cular ao sentido de escoamento do fluido (HINDS, 1999). Esses mecanismos são particularmente
importantes para os primeiros estágios da filtração.
2.3 FORMAÇÃO DA TORTA
A filtração de gases desenvolve-se a partir de um tecido limpo (virgem), em sequência de algumas etapas (filtração de profundidade, transição e filtração superficial). O comportamento de cada etapa é influenciado por vários fatores relevantes para essa operação (RODRIGUES, 2006; POWELL, 1998). Na primeira etapa da filtração, denominada de “deep filtration”, filtração interna ou, ainda Filtração de profundidade, como mostra a Figura 2.2 em que as fibras do meio filtrante são responsáveis pela captura das partículas. Essas partículas ficam retidas nas fibras por ação de mecanismos de captura.
Figura 2.2: Ilustração de Filtração de Profundidade
Fonte:CERON (2009)
Nos instantes iniciais da filtração, as partículas penetram intensamente no interior do tecido, ficando retidas nos interstícios das fibras. A penetração das partículas através do tecido é maior e tende a diminuir com o tempo de filtração, o que implica menor eficiência de captura apresentada pelo tecido nesse período, mas aumento rápido com o decorrer do tempo de filtração. Nessa etapa, a queda de pressão tem um aumento latente e essa resposta é diretamente proporcional ao número de partículas coletadas. Ou seja, a queda de pressão apresenta um comportamento linear em função da massa coletada e depende dos mecanismos de captura (RODRIGUES, 2006;
18 2.3. FORMAÇÃO DA TORTA
THOMAS et al., 2001;AGUIAR, 1991). Dependendo do meio filtrante, no início da filtração, pode-se
notar comportamento não linear da queda de pressão com o tempo, comportamento que tende a se linearizar após a formação da torta. Essa observação foi confirmada pelo trabalho de SCHMIDT (1995), que observou um período de transição inicial e que o tempo de duração da deposição das partículas no interior do tecido foi de apenas alguns segundos, seguido por outra fase em que a permeabilidade permaneceu constante, sem alteração da torta. Entretanto, com o decorrer do tempo de filtração, o autor notou um afastamento de linearidade, com aumento do coeficiente angular, e atribuiu a isso à compressibilidade da torta.
A duração dessa fase inicial de filtração, caracterizada pelo lento acréscimo da queda de pres- são, pode ser maior ou menor, dependendo da característica (eficiência) do tecido, sendo maior no tecido virgem e diminuindo sensivelmente nos ciclos subsequentes. Alguns autores, RODRI- GUES (2006), WALSH et al. (1996), JAPUNTICH et al. (1994) concluíram que a duração dessa fase depende das características do tecido. No caso dos filtros HEPA (high efficiency particulate aerosol), que são classificados pela NBR 7256 como filtro absoluto da classe A3 com eficiência maior ou igual a 99,97% para partículas de 0,3µm, essa etapa é praticamente inexistente sendo a formação da torta quase instantânea.
Como a filtração é uma operação contínua, com o transcorrer da filtração, ocorre a formação de uma fina camada de sólidos na superfície do filtro, denominada de torta de filtração. Ela passa, então, a desempenhar o papel de um novo meio filtrante, ou seja, essa camada de pó se torna a responsável pela captura das partículas que se acumularão aumentando a espessura da torta de filtração com o tempo. Portanto, após a formação da torta, o tecido passa a desempenhar apenas o papel de suporte para a torta. Nessa fase, tem-se a denominada filtração superficial ou cake filtration(FIGURA 2.3) conforme menciona DULLIEN (apudRODRIGUES, 2006). Dependendo
do meio filtrante, a primeira etapa, filtração de profundidade, poderá não acontecer, ocorrendo apenas à filtração superficial.
2.3. FORMAÇÃO DA TORTA 19
Figura 2.3: Ilustração de Filtração de Superfície
Fonte:CERON (2009)
PAYATAKES (1977) subdividiu essa fase intermediária em duas: a deposição de partículas ocorre inicialmente sobre as primeiras partículas coletadas (Figura 2.4 a), e segue-se a fase do crescimento dos detritos, em que as partículas interagem com seus vizinhos (Figura 2.4 b), for- mando uma cobertura de espessura não uniforme ao redor de cada fibra, denominada pelo autor de matriz porosa interna. Como resultado da formação dessas estruturas, a queda de pressão au- menta e a penetração das partículas através do meio filtrante sofre uma significativa diminuição diminuição (RODRIGUES, 2006;WALSH et al., 1996;BROWN; WAKE, 1999).
Figura 2.4: Fotografias com a Formação de Dendritos no Tecido Obtido por (a) SONG et al. (2006) e (b) THOMAS et al. (2001)
20 2.3. FORMAÇÃO DA TORTA
Hoje se sabe que quanto menor a velocidade de filtração, maior a porosidade dessas estru- turas detríticas (KANAOKA; HIRAGI, 1990), e quanto menores as partículas, mais rápido se dá o desenvolvimento desse detritos (WALSH et al., 1996).
Não se pode prever fisicamente o momento exato da formação da torta de filtração, por causa da não uniformidade dos materiais dos tecidos. A dificuldade de se determinar experimentalmente esse ponto fez com que muitos estudiosos adotassem um valor experimental que demarcaria o ponto em que a torta se forma (ponto de colmatação). Segundo JAPUNTICH et al. (1994), esse ponto pode ser entendido como a capacidade de retenção do meio poroso. A velocidade de col- matação de um tecido depende do tamanho das partículas. Quanto menores forem as partículas envolvidas, maior será a velocidade de colmatação, visto que o espaço disponível entre as fibras para a deposição das partículas é pequeno (WALSH et al., 1996). Para esses autores, fisicamente, o ponto de colmatação é dado pelo lugar geométrico obtido no gráfico de queda de pressão em função da carga mássica, correspondente ao cruzamento da assíntota da curva, relativa à filtração superficial, com o eixo das abscissas, assim se obtém a massa de material particulado necessária para formar a torta. O esquema para a determinação do ponto de colmatação por esse método está ilustrado na Figura 2.5.
Figura 2.5: Determinação do Ponto de Colmatação do Meio
Fonte:TOGNETTI (2007)
A terceira etapa da filtração é aquela que ocorre a partir da existência da torta na superfície do tecido e é nessa fase que a queda de pressão alcança o seu valor máximo. Nessa etapa, a penetração das partículas quanto à eficiência de filtração se tornam constantes (RODRIGUES, 2006). Na terceira