Desenvolvimento e análise de desempenho de um protótipo de filtro prensa

Abstract

Filtros tipo prensa são amplamente empregados em diversas indústrias, processos produtivos e em etapas de tratamento de água e efluentes. Possuem estrutura geralmente baseada em placas e quadros com meio filtrante entre cada parte do equipamento. Este trabalho possui como objetivo desenvolver um protótipo de filtro prensa de quadros e placas em escala de bancada para uso didático no IFRS Campus Feliz. O protótipo desenvolvido foi desenhado através do software AutoCAD e posteriormente impresso a partir de técnica de impressão 3D. Para montagem do restante da estrutura necessária para funcionamento do protótipo foram utilizadas tubulações, bomba e suportes disponíveis no laboratório de Engenharia Química do campus. O objetivo da construção do protótipo proporcionou um melhor entendimento prático de conhecimentos relacionados a operações unitárias de filtração aos discentes do curso e visa agregar ainda mais qualidade a formação dos estudantes. O protótipo possui 124,62 mm de largura, 89,94 mm de altura e espessuras de 10 mm para os quadros e placas centrais e 15 mm para as placas de entrada e saída do filtro. Para a realização dos testes de influência do meio filtrante e influência da pressão de operação será utilizada uma suspensão modelo a base de água e carbonato de cálcio. Foram realizados testes com pressões de operação de 0,02; 0,04; 0,06; 0,10; 0,12 e 0,20 bar. O protótipo apresentou condições de operação adequadas, principalmente a 0,10 bar, onde a pressão se manteve constante e apresentou a melhor formação de torta entre os testes realizados, apresentando valores de RSD próximos aos 10% para Kp e B, entretanto, são necessários ajustes e melhorias tanto na estrutura do protótipo quanto no que se refere ao meio filtrante utilizado. Os dados obtidos neste trabalho podem servir como uma base para futuras melhorias, refinando o equipamento e possibilitando testes em condições mais variadas. Pode-se concluir, portanto, que os objetivos propostos para este trabalho foram cumpridos, sendo possível, desenvolver um protótipo de filtro prensa em escala de bancada e realizar testes relacionados a sua eficiência nas condições estabelecidas durante o desenvolvimento do projeto.

Press-type Filters are widely used in various industries, production processes, and in water and wastewater treatment stages. They typically have a structure based on plates and frames with a filter medium between each part of the equipment. This study aims to develop a bench-scale prototype of a plate-and-frame press filter for educational use at IFRS Campus Feliz. The prototype was designed using AutoCAD software and subsequently manufactured using 3D printing technology. For assembling the remaining structure necessary for the prototype's operation, piping, a pump, and supports available in the campus Chemical Engineering laboratory were utilized. The objective of constructing the prototype was to provide a practical understanding of filtration-related unit operations to students in the program, thereby enhancing the quality of their education. The prototype measures 124.62 mm in width, 89.94 mm in height, with frame and central plate thicknesses of 10 mm and inlet/outlet plate thicknesses of 15 mm. To conduct tests on the influence of the filter medium and operating pressure, a model suspension based on water and calcium carbonate was used. Tests were performed at operating pressures of 0,02; 0,04; 0,06; 0,10; 0,12 and 0,20 bar. The prototype demonstrated adequate operating conditions, particularly at 0,10 bar, where pressure remained constant, yielding the best cake formation among the tests conducted. At this pressure, RSD values close to 10% were obtained for Kp and B. However, adjustments and improvements are needed both in the prototype's structure and in the filter medium used. The data obtained in this study can serve as a basis for future improvements, refining the equipment and enabling tests under more varied conditions. It can thus be concluded that the objectives proposed for this study were met, successfully developing a bench-scale press filter prototype and conducting tests related to its efficiency under the conditions established during the project.