Estudo da influência da velocidade e dos ciclos de filtração na formação da torta na limpeza de gases em filtros de mangas

The permeability and porosity are parameters of great importance for the design of the fabric filter. These parameters affect the pressure drop in the system during operation of filtration as well the strength needed to remove the dust cake. The regeneration of cloth after each filtration significantly alters the properties of filter media. Therefore, the study of the characteristics of formation and removal of the dust cake during the filtration cycles are important to obtain fabric filters more efficient, durable and inexpensive. In this context, this study aimed to investigate the influence of filtration cycles on the structure of dust cake formed from different velocities of filtration. To this end, experiments were performed with filtration velocity of 5, 10 and 15 cm:s��1, and 100 cycles of filtration with mean surface velocity of 5 and 15 cm:s��1, with pressure drop maximum of 2300 and 9000 Pa, respectively. The study of the influence of filtration velocity and number of cycles in the fluid dynamics of gas were performed using a technique of CFD (Computational Fluid Dynamics). To obtain such information, tests were performed on filtration equipment belonging to the Laboratory of Environmental Control, Department of Chemical Engineering at Federal University of São Carlos, which consisted of a circular filter with filter-free area of 249 cm2 with a mass flow rate and humidity on the air in a controlled system acquisition system data. The filter media used was a polyester felt (weight 534 g:cm��2), a polypropylene (weight 600 g:cm��2) and cotton (weight 735 g:cm��2). The powder material used was the phosphate concentrate (p = 2.79 g:cm��3). Micrographs of cloth were obtained by SEM (Scanning Electron Microscope), which they were analyzed in a specific image program and with this micrographs were possible to obtain the values of average porosity. Based on these results, it could be concluded that the clogging of the filter medium was dependent on the rate of filtration, being the time of its formation less for higher velocity. These velocities were also responsible for the accumulation of greater numbers of particles in deeper regions of the filter medium. The results with velocity of 15 cm:s��1 show a high mass collected on filter, but this has not released much mass during the cleaning operation. This velocity also showed the greatest loss, since the particles remaining from cleaning clogged pores of the fabric and tended to increase the resistance of the flux of air. The porosity values measured directly were around 15% lower than the values estimated by correlation of Ergun. In relation of the number of cycles, from cycle 70 to the velocity of 5 and 15 cm:s��1, the mass removed was almost equal, ie the rate of filtration no longer influenced the mass removed. On the other hand, the pressure drop had a variation in the number of cycles. The fluid dynamic study of the gas was done through simulations using the technique of CFD, which found that the filtration rate has great influence on the fluid dynamics of gas that, the number of cycles. With reference to the simulations in cotton fabric and felt of polypropylene, the latter was more favorable for the filtration of gases, compared to cotton, both experimentally and via simulations in CFD.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorDoutor em Engenharia QuímicaA permeabilidade e a porosidade são parâmetros de grande importância para o projeto de filtro de mangas. Esses parâmetros interferem tanto na queda de pressão do sistema, durante a operação de filtração, quanto na força necessária para a remoção da torta. A regeneração do tecido após cada filtração altera consideravelmente as propriedades do meio filtrante. Portanto, estudar o comportamento da formação e da remoção da torta durante os ciclos de filtração é importante para a obtenção de tecidos mais eficientes, resistentes e baratos. Nesse contexto, esse trabalho teve como objetivo investigar a influência dos ciclos de filtração na estrutura da torta formada a partir de diferentes velocidades superficiais de filtração. Para tal, foram realizados experimentos de filtração com as velocidades superficial de 5, 10 e 15 cm=s, para 10 ciclos de filtração, e velocidades superficial de 5 e 15 cm=s, para queda de pressão máxima de 2300 e de 9000 Pa, respectivamente, para 100 ciclos de filtração. Também foi investigada a influência da velocidade de filtração e do número de ciclos na fluidodinâmica do gás através da técnica de CFD. Para obter tais informações, foram realizados testes no equipamento de filtração pertencente ao Laboratório de Controle Ambiental do Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de São Carlos, que consistia em um filtro circular com área livre de filtração de 249 cm2, com vazão mássica e umidade relativa do ar controladas e um sistema de aquisição de dados. Os meios filtrantes utilizados foram os feltros de poliéster (gramatura 534 g=cm2), de polipropileno (gramatura 600 g=cm2) e de algodão (gramatura 735 g=cm2). O material pulverulento usado foi o concentrado fosfático (p = 2,79 g=cm3). Foram obtidas micrografias de tecido em MEV (microscópio eletrônico de varredura), que foram analisadas em um programa de análise de imagem, por meio do qual foram obtidos os valores de porosidade média. Com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que a colmatação do meio filtrante foi dependente da velocidade de filtração, sendo o tempo de sua formação menor para as maiores velocidades. Essas velocidades também foram responsáveis pelo acúmulo de maior número de partículas em regiões mais profundas do meio filtrante. A velocidade de 15 cm=s apresentou maior massa coletada na filtração, porém essa não liberou maior quantidade de massa durante a operação de limpeza. Também foi essa velocidade que apresentou a maior perda de carga, visto que as partículas remanescentes da limpeza obstruíram os poros do tecido e tenderam a aumentar a resistência do meio ao fluxo de ar. A porosidade medida diretamente apresentou valores em torno de 15% menores que os valores estimados pela correlação de Ergun. Em relação ao número de ciclos, a partir do ciclo 70 para a velocidade de 5 e 15 cm=s, a massa removida foi praticamente igual, ou seja, a velocidade de filtração não mais influenciou na massa removida. A perda de carga apresentou uma variação em função do número de ciclos. O estudo fluidodinâmico do gás foi feito por meio de simulações com o uso da técnica de CFD (fluidodinâmica computacional), em que se constatou que a velocidade de filtração tem maior influência na fluidodinâmica do gás que o número de ciclos. Em referência às simulações em tecido de algodão e feltro de polipropileno, este último se mostrou mais favorável para a filtração de gases, quando comparado com o tecido de algodão, tanto experimentalmente como nas simulações via CFD