Equipos para Ultrafiltración
En el siguiente informe se analizará los equipos de ultrafiltración, dejando como primera instancia el concepto de ultrafiltración, la que se compone de membranas capaces de separar diferentes tipos de sólidos y líquidos, tales como bacterias, sólidos finos, pigmentos, coloides, virus, azucares, tintas, sales, iones metálicos; en sus diferentes fases. Así también existen diferentes tipos de equipo de ultrafiltración, como la ultrafiltración tubular, la que trabaja con un flujo cruzado, utilizada en aguas con altas concentración de contaminantes, posteriormente esta la ultrafiltración de fibra hueca; esta además de usar el flujo cruzado también usa el directo, abarcando una gran superficie de filtración. Finalmente encontramos la ultrafiltración fibra hueca sumergida, equipo que funciona succionando el agua a través de membranas. Se mencionarán algunos de los fabricantes de este tipo de equipo son ACS Medio ambiente, Millipore S.A., Generatoris, entre otros, en donde predominan los países de América del Norte, como México y Estados Unidos. Las aplicaciones de la ultrafiltraciones abordan a industrias como la metalúrgica, alimenticia, textil, lácteos. El énfasis estará en la aplicación en tratamiento de aguas residuales en donde se distinguen algunos tipos de ultrafiltración, como la tubular que potabiliza aguas de flujos naturales, dejándola para el consumo humano. También se realizará una breve explicación de la ultrafiltración en la industria láctea en donde se emplean membranas con poros de tamaño molecular. Con la ultrafiltración en la leche es posible lograr el enriquecimiento de proteínas, además es utilizada en la creación de helados a base de leche, dándoles una mayor vida por la alta concentración de proteínas, con este procesos se da la instancia para la producción de quesos, pasteurizando la leche, eliminando las sustancias sólidas y los microorganismos, además manteniendo el calcio, sodio, suero y el fosforo.
1. Ultrafiltración La ultrafiltración es el tipo de Filtración que utiliza membranas para separar diferentes tipos de sólidos y líquidos. El tamaño de poro no es tan fino como en la Nanofiltración y tampoco requiere tanta energía para efectuar la separación, y es más pequeño que el de las membranas de microfiltración. La membranas de Ultrafiltración están dispuestas en forma de capilares y están construidas con materiales plásticos que son porosos semipermeables. La Ultrafiltración es capaz de concentrar sólidos suspendidos, bacterias, algunas proteínas, algunos colorantes y compuestos con un peso molecular mayor a 150,000 (u). Antes de continuar con el estudio de la ultrafiltración cabe mencionar los tipos de membrana existentes en el mercado a través del siguiente esquema:
Ilustración 1: Tipos de membranas de filtración
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1.1 EL PROCESO DE ULTRAFILTRACIÓN
La ultrafiltración (UF) es una técnica que opera gracias a una diferencia de presión como fuerza impulsora, logrando separar partículas que se encuentran en el rango entre 0,001 µm a 0,05 µm, equivalente a pesos moleculares entre 0,5 y 500 (u), aproximadamente. El solvente y los solutos de bajo peso molecular (tales como azúcares, sales, aminoácidos) pasarán a través de la membrana, quedando retenidas las grandes moléculas. Por esto, la principal aplicación de la UF es la concentración, fraccionamiento y purificación de solutos de gran tamaño (macrosolutos) en solución acuosa, tales como proteínas y carbohidratos. En ultrafiltración el tamaño de poros se expresa en términos del peso molecular de las sustancias que pueden ser retenidas por la membrana, teniendo como referencia proteínas de tipo globular. Para la UF, el gradiente de concentración causado por la acumulación de sustancias de alto peso molecular, en el líquido adyacente a la membrana, determina un efecto osmótico despreciable. En ausencia de fenómenos de incrustación superficial, el flujo de permeado, se rige por la ley de Darcy; por ende, es directamente proporcional a la diferencia de presión aplicada e inversamente proporcional a la viscosidad de la fase líquida. Los polímeros más empleados en la confección de membranas de ultrafiltración son la polisulfona y la polietersulfona. La polisulfona que proviene de la reacción entre la sal sódica de bisfenol A y di-p-diclorodifenilsulfona. Estos polímeros presentan una notable estabilidad térmica, resistencia a condiciones extremas de pH (entre 1 y 13), buena resistencia a agentes oxidantes y capacidad de ser configurada en diferentes geometrías. Las membranas se fabrican de acuerdo al método de inversión de fases, cuyo procedimiento comienza típicamente con una solución polimérica que se convierte en gel, preparado en forma de películas delgadas para ser usadas posteriormente como capas en las membranas; esto ya sea como proceso batch o continuo, permitiendo obtener material de diferentes características de selectividad y permeabilidad, modificando la formulación química y las condiciones de síntesis del filtro.
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2. Tipos de equipos de ultrafiltración Existen 3 tipos de equipos de ultrafiltración según su tipo de membrana de ultrafiltración para diferentes tipos de turbidez de agua:
Ultrafiltración tubular: este equipo trabaja en flujo cruzado, es decir, el agua pasa a través de la membrana en un 10% aproximadamente, debido a la velocidad de recirculación del agua. El agua recircula hasta lograr una turbidez suficiente para obtener la purificación del agua. Se utilizan en aguas con altas concentraciones de contaminantes. Además, estos equipos son capaces de trabajar en condiciones de alto pH y alta temperatura. Ultrafiltración de fibra hueca (Hollow Fiber): Su estructura es similar al de un conjunto de pequeñas pajillas. Permite abarcar una gran superficie de filtración en comparación con su tamaño. Puede trabajar en flujo cruzado y adicionalmente en flujo directo. Ultrafiltración fibra hueca sumergida: Este equipo funciona succionando el agua a través de las membranas y deja las partículas que se deben remover en el tanque de alimentación. Luego, esta agua es desechada cada vez que la turbidez concentrada alcance cierto límite. A continuación, una tabla en donde se muestran los tipos de UF y los grados de turbidez aceptados* e ilustraciones de los tipos de equipos de ultrafiltración: Tipo
Turbidez media (NTU) Turbidez máxima (NTU)
UF tubular
360
15000
UF Fibra hueca LD UF Fibra hueca sumergida
100
200
200
1000
Tabla 1: Tipos de UF
*La turbidez se mide en Unidades Nefelométricas de turbidez (NTU) El instrumento usado para su medida es el nefelómetro , el cual mide la intensidad de la luz dispersada a 90 grados cuando un rayo de luz pasa a través de una muestra de agua.
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Ilustración 2: Configuración del sistema de fibra hueca y tubular
Ilustración 3: Configuración del sistema de fibra hueca sumergida
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3. Rango de Capacidades de producción Las capacidades de los equipos de ultrafiltración son variables, sin embargo, la mayoría tiene una capacidad de producción de 30 a 720 m3/h. A continuación se muestran dos tablas con las especificaciones técnicas de diferentes modelos de dos marcas de equipos de filtración.
Tabla 2: Especificaciones Técnicas Fluytec(Fluytec)
Tabla 3: Especificaciones técnicas CHsistemas, modelos Terra. (CHSistemas)
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4. Fabricantes Nacionales e Internacionales Fabricante
Producto
País
ACS Medio ambiente
Equipos de ultrafiltración para resolver necesidades de tratamiento de agua
México
Millipore S.A.
Equipos de ultrafiltración para procesos de producción de productos terapeúticos
Estados Unidos
NAM Ambiental S.A.
Ultrafiltración S.A. Roming Ingeniería Generatoris
OSMOTEC
Sistemas de ultrafiltración y osmosis inversa para purificación de aguas para bebidas y productos farmaceúticos Equipos para filtración y medios filtrantes para prefiltración y filtración final. Equipos de ultrafiltración
México Argentina
Proveedor de equipos TA-UO-100 Equipo de ultrafiltración y osmosis inversa, y deTA-UO-200 Equipo de ultrafiltración y osmosis inversa con adquisición de datos Equipos de ultrafiltración
DOW™ Ultrafiltration
Technology INQUINAT S.A.
México
Equipos de ultrafiltración de fibra hueca. Distribuye Marcas Registradas Internacionales de Tratamientos de Agua. Ofrece membranas de ultrafiltración cerámicas y de fibra hueca.
Prominent Chile
Estados Unidos Estados Unidos Chile
Chile Distribuye e instala equipos Dulcoclean® UF
Tabla 4: Fabricantes Nacionales e Internacionales
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5. Aplicaciones Industriales La ultrafiltración del agua, además de aplicarse en el tratamiento de aguas residuales, se puede aplicar en varios sectores de la industria, de estos se pueden destacar los siguientes:
Industria metalúrgica
Industria alimenticia
Industria textil
Industria de lácteos
Aplicación en tratamiento de aguas residuales (Totagua):
Para el tratamiento de aguas residuales se distinguen tres tipos de ultrafiltración aplicados en la industria: Este sistema permite potabilizar aguas procedentes de pozos, lagos o ríos, donde encontramos un agua sin mucha carga y que con este tratamiento de ultrafiltración se convierte en apta para el consumo humano.
a) Ultrafiltración
Tubular:
. b) MBR (Bioreactores de membrana): Esta tecnología permite un efluente de
mayor calidad que una depuración tradicional. En caso que ya exista una estación depuradora, ésta puede ser convertida a una estación MBR con algunas modificaciones en el reactor biológico (MBR de membranas sumergidas) o con una recirculación permanente (MBR membranas externas). c) UFTC (Ultrafiltración tangencial cerámica): El proceso de ultrafiltración
tangencial nos permite reducir la carga de las aguas industriales muy complejas para posteriormente ser tratadas con una depuración tradicional o MBR.
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Ilustración 4: Ultrafiltración en tratamiento de aguas residuales
Aplicación de la ultrafiltración en la industria láctea (Acondicionamientos de agua)
En la industria láctea se emplean membranas con poros de tamaño molecular que funcionan a baja presión para obtener fluidos sin moléculas de alto peso. El mismo posee diferentes aplicaciones, como ser un prefiltrado para la osmosis inversa. La ultrafiltración es uno de los sistemas más utilizados en la industria láctea, con el que se obtienen el mejoramiento y la creación de productos. En relación a la leche, es posible lograr el enriquecimiento de proteínas de ésta sustancia líquida. El procedimiento es realizado para evitar la utilización de leche en polvo sin grasa, la cual aumenta las proteínas, pero le da a la leche un sabor muy dulce, que suele ser resistida por los consumidores. Asimismo, el mencionado tratamiento de agua se emplea para conseguir leche reducida en carbohidratos, una sustancia especial denominada concentrado de proteínas de leche por ultrafiltración, con la cual se obtiene un polvo que respeta los sabores y olores originales y para potenciar los sólidos en productos como las cremas agrias. La ultrafiltración tiene gran importancia en la producción de helados a base de leche. A partir del mismo se genera una mayor concentración de la proteína del 9
helado lo cual le otorga al producto final una más larga vida, ya que extrae la lactosa y algunos minerales que son responsables de la cristalización al momento de la cristalización con el paso del tiempo. El uso más importante y revolucionario de la ultrafiltración en la industria láctea se da en la creación de quesos. El sistema es aplicado para lograr la pasteurización de la leche, es decir, la eliminación de las sustancias sólidas y los microorganismos, que antes solía realizarse a través de tratamientos térmicos. La principal ventaja de la ultrafiltración en la elaboración de quesos, es que con la misma se mantienen las partículas como el calcio, el sodio, el suero y el fósforo, que le otorgan las características propias al alimento, como la cremosidad y el alto contenido alimenticio. De ésta forma, el sabor y los olores se conjugan con la seguridad de poseer alimentos sin ningún tipo de organismos que podrían afectar la salud. Imágenes de equipos de Ultrafiltración
PERSEP: Módulos tubulares con membranas orgánicas en espiral
desde la ultrafiltración a la osmosis inversa. Las membranas Persep ™ espirales permiten una amplia gama de separació n líquida de soluciones orgánicas con sales minerales a coste reducido
Ilustración 5: Ultrafiltración Persep
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Equipos de ultrafiltración de aguas residuales
Ilustración 6: Ultrafiltración aguas residuales
Equipo de ultrafiltración del vino
Ilustración 7: Ultrafiltración Vino
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CONCLUSIÓN La ultrafiltración es una tecnología muy adecuada para el proceso de la reducción de carga de aguas industriales, en donde son tratadas con una depuración tradicional, para poder limpiar aguas de ríos y lagos dejándolas para el consumo de humanos algo de suma importancia para la población del país que usa este tipo de maquinaria. Así mismo podemos encontrar un beneficio en el proceso de ultrafiltración con respecto a la leche, en donde se consigue leche reducida en carbohidratos, una sustancia especial denominada concentrado de proteínas de leche por ultrafiltración, con la cual se obtiene un polvo con los sabores y olores originales, que también son usados para las cremas agrias. La principal ventaja de la ultrafiltración en la elaboración de quesos, es que con la misma se mantienen las partículas como el calcio, el sodio, el suero y el fósforo, que le otorgan las características propias al alimento, como la cremosidad y el alto contenido alimenticio. De esta forma, el sabor y los olores se conjugan con la seguridad de poseer alimentos sin ningún tipo de organismos que podrían afectar la salud. Como se ha mencionado anteriormente con los equipos de ultrafiltración cada producción es mejorada, otorgando un mejor producto, es decir, un producto mucho más saludable, bajo en contaminantes en caso del agua y más liviano en el caso de los lácteos. Un dato muy importante y extra es el proceso de la producción de la gelatina comestible, en donde la ultrafiltración permite remplazar la evaporación al vacío en la primera etapa de concentración, y pudo en algunos casos mejorar las propiedades de viscosidad y poder gelificante, lo que no solo determino el rendimiento del producto en la industria alimentaria, sino que produjo un cambio en el precio.
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BIBLIOGRAFÍA
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http://www.acondicionamientosdeagua.com/blog/2009/12/20/aplicacion-de-laultrafiltracion-en-la-industria-lactea/
CHSistemas. (s.f.). Recuperado el 7 de Septiembre de 2 012, de
http://www.chsistemas.com/pdf/TERRA_Ficha_Tecnica_es.pdf
Fluytec. (s.f.). Recuperado el 8 de Septiembre de 2012, de
http://www.fluytec.com/pdf/ultrafiltracion(esp).pdf
Totagua. (s.f.). Recuperado el 3 de Septiembre de 2012, de
http://www.totagua.com/pdf/equipos-depuracion/ultrafiltracion.pdf
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