Retrolavagem de filtros sinterizados: frequência, pressão e limites de ciclos

A maioria das estações de tratamento realiza a retrolavagem demasiado tarde.

Ou com demasiada frequência.

Ambas as opções têm um custo, e é por isso que não confio na regra de manutenção otimista que diz “basta fazer a retrolavagem a cada turno”, a menos que alguém consiga apresentar a tendência da pressão diferencial, a curva de recuperação do caudal, o padrão de carga de sólidos e o histórico real dos ciclos do elemento filtrante. Caso contrário, o que é que estamos a fazer — manutenção ou superstição?

Já vi filtros sinterizados resistirem a milhares de ciclos de retrolavagem.

Também já vi um ficar destruído numa semana.

A mesma palavra: retrolavagem. Mas uma execução muito diferente. Um dos sistemas utilizava um fluxo inverso controlado, acionadores de ΔP estáveis, fluido de retrolavagem limpo e uma sequência de ciclos adequada. O outro utilizava pressão de choque, ar sujo da fábrica, não registava dados e contava com uma equipa de manutenção que tratava o elemento poroso como se fosse um encaixe de tubagem com buracos.

Má ideia.

A retrolavagem de um filtro sinterizado não consiste apenas em “inverter o fluxo”. Trata-se de um processo de limpeza controlado destinado a remover a camada superficial de resíduos, libertar a carga dos poros superficiais e restabelecer a queda de pressão antes que a obstrução se espalhe demasiado profundamente na estrutura dos poros. Se se esperar demasiado tempo, os sólidos compactam-se. Se a retrolavagem for demasiado intensa, as soldaduras, as juntas, as tampas das extremidades e o suporte do meio filtrante ficam sujeitos a tensões. Se a retrolavagem for realizada com demasiada frequência, desperdiça-se filtrado, gás, ar comprimido, a atenção do operador e, por vezes, tempo de produção.

Eis a verdade nua e crua.

Se ainda estiver a escolher o tipo de suporte ou a geometria do cartucho, consulte este artigo sobre cartuchos filtrantes de metal sinterizado, cartuchos filtrantes de plástico sinterizado, queda de pressão no filtro sinterizado, métodos de limpeza de filtros sinterizados, e concepção de filtros sinterizados personalizados. O comportamento da retrolavagem não é um pormenor menor da manutenção. Deve influenciar o grau de porosidade, a área superficial, o volume do invólucro, o dimensionamento da válvula, o equipamento de retrolavagem por pulso e até mesmo a escolha da bomba ou do compressor.

O gatilho de retrolavagem não deve ser uma data do calendário

Mas comecemos pelo erro.

“Faça a retrolavagem a cada 8 horas.”

Talvez isso resulte. Talvez seja um disparate.

Um programa de retrolavagem com intervalos fixos pode ser útil em condições de funcionamento estáveis, mas torna-se perigoso quando a contaminação da água de alimentação varia. Uma instalação a funcionar 24 horas por dia, 7 dias por semana, raramente apresenta uma carga de impurezas perfeitamente constante. As partículas finas do catalisador variam. A ferrugem solta-se da tubagem a montante. As camadas de polímero desprendem-se. A qualidade da água altera-se após a chuva. Surge contaminação por óleo do compressor porque alguém ignorou o separador. De repente, a sua regra de “a cada 8 horas” torna-se demasiado lenta ou demasiado dispendiosa.

A pressão revela a verdade.

A pressão diferencial, mais concretamente.

O critério mais fiável para iniciar a retrolavagem é, normalmente, um aumento medido da pressão diferencial do filtro sinterizado em relação a um valor de referência quando o filtro está limpo. Não é a pressão absoluta na entrada. Não é o estado de espírito do operador. Não é o ruído da bomba. É o ΔP no filtro.

A análise de Mott sobre a filtração em metais porosos na indústria de processos descreve um projeto-piloto numa refinaria comercial que utilizou um filtro automatizado de 10 GPM, alternando continuamente entre a filtração e a retrolavagem, tendo sido realizados mais de 2 500 ciclos durante um período de teste de dois meses: Sistemas de filtragem de metal sinterizado da Mott para as indústrias de processo. Isto é importante porque demonstra a forma séria de abordar a retrolavagem: testar o meio filtrante, submetê-lo a ciclos, observar o desempenho e verificar a recuperação — em vez de fazer suposições com base numa curva de catálogo de condições ideais.

Um calendário pode ajudar.

É a tendência do ΔP que é determinante.

Com que frequência devem ser submetidos a retrolavagem os filtros sinterizados?

Não existe um intervalo universal.

Essa resposta irrita os compradores, mas é honesta. A frequência da retrolavagem depende da carga de partículas, da classificação dos poros, da espessura do meio filtrante, da área de superfície, do caudal, da viscosidade, da permeabilidade da camada de resíduos, da queda de pressão admissível, do fluido de retrolavagem e da quantidade de perda de produção que a unidade pode tolerar. Um filtro gás-sólido utilizado em catalisadores pode necessitar de um padrão de ciclos diferente do de um elemento de filtração de água. Um tubo fino de aço inoxidável sinterizado de 2 µm não se comportará como um respirador de bronze poroso de 40 µm. Obviamente.

Mas as pessoas continuam a pedir um número.

Tudo bem. Eis um ponto de partida prático:

Efetuar a retrolavagem quando o ΔP aumentar 20–50% acima do valor de referência de limpeza, ou quando a perda de caudal começar a afetar o controlo do processo, consoante o que ocorrer primeiro.

Isso não é uma lei. É um ponto de partida.

No caso de fluidos altamente estáveis, a retrolavagem baseada no tempo pode funcionar, desde que se comprove o padrão de ΔP. Para alimentações sujas ou variáveis, utilize a pressão diferencial. Para sistemas contínuos sensíveis, combine ambas as opções: um limite máximo de tempo de funcionamento e um gatilho de ΔP. Em termos simples: efetue a retrolavagem antecipadamente se a pressão aumentar; efetue a retrolavagem de qualquer forma se o sistema tiver funcionado durante demasiado tempo sem que tenha sido realizada.

As orientações da EPA sobre filtração por membrana — trata-se de uma tecnologia diferente, sim, mas que fornece um contexto operacional útil — referem que os sistemas de membranas podem ser submetidos a retrolavagem com maior frequência do que os filtros convencionais, muitas vezes em intervalos de cerca de 15 a 60 minutos, e que a retrolavagem pode reduzir a produtividade do sistema em 5–10%, uma vez que o filtrado é utilizado durante o processo de retrolavagem: Manual de orientação da EPA sobre filtração por membrana. Os filtros sinterizados não são membranas, mas a lição aplica-se igualmente: a retrolavagem tem um custo de produção, por isso não a programe de forma descuidada.

Uma retrolavagem insuficiente oculta a acumulação de resíduos.

Um refluxo excessivo reduz a capacidade.

Escolhe o que preferires — ou mede com mais precisão.

ΔP de limpeza, ΔP de disparo, ΔP terminal

Precisa de três valores de pressão.

Nem um sequer.

O ΔP de limpeza é a queda de pressão num filtro novo ou totalmente limpo, com caudal, temperatura e viscosidade do fluido definidos. O ΔP de ativação é o ponto em que se inicia a retrolavagem. O ΔP terminal é a pressão diferencial máxima permitida antes de o sistema correr o risco de perda de caudal, consumo excessivo de energia, deformação do filtro, fuga pelo desvio ou instabilidade do processo.

A maioria das centrais está a par do ΔP terminal, uma vez que os alarmes são muito altos.

São poucas as fábricas que conhecem o ΔP real.

Isso está ao contrário.

Se não souber o ΔP em estado limpo, não é possível determinar se o elemento recuperou após a retrolavagem. Está às cegas. Um filtro que costumava funcionar com um ΔP de 0,2 bar em estado limpo, mas que agora “recupera” apenas até 0,6 bar, não está limpo. Apresenta incrustações ocultas. Essas incrustações ocultas aumentam o consumo de energia, encurtam o tempo de ciclo e, aos poucos, transformam a retrolavagem numa farsa.

Os recursos do Departamento de Energia dos EUA relativos aos sistemas de bombagem salientam que a otimização desses sistemas pode proporcionar poupanças significativas em termos de energia e custos: Recursos sobre sistemas de bombagem do DOE. Se aplicarmos isto à filtração: uma queda de pressão desnecessária não é apenas um problema do filtro. É uma despesa com a bomba, uma despesa com o compressor e, por vezes, um obstáculo à produção.

A queda de pressão é significativa.

Pagas isso de hora a hora.

Pressão de retrolavagem: força suficiente, não força bruta

A pressão de retrolavagem deve ser suficientemente elevada para deslocar a camada de resíduos e reverter a acumulação de partículas nos poros superficiais, mas não tão elevada que provoque um choque no elemento, danifique as juntas, provoque fissuras em soldaduras frágeis, levante os suportes do meio filtrante ou empurre as partículas para mais fundo nos locais errados.

Essa última parte surpreende as pessoas.

Mais pressão nem sempre é melhor.

A pressão de retrolavagem dos filtros sinterizados depende da construção do elemento (liga ou polímero), da espessura da parede, do grau de porosidade, do design das tampas, da geometria do invólucro, do percurso do fluxo inverso e do facto de o filtro ter sido concebido para pulso de gás, retrolavagem com líquido ou uma combinação de sopro e lavagem. Um elemento rígido de metal sinterizado 316L pode suportar uma pressão diferencial elevada; um pequeno componente de plástico sinterizado ou um conjunto colado pode não o conseguir.

Um artigo sobre gás-sólidos em metal poroso refere que os elementos metálicos porosos sinterizados podem ser fabricados para suportar pressões diferenciais superiores a 3 000 PSI e são utilizados como meios permanentes com construção soldada: separação de gás e sólidos através da tecnologia de metal poroso sinterizado. Impressionante. Mas não interpretem mal. A capacidade estrutural de pressão diferencial não significa que se possa submeter todos os filtros a pulsos de retrolavagem violentos.

A força não é estratégia.

Comece por verificar os limites do fornecedor. Confirme os valores máximos de ΔP no sentido de avanço, ΔP no sentido de retrocesso, pressão de pulso, redução de potência devido à temperatura, limites das vedações e recomendações relativas ao número de ciclos. Em seguida, realize testes com o seu fluido.

Se um fornecedor não conseguir dar orientações sobre a retrolavagem, fico nervoso.

A retrolavagem danifica os filtros sinterizados?

Sim, é possível.

Normalmente não, quando feito corretamente, mas sem dúvida quando feito como uma manobra do tipo «plant-air».

A retrolavagem pode danificar os filtros sinterizados devido a choques de pressão, variações térmicas bruscas, fluido de retrolavagem sujo, sobrecarga de fluxo inverso, fadiga nas soldaduras, movimento das juntas, afrouxamento das tampas, fissuras no meio filtrante ou colapso dos suportes. Os elementos metálicos toleram mais abuso do que muitos elementos poliméricos, mas mesmo o metal tem os seus limites. Os ciclos de impulsos repetidos são eventos mecânicos. Fingir o contrário é o que faz com que o “material filtrante permanente” se transforme em sucata.

Eis a nuance: a retrolavagem é também o que mantém o filtro em bom estado de funcionamento.

Sem isso, a sujidade compacta-se. A pressão diferencial aumenta. Os operadores aumentam o caudal da bomba. As partículas incrustam-se mais profundamente. Eventualmente, o elemento fica irrecuperável. Por isso, a questão não é “a retrolavagem danifica os filtros?”. A melhor pergunta é: que pressão, frequência, duração e qualidade do fluido na retrolavagem proporcionam a melhor recuperação com o mínimo de esforço mecânico?

Isso é uma questão de engenharia.

Não é uma entrada no calendário.

Limites de ciclos: conte os ciclos, não se limite a contar os dias

Um ciclo de retrolavagem tem um ciclo de vida.

As instalações adoram contadores de horas. Esquecem-se dos contadores de ciclos. Acho que isso é um erro. Um filtro que realiza 20 ciclos de retrolavagem por dia não envelhece da mesma forma que um que realiza 2 ciclos por dia, mesmo que ambos estejam instalados há seis meses.

A contagem cíclica é importante para:

Fadiga da soldadura.

Desgaste da vedação.

Desgaste das válvulas.

Fiabilidade do solenóide de retroimpulso.

Tensão no núcleo de suporte.

Eficácia da limpeza do meio filtrante.

Resolução de problemas pelo operador.

Tendência oculta de incrustação.

Um projeto-piloto de uma refinaria comercial com mais de 2 500 ciclos de filtração/retrolavagem é útil porque apresenta a retrolavagem como algo que pode ser testado, e não como um mito. Se a sua unidade estiver a realizar retrolavagens 48 vezes por dia, isso equivale a 17 520 ciclos por ano. Se o fornecedor nunca tiver abordado a questão da vida útil dos ciclos, pergunte-lhe porquê.

A sério.

Pergunta.

Lógica de ativação por pressão diferencial

Gosto de uma lógica de acionamento simples.

Os sistemas complexos falham de formas monótonas.

Uma configuração prática para a retrolavagem de filtros sinterizados em instalações que funcionam 24 horas por dia, 7 dias por semana, poderia ser a seguinte:

Retrolavagem com gatilho ΔP.

Retrolavagem no limite máximo de tempo de funcionamento.

Alarme se a recuperação do ΔP após a retrolavagem for insuficiente.

Alarme caso a frequência do ciclo aumente acentuadamente.

Alarme caso o ΔP do terminal seja atingido demasiado rapidamente.

É aqui que a instalação percebe o que se está realmente a passar. Se o intervalo do ciclo diminuir de 8 horas para 2 horas, significa que a alimentação mudou. Ou que o filtro está a acumular sólidos. Ou que a qualidade da retrolavagem diminuiu. Ou que as válvulas não estão a abrir totalmente. Ou que a distribuição no invólucro é má. Não basta aumentar a pressão de retrolavagem e ficar à espera que tudo corra bem.

É assim que as instalações ocultam a acumulação de resíduos até ao encerramento.

Uma regra melhor:

Se a diferença de pressão (ΔP) após a retrolavagem aumentar gradualmente ao longo de vários ciclos, agende uma limpeza mais profunda ou uma inspeção.

Isso significa que a retrolavagem já não está a restaurar totalmente o meio filtrante. A camada superficial pode estar a ser removida, mas a acumulação nos poros internos mantém-se.

O filtro está a dizer-te alguma coisa.

Ouve antes.

Tabela: definição dos limites de frequência, pressão e ciclo

Um exemplo de fábrica a funcionar 24 horas por dia, 7 dias por semana

Uma fábrica utiliza um filtro de aço inoxidável sinterizado a um caudal de 150 L/min.

O ΔP limpo é de 0,25 bar.

O operador definiu inicialmente a contraplavagem para 1,5 bar porque alguém considerou que isso era “seguro”. Talvez fosse seguro do ponto de vista mecânico. Do ponto de vista operacional, foi uma estupidez. Quando o sistema atingia 1,5 bar, os sólidos já se tinham compactado no bolo, e cada retrolavagem recuperava apenas até 0,55–0,70 bar. A equipa pensava que o filtro estava a envelhecer. Não era o envelhecimento a causar o problema. Estava a ser limpo demasiado tarde.

Alterámos o limiar de ativação para 0,45 bar, definimos um tempo máximo de funcionamento e registámos a recuperação após a retrolavagem.

A frequência do ciclo aumentou inicialmente.

O tempo de inatividade diminuiu.

O fluxo foi estabilizado.

Foi então que o verdadeiro culpado apareceu: picos de partículas a montante após o arranque da bomba. O filtro nunca foi o problema principal. Era apenas a prova.

Isso acontece mais vezes do que as pessoas admitem.

Qualidade do fluido de retrolavagem: o segredo sujo

A retrolavagem com fluido sujo constitui sabotagem.

Sabotagem silenciosa.

Se utilizar água da fábrica cheia de ferrugem, ar comprimido com névoa de óleo ou filtrado reciclado que contenha partículas finas, poderá remover uma camada de contaminação ao mesmo tempo que injeta outra. A descarga pode parecer impressionante. A recuperação do caudal pode continuar a ser fraca. E então alguém diz que o filtro chegou ao fim da sua vida útil.

Talvez.

Ou talvez o tenhas lavado com lixo.

Utilize líquido limpo e compatível, gás limpo ou filtrado validado. Adicione separadores, coalescedores ou filtros de aperfeiçoamento, se necessário. O gás seco deve estar seco. O ar deve estar isento de óleo e filtrado. O azoto é mais adequado em alguns sistemas químicos ou sensíveis à oxidação. O líquido de retrolavagem não deve reagir com o meio filtrante nem com resíduos do processo.

Simples.

Muitas vezes ignorado.

Quando a retrolavagem não é suficiente

A retrolavagem remove o resíduo removível.

Não dissolve magicamente incrustações, óleo polimerizado, resíduos orgânicos cozedos, películas de óxido, biofilme, géis pegajosos ou partículas finas incrustadas profundamente nos poros. Se a diferença de pressão (ΔP) após a retrolavagem continuar a aumentar, não continue a sobrecarregar o elemento. Recorra à limpeza por ultrassons, limpeza química, imersão em solvente, limpeza a vapor ou limpeza fora de linha controlada, dependendo do meio filtrante e do contaminante.

É aí que métodos de limpeza de filtros sinterizados deve fazer parte do seu plano de manutenção.

Se a recuperação após a retrolavagem ficar abaixo do seu limiar interno — digamos, se o filtro já não voltar ao valor de referência de limpeza dentro de 10–25% —, retire o elemento antes que se torne irrecuperável. O valor exato depende do risco do processo. Não tome o meu intervalo como uma regra absoluta.

Utilize os seus dados.

O erro dispendioso: utilizar o ΔP terminal como critério de ativação da retrolavagem

Isto deixa-me louco.

A pressão terminal ΔP não é um critério normal para iniciar a retrolavagem. Trata-se do limite da janela de funcionamento. Se, habitualmente, deixar o filtro funcionar até atingir a pressão terminal antes da limpeza, está a permitir que o filtro atinja o ponto mais crítico da sua curva de obstrução em cada ciclo.

Isso aumenta o consumo de energia.

Compacta o bolo.

Reduz a estabilidade do fluxo.

Pode empurrar partículas para dentro da rede de poros.

Reduz a vida útil.

Faz com que a corrente de retorno pareça mais fraca do que realmente é.

O terminal ΔP deve corresponder a um alarme ou a um limite rígido, e não ao sinal normal de limpeza. A retrolavagem de rotina deve, normalmente, iniciar-se mais cedo, com base no comportamento de recuperação que resulte no menor custo total: energia, resíduos da retrolavagem, tempo de inatividade, vida útil do meio filtrante e mão-de-obra.

Os técnicos de manutenção sabem isso instintivamente.

O departamento de contabilidade fica a saber disso depois do encerramento.

Perguntas frequentes

O que é a retrolavagem de um filtro sinterizado?

A retrolavagem de filtros sinterizados é um processo de limpeza por fluxo inverso controlado que impulsiona líquido limpo, gás ou um pulso de retrolavagem através do meio filtrante poroso, com o objetivo de deslocar a camada de resíduos acumulados, libertar a carga dos poros superficiais, reduzir a pressão diferencial e restabelecer o fluxo antes que a obstrução se torne profundamente incrustada.

Não se trata apenas de “soprar para trás”. Uma retrolavagem correta requer pressão, duração, ponto de ativação, qualidade do fluido e medição da recuperação bem definidas.

Com que frequência devem ser submetidos a retrolavagem os filtros sinterizados?

Os filtros sinterizados devem ser submetidos a retrolavagem quando a pressão diferencial ultrapassar um ponto de ativação validado, que normalmente começa em torno de 20–50% acima do valor de referência em estado limpo, ou quando for atingido um limite máximo de tempo de funcionamento em condições de serviço estáveis, dependendo da perda de caudal, da acumulação de sujidade, da viscosidade do fluido e do risco do processo.

Os programas baseados no tempo só funcionam depois de compreender a tendência do ΔP. As alimentações sujas ou variáveis requerem um controlo baseado na pressão.

Que diferença de pressão deve desencadear a retrolavagem?

A retrolavagem deve, normalmente, ser acionada por um aumento medido da pressão diferencial acima do valor de referência em estado limpo, e não pela pressão final, sendo que o valor inicial de acionamento é frequentemente definido em cerca de 20–50% acima do ΔP em estado limpo e, posteriormente, ajustado com base nos dados de recuperação pós-retrolavagem e nos intervalos entre ciclos.

O melhor gatilho é aquele que restabelece o fluxo sem desperdiçar ciclos nem permitir que a incrustação se fixe demasiado profundamente.

Que pressão de retrolavagem deve ser utilizada nos filtros sinterizados?

A pressão de retrolavagem dos filtros sinterizados deve respeitar o limite de pressão inversa nominal indicado pelo fornecedor e ser validada através de ensaios, utilizando força suficiente para remover a camada de resíduos e restabelecer a queda de pressão, sem causar choques no meio filtrante, danificar soldaduras, deslocar vedantes, fissurar suportes ou fazer com que a contaminação penetre mais profundamente.

Não se deve partir do princípio de que uma pressão mais elevada significa uma limpeza mais eficaz. A curva de recuperação é mais importante do que jatos de ar potentes.

A retrolavagem danifica os filtros sinterizados?

A retrolavagem pode danificar os filtros sinterizados quando a pressão, a frequência do ciclo, o choque térmico, a contaminação do fluido de retrolavagem, a direção inversa do fluxo ou a intensidade do impulso excedem os limites de conceção do elemento; no entanto, uma retrolavagem devidamente controlada prolonga normalmente a vida útil do filtro, evitando a obstrução profunda e a pressão diferencial excessiva.

O risco de danos depende do material, da construção, das soldaduras, das tampas das extremidades, das juntas, da estrutura de suporte e da intensidade com que o sistema de retrolavagem é utilizado.

Quantos ciclos de retrolavagem consegue um filtro sinterizado suportar?

Um filtro sinterizado pode suportar muitos ciclos de retrolavagem quando concebido e operado corretamente, mas o número seguro de ciclos depende do material do meio filtrante, do desenho das soldaduras, da pressão inversa, da temperatura, da intensidade do impulso, da construção das juntas, da exposição à corrosão e do facto de a recuperação da pressão após a retrolavagem se manter estável.

Acompanhar a contagem de ciclos. Uma fábrica que opera 40 ciclos por dia não apresenta o mesmo nível de desgaste que uma que opera 4 ciclos por dia.

Por que é que a queda de pressão aumenta após a retrolavagem?

A queda de pressão aumenta após a retrolavagem quando o processo deixa partículas finas incrustadas, resíduos pegajosos, incrustações, óleo, biofilme ou carga compactada nos poros no interior do meio filtrante, o que significa que a camada superficial é removida, mas a resistência interna permanece e o filtro já não volta ao seu estado inicial de limpeza.

Uma tendência crescente de ΔP após a refluxão constitui um sinal de alerta precoce. Não a ignore.

Qual é a melhor opção: a retrolavagem baseada no tempo ou na pressão?

A retrolavagem baseada na pressão é normalmente mais adequada para condições de processo variáveis, uma vez que responde à carga real do filtro, enquanto a retrolavagem baseada no tempo só funciona quando a contaminação da água de alimentação, o caudal, a viscosidade e a carga de impurezas se mantêm suficientemente estáveis para que os intervalos fixos sejam fiáveis.

Muitas instalações que funcionam 24 horas por dia, 7 dias por semana, devem utilizar ambos: a pressão diferencial como principal mecanismo de ativação e o tempo máximo de funcionamento como proteção de reserva.

O que acontece se os filtros sinterizados forem submetidos a retrolavagem com demasiada frequência?

A retrolavagem excessivamente frequente dos filtros sinterizados pode resultar no desperdício de filtrado, gás comprimido, tempo do operador, vida útil das válvulas e capacidade de produção, ao mesmo tempo que aumenta o desgaste mecânico do elemento, das juntas, das soldaduras e do equipamento de retrolavagem, sem que haja uma melhoria significativa na recuperação da queda de pressão.

A retrolavagem frequente não significa, por si só, uma boa manutenção. Pode estar a esconder um dimensionamento inadequado, matéria-prima suja ou configurações incorretas do gatilho.

Orientações em matéria de contratação pública

Envie-nos o seu ΔP atual, a tendência atual do ΔP, o caudal, a viscosidade, a carga de sólidos, a classificação dos poros, o material do filtro, o fluido de retrolavagem, o limite de contrapressão e o histórico de ciclos. Ajudá-lo-emos a definir a frequência, a pressão e os limites de ciclo da retrolavagem do filtro sinterizado com base no comportamento real do processo — e não em suposições baseadas no calendário.

Porque o backwash não é um ritual.

É uma estratégia de controlo.

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