode ser

comprovado pela Figura 4.19, com, sendo praticamente constante após o quarto ciclo. A

massa removida após a limpeza se manteve praticamente constante em todos os ensaios,

como ocorreu com os demais tecidos.

Resultados e Discussão

103

Tabela 4.14: Resistência específica média da torta determinada graficamente, para os

ensaio com Poliéster tratado e rocha fina.

Ciclo K

-1

) Desvio padrão

1 2,1.10

1,4.10

2 5,0.10

1,4.10

3 7,1.10

3,2.10

4 6,2.10

1,0.10

5 6,4.10

7,3.10

6 6,7.10

1,5.10

7 6,7.10

1,6E+05

8 6,8.10

1,2E+05

9 7,8.10

2,9.10

10 8,1.10

01234567891011

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Massa Retida Acumulada e Removida (g)

Número de ciclos

Figura 4.19: Massa de material pulverulento removida pela limpeza (símbolos vazios)

e retida após a mesma (

símbolos cheios) para o Poliéster tratado e rocha fina:

(

!∀) Ensaio 01; (,−) Ensaio 02; (78) Ensaio 03; (ΒΧ) Ensaio 04; (ΛΜ) Ensaio 05;

(

ΩΞ) Ensaio 06; (βχ) Ensaio 07; (µν) Ensaio 08; (ξψ) Ensaio 09; () Ensaio 10.

Como resultado deste aumento de massa retida acumulada no meio filtrante, a

perda de carga residual apresentou também um incremento a cada ciclo, como ilustra a

Figura 4.20, sendo que nos ciclos finais, a taxa de aumento diminuiu, indicando uma

tendência a se tornar constante.

Resultados e Discussão

104

01234567891011

Perda de Carga Residual (mmH

Número de Ciclos

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 4

Ensaio 5

Ensaio 6

Ensaio 7

Ensaio 8

Ensaio 9

Ensaio 10

Figura 4.20 : Perfil da variação da perda de carga residual para os ensaios com

Poliéster tratado e rocha fina.

Verificando o incremento da perda de carga residual com a massa retida, pode-

se, através da Figura 4.21, observar que a tendência é de um aumento mais linear que o

apresentado pelo Acrílico, apesar das variações dos valores, como observado também

nos outros experimentos, sendo que para alguns ensaios, como para o ensaio 9 e 10, a

tendência não foi clara.

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10

500

1000

1500

2000

2500

3000

∆P/V (Pa.s/m)

M/A (kg/m

)

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 4

Ensaio 5

Ensaio 6

Ensaio 7

Ensaio 8

Ensaio 9

Ensaio 10

Figura 4.21: Relação entre a perda de carga residual e a massa retida para o Poliéster

tratado e rocha fina.

A tendência das curvas da relação entre perda de carga residual e massa retida

pode ser ajustada a uma equação potencial, expressa pela equação 4.4:

Resultados e Discussão

105

1,38

ret

61653.













∆

(4.4)

A eficiência de remoção responsável por esta perda de carga residual pode ser

visualizada na Figura 4.22. A partir da observação desta Figura, pode-se constatar que,

como ocorreu nos demais experimentos, a eficiência de remoção de pó permaneceu em

torno de 20%, sendo praticamente constate. Semelhante aos demais tecidos avaliados,

este fato pode ser atribuído à menor espessura da torta formada.

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Fração Removida

Número de ciclos

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 4

Ensaio 5

Ensaio 6

Ensaio 7

Ensaio 8

Ensaio 9

Ensaio 10

Figura 4.22: Perfil da fração removida da torta ,após a limpeza, para o Poliéster tratado

e rocha fina.

Uma outra observação interessante se refere ao fato de a perda de carga

residual semelhante à do Acrílico coincidir com a intensidade do formato em “S”,

parecida também para ambos, o que, de acordo com a literatura, poderia ser atribuído a

uma eficiência de remoção. No entanto, reafirma-se o fato de que o formato das curvas

parece estar mais relacionado aos valores de perda de carga residual que aos valores de

eficiência, já que as eficiências são semelhantes e a perda de carga residual não.

A penetração de partículas de rocha fina no Poliéster tratado pode ser avaliada

considerando-se a Figura 4.23, que apresenta as imagens obtidas via MEV da superfície

do filtro até cerca de 500 µm do interior do filtro, o que corresponde a cinco

microfotografias. Quantitativamente esta análise pode ser realizada a partir da Tabela

4.15, em que é possível verificar a variação da profundidade de penetração de partículas

com o número de ciclos, bem como a variação do diâmetro médio das partículas com a

profundidade do tecido e com o número de ciclos. A Tabela 4.16 apresenta os valores

dos desvios padrão para os dados de diâmetro de partículas.

Resultados e Discussão

106

Interface torta-ar

Ciclo 01a Ciclo 02a Ciclo 02b Ciclo 03a Ciclo 04b Ciclo 05a Ciclo 05b Ciclo 10

Interior do meio filtrante (aproximadamente 500 µm da superfície do tecido)

Figura 4.23: Seção transversal do poliéster tratado em diferentes ciclos

Tabela 4.15: Penetração de partículas de rocha fina no Poliéster tratado: diâmetros de partículas com a profundidade do tecido.

Resultados e Discussão

107

Diâmetro de partículas (µm)

Profundidade

Ensaio

(µm)

1 2 3 5 10

0-107 1,403 1,090 1,213 0,947 1,289 1,097 1,451 1,230 1,353 1,195 1,598 1,358 1,206 1,499 1,066 1,335 1,084 1,326 1,209 1,536

107-214 1,017 1,119 0,844 0,963 0,000 0,905 1,330 1,163 1,215 1,029 0,963 1,103 1,121 1,273 0,848 1,178 0,883 1,110 - 1,321

214-321 - 0,921 0,932 1,152 0,957 0,685 1,036 1,152 0,977 0,785 0,932 1,085 1,254 0,693 1,268 0,906 0,910 - 1,050

321-428 0,965 - - 1,362 - 0,628 7,725 0,748 0,934 0,865 0,992 0,567 0,587 0,733 0,950 0,817 2,080 0,962

428-535 1,984 0,842 0,522 1,211 0,958 0,959 1,053 0,983 1,027 0,635 1,022 0,947 1,029 0,858

535-642 0,592 - 0,990 0,770 1,062

642-749 0,945

Profundidade

média (µm)

615,25 401,25 535 454,75 588,5

Tabela 4.16: Desvio padrão do diâmetro de partículas do Poliéster tratado.

Desvio Padrão

Profundidade

Ensaio

(µm)

1 2 3 5 10

0-107 1,707 1,090 1,052 1,250 1,124 1,032 1,845 1,166 1,287 1,254 0,963 1,222 0,947 1,646 0,588 1,522 1,462 1,806 1,552 1,962

107-214 0,710 0,540 0,823 0,793 0 0,598 1,776 1,149 0,990 1,003 1,028 1,058 0,984 1,239 0,407 1,100 0,726 1,505 0 1,499

214-321 0,000 0,782 0,452 0,896 0,968 0,462 0,726 0,978 0,714 1,059 0,790 0,856 1,425 0,381 1,414 0,544 0,596 0 1,118

321-428 0,347 0 0 0,541 0 0,366 4,358 0,447 0,644 1,259 0,695 0,182 0,211 0,324 0,919 0,509 2,357 0,800

428-535 0,338 0,344 0,715 0,689 0,245 0,553 0,580 0,759 0,751 0,259 0,525 0,667 0,561 1,048

535-642 0,230 - 0,517 0,316 0,670

642-749 0,510

Resultados e Discussão

108

Pode-se observar que a profundidade média variou entre cerca de 400 e

600 µm, aproximadamente, sem apresentar tendência definida de aumentar ou diminuir

com o número de ciclos, sendo, porém, mais homogênea que as dos tecidos analisados

até o momento, ou seja, alcançando uma faixa mais uniforme do tecido. Quanto ao

diâmetro de partículas, verificou-se que os mesmos não apresentaram variação

significativa com o número de ciclos. A variação do diâmetro com a profundidade do

tecido também não foi verificada, sendo que o diâmetro pode ser considerado uniforme

com a profundidade do meio filtrante. A Figura 4.24 apresenta a variação do número de

partículas em cada camada do meio filtrante, para cada ciclo. Observa-se que não há

tendência definida do número de partículas aumentar ou diminuir com o número de

ciclos, como ocorreu com o diâmetro de partículas. Similarmente aos demais tecidos

utilizados, nota-se que a maior parte das partículas encontrou-se nas camadas mais

superficiais do tecido, tendendo a diminuir exponencialmente com a profundidade,

sendo que o máximo de partículas retidas foi menor que 800.

Os valores do número de partículas no interior do poliéster tratado pode ser

observado também pela Tabela 4.17, em que éapresentado também o número total de

partículas encontradas por seção analisada.

0 200 400 600 800 1000 1200

-100

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Número de Partículas

Profundidade do Tecido (µm)

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 4

Ensaio 5

Ensaio 6

Ensaio 7

Ensaio 8

Ensaio 9

Ensaio 10

Média

Figura 4.24: Variação do número de partículas com a profundidade do tecido para o

Poliéster tratado e rocha fina.

Resultados e Discussão

109

Tabela 4.17: Valores do número de partículas retidas após a limpeza em cada camada do meio filtrante, para o Poliéster tratado e rocha

fina.

Número de partículas

Profundidade

Ensaio

(µm)

1 2 3 5 10

0-107

547 127 326 452 226 568 382 348 561 513 358 269 71 603 18 740 552 643 2 746

107-214

32 12 124 76 0 287 310 515 94 420 287 112 157 473 25 406 592 633 0 722

214-321

0 27 56 84 57 62 78 42 280 105 85 40 335 15 163 13 446 0 644

321-428

5 0 0 41 0 35 25 12 26 54 23 9 13 36 7 73 2 74

428-535

2 10 5 12 3 33 7 21 21 7 2 11 1 202

535-642

11 0 0 4 5 11

642-749

Soma

597 185 511 665 286 952 692 966 742 1246 825 510 277 1424 58 1356 1171 1806 4 2399

Resultados e Discussão

110

4.6 ENSAIOS DE FILTRAÇÃO POLIÉSTER NÃO TRATADO E ROCHA FINA

(3,71 µM)

Durante o desenvolvimento das filtrações com este meio filtrante, verificou-se

uma variação maior nos resultados de perfil de perda de carga, quando em comparação

aos demais experimentos. Provavelmente, a ausência de tratamento implicou em uma

maior heterogeneidade do meio filtrante, resultando em uma reprodutibilidade inferior.

Além disso, verificou-se que a densidade de empacotamento foi maior para o tecido

mais reprodutível, no caso o PP, o que pode ser imputado à melhor distribuição das

fibras que ocorre durante o processo de agulhagem, que define a densidade de

empacotamento do tecido. Outra conseqüência da ausência de tratamento foi a menor

perda de carga inicial, a maior duração da primeira fase da filtração e a maior massa

filtrada em cada ciclo, que pode indicar uma maior penetração de partículas e talvez

também, uma eficiência de remoção de partículas deficiente por parte do meio filtrante.

Os dez ciclos realizados neste tecido estão apresentados na Figura 4.25. Observa-se

nesta Figura que os ensaios realizados para este tecido revelaram uma maior massa

coletada nos ciclos iniciais, tornando-se próxima aos demais tecidos nos ciclos finais.

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040

100

120

Perda de Carga (mmH

Carga mássica acumulada (g/cm

)

Figura 4.25: Perfil de perda de carga para os dez ciclos de filtração para o poliéster sem tratamento

e rocha fina. (

!) Ensaio 01; (,) Ensaio 02; (7) Ensaio 03; (Β) Ensaio 04; (Λ) Ensaio 05;

(

Ω) Ensaio 06; (β) Ensaio 07; (µ) Ensaio 08; (ξ) Ensaio 09; () Ensaio 10.

Resultados e Discussão

111

Como apontado pela literatura, no item 2.3.12, a ausência de tratamento deste

tecido possibilitou um maior alojamento de partículas em seu interior, como pode ser

observado na Tabela 4.18, de modo que o ponto de colmatação deste tecido foi

expressivamente superior aos demais tecidos analisados até então, sendo a média dos

dez ensaios igual a 10,9.10

-3

g/cm

± 22,1.10

-4

Verifica-se que, para o poliéster não tratado, a estabilização da massa coletada

não ocorreu nos dez ciclos estudados, o que evidencia que o conjunto torta-filtro em

questão não chega a apresentar saturação, ou seja, sua capacidade de retenção de

partículas não foi alcançada.

O formato em “S” das curvas também parece ser pouco evidente, mas o

formato aparece quando se usa uma escala adequada.

Tabela 4.18: Variação da massa filtrada média com o número de ciclos para o poliéster

não tratado e rocha fina.

Ciclo

Massa

(g/cm

)

1 0,0219

2 0,0022

3 0,0021

4 0,0015

5 0,0017

6 0,0017

7 0,0011

8 0,0009

9 0,0014

10 0,0008

A resistência específica da torta, apresentada pela Tabela 4.19, apresentada no

ciclo 1 é relativamente baixa, se comparada aos demais experimentos. No entanto, estes

valores aumentam continuamente, sem apresentar tendência a se tornarem constantes.

Verifica-se que nos ciclos finais há uma certa variação dos valores, provavelmente por

problemas experimentais não determinados, ou pela própria heterogeneidade do tecido.

Resultados e Discussão

112

Tabela 4.19: Resistência específica média da torta determinada graficamente, para os

ensaios com Poliéster sem tratamento e rocha fina.

Ciclo K

-1

) Desvio padrão

1 8,6.10

1,1.10

2 2,9.10

1,2.10

3 4,3.10

1,2.10

4 5,2.10

1,9.10

5 4,5.10

7,5.10

6 4,1.10

8,1.10

7 5,8.10

2,3.10

8 8,6.10

7,0.10

9 4,4.10

3,9.10

10 9,2.10

Esta tendência de crescimento da resistência específica da torta apresentada na

Tabela 4.19, juntamente com os dados da Figura 4.26, ajuda a compreender os ciclos

mais curtos, uma vez que a massa retida acumulada aumentou sem tendência a se tornar

constante. Assim, com uma torta que ofereceu mais resistência ao escoamento e maior

quantidade de massa retida, os ciclos ficaram menores e sem tendência de estabilização.

01234567891011

Massa Retida Acumulada e Removida (g)

Número de Ciclos

Figura 4.26 : Massa de material pulverulento removida pela limpeza (símbolos vazios)

e retida após a mesma (

símbolos cheios) para o Poliéster sem tratamento e rocha fina:

(

!∀) Ensaio 01; (,−) Ensaio 02; (78) Ensaio 03; (ΒΧ) Ensaio 04; (ΛΜ) Ensaio 05;

(

ΩΞ) Ensaio 06; (βχ) Ensaio 07; (µν) Ensaio 08; (ξψ) Ensaio 09; () Ensaio 10.

A massa removida após a limpeza, por sua vez, apesar de ter sido maior nos

ciclos iniciais, apresentou tendência decrescente com os ciclos, ao contrário do

observado nos demais ensaios, indicando a degradação em sua capacidade de remoção,

que pode estar relacionada à diminuição da espessura total da torta com os ciclos.

Resultados e Discussão

113

Como resultado deste aumento de massa retida acumulada no meio filtrante, a

perda de carga residual apresentou também um aumento a cada ciclo, como ilustra a

Figura 4.27, sendo que nos ciclos finais, esta taxa de aumento, apesar de diminuir, não

apresentou tendência a se tornar constante.

01234567891011

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 4

Ensaio 5

Ensaio 6

Ensaio 9

Ensaio 10

Perda de Carga Residual (mmH

Número de ciclos

Figura 4.27 : Perfil da variação da perda de carga residual para os ensaios com

Poliéster não tratado e rocha fina.

A relação observada pela semelhança de comportamento da massa retida

acumulada e da perda de carga residual pode ser melhor observada na Figura 4.28.

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40

1000

2000

3000

4000

5000

6000

∆P/V (Pa.s/m)

M/A (kg/m

)

Ensaio 02

Ensaio 03

Ensaio 04

Ensaio 05

Ensaio 06

Ensaio 10

Figura 4.28: Relação entre a perda de carga residual e a massa retida para o Poliéster

não tratado e rocha fina.

Verifica-se que as relações podem ser aproximadas a uma equação potencial

representada pela equação 4.5:

Resultados e Discussão

114

1,58

ret

25841.













∆

(4.5)

A eficiência de remoção responsável por esta perda de carga residual pode ser

visualizada na Figura 4.29. A partir da observação da mesma pode-se constatar que a

eficiência de remoção de pó permaneceu abaixo de 10%, durante os ensaios, sendo

ligeiramente superior nos ciclos iniciais. Este comportamento ratifica a degradação da

eficiência de remoção comentada na análise da Figura 4.26.

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 4

Ensaio 5

Ensaio 6

Ensaio 9

Ensaio 10

Fração Removida

Número de Ciclos

Figura 4.29: Perfil da fração de massa removida da torta, após a limpeza para o

Poliéster não tratado e rocha fina.

A penetração de partículas no Poliéster sem tratamento pode ser avaliada

observando-se a Figura 4.30, em que se verifica algumas colunas de alguns ciclos

analisados em MEV. Observa-se a menor densidade de fibras deste tecido e a maior

densidade de partículas em seu interior. Pela Tabela 4.20, é possível verificar a variação

da profundidade de penetração de partículas com o número de ciclos, assim como a

variação do diâmetro médio das partículas com a profundidade do tecido e com o

número de ciclos. A Tabela 4.21 apresenta os desvios padrão destes dados.

Resultados e Discussão

115

Interface torta-ar

Ciclo 01a Ciclo 02a Ciclo 02b Ciclo 03 Ciclo 05a Ciclo 05b Ciclo 10a Ciclo 10b

Interior do meio filtrante (aproximadamente 500 µm da superfície do tecido)

Figura 4.30: Seção transversal do poliéster não tratado em diferentes ciclos

Resultados e Discussão

116

Tabela 4.20: Penetração de partículas de rocha fina no Poliéster não tratado: diâmetros de partículas com a profundidade do tecido.

Diâmetro de partículas (µm)

Profundidade Ensaio

(µm)

1 2 3 5 10

0-107

1,290 1,823 2,837 2,531 2,801 1,504 0,979 1,440 1,835 2,565 7,261 1,557 1,375 1,894 1,505 1,691 1,628 1,510 1,393 1,792

107-214

1,283 1,755 3,092 2,774 0,854 1,562 1,085 1,612 1,861 2,442 1,350 1,197 1,587 2,068 1,325 1,700 1,598 1,593 1,346 1,749

214-321

1,005 1,347 3,437 2,080 1,237 1,215 1,065 1,257 2,130 2,688 0,986 1,189 2,157 1,980 1,099 1,568 1,747 1,571 1,161 1,604

321-428

0,889 1,035 3,723 2,196 0,859 1,079 0,982 1,220 2,654 1,923 0,826 0,992 2,056 1,569 1,230 1,204 1,715 1,346 1,442 1,605

428-535

0,992 1,061 3,432 1,890 0,879 1,354 0,977 1,354 2,200 2,002 0,848 0,884 1,526 1,067 1,144 1,234 1,200 1,520 1,141 2,188

535-642

3,213 0,768 2,561 1,316 0,811 1,330 0,838 1,000 1,503 1,242 0,853 0,923 1,833 5,421 1,476 0,692 1,143 1,517 1,173 1,165

642-749

1,439 0,874 2,218 1,773 0,000 0,962 0,826 0,910 1,001 0,722 1,161 7,788 1,026 0,777 0,894 2,177 0,972 2,539

749-856

0,000 1,018 - - 0,920 0,757 0,879 0,704 1,139 0,780 0,990 2,562 1,317 0,825 1,294 1,080 1,207 1,008

856-963

0,680 1,083 1,767 2,076 0,743 0,816 0,881 0,925 1,046 0,640 1,200 1,802 1,411 1,147

963-1070

0,953 0,728 0,641 0,845 0,932 - 0,865 0,844 0,865 3,290

1070-1177

0,854 0,748 0,967 1,220 0,582 0,767 1,751

1177-1284

0,765 0,661 0,834 0,938

1284-1391

0,830 0,744 1,222

1391-1498

0,679 0,837

1498-1605

0,885

Profundidade

média (µm)

989,75 1.150,25 749 989,75 1.391

Resultados e Discussão

117

Tabela 4.21: Desvio padrão do diâmetro de partículas de rocha fina em Poliéster sem tratamento.

Desvio Padrão

Profundidade

Ensaio

(µm)

1 2 3 5 10

0-107

1,518 2,188 3,252 2,623 3,056 1,635 0,979 1,706 2,420 3,314 4,975 1,857 2,101 2,356 1,849 2,137 1,719 1,549 1,849 2,874

107-214

1,933 2,084 3,431 3,617 0,580 1,756 1,085 2,003 2,945 3,516 1,618 1,309 2,037 2,645 1,725 2,125 2,106 2,011 1,725 2,715

214-321

1,676 1,394 4,204 2,728 1,915 1,129 1,065 1,312 2,986 4,072 0,701 1,212 1,969 1,672 1,069 2,360 2,420 2,048 1,069 2,368

321-428

0,611 1,264 4,693 2,982 0,592 0,890 0,982 1,043 4,352 2,882 0,643 0,969 2,303 2,448 1,337 1,070 1,942 1,399 1,337 2,312

428-535

0,661 0,688 4,573 2,845 0,683 0,000 0,977 1,880 4,433 2,556 0,543 0,680 1,097 1,037 0,860 1,696 0,745 1,692 0,860 3,265

535-642

4,180 0,486 3,468 0,747 0,386 1,699 0,838 0,710 0,829 1,215 0,526 0,540 2,099 3,735 3,189 0,453 0,800 1,745 3,189 0,983

642-749

0,682 0,509 3,392 1,753 0,000 0,839 0,826 0,496 0,746 0,260 1,522 1,777 0,678 0,299 0,649 2,731 0,678 2,589

749-856

0,000 0,663 0,000 0,000 0,642 0,536 0,879 0,311 0,785 0,409 0,666 3,600 0,962 0,339 1,525 0,574 0,962 0,912

856-963

0,275 0,488 3,181 1,535 0,496 0,475 0,881 0,497 0,863 0,286 1,029 2,153 0,000 1,021

963-1070

0,459 0,377 0,160 0,845 0,489 0,000 0,524 0,443 2,137 3,056

1070-1177

0,480 0,748 0,373 1,706 0,122 2,125 3,153

1177-1284

0,431 0,306 2,360 0,771

1284-1391

0,787 0,577 1,259

1391-1498

0,201 0,772

1498-1605

0,447

Resultados e Discussão

118

Pode-se observar na Tabela 4.20, que a profundidade média variou entre cerca

de 750 e 1.400 µm, aproximadamente, sem que se possa concluir que haja uma

tendência definida de aumentar ou diminuir com o número de ciclos. Quanto ao

diâmetro de partículas, verificou-se que não houve tendência de aumentar ou diminuir

com o número de ciclos ou com a profundidade do tecido.

Pela Figura 4.31 observa-se que não houve tendência definida do número de

partículas aumentar ou diminuir com o número de ciclos, a exemplo do que ocorreu

com o diâmetro de partículas. Novamente pode-se notar uma maior concentração de

partículas nas camadas mais externas do meio filtrante, tendendo a diminuir

exponencialmente com a profundidade, sendo que o máximo de partículas retidas foi

menor que 1.100.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

-100

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

Número de Partículas

Profundidade do Tecido (µm)

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 4

Ensaio 5

Ensaio 6

Ensaio 7

Ensaio 8

Ensaio 9

Ensaio 10

Média

Figura 4.31: Variação do número de partículas com a profundidade do tecido para o

Poliéster não tratado e rocha fina.

Os valores do número de partículas no interior do poliéster não tratado podem

ser observados pela Tabela 4.22, apresentando-se também o número total de partículas

coletadas em cada coluna analisada.

Resultados e Discussão

119

Tabela 4.22: Valores do número de partículas retidas após a limpeza em cada camada do meio filtrante, para o Poliéster não tratado e rocha

fina.

Número de partículas

Profundidade

Ensaio

(µm)

1 2 3 5 10

0-107

500 749 467 438 6 834 885 744 550 334 43 590 393 538 404 408 780 959 813 304

107-214

305 600 469 330 48 654 213 661 423 358 390 971 294 348 508 504 791 1034 804 550

214-321

420 449 305 252 37 846 142 540 328 247 38 686 28 32 89 265 528 659 349 519

321-428

336 87 260 111 23 521 63 789 20 76 87 124 66 226 81 181 430 269 436 438

428-535

107 66 260 67 44 0 31 338 26 78 59 27 14 48 36 36 6 302 735 313

535-642

4 23 325 11 23 119 21 85 4 10 42 17 35 3 80 17 39 504 619 36

642-749

3 41 164 9 - 40 20 11 51 9 13 3 34 16 26 227 492 44

749-856

- 11 - - 32 38 9 29 9 29 8 8 26 19 72 14 150 12

856-963

16 9 50 5 15 47 7 21 20 15 22 61 190 35

963-1070

9 10 13 17 6 - 13 2 15 4

1070-1177

43 2 8 24 2 34 25

1177-1284

29 4 6 3

1284-1391

19 17 5

1391-1498

3 5

1498-1605

Soma

1700 2035 2300 1223 238 3203 1410 3218 1351 1103 719 2453 877 1229 1258 1446 2765 4033 4643 2293

Resultados e Discussão

120

4.7 COMPARAÇÃO ENTRE OS MEIOS FILTRANTES E ROCHA FINA

Uma comparação dos dez ciclos realizados no Ensaio 10 dos quatro tecidos

analisados está apresentada na Figura 4.32, o que possibilita uma melhor visualização

dos resultados para as discussões apresentadas até o momento.

0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045

100

120

Perda de Carga (mmH

Carga Mássica Acumulada (g/cm

)

Figura 4.32: Gráfico comparativo dos dez ciclos do Ensaio 10, em termos de carga

mássica acumulada, para os difertentes tecidos. (

!) Acrílico; (,) Polipropileno;

(

7) Poliéster tratado; (Β) Poliéster não tratado.

A partir da Figura 4.32, é possível verificar mais claramente as diferenças

entre as filtrações realizadas nos diferentes meios filtrantes. O Poliéster não tratado,

como comentado anteriormente, apresentou o maior período de filtração interna,

apontado pelo seu maior ponto de colmatação bem como uma maior massa coletada na

filtração, como pode ser verificado pela Tabela 4.23. O ponto de colmatação obtido para

cada filtro obedeceu à mesma ordem de variação, sendo menor para os tecidos que

apresentaram menores porosidade e permeabilidade. Este fato se deve ao menor espaço

interno para acomodar as partículas, e mostra que a torta é formada mais rapidamente

nos tecidos com permeabilidade e porosidade menores. Em princípio, um tecido com

um ponto de colmatação mais alto seria mais adequado por conferir menor perda de

carga. No entanto, esta característica da filtração deve ser analisada juntamente com as

Resultados e Discussão

121

demais, pois como se vê, o tecido não tratado apresentou maior ponto de colmatação e

nem por isso se mostrará o mais adequado.

Tabela 4.23: Ponto de colmatação médio determinado para cada os ensaios de cada

tecido estudado.

Tecido Ponto de colmatação (g/cm

)

0,0031

0,0012

0,0025

PNT

0,0109

Porém, apesar da ausência de tratamento resultar em um maior ciclo inicial, a

duração dos ciclos diminuiu até atingir valores inferiores aos demais tecidos.

No outro extremo, nota-se pela Figura 4.32, que o Polipropileno apresentou os

ciclos mais curtos, sendo seu período de filtração interna praticamente desprezível se

comparado aos demais tecidos. Até o presente momento da discussão, pode-se atribuir à

menor permeabilidade e porosidade deste meio filtrante a contribuição para este padrão

de comportamento. Do mesmo modo, observa-se também a semelhança das curvas de

filtração entre o Acrílico e o Poliéster tratado, cujos valores de permeabilidade e

porosidade do tecido são bastante próximos, o que pode estar associado a este

comportamento semelhante.

Além de se considerar as propriedades dos tecidos sobre as curvas de filtração,

observou-se que a torta formada também influiu na duração dos ciclos, uma vez que a

resistência específica da mesma foi diferente para cada tecido e variou de forma

peculiar com os ciclos, como pode ser observado pela Figura 4.33. Verifica-se, portanto,

que características dos meios filtrantes influenciaram a formação diferenciada das

tortas. No entanto, com as ferramentas disponíveis neste trabalho não foi possível

esclarecer esta relação.

Resultados e Discussão

122

01234567891011

500000

1000000

1500000

2000000

2500000

3000000

Resistência Específica da Torta (s

-1

)

Número de Ciclos

Acrílico

Polipropileno

Poliéster tratado

Poliéster não tratado

Figura 4.33: Curvas comparativas da resistência específica da torta média para os

tecidos.

Uma constatação interessante a partir da Figura 4.33 se refere à tendência do

comportamento das resistências específicas da torta e do comportamento da

permeabilidade e da porosidade dos meios filtrantes. Verificou-se que a torta formada

apresentou características semelhantes ao tecido base, parecendo reproduzir as

características do filtro.

A diferença na massa coletada em cada tecido refletiu-se nos valores de massa

removida e retida acumulada nos ciclos, apresentados na Figura 4.34.

01234567891011

AC - Massa retida

AC - Massa removida

PP - Massa retida

PP - Massa removida

PT - Massa retida

PT - Massa removida

PNT - Massa retida

PNT - Massa removida

Massa Retida Acumulada e Removida (g)

Número de ciclos

Figura 4.34: Massa de material pulverulento removida pela limpeza nos tecidos.

Resultados e Discussão

123

Nesta figura, as curvas representam as curvas médias dos experimentos

anteriormente realizados. Verifica-se que, exceto para o poliéster não tratado (PNT), a

massa removida apresentou um comportamento aproximadamente constante nos ciclos

estudados, para todos os tecidos tratados. Para o PNT, os valores inicias de massa

removida foram muito maiores que aqueles dos demais experimentos, mas houve uma

tendência nítida da massa removida diminuir a cada ciclo, aproximando-se dos valores

obtidos para os outros testes, nos últimos ciclos, como pode ser observado na Tabela

4.24.

O tecido tratado que apresentou maior massa removida foi o que possuía maior

permeabilidade, ou seja, o poliéster tratado, seguido pelo acrílico e pelo polipropileno.

Esta seqüência corresponde à ordem decrescente de permeabilidade, devendo-se

considerar que os tecidos que removeram mais foram aqueles que apresentaram

espessuras maiores de torta, ratificando os resultados de KANOKA et al. (2001).

Tabela 4.24: Massa removida e retida acumulada no Ensaio 10 para os tecidos

analisados.

Massa Removida (g) Massa Retida Acumulada (g)

Ciclo

AC PP PT PNT AC PP PT PNT

0,24 0,16 0,30 0,40 1,89 1,1 1,45 5,45

0,23 0,15 0,38 0,33 2,09 1,22 1,64 5,96

0,21 0,13 0,39 0,27 2,22 1,35 1,65 6,31

0,22 0,14 0,44 0,25 2,32 1,44 1,64 6,52

0,28 0,14 0,41 0,15 2,34 1,48 1,61 6,80

0,25 0,15 0,35 0,19 2,36 1,52 1,59 6,96

0,28 0,16 0,32 0,14 2,38 1,57 1,60 7,07

0,28 0,15 0,28 0,19 2,42 1,58 1,62 7,13

0,27 0,14 0,29 0,16 2,52 1,58 1,62 7,22

0,25 0,13 0,32 0,12 2,67 1,59 1,63 7,34

O comportamento da massa retida acumulada nos tecidos após a limpeza

apresentado na Tabela 4.24, revelou um perfil crescente nos ciclos iniciais seguido de

uma tendência a se manter constante nos tecidos tratados. Como esperado, o tecido sem

tratamento reteve maior quantidade de massa, seguido pelo Acrílico, Poliéster tratado e

Poliéster não tratado.

Este comportamento confere com a ordem de permeabilidade dos meios

filtrantes. Desta forma, após a massa retida acumulada e a massa removida tornarem-se

Resultados e Discussão

124

praticamente constantes nos tecidos tratados, toda a massa coletada em cada filtração

era removida totalmente na limpeza.

No caso do poliéster sem tratamento, houve um acúmulo de massa (retida)

ciclo a ciclo, indicado pela tendência crescente da curva do material filtrado, o que

indica que o conjunto torta-tecido ainda tinha capacidade ou espaço para acomodar

partículas, de modo que seria necessário realizar mais ciclos para afirmar que este

conjunto poderia vir a saturar-se. Isto quer dizer que, nos tecidos sem tratamento,

alguma parcela da massa coletada permanecia retida no meio filtrante ou na superfície,

após a limpeza.

Este fato corrobora com os resultados apresentados na literatura, sendo

conseqüência da maior abertura da superfície do tecido, permitindo assim, a penetração

de uma maior quantidade de material pulverulento, ratificada ao se comparar as

microfotografias realizadas e apresentadas na Figura 4.1. Tal ilustração possibilitou

comparar-se os tecidos e constatar que o tecido tratado com menor abertura superficial,

no caso o polipropileno, foi também o que apresentou a menor massa retida em todos os

ciclos, sendo seguido pelo poliéster e posteriormente pelo Acrílico. Estes resultados

reafirmam as observações de MAUSCHITZ et al. (2004), que afirmaram que o tecido

mais poroso apresentou a maior massa retida.

Não se pode deixar de considerar ainda que existe uma maior retenção da torta

na camada superficial do tecido sem tratamento, provocada pela “captura” da mesma

pelos pespontados presentes na interface torta-tecido, como observado no trabalho de

CLARK (2001), que dificulta a remoção tende a ser menor sempre para estes tecidos.

Apesar das análises das massas retida acumulada e removida indicarem um

processo de saturação do conjunto torta-tecido, sendo a massa retida menor inicialmente

e aumentando ciclo a ciclo, até tornar-se constante, analisando o número de partículas

com o número de ciclos verificou-se que não houve uma tendência destes dados

variarem do ciclo inicial para o final, conforme pode ser observado na Figura 4.35. Esta

curiosa constatação traz uma nova informação interessante, uma vez que até então se

considerava que o interior tecido era saturado ou colmatava com o acúmulo de

partículas. Porém para o PNT não se pode afirmar que o número de partículas não

variou ciclo a ciclo, pois o ensaio 10 apresentou valores maiores. No entanto, este

comportamento pode tanto expressar uma tendência quanto um caso isolado.

Resultados e Discussão

125

01234567891011

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

Número Total de Partículas

Número de ciclos

Acrílico

Polipropileno

Poliéster tratado

Poliéster não tratado

Figura 4.35: Total de partículas coletadas em cada coluna analisada, por ciclo.

O que se observa, de modo geral, é que os pontos ilustram o fato de que o

acúmulo de massa indicado pela massa retida possa estar ocorrendo exclusivamente na

superfície do tecido, em detrimento do acúmulo no interior do meio filtrante, como se

pensava até então. Assim, a saturação seria um fenômeno mais de superfície que

interno, sendo que, quando se fala em saturação do conjunto torta-tecido, essa saturação

pode estar ocorrendo apenas na torta, ou seja, a massa retida adicional fica retida apenas

na superfície do tecido ou na torta remanescente, e não no seio do filtro. Deste modo,

com as constatações apresentadas, pode-se concluir que apesar do número de partículas

que penetraram no tecido tender a ser o mesmo desde o primeiro ciclo, e aumentar para

cada tecido conforme a duração da filtração interna, estes valores não tenderam a

aumentar, como ocorreu com a massa retida com o passar dos ciclos. Isto indica que a

intensidade de penetração seja um fenômeno definido logo no primeiro ciclo, para os

tecidos tratados.

Além disso, a Figura 4.35 mostra que o Polipropileno apresentou o menor

número de partículas coletadas no interior do tecido, por ciclo. O Poliéster não tratado,

por sua vez, apresentou um número superior de partículas coletadas. Esta constatação

vem confirmar as suspeitas de que o maior ponto de colmatação se reflete em um maior

número de partículas arranjado internamente ao filtro, e vice-versa.

De qualquer forma, independente da saturação ocorrer no interior ou na

superfície do tecido, a perda de carga residual resultante em cada tecido tendeu a

Resultados e Discussão

126

acompanhar o comportamento qualitativo da massa retida, como se pode verificar pela

Figura 4.36.

01234567891011

100

Perda de Carga Residual (mmH

Número de ciclos

Acrílico

Polipropileno

Poliéster tratado

Poliéster não tratado

01234567891011

Massa Retida Acumulada (g)

Número de ciclos

Acrílico

Polipropileno

Poliéster tratado

Poliéster não tratado

Figura 4.36: Gráfico comparativo do Ensaio 10 de cada tecido, para a perda de carga

residual e massa retida acumulada, para diferentes tecidos.

Por meio da Figura 4.36, observou-se que apesar de inicialmente a perda de

carga residual no experimento com poliéster sem tratamento não apresentar o maior

valor, rapidamente este ultrapassa os valores de perda de carga residual dos demais

tecidos tratados. Verifica-se também, para este tecido, que não houve tendência do

perfil de perda de carga residual se tornar constante durante os dez ensaios realizados.

Para os demais tecidos tratados filtrando, verifica-se que a taxa de aumento da perda de

carga é inferior, sendo mais pronunciada para o Polipropileno, seguida do Acrílico e do

Poliéster tratado, como pode ser observado na Tabela 4.25.

Tabela 4.25:Perda de carga residual no Ensaio 10 para os tecidos analisados.

Perda de Carga Residual (mmH

Ciclo

AC PP PT PNT

0 0 0 0

17,35 22,23 11,39 18,97

17,35 22,77 12,47 18,97

17,35 24,4 14,10 20,60

17,89 27,65 14,10 28,19

22,77 29,28 18,43 33,61

26,57 30,9 18,97 36,32

25,48 31,45 21,14 39,04

25,48 32,53 21,14 39,04

26,02 35,29 22,23 44,46

Resultados e Discussão

127

Como o primeiro ciclo é realizado com um tecido limpo, admitiu-se que o

valor da perda de carga residual em todos esses casos era igual a zero. O

comportamento semelhante de ambas as características de filtração ratifica o fato de que

as partículas acumuladas no meio e a perda de carga resultante estão de alguma forma

associadas. Esta associação pode ser percebida pela Figura 4.37.

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Acrílico

Polipropileno

Poliéster tratado

Poliéster não tratado

∆P/V (Pa.s/m)

ret

/A (kg/m

)

Figura 4.37: Variação da perda de carga residual com a massa retida em cada ciclo de

filtração para os tecidos analisados

Verifica-se que para o Polipropileno houve um incremento maior da perda de

carga residual para uma massa semelhante aos demais tecidos, com o número de ciclos.

No outro extremo, verifica-se que para o poliéster não tratado, os efeitos do acúmulo de

massa são menores sobre a perda de carga residual. O Poliéster tratado, por sua vez,

apresentou um comportamento intermediário entre o PP e o AC, sendo, porém, muito

próximo do Acrílico.

O Polipropileno apresentou os maiores valores de perda de carga residual entre

os tecidos tratados, mas, no entanto, a massa retida foi a menor dentre os mesmos. Este

fato indicou, além da menor capacidade de retenção de partículas do Polipropileno,

comprovada pelo menor número de partículas coletadas, que a perda de carga residual

não é apenas conseqüência do acúmulo de material no interior do filtro, mas sim da

associação deste acúmulo com as características do filtro. Deste modo, as características

do tecido acabam por exercer influência não apenas nos ciclos iniciais, mas também no

desempenho global do tecido durante toda sua vida útil.

Nos estudos de ELLENBECKER e LEITH (1981) com tecidos não trançados,

a fração limpa diminuía a cada ciclo. Porém, como pôde ser observado na Figura 4.38,

Resultados e Discussão

128

as curvas dos tecidos tratados apresentaram alguma variação em torno de uma

constante, sem apresentarem uma tendência definida, sendo que em alguns ensaios esta

aumentou e em outros diminuiu, podendo-se considerar que, de modo geral, os valores

foram constantes, o que era esperado, uma vez que, para estes tecidos, a massa retida e

removida tenderam a se tornarem-se constantes.

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Fração Removida

Número de ciclos

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Fração Removida

Número de ciclos

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Fração Removida

Número de ciclos

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Fração Removida

Número de Ciclos

Figura 4.38: Variação da fração de massa removida em cada ciclo de filtração para: a) AC e

rocha; b) PP e rocha; c) PT e rocha; d) PNT e rocha. (

!) Ensaio 01; (,) Ensaio 02;

(

7) Ensaio 03; (Β) Ensaio 04; (Λ) Ensaio 05; (Ω) Ensaio 06; (β) Ensaio 07; (µ) Ensaio 08; (ξ)

Ensaio 09; (

) Ensaio 10.

Este fato vem reafirmar as conclusões anteriores de que, após a saturação do

conjunto torta-tecido, a massa que se depositou no filtro durante cada filtração era

completamente removida. Já para o tecido não tratado, verificou-se que a eficiência de

limpeza foi maior para os ciclos iniciais, tornando-se muito próxima de zero para os

ciclos finais.

Resultados e Discussão

129

Analisando-se o caso particular do Acrílico e do Polipropileno, cujos

resultados foram os mais discrepantes entre si, têm-se algumas observações. A fração

removida nas limpezas do Polipropileno foi superior à do Acrílico, apesar da espessura

da torta ter sido menor, o que pode ser resultado do tratamento mais vigoroso do PP,

demonstrado por sua superfície mais fundida, resultando em uma superfície mais lisa e

mais fechada, promovendo uma filtração mais superficial. Apesar dessa menor massa

retida, a perda de carga residual do PP foi superior à do AC e a massa retida inferior.

Assim, por estas características da filtração de cada meio, pode-se deduzir que a perda

de carga residual deixa de ser um parâmetro adequado para avaliar a eficiência de

limpeza quando se compara meios filtrantes diferentes.

Fazendo-se uma análise da estrutura de cada tecido, a partir da caracterização

realizada no início deste trabalho, verifica-se que, para o caso particular do

Polipropileno e Acrílico, o diâmetro de fibras dificilmente estaria interferindo nos

resultados, pois ambos apresentam valores muito próximos. No entanto, a

permeabilidade e a porosidade do Polipropileno são inferiores às do Acrílico. Desta

forma, pode ser que as partículas capturadas entre as fibras exerçam um maior efeito

sobre os tecidos com maior resistência à passagem do ar, bloqueando mais rapidamente

seus interstícios. Esta constatação pode explicar a maior perda de carga residual

provocada por uma menor massa retida verificada nos ensaios com o polipropileno em

comparação com o acrílico para os experimentos com a rocha fina.

Os ensaios realizados na execução deste trabalho revelaram que a remoção da

torta ocorreu aos pedaços, caracterizando o fenômeno da limpeza em blocos. No

entanto, as partes removidas foram muito pequenas, uma vez que as tortas possuíam

pouca espessura, de modo que não puderam ser quantificadas, nem tampouco se pôde

realizar uma comparação entre os tecidos. Para levantamento de tal característica, seria

necessário realizar ensaios que permitissem a formação de uma torta mais espessa, o

que descaracterizaria os estudos aqui realizados.

A Figura 4.39 revela que a maior parte das partículas ficou retida nas primeiras

camadas dos meios filtrantes, independente do tipo do filtro. Porém, exceto para o

tecido sem tratamento, a média do número de partículas coletadas em cada camada foi

bastante próximo, sendo variável apenas a profundidade de penetração. Já para o tecido

Resultados e Discussão

130

sem tratamento, o número de partículas foi superior aos demais tecidos, em toda a

profundidade do tecido, indicando um maior acúmulo de partículas em seu interior.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

-100

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Número Médio de Partículas

Profundidade de Penetração (µm)

Acrílico

Polipropileno

Poliéster tratado

Poliéster não tratado

Figura 4.39: Tendência da variação do número médio de partículas com a profundidade

do tecido.

Pelos valores do desvio padrão, verifica-se que na primeira camada, o número

de partículas foi significativamente variável, mesmo para experimentos com o mesmo

tecido, evidenciando a heterogeneidade do processo e também como resultado da

limpeza por blocos. Observa-se também que o número de partículas coletadas diminui

com a profundidade do tecido, tendendo a um comportamento exponencial, conforme

descrito por THOMAS et al. (2001). No entanto, verifica-se que em todos os tecidos o

comportamento do número de partículas obedece a esta mesma tendência exponencial.

Apesar do Acrílico apresentar maior massa retida em relação ao Polipropileno,

o número de partículas depositada em ambos foi próximo, o que indica que o acúmulo

provavelmente ocorreu na superfície do filtro, e não em seu interior. Este fato é

interessante, pois até então imaginava-se que este acúmulo fosse interno. Porém este

comportamento pode ser esclarecido quando se observa como o tratamento interferiu na

intensidade de penetração, uma vez que o PP apresentou a superfície com maior

quantidade de pontos quentes (ou “hot spots”) que o AC. Deste modo, com a superfície

apresentando fibras mais fundidas, ocorreu um bloqueio à entrada de partículas neste

meio filtrante, diminuindo a sua profundidade de penetração, e verificou-se também,

como comentado anteriormente, que a remoção foi mais eficiente.

Resultados e Discussão

131

Pode ser também que, por causa da menor permeabilidade e porosidade do

Polipropileno, as partículas retidas na camada mais superficial provocaram a

colmatação mais rápida do meio filtrante, impedindo que outras partículas penetrassem

mais profundamente, o que resultou em sua menor massa retida e maior perda de carga

residual. Assim, pode-se atribuir a menor profundidade de penetração apresentada por

este tecido não apenas ao tipo de tratamento sofrido e à sua menor abertura superficial,

mas também à acomodação das partículas no seu interior. Deste modo não se pode

deixar de considerar os efeitos de interação entre as partículas e o meio filtrante com

suas diferentes permeabilidade e porosidade, que permite uma acomodação diferente de

partículas em cada tecido.

O Poliéster tratado, apesar de apresentar todas as demais características

analisadas até então muito semelhantes às do Acrílico, inclusive quanto ao número de

partículas coletadas por coluna analisada, apresentou uma profundidade de penetração

inferior. Pode ser que nestes dois casos em especial, o tratamento superficial que

conferiu ao PT uma superfície mais fechada, também tenha interferido na profundidade

de penetração de partículas. A observação das fotos da Figura 4.40 sugere que a

remoção de torta ocorreu preferencialmente nos pontos onde não havia os “hot spots”, o

que é razoável, uma vez que o ar em contrafluxo não tem como atravessar as fibras

fundidas.

Desta forma, além de conferir uma superfície mais lisa, que diminui a adesão

torta-filtro, essas fibras fundidas pelo tratamento colaboram também no sentido de

concentrar o fluxo de ar, resultando em maiores velocidades através da torta e

removendo o material depositado mais efetivamente, e no caso do PT, impedir que mais

partículas penetrem mais profundamente no tecido.

Através destes resultados, não restam dúvidas sobre a eficiência do tratamento

superficial em minimizar a penetração de partículas no interior dos meios filtrantes.

Desse modo, foi possível verificar a penetração de um número maior de partículas e

mais profundamente no tecido sem tratamento.

Resultados e Discussão

132

Figura 4.40: Imagem da superfície de um tecido após a remoção. a) Aumento de 50x; b)

Aumento de 200x.

Para uma melhor visualização do comportamento da profundidade de

penetração, a Figura 4.41 apresenta estes valores para cada experimento realizado com a

rocha fosfática fina, para os quatro tecidos pesquisados. Pode-se observar que não

houve uma tendência clara da profundidade de penetração aumentar ou diminuir com o

número de ciclos, como observado no trabalho de MARTINS et al. (2001b).

Resultados e Discussão

133

01234567891011

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Profundidade de Penteração (µm)

Número de Ciclos

Acrílico

polipropileno

Poliéstertratado

PNT

Figura 4.41: Profundidade de penetração dos experimentos com rocha fina.

(

!) AC; (,) PP; (7) PT; (Β) PNT.

Verifica-se que o poliéster sem tratamento exibiu a maior profundidade de

penetração de todos os tecidos, alcançando até cerca de 1.600 µm, e que o acrílico foi o

que mostrou uma maior profundidade entre os tecidos tratados (máxima em torno de

1.000 µm). Comparando-o com o polipropileno, cuja penetração não ultrapassou

600 µm, verifica-se que houve uma penetração mais profunda no feltro de acrílico. Este

comportamento ratifica as suspeitas levantadas na análise da massa retida, que foi

menor para o polipropileno, em comparação ao acrílico, de modo que seria possível

deduzir que a maior massa retida corresponde à maior penetração de partículas no

interior do tecido. Observa-se também que para o tecidos sem tratamento a

profundidade de penetração foi maior, pela maior permeabilidade e porosidade, que

permitiram uma maior acomodação de partículas nos meios filtrantes.

Por meio destes resultados, pode-se sugerir que a as filtrações com estas

condições operacionais e para este material pulverulento obteriam melhores resultados

se forem realizadas com o acrílico ou com o poliéster tratado, pois estes tecidos

apresentaram um comportamento mais estável com o número de ciclos, no que se refere

à massa coletada, retida e removida, oferecendo uma remoção adequada que resultaria

em perdas de cargas residuais inferiores, se comparados aos demais tecidos, o que

diminuiria os custos energéticos de operação.

Resultados e Discussão

134

Comparando-se as imagens obtidas em MEV, apresentadas nas Figuras 4.10,

17, 24 e 31, verificou-se que as partículas de rocha fina tenderam a permanecerem em

torno das fibras, mesmo após a limpeza. Este comportamento evidencia o que pode ter

sido dendritos, formados durante a primeira fase da filtração. Estes dendritos indicam

que houve a ação do mecanismo de captura por difusão browniana com alguma

intensidade. Para confirmar esta suspeita, foram realizados cálculos pertinentes aos

mecanismos de coleta por interceptação e por impactação Os parâmetros foram

calculados a partir do diâmetro de Stokes, do diâmetro médio volumétrico e do diâmetro

de Stokes calculado pelo diâmetro aerodinâmico. Desta forma calculou-se o número de

Stokes (St), o adimensional R e o número de Peclet, que fornecem dados sobre a

influência da impactação, da interceptação e da difusão, respectivamente. Os valores

calculados para o poliéster tratado (PT) são iguais para o poliéster não tratado, sendo

assim, omitidos da Tabela 4.26. A viscosidade dinâmica (µ) foi considerada, a T=20ºC

(293 K), igual a 1,82.10-4g.cm-1.s-1 e a pressão utilizada nos cálculos foi de 1 atm. No

cálculo de Peclet, considerou-se o livre caminho médio (λ) igual a 0,066 µm, constante

de Boltzman (k) igual a 1,38.10-23 J/K. Assim, o coeficiente difusional da equação

(2.3) pode ser dado pela equação 4.6:

CTk

...3

µπ

(4.6)

em que Cc é o fator de correção de Cunningham, dado pela equação 4.7:

.52,2

1+=

(4.7)

Os resultados podem ser avaliados pela Tabela 4.26. De acordo com a teoria

da captura por uma fibra simples apresentada no Capítulo 2, para números de Stokes

menores que 0,1 a impactação passa a ser desprezível na captura de partículas, e para R

menor que 0,1 a interceptação também se torna insignificante. Pelos valores

apresentados para estes adimensionais, verifica-se que em nenhum caso aqui estudado

estes mecanismos podem ser desprezados.

Resultados e Discussão

135

Tabela 4.26: Adimensionais St, R e Pe obtidos para os dados de diâmetro disponíveis.

Experimento AC PP PT

Material Rocha fina Rocha fina Rocha fina

(10

cm) 22,7 23,6 19,43

Stokes (10

cm) 3,71 3,71 3,71

St 0,51 0,50 0,6

R 0,16 0,16 0,19

Adimensional calculado

Pe 337.885 351.281 289.211

méd. vol. (10

cm) 4,55 4,55 4,55

St 0,78 0,75 0,91

R 0,20 0,19 0,23

Adimensional calculado

Pe 417.707 434.268 357.535

St calc (10

cm) 2,74 2,74 2,7

St 0,32 0,25 0,33

R 0,18 0,12 0,14

Adimensional calculado

Pe 245.796 255.541 210.388

No entanto, apesar dos pequenos valores de St e R, o número de Peclet foi

relativamente elevado. Como comentado no Capítulo 2, quanto maior Pe, menor a

deposição difusional, tem-se que para estes experimentos, apesar de pequeno diâmetro,

o efeito difusional é pouco significativo.

Uma última observação a respeito das filtrações em diferentes tecidos foi que,

apesar de se manter a vazão de alimentação de pó constante de 1,96 g/min, cada tecido

foi capaz de coletar uma massa diferente por tempo, como mostra a Tabela 4.27.

Tabela 4.27: Comparação da vazão de de pó média coletada em cada tecido.

Tecido AC PP PT PNT

Vazão (g/min)

1,09 1,06 1,29 1,27

Este comportamento revela um fato interessante, descrito na literatura e

observado nestes experimentos, a respeito da relação gás-pano. Esta relação existe para

que se defina uma faixa de vazão nas condições operacionais, adequada para limpar

determinada vazão de gás. Assim, verificou-se que como os tecidos, em princípio,

estariam recebendo a mesma quantidade de material, alguns deles, como o PT, seriam

capazes de reter maior quantidade deste material, enquanto os demais apresentaram um

pequeno retorno de pó à caixa de alimentação, sendo então, necessária uma relação gás-

Resultados e Discussão

136

pano maior. Verificou-se também que o tratamento pareceu não interferir na vazão de

massa coletada, uma vez que estes valores para o PT e o PNT foram muito próximos.

O efeito da eficiência não foi considerado, mas como observou-se pelas

imagens, poucas partículas seriam capazes de atravessar o meio filtrante. Além disso, a

própria profundidade de penetração ilustra este fato, sendo encontradas partículas

apenas até uma distância razoável da extremidade oposta do meio filtrante.

4.8 ENSAIOS DE FILTRAÇÃO - POLIÉSTER TRATADO E POLVILHO

(8,67 µM)

Como foi verificado no Capítulo 3, o polvilho doce não pode ter seu diâmetro

médio volumétrico determinado, por ser um material solúvel em água, o meio utilizado

para realizar as análises, portanto, considerou-se seu diâmetro de Stokes de 8,67 µm. Os

experimentos em poliéster tratado foram realizados também utilizando polvilho como

material pulverulento, possibilitando uma avaliação mais ampla do efeito da forma da

partícula sobre a filtração. Neste tópico serão apresentadas as curvas de filtração e as

características destas filtrações, sendo que a comparação será realizada em tópico a

parte. A Figura 4.42 ilustra o comportamento das curvas de filtração do poliéster tratado

filtrando o polvilho.

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

100

120

140

Perda de Carga Residual (mmH

Massa Coletada Acumulada (g/cm

)

Figura 4.42:Perfil da perda de carga para os dez ciclos de filtração para o Poliéster

tratado com polvilho. (

!) Ensaio 01; (,) Ensaio 02; (7) Ensaio 03; (Λ) Ensaio 05; () Ensaio 10.

Resultados e Discussão

137

Verifica-se que, comparado aos ensaios anteriores, a massa coletada por

unidade de área foi significativamente superior e as curvas dos nove ciclos finais são

bastante semelhantes entre si. Houve, no ciclo 1 do ensaio 3, algum problema

experimental não esclarecido, que resultou em uma perturbação do perfil convencional

de filtração.

Observa-se que a massa coletada por ciclo torna-se aproximadamente

constante após o sétimo ciclo do PT, como apresenta a Tabela 4.28.

Por meio da Figura 4.42, é possível constatar ainda que, exceto no primeiro

ciclo, as curvas de filtração apresentam forma praticamente linear todo o tempo, sendo

inexistente o comportamento em “S” observado nos ensaios anteriores. Este

comportamento pode ser atribuído, entre outros fatores, à forma da partícula, quase

esférica. No entanto, não se encontrou na literatura consultada informações sobre a

influência da forma das partículas na configuração das curvas de filtração. Verifica-se

também que, exceto na curva correspondente ao primeiro ciclo do ensaio 3, as curvas de

filtração foram bastante reprodutíveis. Provavelmente, a torta formada por partículas

mais regulares se arranje de modo mais uniforme, com menos variação em sua

distribuição espacial.

Tabela 4.28: Variação da massa coletada média com o número de ciclos do Poliéster

tratado e polvilho.

Ciclo

Massa

(g/cm

)

1 0,0267

2 0,0154

3 0,0132

4 0,0131

5 0,0123

6 0,0123

7 0,0104

8 0,0107

9 0,0110

10 0,0114

Além disso, os coeficientes angulares das curvas foram bastante parecidos, o

que se refletiu em valores de resistência específica da torta formada nos diferentes

ciclos, muito semelhantes entre si, como apresentado pela Tabela 4.29, lembrando que,

a partir do ensaio 6 houve apenas uma curva, a do ensaio 10, por isso os desvios padrões

Resultados e Discussão

138

não foram ser calculados. Pode ser que este comportamento constante seja resultado da

eficiência de remoção de torta, que gerou patches maiores que nos ensaios com a rocha

fosfática fina.

Tabela 4.29: Resistência específica média da torta determinada graficamente, para os

ensaios com Poliéster tratado e polvilho.

Ciclo K

-1

) Desvio padrão

1 4,7.10

7,4.10

2 5,2.10

7,1.10

3 5,7.10

1,7.10

4 5,8.10

1,3.10

5 6,0.10

1,2.10

6 5,3.10

7 6,6.10

8 6,2.10

9 5,8.10

10 5,5.10

Do mesmo modo como apresentaram todos esses dados muito próximos de

valores constantes, as massas removida e retida acumulada também foram quase

constantes desde o primeiro ciclo, como mostra a Figura 4.43.

01234567891011

Massa Retida Acumulada e Removida (g)

Número de Ciclos

Figura 4.43: Massa de material pulverulento removida pela limpeza (

símbolos vazios) e

retida após a mesma (

símbolos cheios) para o Poliéster tratado e polvilho:

(

!∀) Ensaio 01; (,−) Ensaio 02; (78) Ensaio 03; (ΛΜ) Ensaio 05; () Ensaio 10.

O fato de os valores serem constantes desde os primeiros ciclos pode indicar

que o maior tempo de filtração inicial tenha resultado na maior saturação do conjunto

torta-tecido já no início do processo.

Resultados e Discussão

139

Verificando o comportamento da perda de carga residual, mostrada pela

Figura 4.44, observa-se que a taxa de aumento de perda de carga foi pouco significativa,

sendo também quase constante, seguindo aproximadamente o comportamento da massa

retida acumulada, como observado nos demais experimentos.

01234567891011

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 5

Ensaio 10

Perda de Carga Residual (mmH

Número de Ciclos

Figura 4.44: Perfil da variação de perda de carga residual para os ensaios com Poliéster

tratado e polvilho.

A relação entre a massa retida e a perda de carga residual resultante pode ser

mais explicitamente observada pela Figura 4.45, em que se pode observar que estes

parâmetros não apresentaram um comportamento definido nos experimentos realizados,

não sendo possível realizar o ajuste dos pontos.

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30

500

1000

1500

2000

2500

3000

∆P/V (Pa.s/m)

M/A (kg/m

)

Figura 4.45: Relação entre a perda de carga residual e a massa retida para o Poliéster

tratado e polvilho: (

!) Ensaio 01; (,) Ensaio 02; (7) Ensaio 03; (Λ) Ensaio 05;

(

) Ensaio 10.

Resultados e Discussão

140

MAUSCHVITZ (2004) comenta que as massas retidas e as perdas de carga

residuais podem não ter uma relação direta por causa do que o autor chamou de fator de

rearranjo, ou seja, a massa de partículas retida após a limpeza busca uma acomodação

interna que vise a menor perda de carga.

Assim, a massa de material, que durante a filtração tenha provocado uma

perda de carga “x” provocará uma perda de carga residual menor se ficar retida no filtro

após a limpeza. Esta razão é o fator de rearranjo.

Como a torta formada nestas condições foi mais espessa, era esperado que a

eficiência fosse maior, com ilustra a Figura 4.46.

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Fração Removida

Número de ciclos

Figura 4.46: Perfil da fração de massa removida em cada ciclo de filtração para o Poliéster

tratado e polvilho. (

!) Ensaio 01; (,) Ensaio 02; (7) Ensaio 03; (Λ) Ensaio 05; () Ensaio 10.

Esta elevada eficiência pode ter se refletido no comportamento praticamente

linear das curvas de filtração, após a primeira limpeza, pois como concluído no trabalho

de MOREIRA et al. (1999), maiores eficiências de remoção das tortas poderiam ser

observadas pela forma das curvas subseqüentes à limpeza, sendo que as curvas lineares

correspondem a elevadas eficiências de remoção. Porém deve-se considerar que se

tratam de materiais e condições operacionais diversas nos dois experimentos (diâmetro

de partícula: 36µm, meio filtrante: feltro de poliéster, mecanismo de limpeza: vibração

mecânica, velocidade de filtração: 5,0 cm/s) sendo que se sugere que sejam realizados

testes desta natureza em trabalhos subseqüentes para averiguar este comportamento.

Este fato pode ainda estar relacionado ao tamanho dos pedaços de torta

removidos que, no caso do polvilho, foram expressivamente maiores que para a rocha

fosfática fina. RODRIGUES (2004) verificou este comportamento, percebendo que os

Resultados e Discussão

141

maiores pedaços removidos foram observados para maiores eficiências de remoção.

Comportamento semelhante foi observado também no trabalho de TIENI (2005). No

entanto, tais autores não relacionaram a linearidade das curvas com o tamanho dos

patches removidos.

Para este material pulverulento, realizaram-se as análises de penetração de

partículas no Poliéster tratado. As imagens de algumas colunas de alguns ciclos obtidos

via microscopia óptica podem ser observadas pela Figura 4.47, que apresenta as cinco

primeiras fotos de cada coluna analisada, totalizando cerca de 1.500µm, sendo que cada

foto representa uma profundidade de aproximadamente 310 µm.

Verifica-se, nestas imagens, que a acomodação das partículas nas camadas

mais internas do tecido não ocorreu apenas em torno das fibras, como ocorreu no caso

da rocha fosfática fina, mas as partículas se encontraram acomodadas também no seio

do tecido. Esta acomodação diferente pode ser atribuída à ação de diferentes

mecanismos de captura, o que será objeto de estudo do item 4.10. Em termos

quantitativos, a Tabela 4.30 apresenta os valores de número de partículas, bem como a

profundidade de penetração.

A variação do diâmetro médio das partículas com a profundidade do tecido e

com o número de ciclos não foi realizada para os experimentos com polvilho por este se

tratar de um material considerado praticamente monodisperso.

Por meio da Tabela 4.30 é possível verificar a variação da profundidade média

de penetração de partículas com o número de ciclos, que variou entre 1.200 e 2.500 µm,

aproximadamente, sem apresentar tendência definida de aumentar ou diminuir com o

número de ciclos.

Apesar da maior eficiência de remoção, verificou-se que esta não interferiu na

profundidade de penetração de partículas, o que demonstrou que a limpeza tenha uma

ação mais superficial do que interna na remoção do material particulado acumulado no

tecido.

Resultados e Discussão

142

Interface torta-ar

Ciclo 01 Ciclo 02 Ciclo 02 Ciclo 03 Ciclo 05b Ciclo 10

Interior do meio filtrante

Figura 4.47: Seção transversal do poliéster tratado em diferentes ciclos para o polvilho. Aumento de 200X

Resultados e Discussão

143

Tabela 4.30: Penetração de partículas no Poliéster tratado: número de partículas com a profundidade do tecido, filtrando polvilho.

Profundidade Ensaio

(µm)

1 2 3 5 10

0-312 620 669 417 225 476 641 423 538 368 198 462 330 345 421 121 371 285 69 155 232

312-624 212 46 18 36 337 225 229 372 56 266 430 64 115 85 32 96 100 6 37 77

624-936 14 11 5 18 476 259 265 568 12 54 112 21 63 69 14 58 30 154 20

936-1248 24 3 12 177 231 170 462 16 144 12 20 24 9 212 20

1248-1560 10 4 272 74 178 488 15 29 2 215 4

1560-1872 5 2 115 43 107 458 10 13 1 39

1872-2184 17 17 70 352 2

2184-2496 8 343 133 1

2496-2808 614 146

Soma

885 726 443 297 1870 1498 2399 3517 436 534 1173 415 535 595 167 591 430 75 812 353

Profundidade Média

(µm)

1.482 2.496 1.248 1.326 1.716

Resultados e Discussão

144

A Figura 4.48 apresenta a variação do número de partículas em cada camada

de tecido, para cada ciclo. Observa-se que, como nos demais experimentos, não houve

tendência definida do número de partículas aumentar ou diminuir com o número de

ciclos. Porém, ao contrário dos demais tecidos utilizados, nota-se que as partículas

permaneceram mais distribuídas ao longo de toda a profundidade do tecido, ao invés de

apresentarem uma concentração nítida nas camadas superficiais, sendo esta tendência de

diminuir com a profundidade menos evidente, principalmente no ensaio 2, sendo que o

máximo de partículas retidas foi em torno de 700.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

-100

100

200

300

400

500

600

700

800

Número de Partículas

Profundidade do Tecido (µm)

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 5

Ensaio 10

Média

Figura 4.48: Variação do número de partículas com a profundidade do tecido para o

Poliéster tratado e polvilho.

4.9 ENSAIOS DE FILTRAÇÃO – POLIÉSTER NÃO TRATADO E POLVILHO

(8,67 µM)

Com o intuito de se comparar o efeito do tratamento superficial, em um

segundo material pulverulento, realizou-se os mesmos experimentos utilizando-se o

PNT. As curvas de filtração realizadas em filtro de poliéster sem tratamento e polvilho

estão apresentadas na Figura 4.49. Foram realizadas filtrações para 1, 2, 3, 5 e 10 ciclos.

Resultados e Discussão

145

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

100

120

140

Perda de Carga (mmH

Massa Acumulada (g/cm

)

Figura 4.49:Perfil de perda de carga para os dez ciclos de filtração para o poliéster sem

tratamento com polvilho. (

!) Ensaio 01; (,) Ensaio 02; (7) Ensaio 03; (Λ) Ensaio 05;

(

) Ensaio 10.

Observa-se que os ciclos subseqüentes ao primeiro são praticamente lineares,

como o foram para o tecido tratado. Deste modo, pode-se concluir que este

comportamento linear é característico do material pulverulento, e não do meio filtrante.

A duração cada vez menor dos ciclos de filtração verificados nesta Figura pode ser

conferida na Tabela 4.31.

Tabela 4.31: Variação da massa coletada média do PNT com polvilho.

Ciclo

Massa

(g/cm

)

0,139

0,054

0,034

0,027

0,020

0,017

0,013

0,008

0,009

0,005

Pode-se notar que a massa coletada não tendeu a se tornar constante nos dez

ciclos estudados, apresentando uma diminuição de duas ordens de grandeza do ciclo

inicial para o décimo. Apesar da massa coletada ter variado ciclo a ciclo, a resistência

Resultados e Discussão

146

específica da torta pode ser considerada praticamente constante após a primeira limpeza,

como pode ser comprovado pela Tabela 4.32, com pequenas variações no valor.

Tabela 4.32: Resistência específica média da torta determinada graficamente, para os

ensaios com Poliéster não tratado e polvilho.

Ciclo K

-1

) Desvio padrão

2,5.10

4,1.10

1,5.10

1,6.10

2,0.10

2,2.10

1,8.10

1,6.10

1,4.10

1,5.10

1,6.10

1,3.10

1,5.10

A exemplo do corrido para a massa coletada, as massas retida e removida

acumulada não tornaram-se constantes, como mostra a Figura 4.50. Verifica-se que a

massa removida tendeu a diminuir drasticamente com o passar dos ciclos, indicando um

provável decaimento na eficiência de remoção. Já os valores da massa retida acumulada

indicaram que houve um acúmulo contínuo de material particulado no conjunto torta-

tecido nos dez ciclos estudados.

01234567891011

Masa Retida Acumulada e Removida (g)

Número deciclos

Figura 4.50: Massa de material pulverulento removida pela limpeza (

símbolos vazios) e

retida após a mesma (

símbolos cheios) para o Poliéster não tratado e polvilho.

(

!∀) Ensaio 01; (,−) Ensaio 02; (78) Ensaio 03; (ΛΜ) Ensaio 05; () Ensaio 10.

Resultados e Discussão

147

A perda de carga residual provocada pelo acúmulo de material no tecido é

mostrada na Figura 4.51, em que se verifica o significativo aumento destes valores com

os ciclos, não apresentando nenhuma tendência a se tornar constante.

01234567891011

Perda de Carga Residual (mmH

Número de Ciclos

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 5

Ensaio 10

Figura 4.51: Perfil da variação de perda de carga residual de cada ciclo de filtração para o

poliéster não tratado e polvilho.

Nitidamente verifica-se também para estes experimentos que a perda de carga

residual apresentou comportamento semelhante ao da massa retida acumulada. Esta

relação pode ser observada pela Figura 4.52.

0,00,20,40,60,81,01,2

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

∆P (Pa.s/m)

M/A k(/m

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensiao 3

Ensaio 5

Ensiao 10

Figura 4.52: Perda de carga residual com a massa retida acumulada nos experimentos

com PNT e polvilho.

Verifica-se que a relação entre a massa retida acumulada e a perda de carga

residual apresentou um comportamento que indicou uma relação potencial da perda de

carga residual com a massa retida, após o primeiro ciclo, que pode ser expressa pela

equação 4.8:

Resultados e Discussão

148

2,50

ret

5865.













∆

(4.8)

A eficiência de remoção de torta responsável pela perda de carga residual está

apresentada na Figura 4.53.

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 5

Ensaio 10

Fração Removida

Número de ciclos

Figura 4.53: Perfil da fração de massa removida após a limpeza para o poliéster sem

tratamento e polvilho.

Verificando o comportamento da eficiência de remoção e associando-o à

forma das curvas das filtrações, pode-se concluir que, no caso do polvilho em PNT, o

comportamento linear teve pouco a ver com a porcentagem de torta removida, ao

contrário do que afirmou MOREIRA et al. (1999), uma vez que tanto quando a

eficiência era maior, nos primeiros ciclos, quanto quando esta eficiência decaiu, nos

ciclos finais, as curvas mantiveram seus comportamentos lineares.

Esta constatação reforça os indícios de que o comportamento das curvas está

mais ligado às características do material pulverulento do que à eficiência de remoção

propriamente dita.

As imagens do interior do meio filtrante podem ser observadas a partir da

Figura 4.54, que apresenta as cinco primeiras fotos de algumas colunas de alguns ciclos

analisados, totalizando uma profundidade de cerca de 1.500 µm, sendo que cada foto

possuía altura de aproximadamente 310 µm.

A Tabela 4.34 apresenta os valores obtidos para a profundidade de penetração

das partículas bem como o número de partículas encontradas em cada uma das camadas

do tecido.

Resultados e Discussão

149

Por meio desta Tabela é possível verificar a variação da profundidade de

penetração de partículas com o número de ciclos. A profundidade média atingida pelas

partículas variou entre 1.600 e 3.200 µm, aproximadamente, sem apresentar tendência

definida de aumentar ou diminuir com o número de ciclos.

Verifica-se nestas imagens, a exemplo dos experimentos com PT e polvilho,

que a acomodação das partículas nas camadas mais internas do tecido não ocorreu

apenas em torno das fibras, como ocorreu no caso da rocha fosfática fina, mas as

partículas se encontraram acomodadas também no seio do tecido.

Esta acomodação diferente pode ser atribuída à ação de diferentes mecanismos

de captura, o que será objeto de estudo do item 4.10.

Além disso, a penetração atingiu, em alguns casos, até a última camada do

tecido, como ocorreu para uma coluna do ciclo 5, com um número considerável de

partículas, o que pode indicar que houve o atravessamento total das partículas,

ressaltando uma baixa eficiência de captura do mecanismo (ou mecanismos) de captura

predominante (s).

A Figura 4.55 apresenta a variação do número de partículas em cada camada

de tecido, para cada ciclo.

Similarmente aos demais tecidos utilizados, nota-se que a maior parte das

partículas concentra-se nas camadas mais superficiais do tecido, tendendo a diminuir

exponencialmente com a profundidade, sendo que o máximo de partículas retidas foi

menor que 800.

Resultados e Discussão

150

Interface torta-ar

Ciclo 01a Ciclo 02a Ciclo 02b Ciclo 03 Ciclo 03 Ciclo 05

Interior do meio filtrante

Figura 4.54: Seção transversal do poliéster não tratado em diferentes ciclos para o polvilho. Aumento de 200 X.

Resultados e Discussão

151

Tabela 4.33: Penetração de partículas no Poliéster tratado: número de partículas com a profundidade do tecido, filtrando polvilho.

Profundidade Ensaio

(µm)

1 2 3 5 10

0-312 321 365 199 174 476 641 423 538 640 275 583 573 361 377 240 333 178 458 362 261

312-624 498 298 103 82 337 225 229 372 486 568 276 298 243 175 323 223 106 675 259 231

624-936 323 610 34 0 476 259 265 568 251 200 260 354 212 229 414 441 301 319 421 522

936-1248 283 533 30 8 177 231 170 462 130 502 254 330 492 275 502 275 230 644 567

1248-1560 185 386 6 272 74 178 488 18 94 65 238 553 426 332 426 160 390 399

1560-1872 205 391 7 115 43 107 458 6 5 45 349 357 386 416 113 294 244

1872-2184 20 18 17 17 70 352 2 23 136 316 331 285 36 210 40

2184-2808 8 343 133 73 40 389 320 64 80 205 195

2808-2496 614 146 21 15 420 148 29 111 46 104

2496-2808 453 43 12 25 17

2808-3120 189 2 28

3120-3432 246

Soma

1835 2601 366 277 1870 1498 2399 3517 1531 1043 1722 1544 1546 2366 4048 3059 2094 2207 2831 2608

Profundidade

Média (µm)

1.872 2.574 1.638 3.120 3.198

Resultados e Discussão

152

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

-100

100

200

300

400

500

600

700

800

Número de Partículas

Profundidade do Tecido (µm)

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Ensaio 5

Ensaio 10

Média

Figura 4.55: Variação do número de partículas com a profundidade do tecido para o

Poliéster não tratado e polvilho.

Verifica-se também, que não houve tendência definida do número de

partículas aumentar ou diminuir com o número de ciclos.

4.10 COMPARAÇÃO ENTRE A PRESENÇA E AUSÊNCIA DE TRATAMENTO

DOS

MEIOS FILTRANTES E ENTRE A FORMA E DISTRIBUIÇÃO

GRANULOMÉTRICA DAS PARTÍCULAS

Por meio destes experimentos desejou-se verificar a influência do tratamento

dos filtros para um segundo material particulado, com propriedades diferentes do

material inicialmente testado. A exemplo dos experimentos realizados com a rocha

fosfática fina, cujo diâmetro de Stokes é de 3,71 µm, o tecido sem tratamento filtrando

polvilho doce, com diâmetro de Stokes de 8,67 µm, apresentou maior período de

filtração interna, sendo que este primeiro ciclo teve uma massa total coletada igual à

coletada nos dez ciclos do tecido tratado, devendo-se considerar a menor densidade do

polvilho (1,48 g/cm

) em relação à rocha fina (2,79 g/cm

). A comparação dos dez

ciclos de filtração do ensaio 10 para os quatro experimentos pode ser observada pela

Figura 4.56.

Resultados e Discussão

153

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40

100

120

Perda de Carga (mmH

Massa mássica acumulada (g/cm

)

Figura 4.56 : Gráfico comparativo das curvas de filtração do ensaio 10, entre o

poliéster tratado e não tratado filtrando rocha fosfática fina e polvilho. (

PT e rocha; (

,) PNT e rocha; (7) PT e polvilho; (Β) PNT e polvilho.

Verifica-se que os ciclos de filtração com a rocha fina foram

significativamente mais curtos que os com polvilho, para ambos os meios filtrantes,

principalmente para o primeiro ciclo, o que se refletiu nos valores dos respectivos

pontos de colmatação, como mostra a Tabela 4.34, obtidos através da Figura 4.57.

Tabela 4.34: Ponto de colmatação médio determinado para cada um dos ensaios de cada

tecido e material pulverulento estudados.

Tecido Ponto de colmatação (10

g/cm

)

PT e rocha fina

2,45

PNT e rocha fina

10,9

PT e polvilho

6,3

PNT e polvilho

25,2

A partir da Figura 4.57, pode-se verificar que o período de filtração interna é

pouco significativo nas partículas irregulares e menores da rocha fosfática em PT,

quando comparado com as partículas de polvilho. Porém, com relação ao tratamento, a

comparação entre os tecidos tratado e não tratado leva à conclusão de que a ausência de

tratamento permite que mais partículas sejam coletadas e se acomodem no interior do

meio filtrante, ou até mesmo atravessem-no, como apresentado nos experimentos

anteriores com PNT e polvilho.

Resultados e Discussão

154

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18

100

120

Perda de Carga (mmH

Massa acumulada (g/cm

)

Poliéster tratado e rocha

Poliéster não tratado e rocha

Poliéster tratado e polvilho

Poliéster não tratado e polvilho

Figura 4.57: Primeiro ciclo dos experimentos com PT e PNT, com rocha fosfática fina

e polvilho. (

!) PT e rocha fosfática; (,) PNT e rocha fosfática; (7) PT e polvilho;

(

Β) PNT e polvilho.

Pela Tabela comparativa 4.35, verifica-se algumas similaridades na filtração

em tecido tratado e não tratado, para os dois materiais filtrantes.

Observa-se que a massa coletada foi significativamente superior nos tecidos

não tratados, e nos mesmos não notou-se tendência destes valores se tornarem

constantes nos dez ciclos analisados. Já nos tecidos tratados, esta tendência aparece em

torno do quinto ciclo para os dois pós.

Nota-se também que as filtrações com polvilho coletaram maior massa,

mesmo sendo este material menos denso que a rocha fina, resultando em uma torta

formada significativamente mais espessa.

Este comportamento sugere que a acomodação das partículas quase esféricas

do polvilho favoreça a passagem o ar, conferindo uma menor perda de carga durante a

filtração.

Além disto, no caso de tortas constituídas por partículas irregulares, a

formação de caminhos preferenciais pode ser significante e há de se considerar também

o maior atrito do fluido com as paredes das partículas irregulares, aumentando a

resistência específica.

Resultados e Discussão

155

Tabela 4.35: Variação da massa coletada média para o PT e PNT com rocha fina e com

polvilho.

Massa coletada (g/cm

)

Rocha Fina Polvilho

Ciclo

PT PNT PT PNT

0,0074 0,0219 0,0267 0,139

0,0020 0,0022 0,0154 0,054

0,0012 0,0021 0,0132 0,034

0,0015 0,0015 0,0131 0,027

0,0013 0,0017 0,0123 0,020

0,0012 0,0017 0,0123 0,017

0,0011 0,0011 0,0104 0,013

0,0011 0,0009 0,0107 0,008

0,0010 0,0014 0,0110 0,009

0,0010 0,0008 0,0114 0,005

Este fato pode ser confirmado quando se analisa a resistência específica das

tortas, pela Figura 4.58, em que se verifica que mesmo para o PNT filtrando rocha, a

resistência da torta é maior que para o PT filtrando polvilho.

Além disso, observa-se que a taxa de aumento da resistência específica da

torta com o decorrer dos ciclos é mais significativa para as filtrações com a rocha

fosfática fina que com o polvilho, para ambos os tecidos, sendo para o polvilho

praticamente constante.

Este comportamento pode ser atribuído ao fato de que a torta formada pela

rocha, por ser menos espessa, é removida na forma de pedaços bastante pequenos,

enquanto que no caso do polvilho, os pedaços são grandes e bem definidos, sendo que

no caso da rocha fosfática fina resultou em uma maior formação de canais e no caso do

polvilho doce, os maiores pedaços removidos minimizaram tal efeito.

Tal fato pode ainda ser decorrente das propriedades de cada material, que, no

caso do polvilho, resultaram em uma torta menos compacta.

Resultados e Discussão

156

01234567891011

5000

10000

15000

20000

25000

30000

Resistência Específica da Torta (s

-1

)

Número de ciclos

Poliéster tratado e rocha fina

Poliéster não tratado e rocha fina

Poliéster tratado e polvilho

Poliéster não tratado e polvilho

Figura 4.58: Comparação entre a resistência específica média da torta entre os

experimentos com tecidos tratados e não tratados para a rocha fina e o polvilho doce.

Com as massas coletadas para os experimentos com a rocha fina menores que

para o polvilho, as massas retidas e removidas para este material também o foram, como

apresenta as curvas da Figura 4.59, de forma que, nos tecidos tratados a tendência da

massa retida ser constante foi bem mais evidente que nos tecidos sem tratamento, sendo

seu valor sempre inferior a este último.

01234567891011

PT - Massa Retida rocha fina

PT - Massa Removida rocha fina

PNT - Massa Retida rocha fina

PNT - Massa Removida rocha fina

PT - Massa Retida polvilho

PT - Massa Removida polvilho

PNT - Massa Retida polvilho

PNT - Massa Removida polvilho

Masa Retida Acumulada e Removida (g)

Número deciclos

Figura 4.59: Massa de material pulverulento retida acumulada e removida para os

experimentos com rocha fina e polvilho.

Além disso, observa-se que as massas removidas para o PT oscilaram em

torno de um valor constante desde os primeiros ciclos, sendo que este comportamento

não foi observado para o PNT, como mostra a Tabela 4.36.

Resultados e Discussão

157

Tabela 4.36:Massa removida e retida acumulada no Ensaio 10 para os tecidos

analisados com rocha fina e polvilho.

Massa Removida (g) Massa Retida Acumulada (g)

Rocha fina Polvilho Rocha Fina Polvilho

Ciclo

PT PNT PT PNT PT PNT PT PNT

0,30 0,40 2,72 21,00 1,45 5,45 3,36 16,87

0,38 0,33 3,05 10,25 1,64 5,96 3,73 21,42

0,39 0,27 3,41 8,63 1,65 6,31 3,60 22,48

0,44 0,25 3,39 5,60 1,64 6,52 3,51 24,02

0,41 0,15 3,23 3,64 1,61 6,80 3,38 25,13

0,35 0,19 3,00 2,89 1,59 6,96 3,50 26,03

0,32 0,14 2,63 2,65 1,60 7,07 3,46 26,50

0,28 0,19 2,80 1,50 1,62 7,13 3,41 26,97

0,29 0,16 2,83 1,32 1,62 7,22 3,45 27,60

0,32 0,12 2,87 0,85 1,63 7,34 3,48 27,95

O comportamento da massa retida acumulada sugeriu que, no caso do poliéster

sem tratamento, houve um acúmulo de massa ciclo a ciclo, indicado pela tendência

crescente da curva para ambos os materiais filtrados (rocha fina e polvilho), o que

indica que o conjunto tecido-torta ainda tinha capacidade para acomodar partículas, de

modo que seria necessário realizar mais ciclos para afirmar que este conjunto poderia

vir a saturar-se. Isto quer dizer que, nos tecidos sem tratamento, alguma parcela da

massa coletada permaneceu retida no meio filtrante ou na sua superfície, após a

limpeza.

No caso dos tecidos tratados estes valores permanecem praticamente

constantes para ambos os materiais, o que indica que, para este tecido, toda a massa

coletada na filtração foi removida na limpeza, não havendo acúmulo no tecido. O

reflexo da massa retida pode ser também observado pela verificação da intensidade de

penetração das partículas nos tecidos, em termos numéricos, com apresenta a Figura

4.64, que ilustra o número total de partículas encontradas em cada uma das quatro

colunas de tecido analisadas, por unidade de área, já que os microscópios utilizados

foram diferentes, e também o aumento (200 x para o microscópio ótico e 2000x para o

MEV) para os dois meios filtrantes e para os dois materiais pulverulentos.

Considerando apenas o tratamento, verificou-se que para os dois materiais

pulverulentos a penetração foi mais intensa e mais profunda para os tecidos sem

tratamento. Este comportamento pode ser observado também através da Figura 4.60,

Resultados e Discussão

158

que ilustra o número total de partículas coletadas por unidade de área em cada seção

transversal de tecido analisada.

01234567891011

50000

100000

150000

200000

250000

300000

Número Total de Partículas / mm

Número de Ciclos

Poliéster tratado e rocha fina

Poliéster não tratado e rocha fina

Poliéster tratado e polvilho

Poliéster não tratado e polvilho

Figura 4.60: Total de partículas coletadas em cada coluna analisada, por ciclo, para os

experimentos com tecidos tratados e sem tratamento, filtrando rocha fina e polvilho.

A Figura 4.60 mostra que para nenhum caso o número total de partículas

tendeu a aumentar ou diminuir com o número de ciclos, apesar de um ligeiro aumento

no ensaio 10 dos experimentos com rocha fina, que não podem ser admitidos

exatamente como uma tendência ou um comportamento isolado daquele experimento.

No entanto, apesar da massa retida dos ensaios com polvilho ter sido superior, o número

de partículas presentes em cada camada analisada foi inferior, o que não era esperado.

No entanto, este fato pode ser explicado pela retenção de uma maior massa de torta

residual na superfície do tecido, e não em seu interior.

O maior número de partículas no interior do PNT confirma os resultados

apresentados na literatura, sendo da maior abertura da superfície do tecido, permitindo a

penetração, em termos de massa e em temos de número de partículas, de uma maior

quantidade de material pulverulento, ratificada ao se comparar as microfotografias

realizadas e apresentadas na Figura 4.1.

A constatação de que a massa retida nos experimentos com polvilho foi

expressivamente superior àquela apresentada nos experimentos com os mesmos tecidos,

filtrando a rocha fina indicou que, não apenas o meio filtrante, mas também as

propriedades do material pulverulento, influenciaram nas características da filtração.

Resultados e Discussão

159

Deste modo, o fato de o polvilho ser um material praticamente monodisperso e de

partículas quase esféricas parece influenciar a filtração, uma vez que os interstícios dos

canais formados entre as partículas do polvilho provavelmente não foram preenchidos

por partículas menores como na filtração com rocha fina, o que provocou uma perda de

carga maior para este último material, como apresentado anteriormente para a

resistência específica da torta.

Assim, com uma estrutura interna de partículas também mais permeável, a

filtração interna tornou-se mais longa para o polvilho, permitindo que mais partículas se

acomodassem no conjunto torta-tecido.

A torta formada pelo polvilho também não sofreu esta colmatação intersticial

que ocorreu na rocha fosfática, favorecendo uma filtração superficial também mais

longa, até alcançar a perda de carga máxima estipulada.

Outro fator observado nas microfotografias foi que as partículas de polvilho

parecem não formar dendritos, ou estes desapareceram após a limpeza, e suas partículas

também não se apresentam acumuladas apenas ao redor das fibras, como ocorreu com a

rocha fina, o que, segundo o trabalho de KANAOKA e HIRAGI (1990) pode ser

atribuído à uma menor ação do mecanismo de coleta difusional nos experimentos com

polvilho, como pode ser comprovado pelos cálculos destes mecanismos, como apresenta

a Tabela 4.37, lembrando que o diâmetro médio volumétrico do polvilho não foi

determinado pois o mesmo é solúvel em água.

Relembrando que para números de Stokes menores que 0,1 a impactação passa

a ser desprezível na captura de partículas, e para R menores que 0,1 a interceptação

também torna-se insignificante, verifica-se que em nenhum caso estes mecanismos são

desprezíveis. No entanto, os valores do número de Stokes são significativamente

superiores, podendo-se afirmar que é o mecanismo predominante, para qualquer

diâmetro que se utilize.

Porém, nas filtrações com polvilho, os números de Stokes e o adimensional R

foram superiores aos valores calculados para experimentos com rocha fina, o que indica

que, para o polvilho a ação do mecanismo difusional pode ser desprezada. Outra

constatação é a de que, apesar do número de Stokes ser maior que o R, indicando

predominância da impactação, pode-se dizer que os dois valores não são desprezíveis e

pode estar ocorrendo uma competição entre estes mecanismos, ocasionando uma

Resultados e Discussão

160

diminuição da eficiência, como comentado na literatura e verificado nos elevados

valores de penetração de partículas, apresentado posteriormente.

Tabela 4.37: Adimensionais St, R e Pe obtidos para os dados de diâmetro disponíveis.

Experimento PT PT

Material Rocha fina Polvilho

(10

cm) 19,43 19,43

Stokes (10

cm) 3,71 8,64

St 0,6 1,66

R 0,19 0,44

Adimensional calculado

Pe 289.211 690.492

méd. vol. (10

cm) 4,55 -

St 0,91 -

R 0,23 -

Adimensional calculado

Pe 357.535 -

St calc (10

cm) 2,7 7,96

St 0,33 1,47

R 0,14 0,41

Adimensional calculado

Pe 210.388 635.119

Com estas constatações consolidam-se as observações apontadas na literatura

consultada, sobre o fato de que a não formação dos dendritos, ou sua formação menos

intensa, resultaria em uma menor perda de carga durante a filtração interna e a

superficial. O fato de a filtração interna ser mais longa no mesmo tecido para materiais

diferentes pode indicar que os mecanismos de captura de partículas possa ser também

diferenciado para cada um dos dois pós, como apontado pelos cálculos.

O resultado do acúmulo de partículas no meio filtrante foi o esperado aumento

da perda de carga inicial de cada ciclo. A perda de carga residual de cada ciclo pode ser

acompanhada pela Figura 4.61, em que estão dispostas as curvas médias das quatro

séries de experimentos realizados. As curvas apresentadas são um ajuste logarítmico dos

dados.

Apesar de inicialmente a perda de carga residual nos experimentos com

poliéster sem tratamento e polvilho não apresentarem o maior valor, logo nos primeiros

ciclos estes ultrapassam os valores de perda de carga residual dos tecidos tratados, com

os materiais pulverulentos correspondentes.

Resultados e Discussão

161

01234567891011

Perda de Carga Residual (mmH

Número de Ciclos

Poliéster e Rocha fina

Poliéster e Polvilho

Poliéster não tratado e Rocha fina

Poliéster não tratado e Polvilho

Figura 4.61: Curva média da variação de perda de carga residual de cada experimento.

Muito provavelmente, para o PNT, a maior quantidade de massa retida após a

limpeza interferiu neste comportamento, provocando maior resistência à passagem do

fluido. Como reflexo do ocorrido com a massa retida, a perda de carga residual para o

PNT filtrando polvilho foi superior à do PNT filtrando rocha. Verifica-se também que o

PNT não apresenta tendência do perfil de perda de carga residual se tornar constante

durante os dez ensaios realizados, para nenhum dos materiais pulverulentos utilizados,

com mostra a Tabela 4.38.

Tabela 4.38:Perda de carga residual no Ensaio 10 para os tecidos analisados.

Perda de Carga Residual (mmH

Rocha Fina Polvilho

Ciclo

PT PNT PT PNT

0 0 0 0

11,39 18,97 16,26 11,93

12,47 18,97 16,26 33,61

14,10 20,60 14,64 33,61

14,10 28,19 20,06 49,34

18,43 33,61 28,19 59,10

18,97 36,32 22,23 63,43

21,14 39,04 22,77 69,94

21,14 39,04 24,94 72,65

22,23 44,46 25,48 76,99

As filtrações com polvilho em PT resultaram em maiores massas retidas que

os mesmos experimentos com a rocha fosfática, o que se refletiu em uma maior perda

de carga residual. No entanto, não se pode afirmar que entre os dois materiais

Resultados e Discussão

162

pulverulentos comparados neste tópico, haja proporcionalidade entre a massa retida e a

perda de carga residual resultante, pois o que se observou foi que, a massa retida no PT

com polvilho provocou uma menor perda de carga residual que a mesma massa de rocha

fina. Provavelmente, a distribuição granulométrica mais estreita e a forma quase

esférica do polvilho podem, novamente, resultar em menor resistência à passagem do ar,

pela não obstrução dos espaços inter-partículas, como ocorre com a rocha fosfática fina,

e a não formação dos dendritos pode também ter contribuído para esta menor perda de

carga.

A Figura 4.62 apresenta uma comparação dos resultados de perda de carga

residual e massa retida do Ensaio 10 realizado em cada experimento.

01234567891011

100

Perda de Carga Residual (mmH

Número de ciclos

Poliéster tratado-rocha fina

Poliéster não tratado-rocha fina

Poliéster tratado -polvilho

Poliéster não tratado-polvilho

01234567891011

Massa retida (g)

Número de ciclos

Poliéster tratado-rocha fina

Poliéster não tratado-rocha fina

Poliéster tratado-polvilho

Poliéster não tratado-polvilho

Figura 4.62: Gráfico comparativo do Ensaio 10 dos tecidos tratados e não tratados

filtrando rocha fina e polvilho.

No caso dos experimentos avaliados neste tópico, assim como na comparação

anterior, observa-se que o aumento da massa retida resultou em um aumento da perda

de carga residual em todos os tecidos. Nota-se também, que houve correspondência no

comportamento destes parâmetros entre os tecidos, de modo que o tecido que

apresentou maior massa retida apresentou também maior perda de carga residual.

Porém, deve-se lembrar, como discutido na primeira série de experimentos

comparativos, que não houve proporcionalidade entre a massa retida e a perda de carga

residual, de modo que nem sempre massas iguais ou próximas resultem em valores

próximos de perda de carga residual. A Figura 4.63 ilustra esta relação para os

experimentos pertinentes a este grupo de experimentos, observando-se que a curva para

o PT filtrando rocha é a correspondente ao Ensaio 10 desta série de experimentos, uma

vez que não foi possível obter-se um ajuste dos valores experimentais.

Resultados e Discussão

163

Verifica-se nos experimentos com rocha fosfática fina, que a taxa de aumento

de perda de carga foi significativamente superior que para os experimentos com o

polvilho, pelos motivos já citados.

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Poliéster tratado e rocha fina

Poliéster não tratado e rocha fina

Poliéster tratado e polvilho

Poliéster não tratado e polvilho

∆P/V (Pa.s/m)

M/A (kg/m

)

Figura 4.63: Comparação do comportamento da perda de carga residual com a massa

retida para os tecidos com e sem tratamento filtrando rocha fina e polvilho.

No entanto, quando se avalia a eficiência de remoção da limpeza, através

apenas das curvas de perda de carga residual, esperar-se-ia que o poliéster tratado

filtrando polvilho apresentasse eficiência semelhante às filtrações com rocha neste

mesmo tecido, já que as curvas de perda de carga residual foram bem próximas.

Porém, observando-se a Figura 4.64, nota-se que a eficiência de limpeza nos

experimentos com o polvilho em PT foram muito superiores aos experimentos com

rocha em PT.

Este comportamento foi resultado da maior espessura de torta formada pelo

polvilho e, portanto, de uma maior massa removida. A despeito da massa retida em

ambos os materiais filtrantes terem sido próximas, o que vem confirmar o encontrado na

literatura, que comenta que a perda de carga residual não seria o parâmetro adequado

para se avaliar a eficiência de remoção de material particulado.

Verificou-se ainda que, para os tecidos sem tratamento, com ambos os

materiais pulverulentos, a eficiência de remoção, em princípio, foi semelhante ou

superior aos experimentos com os tecidos tratados. Porém, com o decorrer do seu uso, a

eficiência de remoção foi se deteriorando até patamares significativamente baixos.

Resultados e Discussão

164

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Fração Removida

Número de cilcos

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Fração Removida

Número de Ciclos

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Fração Removida

Número de ciclos

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Fração Removida

Número d eciclos

Figura 4.64: Variação da fração de massa removida em cada ciclo de filtração para: a) PT e

rocha; b) PNT e rocha, c) PT e polvilho; d) PNT e polvilho. (!) Ensaio 01; (,) Ensaio 02;

(

7) Ensaio 03; (Β) Ensaio 04; (Λ) Ensaio 05; (Ω) Ensaio 06; (β) Ensaio 07; (µ) Ensaio 08; (ξ)

Ensaio 09; (

) Ensaio 10.

Provavelmente, esta deterioração da qualidade da remoção se deveu ao fato de

prevalecer a maior espessura de torta presente inicialmente em detrimento do tratamento

superficial, o que resultou na elevada massa removida. Posteriormente, com a

diminuição da torta depositada, a ausência de tratamento prevaleceu sobre a espessura

de torta formada, que era cada vez menor, diminuindo a eficiência de remoção.

Outra constatação diz respeito ao formato em “S”, observado nos ciclos

seguintes ao primeiro, nos ensaios com a rocha fina, e que não foi observado nos

ensaios com o polvilho. Pode ser que a maior eficiência de limpeza interfira neste

comportamento, como comentado por MOREIRA et al. (1999), ou também que o

tamanho dos pedaços removidos, que foram maiores no caso do polvilho também

interfira neste comportamento. No entanto, como observado nos experimentos com PNT

e polvilho, se pode concluir que o comportamento linear teve pouco a ver com a

Resultados e Discussão

165

porcentagem de torta removida, ao contrário do que afirmou MOREIRA et al. (1999),

uma vez que tanto quando a eficiência era maior, nos primeiros ciclos, quanto quando

esta eficiência decaiu, nos ciclos finais, as curvas mantiveram seus comportamentos

lineares. Esta constatação reforçou os indícios de que o comportamento das curvas está

mais ligado às características do material pulverulento do que à eficiência de remoção

propriamente dita.

Após o tratamento descrito no ANEXO A, realizou-se a análise de penetração.

No caso do polvilho, como citado anteriormente, por se tratar de um material

monodisperso, foi feito o levantamento da profundidade de penetração e do número de

partículas, mas não do diâmetro das mesmas.

As curvas comparativas entre os experimentos com polvilho podem ser

observadas na Figura 4.65. Estas curvas foram construídas considerando-se a diferença

entre as áreas analisadas em MEV e em microscópio óptico. Os dados das curvas são os

mesmos das curvas originais, porém divididos pelas áreas analisadas em cada

microscópio.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

Número Médio de Partículas

Profundidade (µm)

Poliéster tratado e rocha fina

Poliéster não tratado e rocha fina

Poliéster tratado e polvilho

Poliéster não tratado e polvilho

Figura 4.65: Curvas da variação do número médio de partículas com a profundidade do

tecido para o poliéster com e sem tratamento, filtrando rocha fina e polvilho.

Verifica-se claramente a diferença na profundidade de penetração entre as

partículas de rocha fina e de polvilho, sendo que as primeiras alcançaram uma menor

profundidade para os dois tecidos. Nas primeiras camadas pode-se verificar que o

Resultados e Discussão

166

número de partículas foi superior para a rocha fina com o tecido tratado e não tratado

No entanto, conforme aumentou a profundidade do tecido, notou-se que o número de

partículas presentes passou a ser maior nas filtrações com polvilho tanto para os filtros

com quanto para os sem tratamento, o que indicou uma acomodação mais homogênea

de partículas no interior do tecido, com menos tendência a um decaimento exponencial

de número de partículas. Pode ser que os dendritos formados pela rocha fina tenham

impedido a passagem de mais partículas para o interior do filtro.

A profundidade de penetração atingida para as partículas de polvilho foi tão

elevada que se pode considerar que houve, inclusive, a penetração total através dos

tecidos, ou seja, a diminuição da eficiência de coleta deste material particulado, como

pode ser visualizado na Figura 4.66. Verificou-se que, para uma coluna do poliéster

tratado filtrando polvilho houve uma penetração maior que a espessura do meio. Isso se

deveu às variações na espessura que o tecido apresenta, não sendo considerada um erro

experimental, ou seja, naquele ponto o tecido tinha realmente uma espessura maior que

a média obtida nos ensaios.

01234567891011

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

Profundidade de Penteração (µm)

Número de Ciclos

Poliéster tratado e rocha fina

Poliéster não tratado e rocha fina

Poliéster tratado e polvilho

Poliéster não tratado e polvilho

Figura 4.66: Profundidade de penetração atingida em cada coluna analisada para os

ensaios com PT e PNT com rocha fina e polvilho.

Com estes resultados, pode-se concluir que a profundidade e intensidade de

penetração foram maiores para o experimento que mostrou a maior massa retida, ou seja

o PNT com polvilho.

Resultados e Discussão

167

4.11 ENSAIOS DE FILTRAÇÃO – ACRÍLICO E ROCHA GROSSA (14,67 µM)

∆P

MAX

= 100MMH

Como o Acrílico seria um dos tecidos selecionados para filtrar a rocha

fosfática, este foi escolhido também para realizar experimentos em que pudessem ser

avaliados os efeitos do aumento do diâmetro de partículas e do aumento da perda de

carga máxima admitida filtrando o mesmo tipo de material.

Assim, este item apresenta as características da filtração em acrílico da rocha

grossa admitindo-se uma perda de carga máxima de 100 mmH

As curvas de filtração dos ensaios realizados estão apresentadas na Figura

4.67. As análises de microscopia de varredura foram realizadas apenas nos ciclos 1, 5 e

10, uma vez que verificou-se anteriormente que a profundidade de penetração não

variava com o número de ciclos.

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12

100

120

140

Perda de Carga (mmH

Carga Mássica (g/cm

)

Figura 4.67: Perfil da perda de carga para os dez ciclos de filtração para o acrílico com

a rocha grossa, 100 mmH

O. (!) Ensaio 01; (Λ) Ensaio 05; () Ensaio 10.

Por meio da Figura 4.67 pode-se verificar o período de filtração interna no

primeiro ciclo, sendo que nos ciclos subseqüentes as curvas foram praticamente

lineares.

No entanto, como mostra a Tabela 4.39, não se pôde afirmar sobre constância

da massa coletada por ciclo. Observa-se um pequeno desvio de comportamento da curva

do ciclo 6 do ensaio 10, provocada por alguma variação no comportamento

Resultados e Discussão

168

experimental não identificado, que se refletiu nos demais valores das características

deste ciclo. O ponto de colmatação médio verificado no ciclo 1 destes ensaios foi igual a

9,82.10

-3

± 1,6.10

-3

g/cm

Tabela 4.39: Massa coletada emcada ciclo para o experimento com Acrílico e rocha

grossa, filtrando até 100 mmH

Ciclo

Massa

(g/cm

)

0,0327

0,0180

0,0132

0,0101

0,0085

0,0046

0,0075

0,0061

0,0062

0,0047

Verificou-se também que, apesar da linearidade das curvas, a variação da

resistência específica média da torta com o número de ciclos foi significativa,

apresentando uma tendência crescente ciclo a ciclo, exceto para o ciclo 6, como

apresenta a Tabela 4.40.

Tabela 4.40: Resistência específica média da torta determinada graficamente, para os

ensaios com Acrílico e rocha grossa, até 100 mmH

Ciclo K

-1

) Desvio padrão

4,0.10

7,1.10

4,7.10

6,9.10

6,2.10

3,4.10

7,8.10

8,2.10

1,0.10

3,0.10

1,6.10

9,2.10

1,1.10

1,4.10

Avaliando-se a variação das massas retida acumulada e removida com o

número de ciclos, pela Figura 4.68, nota-se que, ao contrário do que ocorreu para os

Resultados e Discussão

169

tecidos tratados, ambas as massas não apresentaram tendência a se tornarem constantes

nos dez ciclos realizados.

01234567891011

Masa Retida Acumulada e Removida (g)

Número de Ciclos

Figura 4.68: Massa de material pulverulento removida pela limpeza (

símbolos vazios) e

retida após a mesma (

símbolos cheios) para o Acrílico filtrando rocha grossa,

100 mmH

O (!) Ensaio 01; (Λ) Ensaio 05; () Ensaio 10.

Desta forma, durante estes ciclos, ocorreu um aumento de massa retida no

meio filtrante e uma remoção cada vez menor de partículas.

Esta retenção de material particulado resultou, como esperado, num aumento

da perda de carga residual, verificado na Figura 4.69.

01234567891011

Perda de Carga Residual (mmH

Número de Ciclos

Figura 4.69: Perfil da variação de perda de carga residual de cada ciclo de filtração para o

Acrílico filtrando rocha grossa, 100 mmH

O. (!) Ensaio 01; (Λ) Ensaio 05; () Ensaio 10.

Apesar da massa retida acumulada não tender a se tornar constante, a perda de

carga residual apresentou tendência à constância a partir do sétimo ciclo. Pode ser que a

Resultados e Discussão

170

massa de pó esteja se acumulando na superfície do filtro, como observado nos demais

experimentos, ou, conforme MAUSCHITZ et al. (2005), esteja havendo um rearranjo

interno de partículas.

Associando este comportamento com a massa retida, tem-se a Figura 4.70 em

que se observa o comportamento da perda de carga residual com a massa retida

acumulada.

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

500

1000

1500

2000

2500

3000

∆P/V (Pa.s/m)

M/A (kg/m

)

Ensaio 1

Ensaio 5

Ensaio 10

Figura 4.70: Relação da perda de carga residual com a massa retida acumulada para o

AC e rocha grossa.

Verifica-se um comportamento potencial, como nos demais experimentos, que

pode ser ajustado à curva representada pela equação 4.9:

1,52

ret

14656.













∆

(4.9)

Este aumento da perda de carga residual, provocado pela acumulação de

partículas representa, de certa forma a degradação da qualidade da limpeza com o

número de ciclos, com o pode se observado pela Figura 4.71.

Verifica-se que a fração de massa removida tendeu a apresentar valores

decrescentes ciclo a ciclo, sem que estes convergissem para a constância nos dez ciclos

estudados.

Resultados e Discussão

171

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Fração Removida

Número de ciclos

Ensaio 1

Ensaio 5

Ensaio 10

Figura 4.71: Perfil da variação de perda de carga residual de cada ciclo de filtração para

o Acrílico filtrando rocha grossa, 100 mmH

As imagens obtidas via MEV de alguns ciclos dos ensaios aqui tratados estão

apresentadas na Figura 4.72.

A microfotografia correspondente ao ciclo 10c teve apenas 4 fotografias pois

após esta camada não houve mais partículas presentes.

Pode-se verificar pela Tabela 4.41 que a profundidade média variou entre

cerca de 500 e 1.250 µm, sem tendência da mesma aumentar ou diminuir com o número

de ciclos.

Do mesmo modo, o diâmetro de partículas não apresentou tendência definida

de variação com o número de ciclos. O desvio padrão do diâmetro de partículas em cada

camada analisada está apresentado na Tabela 4.42.

Resultados e Discussão

172

Interface torta-ar

Ciclo 01a Ciclo 05a Ciclo 05b Ciclo 10a Ciclo 10b Ciclo 10c

Interior do meio filtrante (aproximadamente 500 µm da superfície do tecido)

Figura 4.72: Seção transversal do Acrílico filtrando rocha grossa, em diferentes ciclos, 100 mmH

Resultados e Discussão

173

Tabela 4.41: Penetração de partículas de rocha grossa no Acrílico: diâmetro de partículas com a profundidade do tecido.

Diâmetro de partículas (µm)

Profundidade Ensaio

(µm)

1 5 10

0-107 9,727 10,127 9,768 9,347 2,042 1,734 1,917 1,951 2,604 2,610 2,930 2,664

107-214 8,095 8,405 6,208 7,717 1,624 1,559 1,231 1,748 1,975 3,047 4,415 3,644

214-321 6,701 7,148 8,077 2,306 2,368 3,756 2,151 3,748 2,547 3,403 3,831

321-428 6,583 6,963 7,026 1,613 2,731 2,821 2,241 2,668 1,335 3,378 3,420

428-535 6,764 6,733 5,728 2,872 2,319 2,809 1,598 2,823 3,402 3,469

535-642 6,140 6,017 2,483 - 2,266 2,262 2,031 2,477

642-749 2,635 2,046 1,238 2,441 4,184

749-856 2,384 4,051 5,270 2,095 4,226

856-963 2,260 3,318 1,759 2,829 9,019

963-1070 1,449 2,887 3,311

1070-1177 3,529 2,478

1177-1284 2,873 2,590

1284-1391 3,764 2,857

1391-1498 4,802

1498-1605 3,986

Profundidade

média (µm)

508,25 1.257,25 642

Resultados e Discussão

174

Tabela 4.42: Desvio padrão do diâmetro de partículas de rocha grossa em cada camada analisada do Acrílico.

Desvio Padrão

Profundidade Ensaio

(µm)

1 5 10

0-107 8,190 11,5825 9,93675 8,38226 2,64337 1,87737 2,11457 2,21755 2,53492 2,51317 3,01432 2,25399

107-214 5,329 6,11016 1,88196 4,5354 2,06252 1,80935 1,43564 2,64487 3,007 4,76616 5,31938 3,26811

214-321 3,392 3,72017 10,8695 2,71971 2,68611 3,91349 2,7231 4,39711 4,04812 4,16051 5,06875

321-428 2,804 3,01512 2,52526 1,63271 3,2348 2,82841 2,40318 2,91404 1,25341 2,7614 4,40941

428-535 3,5626 5,37292 2,36662 2,94521 1,97967 3,03501 1,63501 3,1072 3,73075 4,72678

535-642 2,30595 2,35227 2,87492 0 2,94184 2,92798 2,69564 3,37612

642-749 2,71544 0,80257 0,87481 2,66478 5,76263

749-856 2,03999 3,72114 2,57641 2,56748 2,92047

856-963 2,31634 3,47797 1,97236 2,83185 8,4697

963-1070 2,35763 3,24766 4,37043

1070-1177 3,21343 2,85312

1177-1284 3,08887 3,31702

1284-1391 1,37072 3,98601

1391-1498 5,91409

1498-1605 4,77822

Resultados e Discussão

175

A partir da Figura 4.73 pode-se verificar a variação do número de partículas

com cada camada analisada de tecido.

Observa-se que não há tendência do número de partículas coletada em cada

camada aumentar ou diminuir com o número de ciclos, sendo que o máximo de

partículas retidas foi de cerca de 750.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

-100

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Número de Partículas

Profundidade de Penetração (µm)

Ensaio 1

Ensaio 5

Ensaio 10

Média

Figura 4.73: Variação do número de partículas com o número de ciclos para o Acrílico

filtrando rocha grossa.

A Tabela 4.43 expressa os valores do número de partículas com a

profundidade de penetração e com o número de ciclos.

Resultados e Discussão

176

Tabela 4.43: Valores do número de partículas retidas em cada camada do Acrílico e rocha grossa com ∆P máx de 100 mmH

Número de partículas

Profundidade Ensaio

(µm)

1 5 10

0-107 718 773 595 599 486 737 743 459 522 482 407 413

107-214 330 515 78 262 457 480 474 402 241 178 169 199

214-321 97 75 43 215 267 97 350 28 116 132 132

321-428 82 37 13 13 235 219 135 90 16 2 183

428-535 52 47 23 20 43 54 646 34 10 167

535-642 35 8 28 0 41 389 6 89

642-749 19 3 17 281 21

749-856 12 36 7 104 8

856-963 18 18 5 39 3

963-1070 32 14 74

1070-1177 23 82

1177-1284 6 43

1284-1391 5 52

1391-1498 16

1498-1605 8

Soma

1.314 1.288 832 948 1.268 1.885 1.671 3.080 921 802 710 1.215

Resultados e Discussão

177

4.12 COMPARAÇÃO ENTRE A FILTRAÇÃO COM PARTÍCULAS DE

TAMANHOS DIFERENTES

Comparando o Ensaio 10 dos experimentos com as rochas de diferentes

diâmetros em Acrílico, verifica-se, pela Figura 4.74, que a duração dos ciclos de

filtração são significativamente superiores para a rocha grossa, bem com o seu período

de filtração interna, o que se refletiu nos valores de massa coletada, apresentados na

Tabela 4.44. Deste modo, como ocorreu para os experimentos com polvilho, fica claro

que o período de filtração interna não é dependente apenas da abertura superficial do

tecido, ou de suas características estruturais (como a porosidade e permeabilidade,

analisadas neste trabalho), mas também das características da partícula a ser capturada.

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12

100

120

140

Perda de Carga (mmH

Massa Acumulada (g/cm

)

Figura 4.74: Curvas comparativas do Ensaio 10 da rocha fosfática com diferentes

diâmetros e 100 mmH

O. (!) Rocha fosfática fina; (,) Rocha fosfática grossa.

Esta observação é confirmada também pela verificação do ponto de

colmatação, muito maior para a rocha grossa pela Tabela 4.45.

Fica claro também que a distribuição granulométrica ou a forma podem não

ser os fatores determinantes, mas sim o diâmetro médio propriamente dito, uma vez que

a rocha grossa possui uma distribuição granulométrica, tão ampla como a rocha fina.

Resultados e Discussão

178

Tabela 4.44: Comparação dos valores de massa média coletada em cada ciclo para os

experimentos com Acrílico com as rochas grossa e fina, 100 mm H

Massa (g/cm

)

Ciclo

Rocha fina Rocha grossa

1 0,0082 0,0327

2 0,0019 0,0180

3 0,0013 0,0132

4 0,0013 0,0101

5 0,0012 0,0085

6 0,0013 0,0046

7 0,0011 0,0075

8 0,0011 0,0061

9 0,0010 0,0062

10 0,0010 0,0047

Tabela 4.45: Ponto de colmatação médio determinado para cada os ensaios de cada

tecido estudado.

Ensaio Ponto de colmatação (g/cm

)

AC e rocha fina

0,00310

AC e rocha grossa

0,00982

No entanto, a massa coletada tendeu a se tornar constante para rocha fina, o

que não foi observado para a rocha grossa. Provavelmente, não houve a saturação do

conjunto torta-tecido para este tipo de material, durante os dez ciclos de filtração.

Assim, pode-se afirmar que o maior diâmetro de partículas resultou em uma

melhor acomodação tanto interna (refletida no maior tempo de filtração interna) quanto

superficial da torta, uma vez que a resistência específica da torta de partículas grossas

foi inferior àquela apresentada pela torta constituída por partículas finas, como pode ser

observado pela Figura comparativa 4.75, pelo menos no que se refere aos dez ciclos

analisados.

Essa influência do diâmetro era prevista na literatura, sendo citado que as

partículas maiores efetuam um recobrimento menos eficiente da superfície das fibras,

resultando em uma menor perda de carga (REMBOR e KASPER, 1996; AGUIAR e

COURY, 1996).

Resultados e Discussão

179

01234567891011

200000

400000

600000

800000

1000000

Resistência Específica da Torta (s

-1

)

Número de Ciclos

Acrílico e rocha fina

Acrílico e rocha grossa

Figura 4.75: Resistência específica média da torta determinada graficamente, para os

ensaios com Acrílico e rocha grossa e rocha fina.

Do mesmo modo como para a massa coletada, era de se esperar que o

comportamento da massa retida acumulada e a removida apresentadas pelas curvas

médias da Figura 4.76 não fossem constantes. Verifica-se novamente que para a rocha

fina os valores em questão se tornaram constantes logo nos primeiros ciclos, sendo que

para a rocha grossa, não foi atingida a constância no comportamento.

01234567891011

Massa Retida Acumulada e Removida (g)

Número de Ciclos

AC - Massa Retida rocha grossa

AC - Massa Removida rocha grossa

AC - Massa Retida rocha fina

AC - Massa Removida rocha fina

Figura 4.76: Massa de material pulverulento removida e retida acumulada para a rocha

fina e grossa em Acrílico.

A Tabela 4.46 ilustra, em termos numéricos, o comportamento das massas

removida e retida acumulada.

Resultados e Discussão

180

Tabela 4.46:Massa removida e retida acumulada no Ensaio 10 para os materiais

analisados.

Massa Removida (g) Massa Retida Acumulada (g)

Ciclo

Rocha Fina Rocha Grossa Rocha Fina Rocha Grossa

0,24 4,02 1,89 4,45

0,23 3,27 2,09 5,55

0,21 2,83 2,22 6,27

0,22 2,45 2,32 6,49

0,28 1,35 2,34 6,81

0,25 1,77 2,36 7,14

0,28 1,74 2,38 7,32

0,28 1,42 2,42 7,44

0,27 1,46 2,52 7,62

0,25 1,32 2,67 7,84

Para a rocha fosfática grossa em acrílico, pode-se verificar que o acúmulo de

material foi mais acentuado quando comparado com os ensaios com rocha fina, ou seja,

o material de maior diâmetro apresentou maior retenção de material. No entanto,

esperava-se que, por serem maiores, as partículas ficassem mais na superfície do filtro,

formando uma torta mais espessa e de mais fácil remoção, e, portanto, a massa retida

fosse menor. Porém o que mostra a Figura 4.77 é que, nos ensaios com a rocha grossa,

de modo geral, mais partículas ficaram retidas nas camadas analisadas, correspondendo

à maior massa retida.

01234567891011

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Número Total de Partículas

Número de Ciclos

Acrílico e rocha fina

Acrílico e rocha grossa

Figura 4.77: Número total de partículas coletadas em cada coluna analisada para rocha

fina e grossa em Acrílico.

Resultados e Discussão

181

Pode ser que a ação do mecanismo difusional nos experimentos com a rocha

grossa seja menos eficiente, favorecendo uma competição entre os mecanismos de

interceptação e impactação, como ocorreu para o polvilho. Desta forma, a ação de

mecanismos simultâneos (impactação, interceptação) pode ter resultado em uma menor

eficiência de coleta da rocha grossa.

Avaliando-se o mecanismo de captura predominante em cada caso, tem-se,

pela Tabela 4.47 que o número de Stokes é muito maior que R para os ensaios com a

rocha grossa, indicando a predominância do mecanismo de impactação inercial, sendo,

porém ambos os valores muito maiores que para os ensaios com rocha fina,

confirmando que neste caso, pode não haver interferência significativa do mecanismo

difusional. Da mesma forma, os baixos valores de St e R dos experimentos com rocha

fina indicam que pode haver ação significativa do mecanismo de coleta difusional, com

explicado anteriormente, e sugerido pela observação de resquícios de dendritos ao redor

das fibras nas microfotografias.

Tabela 4.47: Adimensionais St, R e Pe obtidos para os dados de diâmetro disponíveis.

Experimento AC AC

Material Rocha fina Rocha grossa

(10

cm) 22,7 22,7

Stokes (10

cm) 3,71 14,67

St 0,51 8,88

R 0,16 0,65

Adimensional calculado

Pe 337.885 1.380.464

méd. vol. (10

cm) 4,55 41,47

St 0,78 70,99

R 0,20 1,83

Adimensional calculado

Pe 417.707

3.930.959

St calc (10

cm) 2,74 16,30

St 0,32 10,97

R 0,18 0,72

Adimensional calculado

Pe 245.796 1.535.577

Também a ser posteriormente confirmado, o fato da massa retida ter sido

superior para a rocha grossa pode indicar que as partículas grossas penetrem mais

profundamente no tecido, e sejam mais difíceis de serem removidas que as partículas de

Resultados e Discussão

182

rocha fina, o que poderia ser justificado por uma competição entre a impactação e a

interceptação, que resultaria em uma diminuição da eficiência de captura.

A diminuição da massa removida para a rocha grossa, associada à tendência

crescente da massa retida acumulada indica que há uma deterioração da eficiência de

remoção de torta, observada também nos experimentos com polvilho em poliéster

tratado, e conseqüentemente um incremento da perda de carga residual um pouco mais

expressivo que para a rocha fina, como mostra a Figura 4.78, considerando-se as massas

significativamente maiores nos experimentos com a rocha grossa.

01234567891011

Perda de Carga Residual (mmH

Número de Ciclos

Rocha fina

Rocha grossa

Figura 4.78: Perfil da variação de perda de carga residual média de cada ciclo de filtração

para a rocha fina e grossa em Acrílico.

Assim, no caso da rocha grossa, a perda de carga residual foi apenas

ligeiramente superior à dos ensaios com a rocha fina, a despeito da maior massa retida,

o que pode indicar que a forma das partículas tenha relevância neste aspecto da

filtração, no sentido de que formas geométricas semelhantes provoquem perdas de carga

residuais semelhantes por causa do mesmo arranjo interno. Outra possibilidade é a de

que partículas de maiores diâmetros tenham menos efeito na perda de carga residual do

que partículas de diâmetros menores, o que já foi relatado na literatura, já que o número

de partículas presentes nas amostras com rocha grossa foi superior. A Tabela 4.48

apresenta o perfil de aumento da perda de carga residual para o Ensaio 10 de ambos os

experimentos.

A Figura 4.79 apresenta as curvas do Ensaio 10 para a rocha fina e a rocha

grossa, relativas à perda de carga residual e à massa retida acumulada. Verifica-se que a

maior massa retida nos ensaios com a rocha grossa resultou em maior perda de carga

residual.

Resultados e Discussão

183

Tabela 4.48:Perda de carga residual no Ensaio 10 para os materiais analisados.

Ciclo Rocha Fina Rocha Grossa

0 0

17,35 14,09

17,35 19,52

17,35 22,77

17,89 24,10

22,77 28,73

26,57 30,90

25,48 34,70

25,48 31,99

26,02 32,53

Porém, a exemplo do que apresentaram ou resultados anteriores, a massa

retida e a perda de carga residual resultante não são proporcionais, quando se compara

os dois experimentos, ou seja, uma massa x de rocha fina provoca uma perda de carga y

diferente da perda de carga residual provocada pela mesma massa x de rocha grossa.

01234567891011

100

Perda de Carga Residual (mmH

Número de ciclos

Acrílico - rocha fina

Acrílico - rocha grossa 100

01234567891011

Massa retida Acumulada (g)

Número de ciclos

Acrílico-rocha fina

Acrílico-rocha grossa-100

Figura 4.79: Gráfico comparativo do Ensaio 10 de cada tecido para a rocha fina e grossa

em acrílico.

Este comportamento pode ser melhor observado através da Figura 4.80, que

ilustra a relação entre a massa retida e a perda de carga residual para cada experimento.

Verifica-se que para a rocha fina, o incremento da perda de carga inicial de cada ciclo

provocado por uma mesma massa residual foi muito maior que na rocha grossa, por

exemplo, para atingir uma perda de carga residual de 25 mmH

O nos ensaios com rocha

fina, foi necessário acumular pouco mais de 2,0 gramas, enquanto que no caso da rocha

grossa, a massa residual foi maior que 6,0 gramas. Este fato se deve à colmatação mais

rápida provocada por partículas menores no meio filtrante no ciclo inicial, e à maior

Resultados e Discussão

184

perda de carga resultante da filtração com partículas menores, como descrito na

literatura.

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

500

1000

1500

2000

2500

3000

Acrílico e rocha fina

Acrílico e rocha grossa

∆P/V (Pa.s/m)

M/A (kg/m

)

Figura 4.80:Variação da perda de carga residual com a massa retida acumulada para os

experimentos com Acrílico e rochas fina e grossa, até 100 mmH

Deste modo fica explícito que partículas de menor diâmetro conferem perda de

carga e resistência maior ao escoamento de fluido, mas formam uma torta que tende a

alcançar a estabilidade mais rapidamente que as filtrações com materiais mais

grosseiros, apesar deste apresentar menor resistência específica.

Como comentado anteriormente, o comportamento constante ou não das

massas nos experimentos com rocha grossa se refletiu na manutenção ou deterioração

da eficiência de remoção, sendo que nos últimos ciclos da rocha grossa os valores foram

próximos aos apresentados pela rocha fina, como mostra a Figura 4.81.

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Fração de massa removida

Número de ciclos

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Fração de massa removida

Número de ciclos

Figura 4.81: Variação da fração de massa removida em cada ciclo de filtração para: a) AC e

rocha fina, b) AC e rocha grossa (

!) Ensaio 01; (,) Ensaio 02; (7) Ensaio 03; (Β) Ensaio 04;

(

Λ) Ensaio 05; (Ω) Ensaio 06; (β) Ensaio 07; (µ) Ensaio 08; (ξ) Ensaio 09; () Ensaio 10.

Resultados e Discussão

185

A diferença de massas retida acumulada e seus efeitos sobre os ciclos de

filtração podem ser observados também a partir da análise de penetração no interior do

tecido. A Figura 4.82 mostra que, na média, a intensidade de penetração (número de

partículas por camada) foi ligeiramente superior nos experimentos com a rocha grossa,

sendo o desvio padrão também superior para a rocha grossa nas camadas intermediárias,

o que indicou uma variabilidade maior do número de partículas no interior do filtro.

Como observado para o polvilho, as partículas maiores alcançaram também

uma profundidade de penetração maior. Para a rocha grossa também não foi observada a

presença de partículas o redor das fibras, como na rocha fina, mas sim dispersas no seio

do tecidos, com ocorreu para o polvilho. Essa maior penetração indica uma deterioração

da eficiência de captura de partículas, o que confirma a teoria de competição entre os

mecanismos de interceptação e impactação para este caso.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

-100

100

200

300

400

500

600

700

800

Número de Partículas

Profundidade do Tecido (µm)

Rocha Fina

Rocha Grossa

Figura 4.82:Varição do número médio de partículas em função da profundidade de

penetração para a rocha fina e a rocha grossa em acrílico, com o desvio dadrão

Outra explicação para a menor profundidade de penetração da rocha fina vêm

da observação da permanência de resquícios de dendritos ao redor das fibras, sugere que

a formação dos dendritos em uma camada mais superficial pela rocha fina e que pode

ter impedido que mais partículas se alojassem no interior do meio filtrante, mas é uma

possibilidade mais difícil de ser comprovada experimentalmente.

A variação do diâmetro médio de partículas para cada camada analisada de

ambos os experimentos pode ser visualizada pela Figura 4.83.

Resultados e Discussão

186

0 200 400 600 800 1000 1200

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

Diâmetro de Partículas (µm)

Profundidade do tecido (µm)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Diâmetro de Partículas (µm)

Profundidade (µm)

Figura 4.83: Comparação entre da variação dos diâmetros médios dos experimentos

com rocha fina (a) e grossa (b) em Acrílico. (

!) Ensaio 01; (,) Ensaio 02; (7) Ensaio 03;

(

Β) Ensaio 04; (Λ) Ensaio 05; (Ω) Ensaio 06; (β) Ensaio 07; (µ) Ensaio 08; (ξ) Ensaio 09;

(

) Ensaio 10.

Nos dois casos, não se pode afirmar que houve tendência definida de aumento

ou diminuição do diâmetro com a profundidade, pois em alguns ensaios a tendência foi

de aumento e em outros foi de diminuição. Da mesma forma, não houve tendência da

profundidade variar ciclo a ciclo, como pode ser melhor observado na Figura 4. 84.

0246810

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Profundidade de Penetraçaõo (µm)

Número de Ciclos

Acrílico e rocha fina

Acrílico e rocha grossa

Figura 4.84: Profundidade de penetração com o número de ciclos para cada coluna

analisada do Acrílico com rocha grossa e fina.

No entanto, REMBOR e KASPER (1996) descreveram um maior grau de

penetração para partículas menores, o que não foi observado neste trabalho.

Resultados e Discussão

187

4.13 ENSAIOS DE FILTRAÇÃO – ACRÍLICO E ROCHA GROSSA

∆P

MAX

= 300MMH

A avaliação dos efeitos do aumento da perda de carga máxima determinada

para as filtrações foi realizada para o acrílico filtrando rocha grossa, por serem as

partículas de observação mais fácil. Deste modo, poder-se-á avaliar também seus efeitos

na profundidade e intensidade de penetração. A Figura 4.85 apresenta os experimentos

realizados com a rocha grossa em filtrações cuja perda de carga máxima foi fixada em

300 mmH

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35

100

150

200

250

300

350

Perda de Carga (mmH

Carga Mássica (g/cm

)

Figura 4.85: Perfil da perda de carga para os dez ciclos de filtração para o acrílico com

a rocha grossa, 300 mmH

O. (!) Ensaio 01; (Λ) Ensaio 05; () Ensaio 10.

Verifica-se que o comportamento em “S” das curvas são mais visíveis neste

caso e com curvas mais uniformes.

No entanto, este comportamento em “S” parece lembrar ainda as curvas do

primeiro ciclo, mas sem o período de filtração interna, apenas com a declinação final,

com apresentado nos resultados preliminares.

A observação da Tabela 4.49 indica que a estabilização da massa coletada em

cada filtração começa a ocorrer após quinto ciclo, aproximadamente.

Resultados e Discussão

188

Tabela 4.49: Massa coletada em cada ciclo para os experimentos com Acrílico e rocha

grossa a 300 mmH

Ciclo Massa (g/cm

)

1 16,262

2 10,066

3 9,726

4 8,436

5 7,808

6 8,042

7 7,610

8 7,953

9 6,437

10 6,322

A torta formada em cada ciclo apresentou, por sua vez, valores crescentes de

resistência efetiva a cada ciclo, sem apresentar tendência a se tornarem constantes,

como ilustra a Tabela 4.50.

Tabela 4.50: Resistência específica média da torta determinada graficamente, para os

ensaios com Acrílico e rocha grossa 300 mmH

Ciclo K

-1

) Desvio padrão

6,4.10

9,7.10

9,4.10

1,8.10

9,6E.10

1,0.10

1,2.10

1,6.10

1,2.10

2,9.10

1,1.10

1,2.10

1,7.10

2,0.10

Ao contrário do comportamento tendendo à constância apresentado pela massa

coletada, as massas retida acumulada e removida apresentaram comportamento

crescente e decrescente, respectivamente, como apresenta a Figura 4.86.

Resultados e Discussão

189

01234567891011

Massa Retida Acumulada e Removida (g)

Número de Ciclos

Figura 4.86: Massa de material pulverulento removida pela limpeza (

símbolos vazios) e

retida após a mesma (

símbolos cheios) para oAcrílico filtrando rocha grossa,

300 mmH

O. (!∀) Ensaio 01; (ΛΜ) Ensaio 05; () Ensaio 10.

A perda de carga residual resultante deste acúmulo de partículas no conjunto

torta-tecido está apresentada na Figura 4.87.

01234567891011

Perda de Carga Residual (mmH

Número de Ciclos

Ensaio 5

Ensaio 10

Figura 4.87: Perfil da variação da perda de carga residual com o número de ciclos para

os experimentos de AC com rocha grossa e 300mmH

Verifica-se que inicialmente a perda de carga apresenta tendência crescente,

mas nos ciclos finais permanece praticamente constante.

A relação entre a perda de carga residual e a massa retida acumulada pode ser

melhor visualizada pela Figura 4.88.

Resultados e Discussão

190

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

1000

2000

3000

4000

5000

∆P/V (Pa.s/m)

M/A (kg/m

)

Ensaio 1

Ensaio 5

Ensaio 10

Figura 4.88: Variação da perda de carga residual com a massa retida acumulada para o

AC com rocha grossa até 300mmH

Verifica-se que o incremento de massa resultou em um aumento da perda de

carga residual, como nos demais experimentos, sendo que em alguns ciclos, este

comportamento se desviou, provavelmente por algum erro experimental não

determinado. O aumento da perda de carga residual com a massa retida acumulada pode

ser expresso pela equação 4.10:

1,77

ret

18898.













∆

(4.10)

A eficiência de remoção resultante das limpezas realizadas pode ser

visualizada na Figura 4.89.

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Fração Removida

Número de Ciclos

Ensaio 1

Ensaio 5

Ensaio 10

Figura 4.89: Perfil da fração de massa removida da torta, após a limpeza para o

Acrílico e rocha grossa, 300 mmH

Resultados e Discussão

191

As imagens obtidas via MEV, de alguns ciclos dos ensaios aqui tratados estão

apresentadas na Figura 4.90.

A Tabela 4.51 apresenta a variação do diâmetro de partículas com a

profundidade de penetração e como número de ciclos para cada camada de tecido

analisada.

A Tabela 4.52 mostra o desvio padrão destes dados de diâmetro para a rocha

grossa em Acrílico.

Pode-se verificar pela Tabela 4.51 que a profundidade média variou entre

cerca de 1.000 e 1.950 µm, com tendência de aumentar o número de ciclos.

No entanto, essa tendência deve ser confirmada pela realização de mais

experimentos, podendo ser um caso isolado ocorrido para o experimento 10, ou

realmente expressar uma tendência.

O diâmetro de partículas, por sua vez, não apresentou tendência definida de

aumentar ou diminuir com a profundidade do tecido ou com o número de ciclos.

Resultados e Discussão

192

Interface torta-ar

Ciclo 01a Ciclo 05a Ciclo 05b Ciclo 10a Ciclo 10b Ciclo 10c

Interior do meio filtrante (aproximadamente 500 µm da superfície do tecido)

Figura 4.90: Seção transversal do Acrílico filtrando rocha grossa até 300 mmH

O, em diferentes ciclos.

Resultados e Discussão

193

Tabela 4.51: Penetração de partículas de rocha grossa em Acrílico: diâmetros de partículas com a profundidade do tecido.

Diâmetro de partículas (µm)

Profundidade Ensaio

(µm)

1 5 10

0-107 13,414 12,091 - 12,719 16,062 13,049 11,528 15,185 1,467 10,806 1,726 1,680

107-214 23,428 13,207 20,687 23,094 18,468 19,618 12,449 14,028 2,003 10,686 2,178 2,648

214-321 15,887 26,956 27,188 30,738 19,964 25,064 13,998 15,205 2,883 16,387 3,238 2,031

321-428 14,949 24,747 25,742 22,473 21,144 7,805 8,143 13,116 2,931 21,152 2,702 2,965

428-535 7,270 30,338 12,585 - 18,697 14,244 23,709 9,286 2,675 20,888 3,552 3,266

535-642 8,101 8,094 9,292 - 17,413 26,338 8,966 7,137 2,702 15,813 3,960 3,285

642-749 5,639 23,881 13,367 25,116 14,876 - - 7,859 2,955 22,583 3,871 3,692

749-856 21,392 28,694 42,120 18,039 31,349 16,737 6,683 9,669 3,362 24,284 4,034 3,545

856-963 20,069 24,280 48,057 30,472 17,630 22,407 7,254 3,766 5,275 3,151 3,462

963-1070 13,812 16,704 43,211 30,218 14,084 10,275 7,900 3,426 - 4,193 6,253

1070-1177 15,116 2,879 0,974 1,400 2,167

1177-1284 4,334 2,712 4,687 3,155

1284-1391 4,004 4,837 3,652 -

1391-1498 1,242 5,677 2,963 2,648

1498-1605 4,259 3,989 4,459 4,844

1605-1712 1,537 3,259 1,785

1712-1819 4,886 5,340 3,109

1819-1926 9,503 2,819 5,129

1926-2033 - 1,281

2033-2140 4,243

2140-2247 1,490

Profundidade média (µm)

1.096,75 1.016,5 1.952,75

Resultados e Discussão

194

Tabela 4.52: Desvio padrão do diâmetro de partículas da rocha grossa em Acrílico filtrando até 300 mmH

Desvio Padrão

Profundidade Ensaio

(µm)

1 5 10

0-107 15,419 11,206 0 15,216 15,61 12,93 10,823 15,415 1,7697 10,342 2,5869 2,075

107-214 32,62 13,912 24,544 31,489 23,696 18,872 13,849 17,044 2,2243 11,107 2,5291 2,6545

214-321 21,221 49,241 32,195 39,487 37,24 24,78 7,2426 22,304 3,3891 16,004 3,3127 2,1407

321-428 14,674 38,408 30,884 19,682 29,674 2,7326 6,372 20,869 2,9419 22,324 3,777 3,0054

428-535 4,5047 42,155 3,8582 0,000 33,373 13,893 41,731 10,335 3,5492 23,34 3,3458 4,1223

535-642 3,9582 3,9173 5,4016 0,000 28,905 31,141 4,1019 3,3899 2,9636 16,956 4,1494 3,3461

642-749 0,8564 26,338 0,000 22,151 26,975 22,302 0,000 4,137 3,0573 35,088 3,7801 4,2179

749-856 37,818 25,631 69,79 17,823 39,116 18,051 3,9517 9,7251 3,1811 0,000 4,233 4,0953

856-963 23,832 0,000 34,735 39,948 25,369 3,8848 5,5241 3,508 0,766 2,0646 4,3289

963-1070 14,507 14,691 22,608 27,043 15,492 0 4,6597 3,6649 0,000 5,0917 2,9469

1070-1177 14,076 2,498 0,3416 0,955 1,9016

1177-1284 3,7791 2,4516 5,6723 4,612

1284-1391 3,5364 5,3328 3,4784 0,000

1391-1498 0,6592 5,1865 3,295 2,7418

1498-1605 5,0564 2,9483 4,4151 4,1391

1605-1712 0,6302 3,3381 14,116

1712-1819 3,7881 7,4325 3,3549

1819-1926 5,4399 3,7437 1,5508

1926-2033 0,000 0,6406

2033-2140 4,9894

2140-2247 2,1055

Resultados e Discussão

195

A partir da Figura 4.91 pode-se verificar a variação do número de partículas

com cada camada analisada de tecido, observa-se que não há tendência do número de

partículas coletada em cada camada aumentar ou diminuir com o número de ciclos,

sendo que o máximo de partículas retidas foi de cerca de 800.

0 500 1000 1500 2000 2500

-100

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Número de Partículas

Profundidade de Penetração (µm)

Ensaio 1

Ensaio 5

Ensaio 10

Média

Figura 4.91: Variação do número de partículas com o número de ciclos para o Acrílico

filtrando rocha grossa até 300 mmH

Em termos numéricos, esse comportamento pode ser acompanhado pela

Tabela 4.53.

Resultados e Discussão

196

Tabela 4.53: Valores do número de partículas retidas em cada camada do Acrílico e rocha grossa, até 300 mmH

Número de partículas

Profundidade Ensaio

(µm) 1 5 10

0-107 421 189 0 355 623 785 841 624 972 778 443 443

107-214 230 75 150 123 290 93 154 685 770 381 475 261

214-321 237 18 48 71 153 19 13 266 190 457 164 104

321-428 30 87 3 13 213 2 11 156 233 259 184 62

428-535 13 16 5 0 99 6 16 321 316 159 126 132

535-642 15 4 7 0 77 14 9 336 328 94 14 165

642-749 6 4 1 5 54 0 0 64 205 12 43 91

749-856 8 4 6 6 5 17 34 65 146 1 34 36

856-963 4 1 2 14 13 4 13 192 4 26 17

963-1070 8 3 2 9 5 4 45 197 0 55 6

1070-1177 5 13 6 5 4

1177-1284 6 20 5 12

1284-1391 21 7 28 0

1391-1498 3 21 11 6

1498-1605 35 4 5 3

1605-1712 5 3 17

1712-1819 7 18 14

1819-1926 3 12 2

1926-2033 0 23

2033-2140 29

2140-2247 6

Soma

972 401 229 596 1532 944 1136 2517 3627 2203 1618 1342

Resultados e Discussão

197

4.14 ENSAIOS DE FILTRAÇÃO – COMPARAÇÃO ENTRE FILTRAÇÕES COM

DIFERENTES PERDAS DE CARGA MÁXIMA

As curvas seqüenciais das filtrações do ensaio 10 com a rocha grossa até

100 mmH

O e até 300 mmH

O estão apresentadas na Figura 4.92.

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40

100

150

200

250

300

350

Perda de Carga (mmH

Massa Acum ulada (g/cm

)

100 mm H

300 mm H

Figura 4.92: Comparação das curvas de filtração entre os experimentos em AC e rocha

grossa com 100 e 300 mmH

Era esperado, uma vez que a perda de carga máxima aumentou, que a massa

coletada aumentasse também, como ilustra a Tabela 4.54.

No primeiro ciclo, a massa coletada para a maior perda de carga foi

praticamente o dobro da menor perda de carga. No entanto, com o decorrer das

filtrações, no décimo ciclo, a massa coletada na maior perda de carga já era cinco vezes

maior que na menor. Desta forma, os dados indicam que a filtração com uma perda de

carga menor, ao contrário do que se imaginava, resultou em uma maior taxa de

degradação da filtração ciclo a ciclo, sendo a diminuição no período de filtração mais

significativa para a perda de carga máxima menor. Pode ser que na torta formada na

perda de carga máxima de 300 mmH

O, a maior espessura resultou em maior coesão

entre as partículas, em detrimento da força de adesão torta-tecido, facilitando a

remoção.

Resultados e Discussão

198

Tabela 4.54: Massa coletada em cada ciclo para os experimentos com Acrílico.

Massa (g/cm

)

Ciclo

Rocha grossa

100 mm H

Rocha grossa

300 mm H

0,0330 0,067

0,0180 0,042

0,0132 0,039

0,0101 0,038

0,0085 0,034

0,0046 0,031

0,0075 0,029

0,0061 0,030

0,0062 0,025

0,0047 0,024

Como resultado desta diferença, obteve-se um comportamento

qualitativamente semelhante, mas quantitativamente diferenciado para as massas retida

e removida nestes dois casos estudados, como ilustra a Figura 4.93.

01234567891011

Masa Retida Acumulada e Removida (g)

Número de Ciclos

AC - Massa retida rocha fina - 100 mmH

AC - Massa removida rocha fina - 100 mmH

AC - Massa retida rocha grossa - 300 mmH

AC - Massa removida rocha grossa - 300 mmH

)

Figura 4.93: Massa de material pulverulento removida pela limpeza e retida após a

mesma para a rocha grossa e fina em Acrílico.

Verifica-se, apesar da diferença na perda de carga máxima não ter provocado

diferenças no perfil do comportamento dos experimentos, que nos ciclos iniciais a

massa removida chegou a ser superior ao valor da massa retida para os ensaios com

300 mmH

O, o que não havia sido observado em nenhum experimento até então. Isso se

deveu ao fato da torta formada ter sido significativamente superior para este último

experimento, resultando em uma maior massa removida.

Resultados e Discussão

199

Pela Tabela 4.55 observa-se numericamente o comportamento das massas

removida e retida acumulada para o ensaio 10 de cada experimento.

Tabela 4.55:Massa removida e retida acumulada no Ensaio 10 para os experimentos

com AC em diferentes perdas de carga máximas.

Massa Removida (g) Massa Retida Acumulada (g)

Ciclo

Rocha grossa

100 mm H

Rocha grossa

300 mm H

Rocha grossa

100 mm H

Rocha grossa

300 mm H

4,0 10,1 4,5 6,29

3,3 8,8 5,5 7,4

2,8 8,2 6,3 8,9

2,5 8,1 6,5 9,3

1,4 7,7 6,8 9,4

1,8 7,7 7,1 9,8

1,7 6,8 7,3 10,5

1,4 7,8 7,4 7,9

1,5 6,3 7,6 10,8

1,3 6,3 7,8 10,8

Apesar da massa retida acumulada nos experimentos com maior perda de

carga máxima ter sido superior, não se pode afirmar que o mesmo ocorreu com o

número total de partículas coletadas por camada analisada. Pela Figura 4.94 verifica-se

que em alguns ensaios esse número foi superior para os ensaios com maior perda de

carga máxima e em outros inferior.

01234567891011

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Número Total de Partículas

Número de Ciclos

Acrílico e rocha grossa a 100 mm H

Acrílico e rocha grossa a 300 mm H

Figura 4.94: Número total de partículas coletadas por camada analisada para o Acrílico

e rocha grossa, até 100 e 300 mmH

Resultados e Discussão

200

No entanto, para esse experimento, aparentemente houve uma tendência do

número de partículas coletadas aumentar com o número de ciclos. Este comportamento

pode ser devido provavelmente à maior perda de carga durante a filtração.

Como conseqüência deste acúmulo de partículas, pode-se observar o

comportamento da perda de carga residual para ambos os experimentos, através da

Figura 4.95, em que se verifica que o aumento da massa retida resultou em aumento da

perda de carga residual.

01234567891011

100 mmH

300 mmH

Perda de Carga Residual (mmH

Número de Ciclos

Figura 4.95: Perfil da variação de perda de carga residual média de cada ciclo de filtração

para a perda de carga máxima de 100 e 300 mmH

Em termos numéricos, este comportamento pode ser observado para o ensaio

10 através da Tabela 4.56.

Tabela 4.56:Perda de carga residual no Ensaio 10 para os tecidos analisados.

Perda de Carga Residual (mmH

Ciclo

Rocha grossa

100 mm H

Rocha grossa

300 mm H

0 0

14,1 7,1

19,5 23,3

22,8 30,4

24,1 33,1

28,7 35,2

30,9 39,0

34,7 48,2

31,9 49,3

32,5 49,9

Resultados e Discussão

201

A maior perda de carga residual máxima dos ensaios com 300 mmH

O e as

filtrações obviamente mais longas, resultaram em uma torta formada mais compactada,

e conseqüentemente com maior resistência ao escoamento, como mostra a Figura 4.96

que ilustra sobre a resistência específica média dos dois experimentos.

01234567891011

50000

100000

150000

200000

250000

Resistência Específica da Torta (s

-1

)

Númro de Ciclos

100 mmH

300 mmH

Figura 4.96: Comparação entre a variação das resistência específica da torta para as

diferentes perdas de carga máxima.

Este fato pode ser compreendido uma vez que a maior perda de carga pode ter

comprimido a torta. A relação entre a perda de carga residual e a massa retida pode ser

avaliada através da Figura 4.97. Verifica-se que apesar da diferença nas massas retidas

acumuladas, a sua relação com a perda de carga residual é bastante próxima, indicando

que, para um mesmo do diâmetro, a mesma massa da rocha fina ou da rocha grossa

provoca a mesma perda de carga residual, independente da perda de carga máxima

estipulada.

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

1000

2000

3000

4000

5000

Acrílico e rocha grossa - 100 mmH

Acrílico e rocha grossa - 300 mmH

∆P/V (Pa.s/m)

M/A (kg/m

)

Figura 4.97: Variação da perda de carga residual com a massa retida para os

experimentos com diferentes perdas de carga máxima.

Resultados e Discussão

202

A eficiência de remoção para os dois casos está apresentada na Figura 4.98.

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Fração Removida

Número de ciclos

Ensaio 1

Ensaio 5

Ensaio 10

01234567891011

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Fração Removida

Número de Ciclos

Ensaio 1

Ensaio 5

Ensaio 10

Figura 4.98: Variação da fração de massa removida em cada ciclo de filtração para: a) AC

e rocha grossa, 100 mmH

O, b) AC e rocha grossa, 300 mmH

A eficiência de remoção de torta foi superior para a rocha grossa até

300 mmH2O, que apresentou também maior tendência a se tornar constate. Este

aumento da eficiência pode ser resultado de sua maior espessura de torta, ou ainda, ter

relação com o tamanho dos pedaços removidos, que foram maiores para os ensaios com

300 mmH2O.

As imagens obtidas em MEV apresentadas pela Figura 4.99 oferecem uma

visão geral da amostra do ensaio 10 de cada experimento e também ilustram a diferença

na profundidade de penetração de partículas no interior de cada filtro.

A relação dos mecanismos de captura não interfere nesta série de

experimentos, pois se utilizou o mesmo meio filtrante e mesmo material pulverulento,

sendo variável apenas uma condição operacional, a perda de carga máxima, que não

interfere nos cálculos. Deste modo, a maior penetração de partículas apresentada na

Figura 4.99 pode ser atribuída apenas à perda de carga máxima admitida.

O comportamento do número de partículas acomodados em cada camada

analisada pode ser observado pela Figura 4.100. Verifica-se que o número de partículas

é semelhante em todas as camadas, mas partículas encontram-se presentes até camadas

mais profundas no experimento com maior perda de carga residual aplicada.

Resultados e Discussão

203

Figura 4.99: Imagem geral da amostra do décimo ciclo do acrílico com a rocha grossa

em: a)100 mm H

O; b) 300 mmH

O. Aumento de 50 X.

Resultados e Discussão

204

0 500 1000 1500 2000 2500

-100

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Número de Partículas

Profundidade do Tecido (µm)

Acrílico e rocha grossa - 100 mmH

Acrílico e rocha grossa - 300 mmH

Figura 4.100: Tendência da variação do número de partículas com a profundidade de

penetração do Acrílico, para rocha grossa até 100 e 300 mmH

Esta maior profundidade de penetração de partículas nos experimentos com

maior perda de carga máxima exibida nas imagens de MEV pode ser conferida na

Figura 4.101.

01234567891011

500

1000

1500

2000

2500

Profundidade de Penetração (µm)

Número de Ciclos

Acrílico e rocha grossa - 100 mmH

Acrílico e rocha grossa - 300 mmH

Figura 4.101: Profundidade de penetração dos experimentos com acrílico e rocha

grossa com diferentes perdas de carga máximas.

Observa-se que de um modo geral, a profundidade de penetração foi superior

para os experimentos com a perda de carga máxima maior, sendo esta diferença mais

significativa para o ultimo ensaio. Como se trata de um mesmo material pulverulento,

Resultados e Discussão

205

era de se esperar que não houvesse diferenças no diâmetro de partículas coletadas em

cada camada. Porém, a Figura 4.102 ilustra que, apesar do mesmo material, o diâmetro

de partículas presentes foi superior par aos experimentos com maior perda de carga

máxima.

0 200 400 600 800 1000 1200 14001600 1800

Diâmetro de Partículas (µm)

Profundidade (µm)

Ensaio 1

Ensaio 5

Ensaio 10

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Diâmetro de Partículas (µm)

Profundidade (µm)

Ensaio 1

Ensaio 5

Ensaio 10

Figura 4.102: Diferença no diâmetro médio de partículas coletadas por camada por ciclo

para o Acrílico e rocha grossa.

Este comportamento pode ser atribuído à maior dificuldade em se remover dos

interstícios do tecidos as partículas maiores, quando submetidas a uma maior pressão

durante a filtração.

4.15 AVALIAÇÃO DOS MECANISMOS DE CAPTURA PARA CADA SÉRIE DE

EXPERIMENTOS – COMPARAÇÃO COM A LITERATURA.

Nos resultados obtidos por MARTINS (2001), o diâmetro de partículas

aumentou com a profundidade do meio. Diferentemente deste trabalho, o referido autor

utilizou partículas com diâmetro de 20,97 µm, e perda de carga máxima de cerca de

1000 mmH2O. Este valor muito superior de perda de carga máxima adotada no trabalho

de MARTINS (2001) pode também ter influenciando os resultados, uma vez que esta

maior diferença de pressão poderia estar forçando as partículas maiores a penetrarem

mais, sem haver força suficiente durante a limpeza capaz de removê-las, já que a

velocidade de limpeza aplicada no referido trabalho foi igual a 10 cm/s, portanto, menor

Resultados e Discussão

206

que a utilizada nesta pesquisa. Além disso, pode estar havendo uma influência dos

mecanismos de captura citados no item 2.1.2, pela diferença de diâmetros.

Para avaliar a influência dos mecanismos de captura envolvidos no presente

trabalho e no trabalho de MARTINS (2001), calculou-se alguns dos parâmetros

comentados no Capítulo 2. O diâmetro de fibras utilizado foi o obtido via microscópio,

ou seja, foi o diâmetro linear. Os parâmetros foram calculados a partir do diâmetro de

Stokes, do diâmetro médio volumétrico e do diâmetro de Stokes calculado pelo

diâmetro aerodinâmico, exceto para o trabalho de MARTINS (2000), uma vez que o

único dado de diâmetro de partículas disponível era o diâmetro médio volumétrico. O

diâmetro médio de fibras adotado do trabalho do referido autor foi igual a 20,0 µm.

desta forma calculou-se o número de Stokes (St), o adimensional R e o número de

Peclet (Pe), que fornecem dados sobre a influência da impactação, da interceptação e da

difusão, respectivamente. Os valores calculados para o poliéster tratado (PT) são iguais

para o poliéster não tratado, sendo assim, omitidos da Tabela 4.54. A viscosidade

dinâmica foi considerada a 20 C igual a 1,82.10-4g.cm-1.s-1. Os demais valores forma

os mesmos utilizados no item 4.7.

Tabela 4.57: Adimensionais St, R e Pe obtidos para os dados de diâmetro disponíveis.

Experimento

MARTINS

(2000)

AC AC PP PT PT

Material

Rocha

fosfática

Rocha

fina

Rocha

grossa

Rocha

fina

Rocha

fina

Polvilho

(10

cm) 20,0 22,7 22,7 23,6 19,43 19,43

Stokes (10

cm) - 3,71 14,67 3,71 3,71 8,64

St - 0,51 8,88 0,50 0,6 1,66

R - 0,16 0,65 0,16 0,19 0,44

Adimensional

calculado

337.885 1.380.464 351.281 289.211 690.492

méd. vol.

(10

cm)

20,97 4,55 41,47 4,55 4,55 -

St 19,46 0,78 70,99 0,75 0,91 -

R 1,05 0,20 1,83 0,19 0,23 -

Adimensional

calculado

Pe 1.663.158 417.707

3.930.959 434.268 357.535 -

St calc (10

cm) - 2,74 16,30 2,74 2,7 7,96

St - 0,32 10,97 0,25 0,33 1,47

R - 0,18 0,72 0,12 0,14 0,41

Adimensional

calculado

Pe - 245.796 1.535.577 255.541 210.388 635.119

Resultados e Discussão

207

Desta forma, de acordo com a teoria da captura por uma fibra simples

apresentada no Capítulo 2, para números de Stokes menores que 0,1 a impactação passa

a ser desprezível na captura de partículas, e para R menores que 0,1 a interceptação

também torna-se insignificante. Pelos valores apresentados para estes adimensionais,

verifica-se que em nenhum caso aqui estudado estes mecanismos podem ser

desprezados.

No entanto, nos casos da rocha fosfática utilizada nos ensaios de MARTINS

(2000) e da rocha grossa, observa-se valores significativamente maiores do número de

Stokes, indicando a predominância do mecanismo de impactação inercial e os maiores

valores de Pe, indicando que nestes casos, a captura pelo mecanismo difusional é menos

relevante. Particularmente para a rocha fosfática grossa, o mecanismo de captura pela

interceptação direta também foi expressivo, dados os elevados valores de R

apresentados.

Nos experimentos com a rocha fina, os valores de St e R são bem inferiores, o

que pode significar que haja atuação também do mecanismo de coleta difusional,

indicada pelos menores valores de Pe. A partir da observação do interior do meio

filtrante das Figuras 4.10, 17, 24 e 31, em cada situação verifica-se, por exemplo, que

nas filtrações com a rocha fina as partículas tenderam a permanecer próximas das fibras,

o que não ocorreu para os demais materiais pulverulentos estudados. Esta constatação

evidencia o que pode ser a formação dos dendritos para as partículas mais finas aqui

estudadas.O polvilho apresentou partículas dispersas no seio do tecido, não apenas

aderidas às fibras, o que pode indicar uma formação menos evidente dos dendritos,

assim como a rocha fosfática grossa.

Em se tratando da profundidade de penetração, no trabalho de MARTINS

(2001) esteve entre 600 e 830 µm, para um feltro de poliéster tratado em ensaios

utilizando velocidade de filtração igual a 10 cm/s, de limpeza igual a 10 cm/s, perda de

carga máxima admitida de 110 cmH

O e diâmetro médio volumétrico de partículas

igual a 20,97 µm. A penetração máxima neste trabalho, para o polipropileno foi menos

profunda (entre 500 e 600 µm) e no acrílico foi semelhante ao tecido do referido autor,

chegando até a aproximadamente 900 µm, mesmo sob condições mais moderadas de

perda de pressão máxima. Para o experimento com rocha grossa e perda de carga

máxima de 300 mm H

O, verificou se uma maior profundidade de penetração, que

Resultados e Discussão

208

chegou próxima a 2.500 µm, ou seja, bem superior aos experimentos de MARTINS

(2001). No entanto, as características do material filtrante do autor não são conhecidas,

impossibilitando uma discussão mais aprofundada a respeito de tais comportamentos.

O que se observou, para os experimentos com material mais grosso, foi que,

aparentemente, observou-se partículas maiores retidas no interior do meio filtrante, o

que provavelmente é resultado da dificuldade de se remover estas partículas maiores do

interior do tecido.

Conclusões

209

5 CONCLUSÕES

Os resultados obtidos na realização deste trabalho permitem apresentar as

seguintes conclusões, seguindo-se a seqüência apresentada no capítulo de resultados, a

partir dos ensaios preliminares:

Os ensaios com tecidos trançados mostraram que os tecidos que

apresentavam pespontados nos fios possuíam a curva característica com

concavidade oposta aos tecidos trançados com fios lisos e sem fibras;

ii.

Nos tecidos não trançados, o tratamento superficial ajuda a minimizar o

período de filtração interna;

iii.

O tratamento superficial provoca um aumento da perda de carga;

iv. O ponto de colmatação é maior para o tecido sem tratamento, e , portanto, o

período de filtração interna também é;

A ausência de tratamento resultou em filtrações inicialmente mais longas que

foram diminuindo com o passar dos ciclos até valores inferiores aos demais

tecidos tratados;

vi.

A filtração interna dependeu da permeabilidade e porosidade dos tecidos,

sendo mais longa para os tecidos com maiores valores de permeabilidade e

porosidade;

vii.

A resistência específica da torta variou para cada tecido variou para cada

tecido, indicando sua dependência deste, sendo maior para tecidos com

maiores valores permeabilidade e porosidade, aparentando reproduzir as

características do tecido suporte;

viii.

O tecido com maior abertura superficial apresentou também maior massa

retida;

ix.

O número total de partículas coletadas por seção analisada foi maior para o

tecido não tratado e maior para o tecido tratado com maior permeabilidade e

porosidade, da mesma forma como a filtração interna;

Nos experimentos com a rocha fina e diferentes tecidos tratados, o

comportamento da massa retida de aumentar nos ciclos iniciais e se tornar

Conclusões

210

constante após alguns ciclos não se refletiu no número total de partículas

coletadas por seção, que foi praticamente constante com o número de ciclos;

xi.

A saturação do tecido pode ser, na verdade, um processo que ocorre mais na

superfície do tecido (provavelmente na torta), que em seu interior, como

indica o comportamento do número de partículas retidas por ciclo, sugerindo

que a penetração seja um fenômeno que se defina já no primeiro ciclo pra os

tecidos tratados;

xii.

Para os tecidos menos permeáveis o incremento da perda de carga residual

provocado por uma determinada massa de rocha fina foi maior que para os

tecidos mais permeáveis;

xiii.

No caso do Polipropileno houve uma menor massa retida, mas uma maior

perda de carga residual, quando comparado com o Acrílico, apesar da maior

eficiência de remoção de primeiro, indicando que para tecidos diferentes a

perda de carga residual deixa de ser um parâmetro adequado para determinar

a eficiência de limpeza;

xiv.

O número médio de partículas coletadas em cada camada do tecido tratado

foi praticamente o mesmo indiferente do tecido, sendo maior pra o tecido

sem tratamento;

xv. O que mudou para os tecidos tratados foi a profundidade de penetração, que

foi maior para o tecido não tratado, seguida do Acrílico, Poliéster tratado e

Polipropileno, tendência que sugere que maiores permeabilidades e

porosidades resultem em maiores profundidades de penetração, mas não na

intensidade de penetração;

xvi.

Todos os tecidos filtrando rocha fina apresentaram um decaimento

exponencial do número de partículas na interface torta-filtro para o seio do

tecido;

xvii.

A intensidade do tratamento interferiu na profundidade de penetração, sendo

que tecidos com mais fibras fundidas na superfície apresentaram menor

profundidade de penetração, mesmo possuindo permeabilidade e porosidade

semelhantes, como no caso do Acrílico e Poliéster tratado;

xviii.

No caso das filtrações com polvilho, a maior eficiência de remoção não se

refletiu em menor profundidade de penetração, indicando que a limpeza tem

Conclusões

211

uma ação mais superficial que interna, ou seja, remove mais as partículas da

torta que as partículas acomodadas no interior do meio filtrante;

xix.

As curvas de filtração subseqüentes à primeira limpeza tiveram um

comportamento praticamente linear tanto para o pT quanto para o PNT,

indicando que a forma da curva não depende apenas do tecido, mas do

material recolhido;

xx.

A resistência específica das tortas de polvilho apresentaram valores

constantes após a primeira limpeza, indicando uma maior homogeneidade da

torta constituída por partículas mais esféricas e quase monodispersas;

xxi.

A linearidade apresentada nas curvas de filtração do polvilho para o PT e

PNT indicam que o fato das curvas serem mais ou menos lineares não

depende apenas da eficiência de limpezas,, mas também das características

do material pulverulento;

xxii.

A filtração com partículas de polvilho apresentou período de filtração interna

mais longo, com maior ponto de colmatação para ambos os tecidos (PT e

PNT), o que pode ser resultado do maior diâmetro, da forma mais esférica e

da distribuição mais estreita do polvilho;

xxiii.

A filtração com polvilho apresentou ciclos mais longos, com maior massa

coletada (a despeito de sua menor densidade) indicando que o maior

diâmetro, esfericidade e distribuição estreita constituem uma torta com

melhor acomodação de partículas, como ilustra os menores valores de

resistência específica da torta de polvilho, quando comparados com as tortas

de rocha fina;

xxiv.

Nas filtrações com partículas maiores de rocha fosfática não houve tendência

do diâmetro aumentar ou diminuir com o número de ciclos nem com a

profundidade de penetração;

xxv.

A profundidade de penetração não tendeu a aumentar ou diminuir co o

número de ciclos para a rocha grossa;

xxvi.

A profundidade de penetração foi, de modo geral, semelhante para a rocha

fina e para a rocha grossa, mas em algumas amostras foi muito superior para

a rocha grossa;

Conclusões

212

xxvii.

A rocha grossa apresentou ligeira tendência do número total de partículas

aumentar com o número de ciclos;

xxviii.

Os experimentos com maior perda de carga máxima apresentaram maior

profundidade de penetração, provavelmente pela maior duração da filtração

interna;

xxix.

O número de partículas coletadas em cada camada analisada foi muito

semelhante para as duas perdas de carga máxima utilizadas, sendo que houve

mais variação para os experimentos com menor perda de carga máxima;

xxx.

O diâmetro de partículas retidas foi maior para os ensaios com maior perda

de carga máxima.

Sugestões de Trabalhos Futuros

213

6 SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS

Como sugestão de prosseguimento dos estudos desenvolvidos neste trabalho,

cita-se as seguintes possibilidades:

- Avaliação da formação de dendritos, mais especificamente sua porosidade, com a

velocidade de filtração e com o diâmetro das partículas;

- Avaliação das propriedades da torta formada durante a filtração, antes da realização da

limpeza, principalmente sua porosidade;

- Determinação da eficiência de filtração dos experimentos desenvolvidos neste

trabalho, e sua associação com os mecanismos de captura aqui determinados;

- Verificação da influência das propriedades químicas do material pulverulento e do

meio filtrante na filtração;

- Verificar a influência da velocidade de limpeza na profundidade e intensidade de

penetração de partículas.

Referencias Bibliograficas

214

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224

ANEXO A

225

PREPARAÇÃO DE AMOSTRA PARA MEV E ANÁLISE NO

IMAGE-PRO PLUS

O desenvolvimento desta etapa do trabalho foi similar ao de ITO (2002), e

consiste nos seguintes passos:

PRÉ-ENDURECIMENTO DA MOSTRA

O equipamento utilizado está apresentado na Figura A.1, construído com duas

seções cilíndricas de ferro, semelhantes à caixa de filtração. Em seu interior foi alocado

um suporte de arame para sustentar o meio filtrante. A parte interna dessas tampas foi

revestida com uma borracha macia, a fim de permitir a vedação do sistema. Para realizar

tal procedimento utilizou-se o equipamento mostrado na Figura A.A, que consistia de

duas tampas de ferro galvanizado, semelhante à caixa de filtração.

Figura 0.A: Equipamento para pré-endurecimento do meio filtrante.

O tecido após ser limpo foi retirado da caixa de filtração e transportado à caixa

de “pré -endurecimento”, onde foi fixado.

Para medir a vazão de ar comprimido que arrastava o vapor do adesivo

instantâneo (“LOCTITE-416”) usou-se um rotâmetro, o valor desta vazão foi mantido

constante em 0.5 l/min.

R COMPRIMIDO

ROTÂMETRO

DESIVO

TORTA DE PÓ

MEIO

FILTRANTE

GUA

226

O método consistia em passar vapor de um adesivo instantâneo (“LOCTITE-

416”), arrastado pelo fluxo de ar úmido, através do meio filtrante. A velocidade do gás

de arraste foi mantida em aproximadamente 0,1 cm/s, para evitar um possível rearranjo

das partículas impregnadas no tecido durante o “pré-endurecimento”. O tecido ficou

neste equipamento por aproximadamente 72 horas até que fosse garantida a

impregnação do adesivo ao meio filtrante, pingando-se duas gotas de adesivo a cada

duas horas.

EMBUTIMENTO DO TECIDO

Após o “pré-endurecimento” o tecido foi transportado para uma vasilha de

pirex redonda, contendo uma esponja de 0,5 mm de espessura de mesma área do tecido.

A parte interna desta vasilha ficou completamente encharcada com uma resina

embutidora, a PMS-10. Depois de se colocar o tecido no recipiente, adicionou-se mais

resina até que todo o tecido estivesse completamente encharcado. Em seguida colocou-

se o tecido numa estufa a 60

C, por aproximadamente 72 horas, para “curar” a resina.

Este procedimento está esquematizado na Figura A.B.

A resina utilizada (PMS-10) possui baixa viscosidade, 7 a 10 cp, é anaeróbica,

de cor clara, tempo de vida de 1 ano e não contém solvente. Esta resina foi fornecida

pela LOCTITE do Brasil.

227

Figura 0.B: Vista do equipamento de embutimento.

SECCIONAMENTO

O tecido já endurecido foi seccionado em pedaços quadrados de 1 cm

área, aproximadamente, utilizando uma serra de correia. A seguir estes pedaços foram

embutidos em moldes cilíndricos de PVC, utilizando outra resina, RESAPOL-208,

deixando-a “curar” por 24 horas à temperatura ambiente. A impregnação com esta

resina proporcionou resistência mecânica à amostra, visando atenuar a desestruturação

nas etapas de esmerilamento e polimento.

ESMERILAMENTO

Esta etapa visou retirar os arranhões causados pelo seccionamento do tecido e

desgastar a amostra.

As amostras foram lixadas, a úmido, cuidadosamente, em lixas de carbeto de

silício na seqüência de 320, 600, 1200 e 2000 mesh, mantendo-se a operação em torno

de 10 minutos em cada lixa, dependendo da amostra. Entre cada lixa a amostra foi

lavada com água e álcool.

RESINA

TORTA DE PÓ

MEIO FILTRANTE

ESPONJA

228

POLIMENTO

Depois de esmeriladas as amostras foram polidas, utilizando-se uma politriz

em baixa rotação. O tecido utilizado na politriz é um veludo macio, que foi impregnado

com uma suspensão de alumina de 1µm. O tempo de duração desta operação variou de

acordo com a amostra, mas girou em torno de 30 minutos.

O polimento foi feito até que se retirasse todos os riscos deixados na amostra

pelas lixas da etapa anterior, que podiam ser vistos em microscópio óptico.

Quando estava livre de qualquer ranhura, a amostra foi submetida a um

recobrimento metálico com ouro puro, utilizando um equipamento específico

denominado “Sputtering”, do Laboratório de Preparação de Amostras do CCDM

(UFSCar).

229

ANEXO B

224

DETERMINAÇÃO DA PERMEABILIDADE DOS TECIDOS

LIMPOS

A determinação da permeabilidade dos tecidos foi realizada utilizando-se dois

manômetros inclinados, pela sua melhor precisão.

Cada tecido foi colocado no módulo de filtração estando completamente limpo

e foi submetido a velocidades crescentes, no sentido da filtração. Os valores de perda de

carga na saída e na entrada do elemento filtrante foi registrado. Estes valores, após a

conversão do ângulo de inclinação dos manômetros, foram transformados para Pascal, a

unidade conveniente de pressão. A permeabilidade foi então calculada utilizando-se a

equação 2.7.

As curvas da variação da pressão com a velocidade estão apresentadas na

Figura B.1.

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14

100000

200000

300000

400000

500000

(Pe

- Ps

)/(2.Ps.L) (Pa/m)

Velocidade (m/s)

Poliéster tratado

Poliéster não tratado

Acrílico

Polipropileno

Figura B.1: Curvas de permeabilidade dos tecidos empregados

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