ESTUDO DA REMOÇÃO DE TORTAS DE FILTRAÇÃO DE GASES PARA PÓ
ORGÂNICO
1
A. L. R. Cezar, 2 P. M. Barros, 3 M. L. Aguiar, 3 J. R. Coury
1
Bolsista de Iniciação Científica da CNPq/UFSCar, discente do curso de Engenharia Química
2
Aluna de pós-graduação do Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de São Carlos
3
Professor(a) do Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de São Carlos
1,2,3
Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de São Carlos. Rodovia Washington Luis, Km 235, Caixa Postal 676 , São Carlos - SP, Brasil, CEP 13565-905, Tel.: 0xx-16-33518443
e-mail: mlaguair@ufscar.br
RESUMO – O estudo sobre filtração de gases contendo material particulado sólido vem se desenvolvendo com o intuito de melhorar a qualidade de ar e aprimorar a recuperação de material particulado, quando este apresenta algum valor econômico agregado. Assim o objetivo deste trabalho foi estudar a remoção de tortas de filtração de gases em filtros mangas para diferentes quantidades de material particulado depositados no filtro de poliéster durante a filtração de gases. Para tal finalidade investigou-se a força de adesão torta-tecido, um parâmetro muito importante no processo de limpeza dos tecidos, uma vez que dela depende o correto dimensionamento do dispositivo de remoção da torta. Utilizou-se o método proposto por SEVILLE et al. (1989) para a aquisição dessa força de adesão por unidade de área. Para este estudo empregou-se como meio filtrante o poliéster e como material particulado o amido de mandioca, um material orgânico com esfericidade de aproximadamente igual a 1. Os resultados mostraram que a força de adesão não sofreu influência da quantidade de pó depositada no filtro, permanecendo constante em um valor de 1,80N.
Palavras-Chave: filtração de gases, remoção de tortas, força de adesão
INTRODUÇÃO
Com o advento da industrialização, a poluição atmosférica se tornou um grave problema para a humanidade, por estar relacionada à degradação do meio ambiente e a qualidade de vida das pessoas.
A poluição do ar é, provavelmente, o produto indesejável mais visível da civilização (GOLDENBERG, 2003). Esse tipo de poluição advém principalmente da eliminação de material particulado por grande parte das indústrias, e pela queima de carvão e derivados do petróleo como os combustíveis.
Considera-se como material particulado disperso no ar qualquer substância, à exceção da água pura, que existe como sólido ou liquido na atmosfera e tem dimensões microscópicas ou submicroscópicas, porém maiores que as dimensões moleculares (LORA, 2002). Por alguns materiais particulados serem nocivos à saúde humana, as indústrias devem utilizar equipamentos de limpezas de gases com o intuito de atender as normas da legislação vigente e melhorar qualidade do ar emitido ao meio ambiente.
O efluente gasoso liberado pelas atividades industriais geralmente é constituído por material particulado sólido. Segundo HINDS (1999), a
filtração é um dos métodos mais comuns na coleta de material particulado, já que utiliza equipamentos de grande eficiência e pouco sensível às mudanças nas condições operacionais.
Um dos equipamentos mais utilizados na filtração gás-sólido são os filtros de tecidos, ou também conhecidos como filtros manga, a finalidade desses equipamentos é de evitar a emissão de partículas ao meio ambiente, além de recuperar uma alta porcentagem do material particulado que seria desprezado, quando este possui algum valor econômico agregado.
Esses filtros são largamente empregados pela sua alta eficiência no processo de retenção das partículas podendo chegar a até 99,9% numa ampla faixa granulométrica (LORA, 2002), pela sua facilidade de operação e pelo baixo custo de implantação. Entretanto, oferecem uma razoável resistência ao fluxo de gás (SILVA, 1999), por causa da formação da torta de pó na superfície do meio filtrante, elevando a perda de carga do processo. Neste caso, a camada de pó depositada deverá ser removida através do processo de limpeza, a fim de minimizar a resistência oferecida à passagem de gás. A combinação de uma máxima eficiência de coleta com uma mínima perda de carga proporciona uma filtração com padrões excelentes.
VIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica Portanto, o estudo sobre filtração de gases
vem se desenvolvendo cada vez mais por todo o mundo, com o objetivo de melhorar a qualidade do ar e aprimorar a recuperação das partículas, além de oferecer um melhor rendimento operacional e econômico para as indústrias.
Neste contexto, AGUIAR e COURY (1991) através da remoção da torta por fluxo de ar reverso estimaram a força de adesão torta-tecido, para três frações de pó de concentrado fosfático, e, também, relacionaram a força de adesão obtida experimentalmente à tensão de ruptura de um aglomerado de partícula, baseado na teoria de Rumpf. Eles encontraram resultados semelhantes aos resultados experimentais estimados pelo método de SEVILLE et al (1989) ao considerarem que as forças de Van der Waals eram as únicas relevantes.
NÓBREGA e COURY (1992) estimaram a força de adesão por unidade de área, para quatro frações de pó, de rocha fosfática. Também relacionarem a força de adesão à tensão de ruptura de um aglomerado de partículas, corresponde a teoria de Rumpf. Nesse estudo os autores concluíram que para as tortas mais espessas a remoção foi mais rápida e eficiente.
AGUIAR (1995) determinou a força de adesão torta-tecido por unidade de área utilizando-se como material pulverulento o calcário dolomítico e o fluxo de ar reverso como técnica de limpeza, adquirindo um valor de 85, 75 N/m2. Observou também que a força de adesão diminui com o aumento do diâmetro das partículas.
DIETRICH et al. (1996) compararam vários trabalhos e observaram que a maioria deles apresentou resultados bastante similares sobre o deslocamento de tortas de filtração de gases. Concluíram que a separação de tortas de filtração de meios rígidos, tais como os cerâmicos, requer uma maior tensão de ruptura que o meio filtrante flexível, nas mesmas condições.
LUCAS et al. (2000) notaram que a tensão de remoção aumentou com a velocidade superficial de filtração e com a vazão mássica de pó para o talco e para a rocha fosfática.
RODRIGUES (2004) estudou a remoção de tortas de filtração de gases utilizando tecidos de polipropileno e de algodão. Ele concluiu em seu estudo que o tecido de polipropileno apresentou um maior grau de limpeza de tortas de filtração quando comparado com tecido de algodão e que a tensão de remoção das tortas dos tecidos aumentou com o aumento da velocidade de filtração, para ambos os tecidos.
Assim, o presente trabalho tem como objetivo estudar o comportamento da remoção de tortas de filtração de gases em filtros manga, para diferentes quantidades de pó depositadas durante a filtração de gases. Analisando desta maneira, a
força de adesão torta-tecido, um parâmetro que fornece que condição operacional deve ser utilizada para se obter uma alta eficiência na remoção das partículas.
MATERIAS E MÉTODOS
Para a realização dos procedimentos de filtração e de limpeza, foi utilizado um equipamento pertencente ao laboratório de Engenharia Química da Universidade de São Carlos, sendo ilustrado na Figura 1. Esse equipamento consistia em uma caixa de filtração de aço inox, onde foram colocados o meio filtrante, o alimentador de pó, os desumidificadores, o soprador e os manômetros, para medir as velocidades de filtração e limpeza, e, também, a pressão. Juntamente a esse equipamento existia um sistema de válvulas, que por meio da combinação delas, invertia-se o fluxo de ar, de tal forma que ar poderia ser sugado, durante a operação de filtração, ou soprado, durante a limpeza do filtro.
Caixa de filtração: A caixa de filtração constituía de duas tampas, unidas por uma dobradiça. Entre essas tampas era colocado o meio filtrante. Para garantir a vedação do sistema, as tampas eram revestidas de borracha. Encontravam-se conectados na caixa de filtração, duas mangueiras de 2’’ de diâmetro, sendo uma delas ligadas ao soprador e a outra ao gerador de pó. Através de um sistema de articulação, a caixa era posicionada verticalmente durante a filtração e horizontalmente durante a limpeza do filtro.
Alimentador de pó: O alimentador de pó era do tipo prato giratório, de aço inoxidável de 24 cm de diâmetro, que girava em torno do seu próprio eixo. Juntamente a esse prato foi acoplado um controlador de velocidade de rotação, para permitir a variação da vazão de alimentação de pó. Na parte superior do prato foi fixado um cone para a alimentação de pó. Uma vez alimentado, o pó era forçado a escoar radialmente pela a ação de um nivelador, preenchendo um sulco semicircular que havia em volta do prato. Para aspirar esse pó retido dentro do sulco e encaminha-lo até o caixa de filtração, um sugador do tipo Venturi foi instalado na parede externa do alimentador de pó. A vazão de material pulverulento utilizada foi de 0,025 g/s. Uma caixa de aço envolvia o alimentador de pó com a finalidade de manter a umidade interna relativamente baixa.
Desumidificadores: Na parte externa a caixa de aço foram colocados duas colonas de desumificadores contendo sílica em gel, para promover a passagem de ar seco. O controle da umidade era essencial para o material pulverulento esteja agregado, podendo diminuir a vazão de pó pelo o aumento da resistência da
VIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica torta de filtração. A umidade dentro da caixa de
filtração foi mantida em torno de 20%.
Manômetros: Foram utilizados manômetros diferenciais do tipo de U, tendo água como fluido manométrico, para aferir a queda de pressão total do filtro e vazão do gás.
Soprador: A sucção do gás e limpeza do meio filtrante foram realizadas por um soprador marca IBRAM com 4 HP de potência.
Controle e direcionamento do fluxo: A direção do escoamento do ar foi realizada por 3 válvulas do tipo gaveta e uma controladora de fluxo, que juntas controlavam a vazão e invertia o sentido do escoamento do gás durante o modo de limpeza.
Material pulverulento: O material pulverulento utilizado foi o amido de mandioca, mais popularmente conhecido como polvilho doce, da marca Yoki. Essa escolha foi decorrente do fato de representar um material orgânico e da sua esfericidade ser aproximadamente igual a 1, ou seja, por apresentar uma esfericidade que proporciona uma excelente aderência ao tecido.
A densidade (
ρ
P) do polvilho doce foideterminada utilizando o Picnômetro digital a Hélio, ACCUPYC 1330, da Micromeritics, com
precisão de ± 0,06 g/cm³. O valor médio encontrado para este material foi de 1,49 g/cm3. Já o diâmetro médio volumétrico das partículas foi de 14,10 µm medido no equipamento MALVERN MASTERSIZER.
Meio filtrante: O meio filtrante utilizado foi fornecido pela empresa GINO CACCIARI e possuía especificação 1016P, sendo de fibra 100% poliéster, gramatura (G) de 0,550 kg/m2, espessura (LF) de 1,9 mm e com contextura de
feltro agulhado. Para facilitar a remoção da torta de filtração, esse tecido recebeu tratamentos de calandragem e chamuscagem em uma das suas faces. Esse tecido foi cortado em forma quadrangular de 15 cm de lado, resultando em uma área filtrante igual a 225 cm2.
O poliéster foi selecionado como meio filtrante por apresentar as maiores massas removidas de pó durante a limpeza em estudos anteriores (CAMPOS, 2008), quando comparados a outros tecidos de fibras sintéticas, como o acrílico e o polipropileno.
Balanças: Foram utilizadas duas balanças simultaneamente. Uma AM5500 para aferir a massa do filtro antes e depois do processo de
Figura 1 – Ilustração do equipamento utilizado durante a filtração e limpeza do filtro filtração, da marca Automarte e com dois
algarismos significativos. E outra balança semi-analítica, Bk400, para medir a massa de pó desprendida em cada velocidade de limpeza, da marca Gehak e com quatro algarismos significativos.
Variáveis e condições operacionais durante o processo de filtração e limpeza: a velocidade de filtração foi mantida constante durante todo o processo, em 7,5 cm/s. Para este trabalho foram investigadas cinco diferentes espessuras de
tortas de filtrações, que correspondem as seguintes massas totais de pó depositadas na filtração por unidade de área: 0,070; 0,086; 0,092; 0,116 e 0,130 g/cm2. A remoção das tortas de filtração foi efetuada pelo processo de fluxo de ar reverso de forma consecutiva, ou seja, passando por várias velocidades de limpeza de maneira sucessiva. Desse modo, cada torta foi limpa a uma velocidade menor, e logo em seguida a uma velocidade maior, passando pelas seguintes velocidades de limpeza: 0,5; 1; 2; 3; 6; 9; 12 e 15 cm/s. Portanto, para cada uma dessas caixa de filtração m anôm etros Gerador de pó desum idificadores soprador
1
2
3
C ontrole manual da velocidade de filtração Variador de velocidadeVIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica velocidades de limpeza foi obtida uma queda de
pressão corresponde.
Determinação da Força de Adesão
A força de adesão por unidade de área é definida como a tensão de remoção entre a torta e o tecido. Para calcular o valor dessa tensão, foi utilizado o método proposto por SEVILLE et al. (1989) que emprega a grandeza chamada de fração de massa retida na torta (γ), representada pela equação: Ei Ri
W
W
=
γ
(1)sendo WRi a massa retida no filtro por unidade de
área após uma determinada velocidade de limpeza, e WEi a massa total de pó depositada
por unidade de área durante a filtração.
Dessa forma, é possível obter um valor de fração mássica retida para cada velocidade de limpeza, que também esta representava uma determinada queda de pressão correspondente.
Assim, a aplicação do método se desenvolveu com o cálculo desta fração, utilizando-se os dados experimentais, como a massa total de pó depositada durante o processo de filtração e a massa de pó desprendido após terminar cada etapa de limpeza, que acarretava na massa de pó retida no filtro a cada velocidade de limpeza.
Primeiramente, os valores de velocidade de limpeza (Uc) foram plotados em função das
frações mássicas de torta retida correspondentes, ilustrado na Figura 2. Cada curva representa uma diferente massa de pó deposita no filtro durante a filtração por unidade de área, nesse trabalho foram obtidas 5 curvas.
Figura 2 - Velocidade de Limpeza em função da fração mássica retida
Semelhantemente, também foi construído com gráfico de queda de pressão parcial de limpeza (∆Pc) em função das frações de massa
retida correspondente, como demonstrado na Figura 3. Obtendo novamente 5 curvas.
Figura 3 – Queda de pressão na limpeza em função da fração mássica retida
Com esses mesmos valores de frações mássicas escolhidos, foram encontrados os valores correspondentes de queda de pressão de limpeza no gráfico da Figura 3.
Finalmente, foram plotados os valores obtidos de queda de pressão de limpeza em função da velocidade de limpeza. Então foi executada uma regressão linear, para se adquirir uma curva representativa da variação da queda de pressão de limpeza em função da velocidade de limpeza, como mostra a Figura 4.
Figura 4 – Queda de pressão na limpeza em função da velocidade de limpeza.
Assumindo que ruptura da torta se dá na interface torta-tecido, o método proposto por SEVILLE et al. (1989) sugere como a representação dessa última curva a equação a seguir:
∆Pc = K
1 .Uc + ∆Ptc (2)
Em que ∆Pc é a queda de pressão total no filtro no momento da limpeza, Uc a velocidade
VIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica superficial do gás na limpeza, K1 a resistência
específica do meio filtrante e ∆Ptc a queda de pressão na torta. O sub-índice c denota as condições críticas de remoção. Nessas condições, ∆Ptc é, portanto a força de adesão por unidade de área entre a torta e o meio filtrante. Assim, para encontrar à força de adesão torta-tecido multiplicou-se o valor do coeficiente linear pelo valor da área da célula experimental de filtração.
Com os resultados adquiridos, foi possivel comparar o comportamento desenvolvido no processo de limpeza por cada massa total de pó depositada no filtro analisada neste trabalho. Relação Entre a Tensão de Ruptura de um Aglomerado de Partículas e a Força de Adesão
VISSER (1978), CROSSS E CENTRONIO (1978) e ZIMON (1969) estudaram alguns fatores que influenciam na adesão entre partículas - superfícies e partículas - partículas. Alguns desses fatores são: reações químicas, capilaridade, forças de Van der Waals e forças eletrostáticas. Na situação de pós secos, os dois últimos fatores citados são os que mais contribuem na adesão entre partículas.
As forças de Van der Waals (FVdW) são
forças de ligações secundárias entre átomos e moléculas. São muito mais fracas que as de ligações primárias (ligações iônicas, covalentes e metálicas), mas menos dependentes de maior alcance e dos materiais constituintes.
HAMAKER (1937) propôs uma expressão para exprimir as forças de Van der Waals entre duas partículas de diâmetro d1 ed2:
)
d
d
.(
a
.
12
)
d
d
.(
H
F
2 1 2 2 . 1 vw+
=
(3)
sendo que a é a distância de separação entre duas superfícies e H é a constante de Hamaker, que depende das características do material e possui valores na ordem de grandeza de 10-20 a 10-19 Joules (HAMAKER, 1937). Para o Polvilho Doce, material utilizado nesse estudo, essa constante vale 5,2x10-20 J (obtido por FELICETTI, 2008).
O maior desafio na determinação dessa força se encontra na quantificação da distância de separação efetiva (a) entre duas partículas. Segundo SCHUBERT (1981), a menor distância possível entre duas partículas esféricas lisas, seria de 4x10-10 m e, para partículas reais, propôs que a estaria entre 4x10-10 e 4x10-8 m.
Para duas partículas de mesmo diâmetro dp (d1=d2), a Equação 3 se torna: 2
.
24
.
a
d
H
F
vw=
p(4)
As forças eletrostáticas possuem pouca influência na força total de adesão torta-tecido quando comparados as de Van der Waals. Pois, possuem um valor absoluto relativamente pequeno, tipicamente apresentam uma ordem de grandeza menor que as forças de Van der Waals.
Segundo RUMPF (1962), se um aglomerado de partículas esféricas com diâmetro dp é submetido a uma tensão normal σ,
assume-se que essa tensão esta relacionada com a soma das forças interparticulares individuais que agem nos pontos de contato das partículas, como mostra a equação a seguir:
σ∗ = n . F (5)
em que
F
é a força média atuando nos pontos de contato e n é o número médio de contatos partícula-partícula por unidade de área numa secção transversal do aglomerado. O parâmetro n pode ser expresso em função da porosidade da torta,ε , como:n = 1,1. (1-ε) . ε
-1. d
p-2(6)
Conforme RUMPF (1962), a resistência limite de um aglomerado é alcançada quando as forças de separação impostas pela tensão normal sejam iguais às forças de adesão, portanto, a ruptura de um aglomerado ocorre com a ruptura simultânea das n ligações interparticulares na superfície da ruptura. Nesse contexto a tensão de ruptura é escrita como:
σ
r∗ = n . F
a(7)
em que Fa é a força de adesão partícula-partícula.
Para aglomerados secos, com umidade relativa abaixo de 50%, as forças de Van der Waals podem ser consideradas como sendo as únicas relevantes. Assim substituindo a Equação 4 na Equação 7, tem-se a equação da tensão ruptura, dada por:
2
.
24
.
.
*
a
d
H
n
p r=
σ
(8)
Substituindo a Equação 6 na Equação 8 tem-se: 2
.
.
).
1
.(
046
,
0
*
a
d
H
p rε
ε
σ
=
−
(9)
Logo, a Equação 9 fornece o valor da tensão de ruptura de um aglomerado de partículas. Essa equação será utilizada para a torta de filtração de gases.
VIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Estimativa da Força de Adesão por Unidade de Área
As figuras a seguir ilustram o desenvolvimento do método proposto por SEVILLE et al. (1989). As Figuras 5 e 6 representam, respectivamente, a velocidade de limpeza em função da fração de massa retida e a queda de pressão na limpeza em função da fração de massa retida. Nessas figuras estão apresentadas as cinco diferentes quantidades de pó depositadas durante a filtração por unidade de área, que foram utilizadas nos ensaios experimentais.
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0 2 4 6 8 10 12 14 16
Fração de massa retida (γ)
V e lo c id a d e d e l im p e z a ( c m /s ) 0,070 g/cm 2 0,086 g/cm2 0,092 g/cm2 0,116 g/cm2 0,130 g/cm2
Figura 5 - Velocidade de limpeza em função mássica retida para o Polvilho Doce em filtro de poliéster.
As curvas, da Figura 5, apresentaram de um modo geral um comportamento semelhante para as diferentes quantidades de massa de pó depositadas na filtração por unidade de área. Nota-se, que para o mesmo grau de limpeza, a mediada que aumenta a espessura da torta, a velocidade do gás necessária para limpar o tecido diminui.
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 Q u e d a d e p re s s ã o d e l im p e z a ( N /m 2 )
Fração de massa retida (γ) 0,070 g/cm2 0,086 g/cm2 0,092 g/cm2 0,116 g/cm2 0,130 g/cm2
Figura 6 – Queda de pressão na limpeza em função da fração mássica retida para o Polvilho Doce em filtro de poliéster.
Observa-se na Figura 6 que quanto mais limpo o meio filtrante maior é a queda de pressão de limpeza necessária para a remoção da camada residual. Além disso, analogamente ao observado acima, para um mesmo grau de limpeza, precisa-se de uma maior queda de pressão de limpeza, a medida que se diminui a massa de pó depositada na filtração por unidade de área.
Para a obtenção dos valores de tensão de remoção, construiu-se a Figura 7, com os dados obtidos das Figuras 5 e 6, e ajustou-se uma reta com os pontos experimentais de ∆Pc e de Uc,
sendo que os coeficientes lineares obtidos representam os valores dessas tensões.
0 2 4 6 8 10 12 14 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 0,070 g/cm2 0,086 g/cm2 0,092 g/cm2 0,116 g/cm2 0,130 g/cm2 Q u ed a d e P re ss ão n a L im p ez a ( N /m 2 ) Velocidade de Limpeza (cm/s)
Figura 7 – Queda de pressão na limpeza em função da fração mássica retida para o Polvilho Doce em tecido de poliéster.
Os pontos experimentais de queda de pressão na limpeza em função da velocidade de limpeza, das cincos curvas estudadas, se ajustaram a uma única curva, representada pela equação a seguir, com ∆Pc em N/m2, Uc em cm/s e R2=0,980.
∆Pc = 10,47 . Uc + 80,03
(10) O coeficiente linear dessa reta representa a tensão de remoção, com valor de 80,03 N/m2. Ou seja, todas as cinco diferentes massas de pó depositadas na filtração por unidade de área obtiveram o mesmo valor de tensão de remoção, consequentemente uma mesma força de adesão torta-tecido. Essa força foi encontrada multiplicando o valor da tensão de remoção (80,03 N/m2) pelo valor da área útil de filtração (225cm2), obtendo um valor aproximado de 1,80N.Já o coeficiente angular desta reta, simboliza a resistência especifica da torta, com um valor de 10,47 N.s/m2.cm (1047 N.s/m3), independente da fração de massa retida.
Entretanto, esses resultados discordam com o trabalho de SEVILLE et. al. (1989), onde para diferentes quantidades de pó depositas na
VIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica filtração por unidade de área deveria se obter
curvas com o mesmo coeficiente linear, mas com diferentes coeficientes angulares. Mas comparando com o trabalho de AGUIAR (1995), esses resultados são satisfatórios, uma vez que os dados experimentais se ajustaram a uma única curva como obtida por esse autor.
Relação entre Força de Adesão e Tensão de Ruptura de um Aglomerado de Partículas
Apesar de estar se tratando da remoção de tortas de filtração, o mecanismo reduz-se fundamentalmente à separação das forças de adesão, provavelmente partícula-partícula. Assim, COURY e AGUIAR (1998) decidiram testar a aplicabilidade da equação proposta por RUMPF (1962) na remoção de tortas de filtração de gases e verificaram que apesar de se tratar de um sistema bastante distante do ideal, ou seja, partículas esféricas e com diâmetro uniforme, esta equação pode ser utilizada no desenvolvimento de técnicas de limpeza de filtros de tecido. Dessa forma, utilizou-se a teoria de RUMPF (1962) para analisar o resultado experimental obtido da força de adesão por unidade de área, necessária para expulsar as tortas de polvilho doce.
Na Equação 9, a porosidade é uma variável que precisa ser estimada. Como essa variável é extremamente difícil de obtida experimentalmente, utilizaram-se equações obtidas em outros trabalhos, ITO e AGUIAR (2009) e AGUIAR (1995).
ITO e AGUIAR (2009) obtiveram através de dados experimentais uma expressão para calcular a porosidade média de tortas de filtração de gases de polvilho doce em função da velocidade superficial de filtração:
ε = 1- 0,38 . V
f 0,11(11)
Portanto, utilizando a equação 11 o valor encontrado para a porosidade média foi de 0,53.
AGUIAR (1995), também utilizando os dados experimentais de porosidade média encontrou uma expressão para calcular a porosidade em função da massa de pó acumulada por unidade de área (W), dada por:
ε = 0,415.W
-0,078(12)
Empregando a equação 12, para as cinco diferentes quantidades de pó depositadas no filtro por unidade de área, os valores de porosidades médias encontrados foram: 0,51, 0,50, 0,50, 0,49 e 0,49. Ou seja, uma porosidade média de 0,50, bem próxima ao valor obtido pela Equação 11. Portanto, adotou-se para esse trabalho o valor de porosidade média de 0,50, coerente com a
primeira casa decimal dos dois resultados encontrados.
Com os dados de ε, dp e H, a Equação 9
pode ser utilizada, uma vez que se admite que a tensão de ruptura (σr*) possa ser dada pela força
de adesão por unidade de área, calculada pelo método de SEVILLE et al. (1989). Dessa maneira, foi possível estimar o valor da distância de separação efetiva (a), que foi de 1,46x10-9 m. Assim, verificou-se que esse valor obtido estava dentro da faixa sugerida por SCHUBERT (1981). Por conseqüência, o valor de tensão de remoção obtido experimentalmente foi coerente.
CONCLUSÃO
Considerando-se os objetivos que este trabalho se propõe e os resultados experimentais, pode-se concluir que:
os pontos experimentais de ∆Pc e de Uc para
o polvilho doce se ajustaram a uma única curva para todas as massas de pó depositadas na filtração por unidade de área. a força de adesão, não sofreu influência da
quantidade de massa de pó depositada na filtração por unidade de área, permanecendo constante em um valor de 1,80N.
NOMENCLATURA
SímbolosA - área filtrante, [L2]
a – distância de separação entre as partículas, [L] dp- diâmetro médio da partícula, [L]
F – força média nos pontos de contato, [M L t-2] Fa – Força de adesão, [M L t
-2
] G - gramatura do meio filtrante, [M L-2] H – constante de Hamaker,[M L-2 t-2]
K1 - resistência específica do meio filtrante,
[M L-2 t-1]
LF -espessura do meio filtrante, [L]
n – número de contato partícula-partícula por unidade de área numa secção transversal do aglomerado, [L-2]
Uc - velocidade superficial do gás na limpeza,
[L t-1]
Vf – velocidade de filtração, [M t-1]
W – massa de pó depositada por unidades de área, [M L-2]
WEi -massa total de pó depositada por unidade
de área durante a filtração, [M L-2]
WRi - massa retida no filtro por unidade de área,
[M L-2]
∆Pc - queda de pressão parcial de limpeza,
[M L-1 t-2]
∆Ptc – queda de pressão na torta no momento de ruptura, [M L-1 t-2]
ε - porosidade da torta, [adimensional]
VIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica ρP -densidade da partícula, [M L -3 ] σ *- tensão normal, [M L-1 t-2] σr * - tensão de ruptura, [M L -1 t-2] Siglas
CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
UFSCar - Universidade Federal de São Carlos
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AGUIAR, M.L., 1991. Filtração de ar em filtros detecido, PPG-EQ/Faculdade de Engenharia Química da UFSCar, São Carlos – SP (Dissertação de Mestrado).
AGUIAR, M.L., 1995. Filtração de gases em filtros de tecido: Deposição e Remoção da Camada de Pó Formada, PPG-EQ/Faculdade de Engenharia Química da UFSCar, São Carlos – SP (Tese de Doutorado).
AGUIAR, M.L. & COURY, J.R., 1991. Filtração de ar em filtros de tecido com limpeza por fluxo de ar reverso. In: XIX Encontro Sobre Escoamento em Meios Porosos, Anais do XIX ENEMP, Campinas, S.P., vol. 2, p. 630-642.
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AGRADECIMENTOS
Os autores deste trabalho agradecem a GINO CACCIARI pelo fornecimento do meio filtrante e a CNPq/UFSCar pelo apoio financeiro dado ao presente trabalho.
