Pré-filtração: como proteger o filtro final e reduzir o custo por litro filtrado

A pré-filtração é a etapa que retém, antes do filtro final, as partículas, os coloides e parte da carga biológica que, de outra forma, o entupiriam. A sua função é proteger o filtro final: que chegue à membrana apenas o que nenhuma etapa anterior consegue reter. Bem dimensionada, ela permite que o filtro final processe mais litros entre trocas e reduz o custo por litro filtrado.

O filtro final costuma ser o elemento mais caro do trem e o que define a qualidade do produto: uma membrana esterilizante, uma membrana que estabiliza uma bebida antes do envase ou um cartucho de polimento. Se ele colmata com sólidos que um pré-filtro poderia reter, paga-se duas vezes: em cartuchos e em paradas de linha.

Por que a pré-filtração define a vida útil do filtro final

Uma membrana retém por tamanho, com uma distribuição de poros estreita. Por isso é precisa, e por isso também colmata: as partículas e os coloides que chegam ficam na membrana, fecham poros e a pressão diferencial (ΔP) sobe até o valor de troca. O LifePure Plus F&B, por exemplo, é trocado a 2 bar de ΔP. O volume filtrado até esse momento é o seu rendimento real naquele fluido.

Um meio de profundidade trabalha de outra forma: captura partículas e coloides em toda a sua espessura. Tem mais capacidade de carga por cartucho e uma retenção menos precisa. A pré-filtração combina as duas coisas: o meio de profundidade ou plissado assume a carga grossa e a membrana final faz o trabalho fino.

O custo por litro filtrado é calculado somando o que se gasta com cartuchos de todas as etapas, com sanitizações e com horas de parada para as trocas, e dividindo esse total pelo volume que passa entre uma troca e a seguinte. A pré-filtração não reduz o preço de nenhum cartucho: aumenta o denominador.

Profundidade, plissado ou híbrido: como cada meio retém

Microfibra de vidro

A microfibra de vidro forma uma matriz de fibras muito finas que retém partículas e coloides em toda a sua espessura. A linha MicroFiber a usa de três maneiras:

• MicroFiber Plus: uma camada de densidade graduada, de 0,45 a 40 µm, com 0,8 m² a cada 10″.
• MicroFiber Protec: duas camadas em série, uma externa mais aberta e uma interna mais fina, de 0,45 a 20 µm, para fluidos com alta carga coloidal.
• MicroFiber Max: um pré-filtro de vidro de alta densidade e uma camada final de retenção, de 0,45 a 1,2 µm, projetado como pré-filtro de membranas de 0,2 e 0,45 µm.

Polipropileno e malha de aço

Plissar o meio multiplica a área dentro do mesmo cartucho de 2,75″ de diâmetro: o ProFlow Plus chega a 8.000 cm² a cada 10″. Os ProFlow usam microfibras de polipropileno de porosidade progressiva e são 100 % polipropileno, unidos por selagem térmica, sem aditivos nem surfactantes. As versões de camada dupla, ProFlow e ProFlow Protec, reúnem um pré-filtro e uma camada final no mesmo elemento: partem de uma ΔP mais elevada com o cartucho limpo, mas levam mais tempo e mais volume para chegar à pressão de troca.

A malha de aço inoxidável cobre o outro extremo. O MicroMesh usa malha de aço inoxidável 304 plissada, de 12 a 500 µm, termossoldada aos seus componentes de polipropileno sem adesivos, e suporta limpezas repetidas. Trabalha como primeira barreira para sólidos grossos, antes dos pré-filtros mais finos.

Híbridos e membrana de camada dupla

Os PreFiber reúnem em um mesmo cartucho um meio de profundidade a montante e uma membrana de polietersulfona (PES) como filtro final:

• Polipropileno plissado de profundidade + PES: PreFiber PP + PES e PreFiber A PP + PES, com 6.700 cm² a cada 10″.
• Microfibra de vidro + PES assimétrica: PreFiber GF + PES, com vidro de alta capacidade e 6.700 cm² a cada 10″, e PreFiber Max GF + PES, com vidro de alta densidade para cargas elevadas de partículas e coloides e 4.500 cm² a cada 10″.

Um passo além está a membrana de camada dupla. O LifePure Protec tem duas camadas de PES assimétrica: a primeira, de poro aberto, retém os contaminantes maiores e protege a segunda, que define o grau. O seu catálogo o indica para pré-filtração de carga pesada antes de filtros esterilizantes.

Retenção nominal e absoluta: o que significa cada grau

Um número de mícrons sem qualificação diz pouco. A retenção absoluta indica que o meio retém, com uma eficiência definida e ensaiada, todas as partículas iguais ou maiores que o grau declarado. A nominal é uma referência de tamanho sem esse compromisso: parte das partículas desse tamanho pode passar. Um cartucho de 1 µm nominal e um de 1 µm absoluto não são intercambiáveis.

A eficiência é expressa pela razão beta (β), o quociente entre as partículas de um dado tamanho a montante e a jusante do filtro. Uma β de 1.000 equivale a reter 99,9 % dessas partículas.

O que declara cada catálogo:

• ProFlow Plus: graus de 0,2 a 40 µm, com retenção absoluta declarada nos de 0,5 a 20 µm: 99,9 % de eficiência (Beta 1000) sobre as partículas do tamanho do poro.
• ProFlow Protec: retenção absoluta em todos os seus graus, de 0,2 a 10 µm.
• PreFiber A PP + PES: graus absolutos de 0,1 a 1,2 µm, com o poro do pré-filtro declarado para cada um, de 0,5 a 3 µm.
• PreFiber PP + PES (0,1 a 0,65 µm) e PreFiber Max GF + PES (0,1 a 0,6 µm): graus nominais.

Quando um catálogo não qualifica o grau, a forma segura de comparar é um ensaio com o fluido real. No filtro final de membrana, além disso, o grau é definido de outra maneira, com um desafio bacteriano, como explicamos em filtração esterilizante: o que significa 0,2 µm.

Como dimensionar o salto entre pré-filtro e filtro final

Não existe uma relação de poros que sirva para todos os fluidos, mas existem critérios para escalonar as etapas:

1. Partir do que chega. Turbidez, sólidos em suspensão, coloides, carga biológica, volume por lote, vazão e ΔP disponível na linha. Um vinho já clarificado e uma solução com proteínas pedem trens diferentes, mesmo que o filtro final tenha o mesmo poro.
2. Que cada etapa retenha o que entupiria a seguinte. Se o salto for grande demais — um pré-filtro muito aberto antes de uma membrana fina —, a fração intermediária passa e colmata a membrana. Se for pequeno demais, o pré-filtro faz o trabalho da membrana e entope antes.
3. Buscar o equilíbrio. O trem está bem dimensionado quando as etapas chegam à sua ΔP de troca em tempos comparáveis. Se o pré-filtro é trocado com muito mais frequência que a membrana, está fechado demais ou lhe falta área; se a membrana entope primeiro, o pré-filtro está aberto demais ou falta uma etapa intermediária.
4. Aproveitar a camada dupla quando o salto é grande. Os cartuchos de camada dupla mostram como se escalona dentro de um mesmo elemento: o LifePure Protec combina uma camada final de 0,2 µm com uma pré-filtrante de 0,6 µm, e o PreFiber A PP + PES declara um pré-filtro de 0,7 µm para o seu grau de 0,2 µm.
5. Medir. Um ensaio em pequena escala com o fluido real, registrando a ΔP em função do volume filtrado para cada combinação candidata, permite fazer o scale-up pela área. Em operação, um manômetro na entrada e outro na saída de cada carcaça mostram qual etapa está recebendo a carga.

Que pré-filtro escolher conforme o fluido

A tabela organiza os nossos cartuchos de pré-filtração por necessidade, com o dado que declara o catálogo de cada modelo.

Necessidade	Meio	Modelo	Dado do catálogo
Filtração grosseira de sólidos com um meio que suporta limpezas repetidas	Malha de aço inoxidável 304 plissada	MicroMesh	12 a 500 µm; termossoldado, sem adesivos
Pré-filtração geral e pré-tratamento de osmose reversa	Polipropileno plissado	ProFlow Plus	Absoluto de 0,5 a 20 µm (99,9 %, Beta 1000); 8.000 cm² a cada 10″
Fluidos muito carregados, com mais volume até a troca	Polipropileno plissado de camada dupla	ProFlow Protec · ProFlow	ProFlow Protec: absoluto de 0,2 a 10 µm · ProFlow: 0,45 a 3 µm
Turbidez e coloides antes da membrana	Microfibra de vidro	MicroFiber Plus · MicroFiber Protec · MicroFiber Max	0,45 a 40 µm · 0,45 a 20 µm em duas camadas · 0,45 a 1,2 µm
Reduzir a carga biológica que chega ao filtro final	Polipropileno + membrana PES	PreFiber PP + PES · PreFiber A PP + PES	PreFiber PP + PES: 0,1 a 0,65 µm nominal · PreFiber A PP + PES: 0,1 a 1,2 µm absoluto
Proteínas, coloides e cargas altas antes do filtro esterilizante	Microfibra de vidro + PES assimétrica	PreFiber GF + PES · PreFiber Max GF + PES	PreFiber GF + PES: 6.700 cm² a cada 10″ · PreFiber Max GF + PES: vidro de alta densidade, 4.500 cm²
Alta carga de partículas ou bioburden, com pré-filtro de membrana integrado	Membrana PES de camada dupla	LifePure Protec	De 0,1 + 0,4 µm a 0,65 + 1,2 µm (camada final + pré-filtro)

Na indústria farmacêutica e de biotecnologia, o PreFiber PP + PES é pensado para soluções de proteínas, soros, vacinas e meios de cultura, e o MicroFiber Max, como pré-filtro de membranas de 0,2 e 0,45 µm; o trem completo está na página de filtração para farma e biotecnologia. Em bebidas e vinho, ProFlow, MicroFiber e PreFiber trabalham a montante da membrana final, como contamos em filtração de vinho por etapas. Em água, os três ProFlow incluem o pré-tratamento de osmose reversa entre as suas aplicações.

Como ajudamos você a dimensionar a pré-filtração

Fabricamos na Argentina cartuchos de pré-filtração e de membrana, e os configuramos por código: grau, comprimento de 10″ a 40″, adaptador e material das juntas. Se você nos contar qual fluido filtra, com que vazão e volume, e qual filtro final quer proteger, propomos um trem de etapas e os cartuchos para testá-lo na sua linha. Envie-nos os dados do seu processo.