Fisicoquímica y operaciones unitarias
LEIVA OLIVERA, OMAR
FILTRACIÓN CONCEPTO • La filtración es una operación unitaria donde se consigue la separación de los solidos que se encuentran suspendidos en el medio liquido haciendo pasar la suspensión a través de un medio poroso, el cual va a retener las partículas solidas dejando pasar el liquido. Los solidos quedaran retenidos en función de su granulometría y según sea el tamaño de los poros. • El medio filtrante es la barrera que retiene los solidos y deja pasar el liquido, puede ser un papel filtro, una tela , un tejido de fibras, membranas poliméricas o un lecho de solidos. El liquido que atraviesa el medio filtrante se denomina filtrado.
CLASIFICACION Según el tamaño de las partículas a filtrar: • Filtración CLARIFICANTE • Micro filtración • Ultrafiltración
• Osmosis inversa • Filtración esterilizante
Según el mecanismo de retención de las partículas:
• Filtración por tamización • Filtración por absorción • Filtración a través de la torta
SEGÚN EL TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS A FILTRAR 1. FILTRACIÓN CLARIFICANTE
Permite obtener disoluciones transparentes y cristalinas, mediante la retención de partículas solidas de gran tamaño de hasta 10 um suspendidas en líquidos. 2. MICRO FILTRACIÓN Con este método se separan las partículas solidas de tamaño pequeño, que oscila entre 10 y 0,1 um. Mediante este tipo de filtración podemos retener microorganismos como las bacterias.
3. ULTRAFILTRACIÓN Este método se utiliza para separar macromoléculas y partículas coloidales de moléculas orgánicas disueltas de bajo peso molecular, por tanto retener moléculas grandes como las proteínas, dejando pasar azucares o sales minerales.
4. OSMOSIS INVERSA Es el proceso por el cual y a través de una membrana semipermeable que separa dos líquidos con diferentes presión osmótica se produce el paso del disolvente (agua), pero no otras moléculas (soluto).
5. FILTRACIÓN ESTERILIZANTE
Es un proceso que se aplica para obtener productos estériles y los componentes son termolábiles.
SEGÚN EL MECANISMO DE RETENCIÓN DE LAS PARTÍCULAS 1. FILTRACIÓN POR TAMIZACIÓN O CRIBADO Se trata de un proceso mecánico por el cual las partículas solidas cuyo tamaño es mayor que el diámetro del poro, quedan retenidas en el filtro.
2. FILTRACIÓN POR ABSORCIÓN Es un proceso fisico mediante el cual las partículas solidas de menor tamaño que el poro quedan retenidas en los CANICULOS de los poros o paredes interiores.
3. FILTRACIÓN A TRAVÉS DE LA TORTA Los materiales que se depositan en los filtros pueden acumularse en estos formando una capa o torta, que ira aumentando de tamaño por deposito de los mismos a lo largo del tiempo, provocando una disminución de la sección de los poros.
CARACTERÍSTICAS DE LA FILTRACIÓN De modo general, la eficiencia de remoción de partículas suspendidas en un medio filtrante, esta relacionado con las siguientes características de la suspensión: 1. PARTÍCULAS SUSPENDIDAS Es la filtración de floculos que no sedimentan en una planta de ablandamiento y difiere sustancialmente del caso en que se tienen floculos provenientes de retratamiento con una sal de fierro o aluminio. Por otro lado, el tipo de partículas primarias presentes en el agua cruda influye en la eficiencia de la filtración. 2. TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS SUSPENDIDAS
Existe un tamaño critico de partículas suspendidas, del orden de 1 um, para el cual se tiene menos oportunidad de contacto entre la partícula suspendida y el grano del medio filtrante. Este hecho se puede observar desde el principio cuando el medio filtrante esta limpio.
3. DENSIDAD DE LAS PARTÍCULAS SUSPENDIDAS
Cuando mayor sea la densidad de las partículas suspendidas, mayor será la eficiencia de remoción de las partículas de tamaño superior al critico mencionado anteriormente. 4. RESISTENCIA O DUREZA DE LOS FLOCULOS La dureza de los floculos es otro factor importante en la filtración rápida, pues los floculos débiles tienden a fragmentarse y penetrar fácilmente en el interior del medio filtrante, favoreciendo que ocurra el traspase final de la turbidez limite, mientras que los floculos duros o resistentes no se fragmentan fácilmente, pero producen una perdida de carga mayor. 5. TEMPERATURA En general, el aumento de temperatura conduce a una eficiencia mayor pues se tiene un aumento de energía termodinámica en las partículas del agua y consecuentemente, la difusión se vuelve un mecanismo importante cuando se tienen partículas suspendidas menores de una micra. Por otro lado , la disminución de la viscosidad facilita la acción del mecanismo de sedimentación de partículas mayores de 1um.
6. CONCENTRACIÓN DE PARTÍCULAS SUSPENDIDAS Cuando el medio filtrante se encuentra limpio la eficiencia de remoción depende de la concentración de partículas suspendidas en el afluente. Después de algún tiempo de filtración, la eficiencia de remoción aumenta con el aumento de concentración de las partículas suspendidas en el afluente.
7. POTENCIAL Cuando las partículas suspendidas y los granos del medio filtrante tienen potencial del mismo signo, la interacción entre las capas dificulta la adherencia, reduciendo la eficiencia de remoción , como los materiales filtrantes usuales presentan potenciales negativas, seria conveniente que las partículas suspendidas tuviesen potencial
8. PH El pH influye en la capacidad de intercambio iónico entre las partículas suspendidas y los granos del medio filtrante. Para valores de pH inferiores a 7,0 disminuye el intercambio de cationes y aumenta el intercambio de aniones sobre sobre las superficies positivas, mientras que para los valores de pH superiores a 7,0 se produce un aumento en el intercambio de cationes y una disminución en el intercambio de aniones sobre las superficies negativas.
MATERIALES FILTRANTES MATERIALES FILTRANTES SUELTOS 1. FILTROS DE ALGODÓN Y DE LANA DE VIDRIO Estos filtros tienen la capacidad de retener partículas grandes, aunque estos se hinchan y deforman.
2. FILTROS DE CELULOSA Están compuestos por celulosa de porosidad y espesor variable sirven para filtrar líquidos oleosos
3. FILTROS DE MEMBRANAS Constituido por polímeros de celulosas si los utilizan para la filtración esterilizante, micro filtración, ultrafiltración, y análisis bacteriológico.
4. FILTROS DE NYLON Se los utiliza para la esterilización y la filtración en general.
5. FILTROS DE POLIPROPILENO
Están constituidos por rejillas de polipropileno cuyas fibras forman una malla, si los usan como pre filtros.
6. FILTROS DE TEFLÓN Se lo usan para filtración de gases o de aire.
FILTROS DE POLISULFONA
Sirven para filtrar esterilizantes de muestras biológicas, medios acuosos y cultivos celulares
MATERIALES FILTRANTES POROSOS
1. FILTROS DE CERÁMICA Son filtros con poros tan finos que permiten retener microorganismos , y por tanto efectuar una filtración esterilizante.
2. FILTROS DE VIDRIO FRITADO O POROSO Son filtros relativamente gruesos resistentes al calor sirve para la filtración clarificante y micro filtración.
3. BUJÍAS FILTRANTES
Son rígidos y constituidos por diversos materiales como caolín y porcelana, se utilizan en la filtración de clarificantes y esterilizantes.
MATERIALES FILTRANTES EN FORMA DE TEJIDOS
Se utilizan para filtrar solidos y cuando quiera recoger la torta formada, dentro de estos tenemos los siguientes filtros : entre estos tenemos filtros de algodón y de lana de vidrio, filtros de celulosa.
ADYUVANTES DE LA FILTRACIÓN características
Entre los principales adyuvantes tenemos:
• Estar libres de impurezas
• La tierra de diatomeas
• Ser capaces de retener las partículas solidad y no reaccionar químicamente con los líquidos a filtrar.
• Carbón activo
• Poseer una estructura física resistente.
• Talco • Carbonato de calcio o de magnesio.
PROCEDIMIENTOS UTILIZADOS EN LA FILTRACIÓN FILTRACIÓN A PEQUEÑA ESCALA FILTRACIÓN POR GRAVEDAD Se lleva a cabo mediante embudos cónicos y medios filtrantes sueltos, pueden usarcé filtros de lana de vidrio, porcelana o papel de filtro, que se suministra en forma de cono o laminas de papel. FILTRACIÓN POR ACCIÓN DE CALOR Se emplean cuando los líquidos son viscosos como los aceites o las ceras o cuando se necesita evitar los precipitados.
FILTRACIÓN POR ACCIÓN DEL FRIO Este tipo de filtración sirve para filtrar productos termolábiles
FILTRACIÓN CONTINUA Sirve para filtrar varios volúmenes del liquido por acción de la gravedad
FILTRACIÓN A GRAN ESCALA
FILTRACIÓN POR ACCIÓN DE LA GRAVEDAD
No se la utiliza mucho por su bajo rendimiento y la gran superficie que ocupan, se aplican para la clarificacion de aguas.
FILTRACIÓN POR ACCIÓN DEL VACÍO Se emplean para filtrar fluidos con muchas partículas en suspensión.
FILTRACIÓN POR ACCIÓN DE LA PRESIÓN Se usan para la filtración industrial de grandes volúmenes de líquidos que contienen una gran cantidad de solidos en suspensión o que sean muy valiosos.
FACTORES EN LA FILTRACIÓN a) NATURALEZA DE LOS SOLIDOS
La filtración involucra la separación de solidos compresibles e incompresibles, partículas deformables o rígidas de diferentes concentraciones y tamaños, que al depositarse en el medio filtrante, formaran capas de solidos (torta). b) EL MEDIO FILTRANTE Lo fundamental en cualquier filtro es el medio filtrante cuyas características dependen del material del que se fabrica y de las técnicas empleadas en sus elaboración, su selección se realiza tomando en cuenta los siguientes puntos:
• Tamaño mínimo de partícula retenida. • Permeabilidad o resistencia al flujo. • Resistencia al calor, a la acción de productos químicos, a la abrasión, flexión y rotura. • Estabilidad dimensional • Facilidad de limpieza
VARIABLES QUE INTERVIENEN EN LA VELOCIDAD DE FILTRADO • La caída de presión desde la alimentación hasta el lado mas lejano del medio filtrante • El área de la superficie filtrante • La velocidad del filtrado. • La resistencia de la torta filtrante • La resistencia del medio filtrante y de las capas iniciales de la torta.
PARA AUMENTAR LA VELOCIDAD DE FILTRACIÓN SE PUEDE UTILIZAR TEMPERATURA Al elevar la temperatura disminuye la viscosidad del liquido que se filtra y con ello en muchos casos se consigue una mejor velocidad de filtración. PRESIÓN Por aumento de la presión también se puede incrementar la velocidad a la que el filtrado atraviesa la torta de filtración. La caída de presión necesaria se puede alcanzar ya sea antes del filtro por la altura de la columna del liquido mismo o por presión adicional, o bien del lado del filtrado por disminución de la presión.
TIPOS DE FILTRACIÓN 1. FILTROS CLARIFICADORES O DE LECHO PROFUNDO Se suelen emplear cuando la cantidad de solidos presentes en el liquido es muy pequeña, siendo de gran aplicación para la depuración de agua y el tratamiento de aguas residuales.
2. FILTROS DE TORTA La mayor parte de filtros empleados en la industria química son filtros de torta y dentro de estos su clasificación suele hacerse en función de la fuerza impulsora (presión, vacío o centrifuga).
3. FILTRO PRENSA Es un separador de líquidos y solidos a través de filtración por presión. Consiste en una serie de bastidores de hacer que lo sostienen una tela o malla. Las placas filtrantes desmontables están hechas de polipropileno, y las mallas pueden ser de tipos selladas, no selladas o membranas de alta resistencia.
4. FILTRO DE BANDA
Presentan una gran flexibilidad de aplicación y alta capacidad. Permite la filtración continuo. Consiste en una especie de cinta transportadora donde la cinta se ha sustituido por una banda o tela permeable. La suspensión se alimenta por la parte superior y en un extremo de la cinta, mientras que por la parte inferior de esta se hace el vacío y se recoge el filtrado. Se van a ajustar la velocidad de la cinta y la distancia a la que se aplica la suspensión para producir una torta del espesor adecuado. La torta se desprende al final de la cinta.
5. FILTROS ROTATIVOS A VACÍO Son muy empleados debido a que trabajan en continuo y a su bajo coste de operación motivado por su funcionamiento automático. Dentro de los filtros rotativos se tienen dos tipos: a) DE TAMBOR ROTATIVO Consiste en un cilindro cuya superficie exterior esta formada por una plancha perforada donde se fija la tela filtrante. El tambor esta parcialmente sumergido en una cuba la cual se alimenta la suspensión a filtrar y se aplica vacío en las secciones sumergidas. De esta manera se forma una torta del espesor deseado ajustando la velocidad de rotación del tambor.
b) DE RECUBRIMIENTO Se emplea cuando el material forma una torta de elevada resistencia. En primer lugar se provoca la formación de una gruesa capa de un material de muy fácil filtración sobre el medio filtrante para luego que se produzca la filtración a través de esta capa. Así la torta formada es muy delgada y se retira junto con una fina capa del material de recubrimiento.
6. FILTRO NUTSCHA EXISTEN DOS VARIANTES A PRESIÓN Y A VACÍO. a) A VACÍO Son filtros de pequeña capacidad pero de una gran simplicidad constructiva. Consiste en un recipiente donde la alimentación se realiza por la parte superior y en la zona inferior se dispone el sistema de vacío. Entre ambas zonas se halla el medio filtrante. b) A PRESIÓN Se tienen dos tipos, uno se descarga manual y el otro de descarga automática. El primero es similar al filtro de vacío mientras que el segundo esta dotado de un agitador que permite el mantenimiento de la suspensión durante el filtrado y la mejora de la eficacia por eliminación de la humedad residual de la torta.
Algunos de estos filtros admiten calefacción, lo que permite disminuir la viscosidad del filtrado, aumentar la velocidad de filtración y además, producir una torta mas seca
APLICACIONES La filtración se emplea en un gran numero de procesos relacionados con industrias muy diversas, como ejemplo se citan las siguientes: 1. QUÍMICA
Filtración de azufre fundido, silicato sódico, acido cítrico, resinas y fibras sintéticas, plásticos. 2. FARMACÉUTICA
Producción de vitaminas y antibióticos 3. ALIMENTARIA Filtración de glucosa, fructosa y azucares, jugos de frutas, cerveza, vino ,etc. 4. INDUSTRIA DEL ACEITE Pulido de aceites, blanqueo, etc.
5.
AGROQUÍMICA Producción de insecticidas.
6. PETROQUÍMICA Separación de distintos componentes como la posibilidad de obtención de parafinas cristalinas de las que no lo son. 7. RECUPERACIÓN Y REFINO DE METALES Por ejemplo filtración de sales de zinc, cobre, níquel, etc.
8. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Tanto urbanas como procedentes de instalaciones industriales. La filtración aparece en el acondicionamiento de aguas residuales y en el tratamiento de fangos. La filtración de agua implica su paso a través de capas de arena, carbón y otros materiales granulares para eliminar microorganismos y cualquier floculo o sedimento que pudiera quedar.
EQUIPOS 1. FILTROS DE PRESIÓN Los Filtros de presión EDEMET son elementos indispensables para disminuir el tiempo de secado de muestras para su análisis. Su diseño simple y la variedad en tamaños y materiales, los convierten en equipos obligatorios en un laboratorio metalúrgico. Si bien los filtros de presión EDEMET, están diseñados para secar concentrados o relaves provenientes de una prueba de flotación, también sirven para secar de forma acelerada una gran cantidad de mezclas y pastas de distintas composiciones. Destacamos el uso de los modelos de acero inoxidable en la industria alimenticia.
2. filtros de vacío La filtración al vacío es una técnica de separación de mezclas sólidolíquido. La mezcla se introduce en un embudo plano con el papel de filtro acoplado al fondo. Desde el fondo del embudo se aplica con una bomba un vacío que succiona la mezcla, quedando el sólido atrapado entre los poros del filtro. El resto de la mezcla atraviesa el filtro y queda depositada en el fondo del recipiente. Esta técnica es más rápida que la filtración habitual por gravedad y está indicada cuando dichos procesos de filtración son muy lentos.
3. FILTROS CENTRÍFUGOS
Los filtros centrífugos están especialmente indicados para la filtración de aceite y separación eficiente de contaminantes como el hollín y partículas finas de metal presentes en los aceites de lubricación de las máquinas diésel. Esto alarga el servicio de la vida del aceite, reduce los costes de funcionamiento y simultáneamente asegura el máximo tiempo de vida para las aplicaciones diésel con la reducción de los tiempo de parada. Asimismo, los filtros centrífugos previenen un innecesario desgaste del motor y contribuyen a la reducción de las emisiones de diésel de las máquinas.
BIBLIOGRAFÍA • http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/tesis/ingenie/cristobal_ef/c ap02.pdf • https://es.wikipedia.org/wiki/Filtraci%C3%B3n • http://www.ub.edu/oblq/oblq%20castellano/filtracio.html • http://www.definicionabc.com/general/filtracion.php
• https://www.koshland-sciencemuseum.org/water/html/es/Treatment/Filtration-Systems.html • http://gesfilter.com/es/catalogodetalles/175/Equipos-filtracioncapsulas-filtrantes-multiples.php • https://es.scribd.com/doc/52502062/APARATOS-UTILIZADOS-ENFILTRACION. • http://www.sinia.cl/1292/articles-49990_14.pdf
