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BIOQUÍMICA – FILTROS ESTERILIZANTES
TROCA DE CARTUCHOS
-Entupimento de Cartuchos
1. Durante a filtração, o cartucho vai se entupindo e,
conseqüentemente, o (P vai aumentando.
2. O cartucho deverá ser trocado no momento que o (P atingir o
valor de troca recomendado pelo fabricante.
3. É imprescindível monitorar o (P através do cartucho com manômetros
calibrados, para que a filtração seja econômica.
4. Normalmente recomenda-se trocar o cartucho quando o (P
atingir de 2,0 a
2,5 kgf/cm2 (28 a 36 psid).
5. Os cartuchos suportam um (P máximo de operação que vai de 4,0 a 5,5
kgf/cm2 (60 a 80 psid), em temperatura ambiente, ainda mantendo
a qualidade da filtração.
DIMENSIONAMENTO - LÍQUIDOS
-Informações Necessárias:
Fluido a ser filtrado
Produção contínua ou "batch"
Vazão de operação
Temperatura de operação
Pressão de operação
Viscosidade do fluido
Densidade do fluido
Máximas perdas admissíveis de pressão (limpo/sujo)
Objetivo da filtração (Grau de remoção)
Concentração do particulado em suspensão
Material e diâmetro da tubulação
Tipos e configurações de conexões
Sistema de Pressurização
-Perda de Pressão nos elementos filtrantes (ΔPe):
ΔPe = B.Q. μ / N
Onde:
B = fator de perda de pressão do elemento (fabricante/catálogo)
(psi/gpm/10")
Q = vazão (gpm)
μ = viscosidade do fluido (cP)
N = número equivalente de elementos de 10"
ΔPe = perda de pressão do conjunto de N elementos de 10" (psi)
-Perda de Pressão na carcaça (ΔPh):
ΔPh = A.d
Onde:
A = fator de perda de pressão da carcaça (fabricante/ catálogo) para água
com vazão Q (psi)
d = densidade específica do fluido (Adimensional)
ΔPh = perda de pressão na carcaça (psi)
-Perda de Pressão no Filtro:
ΔPt = ΔPe + ΔPh
- Parâmetros a serem considerados:
1) Perda de carga:
ΔPe < 5 psi
ΔPh < 5 psi
ΔPt < 7 psi
2) Densidade de fluxo:
Elementos filtrantes com grau de remoção absoluto < 5μm
Densidade de fluxo* (Vazão/ 10") < 3 gpm/10"
Elementos filtrantes com grau de remoção absoluto > 5μm
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
Ao longo da filtração a perda de carga do filtro aumenta, em função do
entupimento dos elementos filtrantes. Por outro lado, a perda de carga da
carcaça não varia, é constante. Quando a perda de carga dos elementos
filtrantes atinge um valor próximo a 7 vezes o valor da perda de carga
inicial (filtro limpo), temos um entupimento da área filtrante superior a
80%, portanto este é o ΔP de troca.
Portanto:
ΔPt, limpo = ΔPe + ΔPh
ΔPt, troca = 7 x ΔPe, limpo + ΔPh
-Exemplo 1:
Uma indústria farmacêutica necessita que a água potável seja filtrada
de maneira e se remover particulado visível. A vazão é de 5m3/h. A pressão
de entrada é de 3,6 kgf/cm2 e há uma exigência de, no mínimo, 1,5 kgf/ cm2
na saída do filtro.
Dados:
Fluido: água, portanto viscosidade = 1cP, pois T= ambiente
Remoção: 40 μm (particulado visível)
Vazão: 5m3 /h = 22 gpm
Pressão entrada = 3,6 kgf/ cm2
Pressão saída = 1,5 kgf/ cm2
Portanto máximo ΔP sujo = 2,1 kgf/ cm2
Etapa 1
Meio filtrante = Profile II
Grau do meio 400 = 40 μm
Etapa 2
B = 0,05 psi/gpm/10" (catálogo)
Etapa 3
Vazão por round: 22gpm/round < máximo de 25gpm/ round, portanto
poderá ser utilizada carcaça simples
Etapa 4
Densidade de fluxo por 10" = 10-15gpm /10"(catálogo)
Temos 22gpm, portanto poderemos usar 1 elemento de 20"
Assim a densidade de fluxo será de 22gpm/2x10"= 11gpm/10" (OK!)
Etapa 5 – Cálculo da perda de carga dos elementos filtrantes limpos
ΔPe,limpo= 0,05 psi/gpm/10" x 22gpm x 1,0 cP/ 1cP x 2x 10" = 0,55 psi.
ΔPe,limpo = 0,55 psi < 5 psi (OK!)
Etapa 6 – Cálculo da perda de carga da carcaça
DPh = A.d; A= 2,0 psi (catálogo P01); d=1
ΔPh = 3,0 psi x 1 = 3,0 psi < 5 psi (OK!)
Etapa 7 – Cálculo da pressão de troca
ΔPtroca = DPh + 7x DPe
ΔPtroca = 3 + 7x 0,55 = 6,85 psi (0,5 kgf/cm2)
Como temos disponível até 2,1 kgf/cm2, temos a segurança que aproveitaremos
toda a área filtrante, com boa vida útil.
Etapa 8 – Cálculo da velocidade na conexão (v = Q/A)
Q= 5m3/h
A= π x D2 / 4 = 5,06 x 10-4 m2 , pois Diâmetro da conexão da carcaça = 1"
Portanto:
v = 2,7 m/s (OK!)
Assim:
Elemento filtrante R2F400
Carcaça P01-2-SG16H4
DIMENSIONAMENTO - GASES:
-As informações necessárias são as mesmas usadas no dimensionamento de
filtros para Líquidos
IMPORTANTE
É fundamental que se saibam as condições de temperatura e pressão dos dados
de vazão de gás.
(gás = fluido compressível)
-Condições Padrão de Vazão:
SCFM ("standard cubic feet per minute")
T = 700 F
P = 14,696 psia
Nm3/h (normal m3/h)
T = 00 C
P = 1 bar absoluto
Para converter Nm3/h em SCFM, temos:
Nm3/h dividido por 1,7 = SCFM
Para transformar condições padrão de vazão em condições de operação, usamos
a Lei dos Gases Ideais (fluxo molar constante):
P1V1/ T1 = P2V2/ T2
Normalmente não há variação de temperatura e podemos simplificar:
P1V1 = P2V2
-Condições Reais de Vazão:
Analogamente, para converter m3/h em ACFM, temos:
m3/h dividido por 1,7 = ACFM
PrealACFM = PstandardSCFM
ACFM = 14,696 x SCFM / (P + 14,696)
-Perda de Pressão em Elementos Filtrantes ΔPe:
ΔPe = Q. μ / 0,019.C.N
Onde:
C = fator de perda de pressão do elemento (fabricante/catálogo)
(ACFM/psi/10")
Q = vazão do gás em ACFM
m = viscosidade do gás em cP (μ = 0,019 cP para ar)
N = número equivalente de elementos de 10"
ΔPe = perda de pressão do conjunto de N elementos de 10"(psi)
Obs.: Normalmente o ΔPe é obtido por gráficos do elemento filtrante.
- Perda de Pressão na carcaça (ΔPh)
ΔPh = F.s
Onde:
F = fator de perda de pressão da carcaça (fabricante/ catálogo) para ar a
uma vazão e pressão especificadas (psi)
d = densidade específica do gás (Adimensional). Para ar s = 1
ΔPh = perda de pressão na carcaça (psi)
- Parâmetros a serem considerados:
1) Perda de carga:
ΔPe < 5 psi
ΔPh < 5 psi
ΔPt < 7 psi
2) Densidade de fluxo:
Densidade de fluxo < 200 SCFM /10"
3) Vazão por round:
Q/round < 60 a 80 ACFM /round
4) Velocidade na conexão da carcaça (v)
v < 10 a 14 m/s
-Exemplo 2:
Uma indústria farmacêutica utiliza ar comprimido como forma de pressurizar
um produto líquido estéril de um tanque de armazenamento para a máquina de
enchimento. A vazão de ar é de 100 m3/h e a pressão é de 2 bar
(manométrica). Dimensionar o filtro de ar.
Dados:
1) Grau de remoção requerido = esterilizante (0,2mm) , pois produto está
estéril, portanto Pall Emflon PFR
2) Q = 100 m3/h = 58,8 ACFM
3) P = 2 bar = 2x 14,7 psi
Etapa 1 – Cálculo da vazão em SCFM
Do gráfico de perda de carga do Emflon PFR, verificamos que as
unidades são psi x SCFM
SCFM x Pressão standard = ACFM x Pressão de operação
SCFM = 58,8 x (2x14,7 + 14,7)/ 14,7
SCFM = 176,4 SCFM
Etapa 2 – Cálculo do número de elementos filtrantes
Como a densidade de fluxo deve ser menor que 200 SCFM/10" , para uma
vazão de 176 SCFM poderemos usar um único cartucho de 10".
Portanto:
Densidade de fluxo = 176 SCFM / 10" (OK!)
Etapa 3 – Cálculo da perda de carga dos elementos filtrantes
Do gráfico de perda de carga do Emflon PFR temos:
Para Q= 176 SCFM, ΔPe = 1,8 psi.
Portanto: ΔPe = 1,8 psi < 5 psi (OK!)
Etapa 4 – Cálculo da vazão por round
Q/round = 58,8 ACFM/round
Portanto: Q/ round = 58,8 ACFM < 60 a 80 ACFM (OK!)
Assim poderá ser utilizada uma carcaça simples
Etapa 5 – Cálculo da perda de carga da carcaça
ΔPh = F.s
Do gráfico da carcaça VSATL1G723H4:
F= 2,3 psi
s=1 (ar comprimido)
Portanto:
ΔPh = F.s = 2,3 x 1 = 2,3 < 5 psi (OK!)
Etapa 6 – Cálculo da perda de carga do sistema limpo
ΔPlimpo = ΔPe +ΔPh
ΔPlimpo = 1,8 + 2,3 = 4,1 psi < 7 psi (OK!)
Etapa 7 – Cálculo da perda de carga de troca
ΔPtroca = 7xΔPe +ΔPh
ΔPtroca = 7 x 1,8 + 2,3 = 14,9 psi
Etapa 8 – Cálculo da velocidade nas conexões da carcaça
v = Q/área
Onde
Q = 100 m3/h
A= πD2/4, D da carcaça = 1.1/2"
v = 25m/s
Etapa 9 – Definição do sistema
Elemento filtrante AB1PFR7PVH4
Carcaça VSATL1G723H4
