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3-FILTRO-PRENSA DE PLACAS E QUADROS
3.1 Introdução:
O filtro-prensa é, há muito tempo, o dispositivo de filtragem mais comum na
indústria química. Embora esteja sendo substituído, nas grandes instalações por
dispositivos de filtragem contínua, tem as vantagens de baixo custo na inversão inicial,
custo de manutenção pequeno e extrema flexibilidade de operação. Por outro lado, a
necessidade de desmontagem manual periódica constitui um dispêndio de mão-de-obra
que é, frequentemente, excessiva.
O modelo mais comum de filtro-prensa consiste em placas e quadros que se
alternam numa armação e que são comprimidos fortemente, uns contra os outros, por
meio de uma prensa-parafuso. Na figura 3.5 aparece um par constituído por uma placa e
um quadro com o meio filtrante; a figura 3.3 e 3.4 é a foto da parte interna de um filtro-
prensa de placa e quadro com todos os seus acessórios; a figura 3.1 mostra a parte
externa de um filtro-prensa.
3.2 Objetivo:
Operar uma unidade de filtro-prensa de placas e quadros e realizar os cálculos
pertinentes.
Construir um gráfico da relação entre volume de filtrado e o tempo de filtração
ff V/ em função do volume do filtrado
fV para a mistura de carbonato de
cálcio e água.
Determinar as constantes da torta 1K e do meio filtrante 2K pelo coeficiente
angular e linear da reta (torta incompressível) em a.
(Opcional a critério do professor) Calcular pelas constantes 1K e
2K os
parâmetros: fração de vazios (Ԑ), resistência específica da torta (α) e do meio
filtrante (Rm), espessura da torta equivalente ao meio filtrante (lh) e a capacidade
do filtro.
3.3 Materiais e Métodos:
3.3.1. Materiais:
As figuras 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 e 3.5 apresentam as partes do filtro-prensa de placas
e quadros com seus acessórios. As utilidades para a operação são energia elétrica e uma
mistura de água e carbonato de cálcio (CaCO3).
Figura 3.1:Conjunto filtro-prensa de placas e quadros e tanque de solução; 1) Tanque de suspensão,
misturasólido-líquido a ser separada. 2) Filtro-prensa de placas e quadros. 3) Conjunto motor-bomba.
Figura 3.2 :Parte frontal do filtro-prensa de placas e quadros; 1) Válvula de alimentação. 2) Válvula de
reciclo. 3) Mangueira de filtrado.
1
2
3
1
2
3
Figura 3.3 :Parte interna do filtro-prensa de placas e quadros; 1) Carcaça. 2) Mandíbula fixa (corpo fixo
do filtro). 3) Mandíbula móvel (corpo móvel do filtro). 4) Parafuso. 5) Corpo fixo com rosca interna para
suporte do parafuso. 6) Haste ou manípulo para girar o parafuso e prensar o conjunto de placas e quadros
com os meios filtrantes. 7) Manômetro de Bourdon.
Figura 3.4 :Parte interna do filtro-prensa de placas e quadros; 1) Corpo fixo com rosca interna para
suporte do parafuso. 2) Parafuso. 3) Quadro com meio filtrante em ambos os lados para retenção da torta.
4) Mandíbula fixa (corpo fixo do filtro). 5) Orifício para limpeza. 6) Válvula do filtrado. 7) Diafragma do
manômetro de Bourdon. 8) Placa para escoamento do filtrado. 9) Bandeja. 10) Mandíbula móvel (corpo
móvel do filtro).
Figura 3.5 :Conjunto de placas e quadros com o elemento filtrante; 1) Quadro com um só furo para
entrada da mistura sólido-líquido. 2) Meio filtrante. 3) Placa com um só furo para saída do filtrado.
3.3.2 Metodo:
Pese os elementos filtrantes e o conjunto de placas e quadros antes de iniciar o
experimento.
Monte as placas/quadros (quatro) com os meios filtrantes (cinco) na sequência
apresentada na figura 3.4. Evite dobras nos meios filtrantes e faça coincidir os
orifícios destes meios com os orifícios de entrada da suspensão e de saída do
filtrado das placas e dos quadros.
Prense o conjunto (placas/quadros e meios filtrantes) girando o parafuso pelo
manípulo.
Adicione 40L de água no tanque e adicione 0,4 kg de cal.
Feche totalmente a válvula de alimentação e abra a válvula do reciclo.
Ligue o motor que aciona a bomba. Se o procedimento for correto, a suspensão
de carbonato de cálcio e água sairá do tambor, passará pela bomba, válvula de
reciclo e retornará ao tanque em regime permanente.
Verifique a temperatura da mistura líquido-sólido presente no tanque de
suspensão.
Feche a válvula de reciclo e abra a válvula de alimentação. A pressão no início
será 0 bf/pol² . A medida que o material passa pelo filtro, as partículas da
solução ficam retidas no filtro formando uma torta, no qual haverá um aumento
da pressão no sistema. Esse aumento ocorre aproximadamente após 5 min..
1 2 3
Abra a válvula de reciclo para controlar a pressão manométrica que deve ficar
próxima de 10 lbf/pol² no manômetro. Dispare o cronômetro. Anote o tempo de
filtração correspondente a cada volume de 1000 mL de filtrado recolhido no
balde graduado até atingir o volume de 20 litros. Após atingir o volume de 20
litros pare o cronômetro e termine a anotação do par: tempo de filtração versus
volume de filtrado.
OBS: Deve-se adicionar o tempo de montagem, desmontagem e limpeza do
filtro ao tempo de filtração e o seu correspondente volume de filtrado para
se obter a “capacidade máxima” de filtração por ciclo.
Gire o parafuso no sentido anti-horário, retire os quadros do filtro e coloque a
torta em uma bandeja previamente pesada.
Anote o tempo de abrir, limpar e remontar o filtro.
Pese o conjunto torta/bandeja e coloque em uma estufa a 105ºC. Após a secagem
(massa constante), pese novamente o conjunto torta/bandeja.
Meça o volume interno dos quadros. Se o quadro tiver uma área difícil de ser
calculada (por exemplo, com bordas internas abauladas para a passagem da
suspensão e do filtrado) pode-se contornar esta área com um lápis em um papel
de boa qualidade, recortar esta área, pesar e relacionar com a massa de uma área
conhecida deste mesmo papel. É comum o emprego do papel para fotocópia com
massa de75 g/m2 (gramatura).
3.3.3 Tratamento de Dados:
A operação à pressão constante é, em geral, realizada transportando-se a
suspensão para o filtro através de uma bomba de deslocamento positivo e mantendo-se a
pressão selecionada através do controle das válvulas (entrada do filtro e reciclo) da
suspensão para o tanque de alimentação.
Os valores de K1 e K2 para uma dada suspensão que forma uma torta
incompressível podem ser calculados integrando-se a equação 3.1 obtida da equação de
Koseny-Carman para escoamento laminar em tortas. Estas constantes com as
conseguintes resistências específicas da torta e do meio filtrante são necessárias para a
ampliação da escala e a análise de filtros industriais e pilotos.
𝑑𝜃 = (𝐾1𝑉 + 𝐾2)
𝑃
𝑣𝑓
0
𝜃
0
𝑑𝑉 Eq. 3.1
𝜃𝑓 = 𝐾1
2𝑃𝑉𝑓
2 +𝐾2
𝑃𝑉𝑓 Eq. 3.2
𝜃𝑓
𝑉𝑓= 𝐾1
2𝑃𝑉𝑓 +
𝐾2
𝑃 Eq. 3.3
Onde:
𝜃𝑓 =tempo de filtração [h]
𝑉𝑓 =volume de filtração, [m3]
𝐾1 =constante que depende da torta:
721m.h
kg
)1( Am
SK
Eq. 3.4
𝐾2 =constante que depende do meio filtrante:
42m.h
kg
A
RK m
Eq. 3.5
α = resistência específica da torta, [m/Kg]
µ = viscosidade do fluído, [Kg/m.h]
S = fração mássica de sólido ( adimensional):
ls
s
MM
MS
Eq. 3.6
Ms = massa do sólido, [Kg]
Ml = massa de líquido, [Kg]
ƿ = densidade do líquido, [kg/m³]
m = relação entre a massa de torta úmida e torta seca, adimensional
A = área de filtração, [m²]
Rm = resistência específica do meio filtrante:
)()1( 12 mAK
lR hsm
Eq. 3.7
Ԑ = fração de vazios:
𝜀 =𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑧𝑖𝑜𝑠
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑟𝑡𝑎 Eq. 3.8
𝜌𝑠 =densidade do sólido, [Kg/m³]
lh= espessura da torta de resistência equivalente ao meio filtrante, [m]
A partir dos dados experimentais 𝜃𝑓 e𝑉𝑓 obtém-se o coeficiente angular e linear
da reta representada pela equação 3 através de métodos numéricos ou gráficos.
3.4 Bibliografia:
FOUST, A. S.; WENZEL, L. A.; CLUMP, C. W.; MAUS, L.; ANDERSEN, L. B.
Princípios das Operações Unitárias. 2. ed. LTC, Rio de Janeiro, 1982.
JR, D. M.; LIA, L. R. B.; ALCÂNTARA, G.; LEMOS, V.; MORAES, M. S.;
RESSURREIÇÃO, I. P.,Roteiro de Filtro Prensa de Placas e Quadros, – Universidade
Santa Cecília, 2011.
Tabela Filtro Prensa:
Temperatura da suspensão
Pressão de Operação
Área do Quadro
Profundidade do Quadro
Tempo total: -Retirada da torta -Limpeza -Remontagem
Massa dos Quadro
Massa dos elem. filtrantes
Massa de torta úmida
Massa de torta seca
Volume final filtrado
Vf (L) f (min)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
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18
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22
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