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BIOQUÍMICA
Atividade de Projeto Especificação e Dimensionamento de Sistema de Filtração
Sumário
1. Resumo...........................................................................................................................2 2. Introdução.......................................................................................................................2 2.1 Objetivos....................................................................................................................3 2.2 Processo biotecnológico industrial............................................................................3 3. Memorial de Cálculos.....................................................................................................4 3.1 Parâmetros a serem considerados..............................................................................4 3.2 Cálculos realizados....................................................................................................5 4. Resultados e Discussão...................................................................................................10 5. Conclusão.......................................................................................................................11 6. Referências Bibliográficas..............................................................................................11
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1. Resumo: O trabalho trata do dimensionamento de um filtro que participa de um processo bioquímico no qual ocorre a limpeza da água da chuva para posterior utilização na plantação de champignons. Para realizar o dimensionamento e obter a cotação do filtro, contou-se com o auxílio das especificações dos filtros da Engefiltro e de um profissional da área.
2. Introdução: A operação de filtração consiste essencialmente em fazer passar um fluido (líquido ou gás), por um dispositivo (filtro) formado por uma ou mais camadas de materiais diversos, conhecidos conjuntamente como o “meio filtrante”. Essa operação visa obter como produto, o fluido introduzido em estado de maior “pureza”, ou seja, mais livre de eventuais agentes “poluentes” (físicos, químicos e biológicos). Para a água (fluido escolhido), a filtração consiste em remover substâncias que nela estão dissolvidas. Estas substâncias, quanto à sua natureza, podem ser polarizadas (íons) e não polarizadas (moléculas). Para esse processo, foi o escolhido o filtro Profile II. Profile II: -Aplicação: Remoção de particulado. -Tipo: Filtro de Profundidade. -Material: Filtro
de Prolipropileno.
A linha de filtros de polipropileno é constituída por uma grande variedade de carcaças com volumes de até 12 m3/h com a finalidade de atender aplicações residenciais, comerciais e industriais. Além disso, os filtros são de baixo custo de aquisição e podem ser usados em processos com altas temperaturas. Algumas aplicações: água potável, água industrial, líquidos compostos com polipropileno, bebidas, produtos químicos, etc.
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-Definição: Um filtro cujo meio filtrante é constituído de múltiplas camadas ou de uma camada simples com certa espessura (usualmente da ordem de 1,0 a 1,5 cm). Os contaminantes são preferencialmente removidos no interior do meio filtrante (a sua "profundidade"), mas podem também ser removidos na superfície. Os meios filtrantes de profundidade mais avançados utilizam a tecnologia da variação do diâmetro da fibra, produzindo uma estrutura de poros de tamanho graduado, incorporando em um mesmo meio filtrante várias camadas de diferentes tamanhos de poros, o que prolonga a vida útil em serviço.
2.1 Objetivos: Esta atividade tem por objetivo estudar um procedimento de projeto referente à especificação e ao dimensionamento de um sistema de filtração aplicado a processos fermentativos. Especificamente, serão abordados os seguintes tópicos:
Escolha de um processo biotecnológico industrial no qual a operação unitária de filtração seja aplicada ao meio líquido (anterior e/ou posterior à etapa biológica) e/ou ao meio gasoso (anterior e/ou posterior à etapa biológica);
Especificação técnica do sistema de filtração existente nesse processo biotecnológico pela justificativa da escolha e pelo dimensionamento do(s) tipo(s) de filtro(s) envolvido(s);
Análise econômica do sistema de filtração projetado pelos custos de implementação, de operação e de manutenção.
2.2 Processo biotecnológico industrial: Em Paris surgiu a idéia de cultivar champignons utilizando água da chuva. Esta pode ser utilizada, pois é considerada como água limpa. Entretanto, é muito importante que ela fique próxima de uma água potável.
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Na utilização da água da chuva para irrigação do cultivo de cogumelos, existe a possibilidade da construção de cisterna, que é um reservatório de baixo custo, para captação e armazenamento da água da chuva que escorre de telhados. O tratamento da água de chuva recolhida, apresentado na Figura 1, é constituído de filtração e desinfecção:
Figura 1 – Fluxograma da Captação e Tratamento de Água
O filtro removerá as partículas visíveis, portanto utilizou-se um filtro particulado que será responsável por eliminar apenas essas partículas. Pelo fato de existir um reator ultravioleta no processo, não foi necessário o uso de um filtro microbiológico, os microrganismos serão eliminados posteriormente neste reator.
3. Memorial de Cálculos:
3.1 Parâmetros a sem considerados:
1) Perda de carga: Pe < 5 psi 4
Ph < 5 psi Pt < 7 psi 2) Densidade de fluxo: Elementos filtrantes com grau de remoção absoluto < 5m Densidade de fluxo* (Vazão/ 10”) < 3 gpm/10” Elementos filtrantes com grau de remoção absoluto > 5m Densidade de fluxo* (Vazão/ 10”) < 3-15 gpm/10” * Dado de catálogo específico para cada elemento filtrante. 3) Vazão por round (“furos da carcaça”): Q/round < 25 gpm 4) Velocidade na conexão da carcaça (v) v < 2 a 2,5 m/s
3.2 Cálculos Realizados: Dados:
Fluido: água, portanto viscosidade = 1cP, pois T= ambiente Remoção: 40 m Vazão: 4,5 m3/h = 19,8 gpm A resolução foi realizada em 8 etapas.
1ª Etapa – Determinação do meio filtrante e valor do grau do meio Meio filtrante = Profile II Grau do meio 400 = 40 m
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Figura 2 – Catálogo do Profile II
2ª Etapa – Determinação do valor de B utilizando o catálogo do Profile II Profile II – Grau do meio 40 m – B= 0,05 (Catálogo/ Figura 2)
3ª Etapa – Determinação da vazão por round para determinar a carcaça Vazão por round: 19,8 gpm/round Como o valor é menor que o máximo de 25 gpm/round, é possível utilizar carcaça simples.
4ª Etapa – Determinação da densidade de fluxo típica em líquidos por 10” Densidade de fluxo por 10” = 10 – 15 gpm /10” (Catálogo/ Figura 2) O intervalo acima foi obtido através do catálogo do Profile II (Figura 2), porém, obtevese o valor de 19,8 gpm, como este valor não está entre 10 – 15 gpm /10”, é necessário usar 1 elemento de 20” ( 2 elementos de 10”). Assim a densidade de fluxo será de 19,8 gpm/ 2x10” = 9,9 gpm/10”.
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5ª Etapa – Cálculo da perda de carga dos elementos filtrantes limpos Pe,limpo = B.Q. / N Pe,limpo = 0,05 psi/gpm/10” x 19,8 gpm x 1 cP/ (1cP x 2x 10”) = 0,495 psi. Pe,limpo = 0,495 psi < 5 psi
6ª Etapa – Cálculo da perda de carga da carcaça Utilizando o catálogo da carcaça de DP VSATL, para a vazão de 19,8 gpm: A = 1,6 psi d=1 Ph = A.d Ph = 1,6 psi x 1 Ph = 1,6 psi < 5 psi → é possível utilizar este tipo de carcaça, pois está dentro da especificação. O fator ‘A’ foi encontrado no gráfico de carcaça do tipo VSVTL/VSNTL, conforme a vazão de 19,8gpm rebatida na curva de G7, representado abaixo:
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Figura 3 - Curva da carcaça de DP VSATL Líquidos
Utilizando o catálogo da carcaça de DP P01, para a vazão de 19,8 gpm: A = 2,4 psi d=1 Ph = A.d Ph = 2,4 psi x 1 Ph = 2,4 psi < 5 psi → é possível utilizar este tipo de carcaça, pois está dentro da especificação. O fator ‘A’ foi encontrado no gráfico de carcaça do tipo SCY/P01/P601, conforme a vazão de 19,8gpm rebatida na curva de P01, representado abaixo:
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Figura 4 - Curva da carcaça de DP P01 Líquidos
7ª Etapa – Cálculo da pressão de troca Ptroca = Ph + 7 x Pe Ptroca= 1,6 + 7 x 0,792 = 7,144 psi Ptroca= 0,5022946 kgf/cm2 Por ser possível um valor de até 2,1 kgf/cm2, existe a segurança que toda a área filtrante está sendo aproveitada, com boa vida útil.
8ª Etapa – Cálculo da velocidade na conexão Q= 4,5 m3/h A= x D2 4 Como o diâmetro da conexão da carcaça = 1” = 0,0254 m: A = 5,06 x 10-4 m2
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Portanto:
v = Q = 4,5 m3/h . h = 2,232 m/s -4 2 A 5,6 x 10 m 3600s
4. Resultados e Discussões: De acordo com o que foi informado pela Fernanda Mazuco (profissional da Engefiltro-Pall Brasil), existem dois tipos de elementos filtrantes para o filtro em questão (Profile II):
AB VSVTL: por ser um filtro sanitário (AB2Y4007H4), é ideal para o uso de micragem mais fina (< 3m), e por filtrar muito mais, seu valor é bem alto (cerca de R$ 600,00 para elementos de 20” sendo que o valor seria reduzido à metade para 10”*).
INDUSTRIAL RS -P01: filtro menos sensível (R2F400), com grau de remoção menor, ou seja, ideal para micragens maiores, e por isso seu valor é mais baixo (R$ 96,00 para carcaça com elemento filtrante de 20”; metade do valor para 10”*).
*Obs: Mesmo utilizando dois elementos de 10”, os valores continuariam os mesmos que para um elemento de 10”,ou seja, R$ 300,00 no primeiro caso e R$ 48,00 no segundo. Já as carcaças não variam de acordo com o elemento filtrante, mas sim com o seu tamanho, sendo:
20”: R$ 4.000,00.
10”: R$ 3.500,00, portanto para duas carcaças de 10” seriam R$ 7.000,00.
Logo, fazendo-se uma análise econômica, é obtido:
Figura 5- Análise Econômica das Carcaças/ Elementos Filtrantes
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5. Conclusão: No processo em questão, a água não precisa ser tratada à uma micragem muito fina, (no caso foi utilizado o valor de 40 m), pois posteriormente será tratada num reator ultravioleta que eliminará compostos menores. Portanto, o uso do AB VSVTL só aumentará o custo do processo, já que não é necessário utilizar um filtro com alto grau de remoção. Levando-se em conta a viabilidade econômica do processo, a melhor opção seria usar uma carcaça de 20”com cartucho modelo Industrial (INDUSTRIAL RS -P01).
Figura 6- Opção mais econômica.
Assim: Elemento filtrante R2F400 Carcaça P01-2-SG16H4 Custo: R$ 4.096,00 Porém se fosse necessário o uso de um elemento filtrante de alta remoção (AB VSVTL), a opção mudaria para*: Elemento filtrante AB2Y4007H4 Carcaça P01-2-SG16H4 Custo: R$ 4.600,00 *Obs: Ainda utilizando o mesmo modelo de carcaça (uma de 20”).
6. Referência Bibliográfica:
ENGEFILTRO. Disponível em: www.engefiltro.com Acesso em 18/04/2007
Millipore. Disponível em: www.millipore.com Acesso em 20/04/2007
Revista de Química e Derivados - EDITORA QD.
Disponível em www.quimica.com.br /revista/qd426/atualidades3.htm 11
Acesso em 20/04/2007.
Senai / Serviço Brasileiro de Respostas Técnicas.
Disponível em: http://sbrt.ibict.br/upload/sbrt4671.pdf?PHPSESSID=021449af2ce07b0e3766db852ae5e3a a Acesso em 22/04/2007.
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