LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Para determinar o tamanho de partícula no equipamento medidor de partículas Cilas 1190, foram coletados 200 mL de uma amostra do resíduo úmido a ser filtrado e adicionados 2 mL de copolímero de bloco em sistema agitado.
De acordo com as características deste herbicida, o resíduo tem a tendência de permanecer com suas partículas aglomeradas, por isso, ao realizar a medição, utiliza-se o copolímero de bloco com o intuito de realizar a medição com o tamanho real de cada partícula a ser retida.
Para este modelo de equipamento, tem-se a medição de acordo com a porcentagem do diâmetro das partículas descritas na (Tabela 5.1). O D10 ou diâmetro a 10% indica o diâmetro máximo apresentado por 10% das partículas. Já o D50 ou diâmetro a 50% corresponde ao diâmetro máximo apresentado por 50% das partículas. O D90 ou diâmetro a 90% corresponde ao diâmetro máximo apresentado por 90% das partículas.
Tabela 5.1 - Distribuição granulométrica do resíduo
Medição Resultado
D10 2,49 µm
D50 4,09 µm
D90 6,39 µm
Diâmetro médio 4,24 µm
De acordo com a distribuição granulométrica realizada (Tabela 5.2), onde x refere-se ao diâmetro (µm), Q3 ao valor cumulativo da fração mássica da amostra (%) e q3 a distribuição de densidade populacional (por exemplo, nas três primeiras linhas, quando q3 é igual a 0,07, significa que 0,07% das partículas possuem tamanho máximo de 0,10 µm), tem-se que de todas as partículas analisadas, o diâmetro máximo encontrado foi de 10 µm, que se refere a 0,68% das partículas. Portanto, 100% das partículas possuem tamanho menor do que 10 µm.
35 Tabela 5.2 - Distribuição granulométrica detalhada do resíduo
X (µm) 0,04 0,07 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 Q3 (%) 0,39 0,48 0,63 1,78 3,18 3,87 3,87 3,87 3,87 3,87 q3 (%) 0,01 0,03 0,07 0,26 0,55 0,38 0,00 0,00 0,00 0,00 X (µm) 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 Q3 (%) 3,87 3,87 3,87 3,87 3,87 3,87 3,87 4,05 4,69 6,21 q3 (%) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 X (µm) 2,40 2,60 3,00 4,00 5,00 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 Q3 (%) 8,52 11,63 19,25 47,74 71,13 86,30 91,00 94,31 96,58 98,09 q3 (%) 4,22 6,18 9,25 15,37 16,68 13,24 9,34 7,11 5,24 3,72 X (µm) 8,50 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 Q3 (%) 99,00 99,55 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 q3 (%) 2,39 1,53 0,68 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 X (µm) 18,00 19,00 20,00 22,00 25,00 28,00 32,00 36,00 38,00 40,00 Q3 (%) 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 q3 (%) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 X (µm) 45,00 50,00 53,00 56,00 63,00 71,00 75,00 80,00 85,00 90,00 Q3 (%) 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 q3 (%) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 X (µm) 95,00 100,00 106,00 112,00 125,00 130,00 140,00 145,00 150,00 160,00 Q3 (%) 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 q3 (%) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 X (µm) 170,00 180,00 190,00 200,00 212,00 242,00 250,00 300,00 400,00 500,00 Q3 (%) 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 q3 (%) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 X (µm) 600,0 700,0 800,0 900,0 1000,0 1100,0 1200,0 1300,0 1400,0 1500,0 Q3 (%) 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 q3 (%) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 X (µm) 1600,0 1700,0 1800,0 1900,0 2000,0 2100,0 2200,0 2300,0 2400,0 2500,0 Q3 (%) 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 q3 (%) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Como o resíduo a ser retirado não possui interação quimicamente prejudicial aos herbicidas, o papel principal do elemento filtrante neste sistema é atuar na retenção das partículas indesejadas presentes na suspensão que são visíveis a olho nu.
De acordo com as medições realizadas é elaborada a Figura 5.1, com os dados do diâmetro máximo apresentado por 10% das partículas de (2,49 µm), o apresentado por 50% das partículas (4,09 µm) e o apresentado por 90% das partículas (6,39 µm).
36 Na maior parte dos estudos para determinação de tamanho de partículas o D90 é utilizado. Neste estudo, que tem o objetivo inicial de retirar todas as partículas da suspenção, considera-se o diâmetro máximo de 10% das partículas, D10, que corresponde a 2,49 µm. De acordo com as medições realizadas é elaborada a Figura 5.1, com os dados do diâmetro máximo apresentado por 10% das partículas de (2,49 µm), o apresentado por 50% das partículas (4,09 µm) e o apresentado por 90% das partículas (6,39 µm).
Figura 5.1 - Gráfico da Distribuição granulométrica
De acordo com o diâmetro máximo de 10% das partículas (D10), o elemento filtrante a ser utilizado deve retirar partículas de diâmetro 2,49 µm, ou seja, deve possuir aberturas menores que este valor. Os bags disponíveis no mercado com essa abertura são de poliéster. Estes bags têm a exigência de que o fluido a ser filtrado esteja em temperatura próxima à do ambiente.
A temperatura média foi determinada por medição em triplicata em 31ºC (Tabela 5.3). A exigência para utilização do filtro em poliéster, segundo o fabricante, é que o fluido esteja a temperatura ambiente. Assim, confirmou-se a viabilidade do elemento filtrante em poliéster.
37
Tabela 5.3 - Determinação Temperatura Média
Lote Temperatura (ºC)
01 32
02 30
03 32
TEMPERATURA MÉDIA 31
Ao realizar o teste de filtração com o elemento filtrante de poliéster de 1 µm, verificou-se que a pressão do filtro no instante inicial da filtração estava a 6 kg/cm², causando vibrações nas tubulações utilizadas para transporte do fluido. Por questões de segurança de processo, identificou-se que o filtro com a abertura de 1 µm não poderia ser utilizado.
Através das restrições do processo para utilização de um elemento filtrante de 1 µm, como as partículas a serem retiradas do processo produtivo não são quimicamente prejudiciais ao mesmo, verificou-se o interesse de retirar apenas as partículas visíveis a olho nu.
Na formulação do herbicida, verificou-se que as partículas a serem retiradas do processo produtivo se aglomeravam. Com isso, verificou-se que o elemento filtrante de poliéster com aberturas de 25 µm era adequado para retirar as partículas visíveis a olho nu da suspensão, conforme discutido anteriormente.
5.1 Determinação da área do elemento filtrante
De acordo com laudo de qualidade fornecido pelo fabricante dos elementos filtrantes, foram obtidas as informações necessárias para a realização dos cálculos referentes a eficiência do mesmo (Tabela 5.4).
38 Tabela 5.4 - Especificações Elemento Filtrante
Característica Padrão Resultado
% Eficiência em Remoção > 99,85% 99,90%
Micragem Nominal 25 µ 25 µ
Aro Metálico Aço Galvanizado
Comprimento 82,0 ± 1,0 cm 82,0 cm
Largura 29,0 ± 1,0 cm 29,0 cm
Espessura 1,5 – 3,0 mm 2,5 mm
Diâmetro - 172 mm
De acordo com as especificações fornecidas pelo fabricante (comprimento e largura) e através da medição do diâmetro do elemento filtrante, utilizando a equação (4.1) , a área da base é:
𝐴1 𝑏𝑎𝑠𝑒 = 𝜋 (0,086)2
𝐴1 𝑏𝑎𝑠𝑒 = 0,023𝑚²
Já a área lateral do elemento filtrante é (Equação 4.2): 𝐴1 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 = 2𝜋 (0,086) ∗ (0,820)
𝐴1 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 = 0,437𝑚²
A área total (elemento filtrante), dada pela soma da área lateral e a área da base é (Equação 4.3):
𝐴 𝑑𝑜 𝐸𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝐹𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 = 0,023 + 0,437 𝐴 𝑑𝑜 𝐸𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝐹𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 = 0,460 𝑚²
5.2 Umidade da Torta
A umidade da torta foi determinada desidratando as amostras em estufa a temperatura de 105 ºC até que a massa se mantivesse constante, Tabela 5.5.
39 Tabela 5.5 - Secagem das amostras em estufa
Massa da Amostra Molhada (g) Volume da Amostra Úmida (mL) Massa da Amostra Seca (g) Massa Evaporada (g) Umidade da Amostra (%) 1,12 1,05 0,74 0,38 33 1,50 1,20 1,14 0,36 24 MÉDIA 0,37 28
5.3 Concentração de sólidos na suspensão
Os dados foram coletados em triplicata e a concentração de sólidos na suspensão indicadas na Tabela 5.6.
Tabela 5.6 - Concentração de Sólidos na Suspensão
Tomando-se como base os dados anteriormente calculados, tem-se a massa de torta por unidade de área através da Equação (4.7):
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑟𝑡𝑎 𝑛𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 = 𝑤𝐴 (4.7) Sendo:
w Massa de Torta por Área de Filtração A Área do Elemento Filtrante
𝑤(0,460) = (0,00760)(40) Volume Filtrado (m³) Massa Filtro Pré Batelada (kg) Massa Filtro Pós Batelada (kg) Massa de Sólidos Úmidos na Suspensão (kg) Concentração Sólidos Secos na Suspensão (kg/m³) 40 1,02 1,35 0,33 0,00593 40 1,02 1,45 0,43 0,00773 40 1,02 1,53 0,51 0,00915
40 𝑤 = 0,661 𝑘𝑔. 𝑚−2
5.4 Densidade da Torta Úmida
Considerando-se a Equação (4.5), tem-se aTabela 5.7: Sendo:
ρ Densidade Média da Torta do Meio Filtrante m Massa de Sólidos da Suspensão
V Volume
Tabela 5.7 - Densidade Média da Torta Úmida Massa da Amostra (g) Volume da Amostra (mL) Densidade (g.𝐜𝐦−𝟑) 2,73 2,9 0,94 4,52 4,2 1,07 4,05 4,1 0,98 DENSIDADE MÉDIA 0,99
5.5 Massa de torta no elemento filtrante
De acordo com os dados coletados, identificou-se a massa de torta presente no elemento filtrante como sendo a massa da torta por unidade de área (w) multiplicada pela área do bag (A).
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑟𝑡𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑛𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 = 𝑤𝐴 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑟𝑡𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑛𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 = (0,661)(0,460)
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑟𝑡𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑛𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 = 304 𝑔
41 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑟𝑡𝑎 ú𝑚𝑖𝑑𝑎 𝑛𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 = (0,92)(0,460)
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑟𝑡𝑎 ú𝑚𝑖𝑑𝑎 𝑛𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 = 432,2 𝑔
5.6 Espessura média da torta
Após a determinação da massa de torta úmida no elemento filtrante com a densidade da torta (ρ) foi calculado o volume de torta úmida no elemento filtrante (V) através da Equação (4.5).
𝜌 =𝑚
𝑉 (4.5)
Sendo:
ρ Densidade Média da Torta do Meio Filtrante m Massa de Sólidos da Suspensão
V Volume
0,99 =423,2 𝑉 𝑉 = 427,5 𝑐𝑚³
Com isso, de acordo com as transformações de unidades, determinou-se a espessura média da torta úmida através da Equação (4.9).
𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑎 𝑚é𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑎 𝑡𝑜𝑟𝑡𝑎 =𝑉
𝐴 (4.9)
Sendo:
A Área do Elemento Filtrante V Volume
42
𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑎 𝑚é𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑎 𝑡𝑜𝑟𝑡𝑎 ú𝑚𝑖𝑑𝑎 =427,5 0,460 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑎 𝑚é𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑎 𝑡𝑜𝑟𝑡𝑎 ú𝑚𝑖𝑑𝑎 = 0,09 𝑐𝑚
5.7 Determinação da curva de saturação
Na operação do filtro, as medidas de pressão foram efetuadas em triplicada. A descarga do filtrado é efetuada na pressão atmosférica. Portanto, o valor da pressão manométrica medida compete na diferença de pressão de filtração. Os resultados são mostrados na Tabela 5.6.
Os dados de pressão foram quantificados em dois pontos: na bomba de transferência e no filtro, e sendo os dados de pressão da bomba muito próximos aos do filtro (cerca de 0,5 kg/cm² de perda de carga), para os cálculos, foram consideradas apenas as médias das pressões da Tabela 5.8.
Tabela 5.8 - Diferencial de Pressão no Filtro Tempo
(min)
Pressão no Filtro (𝐤𝐠. 𝐜𝐦−𝟐)
Observação 1 Observação 2 Observação 3 Média
0 1,8 1,7 1,5 1,7 30 1,9 1,8 1,5 1,7 60 1,9 1,8 1,5 1,7 90 2 2 1,5 1,8 120 2 2,2 2 2,1 150 2,2 2,3 3 2,5 180 2,2 2,5 3 2,6 210 2,4 3 3,2 2,9 240 2,4 3 3,5 3 270 4 4 4 4
43 Com estes dados, foi construída a curva de saturação em relação a pressão (Figura 5.2), que identifica o tempo médio para a troca do elemento filtrante de acordo com o diferencial de pressão indicado pelo fabricante do filtro (cerca de 2 𝑘𝑔. 𝑐𝑚−2). De acordo
com os dados da curva, seria necessário realizar a troca de elemento filtrante a cada 270 minutos de operação constante.
Figura 5.2 – Gráfico da Curva de Saturação do Elemento Filtrante
Ao término da transferência de uma batelada, o filtro apresentava um súbito aumento de pressão. Este rápido aumento está relacionado as partículas residuais que, em sua maioria, possuem menor densidade que o herbicida em questão e encontram-se assim sobrenadantes no tanque utilizado para armazenamento pré transferência. Ver Figura (3.11).
Considerando-se a Equação 5.1, a densidade do herbicida (1,20 g.cm−3 perda de
pressão de cerca de 0,5 𝑘𝑔. 𝑐𝑚−2 citada anteriormente e a leitura da Figura 4.8, tem-se a
Tabela 5.9: ∆𝑃 = 𝜌𝑔𝐻 (5.1) Sendo: ρ Densidade do Herbicida ΔP Diferencial de Pressão g Gravidade H Altura Manométrica
44
Tabela 5.9 - Vazão de acordo com a Pressão Tempo (min) Pressão Média (𝐤𝐠. 𝐜𝐦−𝟐) Pressão Média (Pa) Altura Manométrica (m) Vazão (m³/h) 0 2,2 215793,8 18,34 35 30 2,2 215793,8 18,34 35 60 2,2 215793,8 18,34 35 90 2,3 225602,6 19,18 34 120 2,6 255029,0 21,68 33,5 150 3,0 294264,2 25,02 33 180 3,1 304073,0 25,85 32,5 210 3,4 333499,5 28,35 31 240 3,5 343308,3 29,19 30 270 4,5 441396,4 37,53 24
Para as leituras de vazão e pressão, foi elaborado um gráfico que indica que quando o elemento filtrante encontra-se saturado, a vazão também sofre uma pequena queda (Figura 5.3).
45 De acordo com a leitura do gráfico de eficiência da bomba (Figura 4.8), e a recomendação do fornecedor de que de acordo com a largura de passagem do rotor (5 mm) seja reduzido 3 pontos na eficiência da bomba, a eficiência máxima alcançada para este modelo é de 53%.
5.8 Determinação da Porosidade da Torta
Para a porosidade da torta deste estudo, foram considerados os dados da Tabela 5.5, e também que o volume de espaços vazios é igual ao volume de herbicida que evaporou. Através da densidade do herbicida (1,20 g. cm−3), encontrou-se o volume de espaços vazios na amostra através da Equação (4.5):
𝜌 = 𝑚
𝑉1 (4.5)
Sendo:
ρ Densidade do Herbicida
m Massa Evaporada do Herbicida V1 Volume de Espaços Vazios
1,20 =0,37 𝑉 𝑉1 = 0,308 𝑐𝑚³
Encontrado o volume de espaços vazios na amostragem, determinou-se a porosidade da torta considerando o volume da torta úmida da Tabela 5.5 através da Equação (4.11):
𝜀 =𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝐸𝑠𝑝𝑎ç𝑜𝑠 𝑉𝑎𝑧𝑖𝑜𝑠
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑎 𝑇𝑜𝑟𝑡𝑎 Ú𝑚𝑖𝑑𝑎 (4.11)
Sendo:
46
𝜀 = 0,308 𝑐𝑚³ 1,125 𝑐𝑚³ 𝜀 = 27 %
5.9 Resistência específica da torta e resistência do meio filtrante
Para determinar-se a resistência específica da torta e a resistência específica do meio é necessário compreender se a filtração se dá a pressão constante ou variável e se a vazão de entrada da suspensão no sistema varia.
Para isso, é necessário calcular a velocidade do filtrado (v) através dos dados de vazão média (Q) e da área do elemento filtrante (A) através da Equação (3.16).
𝑣 =𝑄
𝐴 (3.16)
Sendo:
Q Taxa de Filtrado
A Área do Elemento Filtrante v Velocidade do Filtrado
𝑣 =35,25 0,462 𝑣 = 0,0211 𝑚. 𝑠−¹
Utilizando a simplificação da equação geral da filtração (3.3), tem-se as Equações (3.11), (3.12) e (3.15). Através do gráfico que relaciona o diferencial de pressão e o tempo de filtração, é possível, através da linha de tendência e da equação da reta, obter bv (Figura 5.4).
47
Figura 5.4 - Pressão em relação ao tempo (Autor, 2018) Assim tem-se: 𝑏𝑣 = 132122 N. m−2 𝑏 (0,0211𝑚 𝑠) = 132122 N. m −2 𝑏 = 6261706 𝑁. 𝑚−3. 𝑠
Sendo a viscosidade da suspensão μ = 0,0665 Pa.s, tem-se a resistência específica do meio (R) através da Equação (3.12):
𝑏 = 𝜇𝑅 (3.12)
Sendo:
b Constante
µ Viscosidade do Filtrado
R Resistência de um Meio Filtrante
6261706 = 0,0665𝑅 𝑅 = 94160993 𝑚−¹
48 Sendo 𝑎𝑣2, segundo a equação da reta, 12,745 s, tem-se:
𝑎𝑣2 = 12,745 𝑠 𝑎(0,02112 𝑚. 𝑠−1) = 12,745 𝑠 𝑎 = 28626 𝑃𝑎. 𝑠. 𝑚−2 Sendo: a Constante v Velocidade Superficial t Tempo
Sendo a viscosidade da suspensão μ = 0,0665 Pa.s e a concentração de sólidos na suspensão c = 0,00760 𝑘𝑔. 𝑚−3, tem-se a resistência específica da torta (α) através da Equação (3.11):
𝑎 = 𝛼𝜇𝑐 (3.11)
Sendo:
α Resistência Específica da Torta µ Viscosidade do Filtrado
c Concentração de Sólidos na Suspensão a Constante
28626 𝑃𝑎. 𝑠. 𝑚−2= 𝛼(0,0665 𝑃𝑎. 𝑠)(0,00760 𝑘𝑔. 𝑚−3) 𝛼 = 5,664𝑥107 𝑚. 𝑘𝑔−1
Sendo a densidade dos resíduos (torta) calculada em 0,99 g. cm−3 e a densidade dos herbicidas sendo em média de 1,20 g. cm−3, o resíduo a ser retirado pelo sistema de
filtração, permanece sobrenadante na suspensão (Figura 5.5). Com a instalação do filtro tipo bag, notou-se que o particulado, antes encontrado sobrenadante, ficava de fato retido no sistema de filtração (Figura 5.6), comprovando assim visualmente a eficiência deste sistema.
49
Figura 5.5 - Resíduo sobrenadante no Tanque de Armazenamento (Autor, 2018)
Figura 5.6 - Tanque de Armazenamento sem Resíduos (Autor, 2018)
Também através do acompanhamento visual, notou-se que para este tipo de filtro podem ocorrer desvios de processo caso o mesmo não seja operado de acordo com as orientações do fornecedor. Por ser um equipamento que permite fácil acesso ao elemento filtrante, para o encaixe perfeito do cesto na carcaça do sistema de filtração são utilizados anéis de vedação. Caso o sistema de filtração seja montado sem qualquer material que garanta o encaixe entre o cesto e a carcaça do equipamento, pode ocorrer um escoamento de particulados fora do elemento filtrante.
50 Além de garantir um encaixe perfeito entre cesto e carcaça do equipamento, é necessário certificar-se que o elemento filtrante a ser utilizado está em perfeitas condições e que possui as dimensões corretas para a montagem do sistema de filtração (Figura 5.7). Estes elementos filtrantes, segundo a orientação de fornecedores do mercado, podem ser reutilizados de acordo com a torta retida no meio: caso a torta possa ser facilmente retirada do elemento filtrante, pode-se reutilizar o bag para mais uma saturação. Um ponto de atenção na reutilização deste elemento é garantir que as dimensões de seu aro,responsável pelo encaixe no cesto, não sejam alteradas durante a etapa de retirada da torta.
Figura 5.7 - Encaixe do Elemento Filtrante com o Cesto (Autor, 2018)
Através de cálculos, determinou-se também a concentração de sólidos na suspensão. Esta concentração foi determinada em 0,00760 kg. m−3. Considerando-se que em uma batelada de 40 m³, encontra-se em média 0,304 kg de resíduos a serem retirados da suspensão pelo sistema de filtração e calculando-se a porcentagem de resíduos em volume/volume através da densidade da torta (0,99 g. cm−3), estes representam em média 0,000007% do volume de uma batelada.
Quantificou-se ao determinar a curva de saturação do elemento filtrante em relação a pressão, que era necessário realizar a troca do elemento filtrante em uma média de 270 minutos de operação. Com isso, verificou-se a necessidade da instalação de um sistema de filtração em paralelo (Figura 5.8) visando diminuir os dowtimes do processo. Com apenas um filtro, ao chegar a saturação do mesmo, a transferência da suspensão seria
51 interrompida para a troca do elemento filtrante, impactando assim no envase do produto acabado. Já com o sistema em paralelo estariam disponíveis dois filtros, ou seja, o fluido passaria apenas por um filtro de cada vez, mas ao atingir a saturação deste filtro, o segundo estaria disponível para inversão do fluxo sem causar impactos na transferência do produto acabado.
Figura 5.8 - Filtro em Paralelo (Autor, 2018)
Ao realizar a leitura do gráfico de eficiência da bomba utilizada para a transferência de herbicidas ao sistema de filtração, verificou-se uma eficiência de 53% do equipamento. A eficiência máxima deste modelo de bomba de acordo com o forncedor é de 60%, sendo assim, a eficiência real está dentro de uma faixa adequada de operação.
Em relação aos cálculos de massa de torta por unidade de área do elemento filtrante, obteve-se um resultado de 0,661 kg. m−2, o que caracteriza uma torta de fina espessura (0,09 cm). Estes cálculos foram realizados de acordo com as dimensões fornecidas pelo fabricante do elemento filtrante e o cálculo de sua área.
52 Para os dados de porosidade, que relaciona o volume de espaços vazios no volume da torta, manteve-se a evaporação de toda a água contida na amostra por cerca de 24 horas em estufa a 105ºC. Utilizou-se a densidade da torta para obter-se o volume de água evaporada da amostra e assim quantificou-se uma porosidade de 27%.
Para a velocidade do filtrado, que é dada de acordo com a vazão pela área do elemento filtrante, encontrou-se um valor de 76,29 m. h−1 ou 0,0211 m. s−1. Neste
cálculo, como a variação da vazão de operação de acordo com a Tabela 5.8 é pequena, considerou-se o valor de vazão média para a realização dos cálculos.
De acordo com os dados coletados e características do processo observadas, os cálculos deste sistema de filtração se deram a vazão constante e pressão variável. Os principais cálculos para determinar a eficiência do sistema de filtração foram realizados através de dados da área do elemento filtrante, vazão do sistema, concentração de sólidos na suspensão e densidade da torta. A resistência do meio (R), foi determinada em 94160993 m−¹ . Já a resistência específica da torta (α), foi calculada em 5,664x107 m. kg−1.
Os dados encontrados neste estudo são singulares, ou seja, realizar a comparação com outros sistemas de filtração torna-se inviável pois cada sistema possui características particulares. Apesar disso, através das observações visuais do filtrado e dos cálculos de eficiência, este sistema é considerado como eficiente.
53
6 CONCLUSÃO
De acordo com o objetivo proposto neste projeto, que foi o estudo de separação de partículas indesejáveis em herbicidas por filtração, pode-se concluir que, através da visualização do filtrado e dos cálculos desenvolvidos para a obtenção dos valores de saturação do elemento filtrante, resistência específica da torta e resistência específica do meio, que o sistema de filtração selecionado foi eficiente e os dados obtidos permitem projetar outros filtros.
Cada sistema de filtração é único e possui suas particularidades. Cada processo produtivo possui uma determinada vazão, bem como uma concentração de sólidos diferentes nas suspenções. Com isso, realizar a comparação de dados de resistência do meio e resistência específica da torta com outros sistemas de filtração não é relevante.
Neste estudo, a concentração de sólidos a ser retirada da suspensão é uma das características chave para verificar a separação de partículas com o filtro selecionado. Neste caso, ao encontrar apenas 0,00002% de sólidos no fluido, o sistema de filtração do tipo bag se mostrou adequado. O filtro tipo bag é amplamente utilizado no mercado de produção de agroquímicos. Este tipo de filtro, se mostra propício para produções em batelada, nas quais os particulados a serem removidos da suspensão são em menor quantidade e facilmente retidos com o auxílio de um elemento filtrante eficiente. Este tipo de filtro possui algumas facilidades, como um rápido acesso ao elemento filtrante, condições operacionais simples e um baixo custo de operação (se operado corretamente, não necessita de manutenção constante).
Em um processo produtivo deve-se evitar qualquer tipo de parada de linha ou planta produtiva. Para isso, de acordo com a necessidade do processo, é preciso estudar e implementar ferramentas que visem a otimização do processo como um todo. Um sistema de filtração, em grande parte dos processos, é responsável por paradas de produção. Neste estudo, ao calcular-se a curva de saturação do elemento filtrante em relação ao tempo, verificou-se a necessidade de um filtro em paralelo para evitar a necessidade de parada de produção para a troca do elemento filtrante. Os filtros em paralelos, se utilizados corretamente, eliminam as paradas de planta relativas a saturação do sistema de filtração. Para a determinação da eficiência de uma filtração devem ser levados em consideração diversas características do processo produtivo. Os cálculos de eficiência são
54 baseados em vazão e diferencial de pressão. Conhecer a bomba de transferência do fluido é essencial para a realização destes cálculos pois, com sua curva característica, é possível determinar se a filtração se dá em vazão constante.
Neste estudo, a bomba utilizada para a transferência é do tipo centrífuga. Este tipo de bomba possui uma curva característica com variação da vazão em função da perda de pressão. No sistema de transferência da suspensão não há medidor de vazão disponível. Com isso, quantificou-se a variação de vazão da bomba através dos dados de diferença de pressão e tempo de filtração usando a característica da bomba.
Usando a curva característica da bomba, quantificou-se uma variação de vazão de cerca de 19%. Como esta variação é considerada pequena neste processo produtivo, os cálculos de eficiência foram realizados com a vazão média e o sistema considerado como sendo de vazão constante.
Já os dados de variação de pressão foram obtidos através de manômetros instalados no filtro e na bomba de transferência. Ao comparar os dados entre bomba e sistema de filtração, observou-se uma perda de carga mínima na linha (0,3 kg.cm−2).
Os dados de resistência do meio e resistência específica do meio são considerados como os principais cálculos para a determinação do desempenho de um sistema de filtração. Para obter estes valores é necessário conhecer as características do sistema e do fluido a ser filtrado como viscosidade e densidade. É também necessário determinar a área do elemento filtrante, a vazão do meio, a concentração de sólidos na suspensão e a variação de pressão durante a filtração.
Neste estudo, a resistência do meio (R), foi determinada em 94160993 𝑚−¹. Este
resultado é dependente da viscosidade da suspensão e da diferença de pressão encontrado no início da filtração.
Já a resistência específica da torta (α), foi calculada em 5,664x107 m. kg−1. Esta resistência é dependente dos valores de viscosidade da suspensão, da concentração de sólidos na suspensão e do coeficiente angular da reta obtido com base nos valores de pressão em relação ao tempo de filtração. A resistência específica da torta pode ser considerada como a resistência adicional à filtração devido a formação da torta no elemento filtrante. O valor da resistência está diretamente relacionado a massa de torta
55 depositada por unidade de área e, neste caso, a massa de torta por unidade de área possui um valor baixo de acordo com a espessura da torta formada.
Para a modelagem de sistemas de filtração é necessário a realização de testes piloto para que se possa estudar o comportamento da operação do sistema de retirada de