Filtração à Vácuo

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 Universidade Federal de Viçosa 
Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas 
Departamento de Química e Engenharia Química (DEQ) 
ENQ 272 – LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II 
NOMES:
 Isabella Cristina de Castro 
 Maria do Carmo Alves 
 Roni Júnior Simplício Marques 
MATRÍCULAS: 
78147 
 81780 
 83034 
TURMA:
 P01 
PRÁTICA: 
FILTRAÇÃO À VÁCUO
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
 A operação unitária da filtração se refere à separação mecânica entre as fases 
particulada e fluida, presente em uma determinada suspensão, utilizando-se um meio 
poroso, o qual retém a fase particulada e é permeável à fase fluida. (CREMASCO, 
2012. p. 355). 
 Em um processo de filtração, o meio poroso recebe o nome de filtro ou meio 
filtrante, enquanto o fluido que abandona o fluido é reconhecido como filtrado. No 
decorrer do processo, a suspensão que é alimentada ao equipamento tem sua fase 
particulada retida sobre o filtro, atuando também como meio filtrante, recebendo o 
nome de torta de filtração. A fase particulada característica da torta apresentará 
gradiente de concentração de partículas e o meio, assim constituído, é deformável. 
 A Figura 1.1 representa o esquema geral de uma filtração. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.1 – Representação da filtração 
 
Alimentação 
Suspensão 
Torta 
Meio filtrante 
Filtrado 
2 
 
 A filtração é largamente encontrada em diversos tipos de processamento nas 
indústrias químicas e correlatas, podendo-se citar: nas indústrias de papel, cerveja e 
sucroalcooleira, bem como no tratamento de efluentes industriais e domésticos. 
(CREMASCO, 2012. p. 356) 
 Em um processo de filtração, o produto de interesse pode ser tanto o fluido 
clarificado, como no caso das estações de tratamento de água, ou a própria torta. Numa 
filtração simples, utiliza-se pressão para forçar a suspensão percolar tanto pela torta de 
filtração quanto pelo meio filtrante. 
 Os equipamentos de filtração, ou simplesmente, filtros, podem ser operados em 
batelada, em que a torta é retirada a cada ensaio de filtração, e de forma contínua. 
Dentre as várias possibilidades de classificação, pode-se classificar os tipos de filtros 
como de pressão e filtração a vácuo. (CREMASCO, 2012. p. 356) 
 A filtração à vácuo é conduzida de tal modo que a alimentação da suspensão 
pode ocorrer no fundo ou no topo do equipamento. Destacam-se dentre os filtros a 
vácuo com alimentação na base do equipamento, os filtros rotativos do tipo tambor e o 
do tipo disco. (CREMASCO, 2012. p. 358) 
 
Figura 1.2 – Filtro rotativo a vácuo (Fonte: MF Revista online) 
 
 No caso dos filtros com alimentação no topo do equipamento, pode-se citar os 
filtros do tipo horizontal, mesa, bandeja inclinada e o Nutsh. (CREMASCO, 2012. p. 
358) 
 A resistência à filtração oferecida pela torta depende da sua compressibilidade. 
No entanto, na maioria das situações de interesse industrial a filtração é conduzida sob 
queda de pressão constante. Por via de consequência, a Equação 1.1 é dada como: 
 
3 
 
 
 
 
 
 
[〈 〉 
 
 
 ] 
 
Obtém-se o valor da resistência à filtração oferecida pela torta, 〈 〉, a partir de 
ensaios de filtração, considerando-se a variação do volume de filtrado ( ) ao longo do 
tempo ( ), modificando-se, para cada um dos ensaios, o valor da diferença de pressão 
 . No experimento realizado, o valor de foi mantido igual nos dois ensaios. 
Na situação em que há formação de torta incompressível, ou seja, em que 〈 〉 = 
 = cte, é possível obter, a partir de ensaios experimentais, os valores da resistência 
média à filtração oferecida pela torta, 〈 〉, assim como o valor relativo à resistência do 
meio filtrante, , para a filtração à pressão constante, conforme ilustra o gráfico da 
Figura 1.3. (CREMASCO, 2012. p. 374) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1.3 – Obtenção de e para filtração a pressão constante com torta 
incompressível. (Fonte: CREMASCO, 2012. p. 375. Adaptado). 
 Em que: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Com = viscosidade do filtrado (água) 
 = concentração de sólidos 
 = área do filtrado 
 ) = queda de pressão 
 
Eq.(1.1) 
𝑡
𝑉
 
𝑉 
𝐾 
𝐾 
Eq.(1.2) 
Eq.(1.3) 
4 
 
 
 
 
 
Em que: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A prática teve como objetivo a determinação da resistência a filtração oferecida 
pela torta formada de uma suspensão de água e carbonato de cálcio e o respectivo valor 
da resistência do meio filtrante a partir de ensaios experimentais. 
 
2. MATERIAIS E MÉTODOS 
 
2.1 MATERIAIS 
 
 Para a prática de filtração a vácuo os seguintes materiais foram necessários para 
o seu bom desempenho: 
 
 Módulo para experimento de filtração a vácuo (Figura 2.1); 
 Carbonato de Cálcio (para o preparo da suspensão a ser filtrada); 
 Água destilada ou filtrada para o preparo da suspensão; 
 Papel filtro rápido; 
 Sílica Gel adsorvente de umidade; 
 Mercúrio como fluido manométrico do Manômetro em “U”; 
 Cronômetro; 
 Béquer e Proveta; 
 Balança semi-analítica; 
 Estufa de Secagem. 
Eq.(1.4) 
Eq.(1.5) 
Eq.(1.6) 
5 
 
 
Figura 2.1 – Módulo experimental de filtração a vácuo. 
 
Alguns elementos do Módulo Experimental: 
 
1- Reservatório (de 20 L) para o preparo da suspensão; 
2- Bomba Centrífuga; 
3- Módulo de filtração, que recebe a alimentação de suspensão; 
4- Conexão e Suporte do Meio filtrante; 
5- Módulo de Coleta graduado, onde se mede o volume do líquido filtrado; 
6- Frasco “trap”, para evitar eventuais vazamentos de líquidos para o sistema de 
vácuo; 
7- Coluna de Sílica-gel, para evitar umidades excessivas para o sistema de vácuo; 
8- Vacuostato, onde se mede e se regula o vácuo desejável para operação; 
9- Painel de Controle do módulo experimental; 
10- Manômetro de Tubo em “U”, contendo mercúrio metálico, como fluido 
manométrico, para eventual aferição do vacuômetro; 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 
6 
 
11- Reservatório de Filtrado, para posterior descarte. 
 Aderida ao módulo, mas não perceptível na Figura 2.1 está também uma bomba 
de vácuo. 
 
2.2 PROCEDIMENTOS 
 
 O procedimento experimental foi feito em duas etapas. Na primeira etapa, 
desejou-se medir a resistência à filtração do meio filtrante com apenas água e na 
segunda parte foi feito o ensaio de filtração com a suspensão de carbonato de cálcio. 
 
2.2.1 RESISTÊNCIA À FILTRAÇÃO DO MEIO FILTRANTE 
 
 Colocou-se aproximadamente 15 L de água destilada ou filtrada no reservatório 
de suspensão (1). Ajustou-se através de calibração prévia de pressão ( P), o valor 
desejado para operação. Para a verificação de que não havia entrada de ar no sistema, o 
mostrador digital do vacuostato (8) não pode sofrer grandes variações de pressão, 
estabilizando em um valor desejável para a operação e estabilizando-se na mesma. Caso 
contrário, deve-se verificar se as válvulas do módulo de filtração (3) estão bem fixadas. 
 Logo em seguida colocou-se o meio filtrado (papel de filtro) sobre o suporte (4) 
e o mesmo foi molhado com água destilada para completa aderência. Acoplou-se o 
módulo de filtração (3) sobre o módulo de coleta (5). Depois disso, e manipulando-se as 
válvulas do módulo corretamente, a bomba centrífuga foi ligada para que o módulo de 
filtração fosse preenchido com a alimentação até a marca indicada. Após isso, ligou-se a 
bomba de vácuo. Verificou-se,a partir daí a passagem do filtrado para o módulo de 
coleta (5), cujo volume de água foi aferido a cada 100 mL até atingir 1.400 mL e o 
tempo cronometrado com um relógio digital. 
 
2.2.2 ENSAIO DE FILTRAÇÃO COM A SUSPENSÃO DE CARBONATO DE CÁLCIO 
 
 Colocou-se aproximadamente 14 L de água destilada ou filtrada no reservatório 
de suspensão. Com o auxílio de uma balança semi-analítica foi pesado 250,04 g de 
carbonato de cálcio e o mesmo foi colocado dentro do reservatório de suspensão para a 
completa homogeneização da mistura formada. Colocou-se o meio filtrante (papel de 
filtro) sobre o suporte e a fim de se obter uma melhor aderência, molhou-se o papel de 
filtro com água limpa. 
7 
 
 Logo em seguida colocou-se o meio filtrado (papel de filtro) sobre o suporte (4) 
e o mesmo foi molhado com água destilada para completa aderência. Acoplou-se o 
módulo de filtração (3) sobre o módulo de coleta (5). Depois disso, e manipulando-se as 
válvulas do módulo corretamente, a bomba centrífuga foi ligada para que o módulo de 
filtração fosse preenchido com a alimentação da suspensão de carbonato de cálcio até a 
marca indicada. Após isso, ligou-se a bomba de vácuo. Verificou-se, a partir daí a 
passagem do filtrado para o módulo de coleta (5), cujo volume foi aferido a cada 100 
mL até atingir 700 mL e o tempo cronometrado com um relógio digital. 
 Notou-se um tempo maior de filtração para a suspensão do que para a água pura. 
 
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
 Como dito anteriormente a prática seguiu duas etapas. A primeira etapa para a 
determinação da resistência à filtração do meio filtrante utilizando-se apenas água pura 
e a segunda etapa utilizando-se à suspensão de carbonato de cálcio, com posterior 
formação da torta de filtração. Logo, a análise dos resultados e sua discussão seguirão 
estas duas vertentes. A pressão indicativa no vacuostato era de –0,342 bar, nas duas 
etapas. 
 
3.1 RESISTÊNCIA À FILTRAÇÃO DO MEIO FILTRANTE (ÁGUA PURA) 
 
O volume de filtrado ( ) e o tempo ( ) necessário cronometrado para a aferição 
deste volume estão indicados na Tabela 3.1.1 abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
Tabela 3.1.1 – Dados obtidos para o primeiro ensaio experimental (água pura). 
Volume de Filtrado ( ) 
(m
3
) 
Tempo ( ) 
(s) 
0,0001 4,11 
0,0002 8,74 
0,0003 13,08 
0,0004 17,58 
0,0005 23,15 
0,0006 29,19 
0,0007 34,10 
0,0008 41,96 
0,0009 48,92 
0,0010 56,49 
0,0011 64,91 
0,0012 75,02 
0,0013 85,25 
0,0014 98,47 
 
 Dessa forma, de posse desses dados, a Tabela 3.1.2 traz os valores 
correspondentes à razão 
 
 
 e o volume de coleta para cada tempo de filtração, 
necessários para a plotagem do gráfico e posterior cálculo do valor de . 
3.1.2 – Dados para a plotagem do gráfico de 
 
 
 x 
 
 
 (s/m
3
) 
Volume ( ) 
(m
3
) 
41100,00 0,0001 
43700,00 0,0002 
43600,00 0,0003 
43950,00 0,0004 
46300,00 0,0005 
48650,00 0,0006 
48714,29 0,0007 
52450,00 0,0008 
54355,56 0,0009 
56490,00 0,0010 
59009,09 0,0011 
62516,67 0,0012 
65576,92 0,0013 
70335,71 0,0014 
9 
 
De acordo com os dados acima, plota-se um gráfico (Figura 3.1) relacionando a 
razão entre o volume de filtrado e o tempo, versus tempo para coleta dos respectivos 
volumes de filtrados. 
 
 
 
De acordo com a dispersão dos pontos obtidos e traçando-se a melhor reta que 
engloba os pontos traçados, temos o gráfico correlacionado acima. O coeficiente de 
correlação da reta foi de R
2
 = 0,9553 o que demonstra que a mesma está seguindo uma 
tendência linear (R
2
 1) dos pontos experimentais. 
De acordo com a Figura 1.3 o valor de corresponde ao coeficiente linear da 
reta traçada entre os pontos experimentais plotados, e neste ensaio assumiu o valor de 
36666 s/m
3
. 
Para o cálculo do valor da resistência à filtração oferecida pelo meio filtrante, 
 , utilizou-se a equação 1.2 sabendo-se que a queda de pressão foi de 34200 Pa e o 
diâmetro da filtração igual a 0,075 m. A viscosidade da água a 20ºC (temperatura do 
experimento é de 10
-3 
Pa.s. 
 
 
 
 
 = 
 
 
 
 
 
 
 
 
 = 5,54 x 10
9
 m
-1 
 
 
y = 2E+07x + 36666 
R² = 0,9553 
30000
35000
40000
45000
50000
55000
60000
65000
70000
75000
0
0
,0
0
0
1
0
,0
0
0
2
0
,0
0
0
3
0
,0
0
0
4
0
,0
0
0
5
0
,0
0
0
6
0
,0
0
0
7
0
,0
0
0
8
0
,0
0
0
9
0
,0
0
1
0
,0
0
1
1
0
,0
0
1
2
0
,0
0
1
3
0
,0
0
1
4
0
,0
0
1
5
t/
V
 (
s/
m
3
) 
V (m3) 
Figura 3.1 – Gráfico (t/V) x (V) para água pura. 
10 
 
3.2 ENSAIO DE FILTRAÇÃO COM A SUSPENSÃO DE CARBONATO DE CÁLCIO 
 
O volume de filtrado ( ) e o tempo ( ) necessário cronometrado para a aferição 
deste volume estão indicados na Tabela 3.2.1 abaixo. 
 
Tabela 3.2.1 – Dados obtidos para o segundo ensaio experimental (suspensão). 
Volume de Filtrado 
( ) (m3) 
Tempo ( ) 
(s) 
0,0001 42,98 
0,0002 103,49 
0,0003 181,17 
0,0004 284,49 
0,0005 407,47 
0,0006 545,88 
0,0007 702,14 
 
Dessa forma, de posse desses dados, a Tabela 3.1.2 traz os valores 
correspondentes à razão 
 
 
 e o volume de coleta para cada tempo de filtrado, necessários 
para a plotagem do gráfico e posterior cálculo da resistência à filtração do meio filtrante 
e a resistência à filtração oferecida pela torta. 
 
3.2.2 – Dados para a plotagem do gráfico de 
 
 ̅
 x 
 
 
 (s/m
3
) 
Volume ( ) 
(m
3
) 
429800,00 0,0001 
517450,00 0,0002 
603900,00 0,0003 
711225,00 0,0004 
814940,00 0,0005 
909800,00 0,0006 
1003057,14 0,0007 
 
De acordo com os dados acima, plota-se um gráfico (Figura 3.2) relacionando a 
razão entre o volume de filtrado e o tempo, versus tempo para coleta dos respectivos 
volumes de filtrados. 
 
11 
 
 
Figura 3.3 – Gráfico de (t/V) x (V) para a suspensão de carbonato de sódio. 
 
De acordo com a dispersão dos pontos obtidos e traçando-se a melhor reta que 
engloba os pontos traçados, temos o gráfico correlacionado acima. O coeficiente de 
correlação da reta foi de R
2
 = 0,9991 o que demonstra que a mesma está seguindo uma 
tendência linear (R
2
 1) dos pontos experimentais. 
De acordo com a Figura 1.3 o valor de corresponde ao coeficiente angular da 
reta traçada entre os pontos experimentais plotados, e neste ensaio assumiu o valor de 
10
9
 s/m
6
. 
Para o cálculo do valor da resistência à filtração oferecida pela torta de filtração, 
 , utilizou-se a equação 1.3, sabendo-se que a queda de pressão foi de 34200 Pa e o 
diâmetro da filtração igual a 0,075 m. A viscosidade da água a 20ºC (temperatura do 
experimento é de 10
-3 
Pa.s. Os dados para a torta de filtração estão ilustrados na Tabela 
3.2.3: 
 Tabela 3.2.3 – Dados para a torta de filtração. 
Diâmetro da torta (D) (m) 0,0075 
Espessura da torta (z) (m) 0,002 
Massa da torta seca 
 (kg) 
0,01375 
Massa da torta seca 
 (kg) 
0,02964 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
y = 1E+09x + 324952 
R² = 0,9991 
300000
400000
500000
600000
700000
800000
900000
1000000
1100000
0
0
,0
0
0
1
0
,0
0
0
2
0
,0
0
0
3
0
,0
0
0
4
0
,0
0
0
5
0
,0
0
0
6
0
,0
0
0
7
0
,0
0
0
8
t/
V
 (
s/
m
3
) 
V (m3) 
12( 
 
 
 )
 
 
 
 
 
 
( 
 
 
 )
[ ]
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 (
 
 )
 
 
 
 
 
 (
 
 )
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
E para o novo valor de : 
 
 
 
 
 = 
 
 
 
 
 
 
 
 
 = 4,91 x 10
10
 m
-1
 
 
Tabela 3.2.4 – Valores de e de para os procedimentos experimentais 
PROCEDIMENTOS 
 1 (Água pura) 2 (Suspensão) 
 (m/kg) --- 6,806 x 1010 
 (m
-1
) 5,54 x 10
9
 4,91 x 10
10
 
 
 
4. CONCLUSÃO 
 
 Com a prática foi possível conhecer os procedimentos realizados para uma 
filtração a vácuo, através da execução do experimento realizado no módulo em 
laboratório. Determinou-se a resistência à filtração do meio filtrante (que no caso foi o 
papel de filtro comum) na primeira parte do experimento – em que usou-se apenas água 
– através do valor do coeficiente linear da reta formada com os pontos obtidos e 
traçados em um gráfico de t/V versus V. O valor obtido foi de 5,54 x 10
9
 m
-1
. 
13 
 
 Já na segunda parte do experimento, uma suspensão formada por 250,04 g de 
carbonato de cálcio em aproximadamente 14 L de água foi utilizada como alimentação 
do sistema de filtração do módulo. Dessa forma, houve a formação de torta de filtração 
no papel de filtro, que no final foi recolhida, pesada (torta úmida e depois seca) e aferida 
suas dimensões. O valor da resistência oferecida pela torta de filtração foi de 6,06 x 10
10 
m/kg e a resistência à filtração do novo meio filtrante (papel de filtro) foi de 4,91 x 10
10
 
m
-1
, maior que no primeiro ensaio. 
 Dessa forma, é possível concluir que os resultados experimentais foram 
satisfatórios, na medida em que seus objetivos foram alcançados, apesar de alguns erros 
cometidos, como falha na aferição do tempo e falhas do próprio módulo experimental. 
No mais, fica clara a importância do conhecimento das características da suspensão, do 
meio filtrante e da torta de filtração em escala piloto (laboratorial) para o projeto de 
filtros industriais, bem como o tipo de melhor operação unitária de filtração a ser 
utilizada. 
 
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 
 
CREMASCO, M. A. Operações unitárias em sistemas particulados e 
fluidodinâmicos. São Paulo: Blucher, 2012. 
 
MF – Revista Online. Filtros de tambor rotativo a vácuo. Disponível em: < 
http://www.meiofiltrante.com.br/edicoes.asp?link=ultima&fase=C&id=830> Acesso em 
09 out. 2018.