Filtros de placas y Marcos
Presentado por: Alexander Olivera Pájaro Crsthian Fernández Argel Janer Urango Anaya
Presentado a: Ph.D. Ricardo Andrade Pizarro Operaciones Unitarias I
Universidad de Córdoba – Sede Berastegui Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería de Alimentos
2017
1. INTRODUCCIÓN La filtración es una operación unitaria en la que una mezcla heterogénea de un fluido y de las partículas de un sólido se separa en sus componentes, debido a la intervención de un medio filtrante que permite el paso del fluido, pero retiene a las partículas del sólido. Esta operación implica, por tanto, el flujo de fluidos a través de medios porosos. En todos los tipos de filtración, la mezcla fluye debido a alguna acción impulsora, como la gravedad, la presión o la fuerza centrífuga. El medio filtrante retiene y soporta a las partículas sólidas que van formando una torta porosa sobre la que se superponen estratos sucesivos a medida que el líquido va atravesando la torta y el medio filtrante. Los diferentes procedimientos para producir la fuerza impulsora del fluido, los diversos métodos de formación y separación de la torta y las distintas técnicas usadas para eliminar el fluido filtrado de la torta recién formada, requieren una gran variedad de aparatos o equipos de filtración. En general, los filtros se clasifican de acuerdo con la naturaleza de la fuerza impulsora que provoca la filtración.
2. OBJETIVOS 2.1.
2.2.
Objetivo general. Dar a conocer el funcionamiento e importancia de los filtros de placas y marcos, y su aplicación en la industria de alimentos.
Objetivos específicos.
Describir el funcionamiento de un filtro de placas y marcos.
Conocer las características y aplicaciones de los filtros de placas y marcos en la industria alimentaria.
3. Marco Teórico 3.1.
Filtro de placas y Marcos: Es un separador de líquidos y sólidos a través de filtración por presión. Consiste en una serie de bastidores de acero que sostienen una tela o malla. Las placas filtrantes desmontables están hechas de polipropileno y las mallas pueden ser de tipo sellada, no sellada o membranas de alta resistencia.
Los filtros de placas y marcos son un método simple y confiable para lograr una alta compactación. Los sólidos se bombean entre cada par de bastidores y una vez llenos, mediante un tornillo se van oprimiendo unos contra otros expulsando el agua a través de la tela. Los filtros prensa (placas y marcos) pueden comprimir y deshidratar sólidos hasta obtener del 25 % al 60 % por peso de los lodos compactados.
3.2.
Características y Generalidades: Un filtro prensa contiene un conjunto de placas diseñadas para proporcionar una serie de cámaras o compartimientos en los que se pueden recoger los sólidos. Las placas se recubren con un medio filtrante, tal como una lona. La suspensión se introduce en cada compartimiento bajo presión; el líquido pasa a través de la lona y sale a través de una tubería de descarga, dejando detrás una torta de sólidos húmeda. Las placas de un filtro prensa pueden ser cuadradas o circulares, verticales u horizontales. Lo más frecuente es que los compartimientos para sólidos estén formados por huecos en las caras de placas de polipropileno moldeado. Las placas y los marcos se sitúan de forma vertical en un bastidor metálico, con telas que cubren las caras de cada placa y se acoplan estrechamente entre sí por medio de un tornillo o una prensa hidráulica. La suspensión entra por un extremo del conjunto de placas y marcos, pasa a través de una esquina, hacia el canal que recorre el equipo de modo longitudinal. Los canales auxiliares llevan la suspensión desde el canal de entrada hasta cada uno de los marcos. Aquí los sólidos se depositan en las caras cubiertas de tela de las placas. El líquido pasa a través de las telas, desciende por las canaladuras de las caras de las placas y sale del filtro prensa.
Después de armar la prensa, se ingresa la suspensión por medio de una bomba o un tanque presurizado a una presión de 3 a 10 atm. La filtración se continúa hasta que no fluya más el f iltrado por la descarga, o la presión de filtración se eleve súbitamente. Esto ocurre cuando los marcos están llenos de sólido y ya no pueden ingresar más suspensión. Entonces, se dice que la prensa esta atestada. Cuando esto ocurre se puede hacer pasar liquido de lavado para extraer las impurezas solubles de los sólidos, después de lo cual, la torta se puede insuflar con vapor para desplazar todo el líquido residual que sea posible. Más adelante, se abre la prensa y la torta de sólidos se extrae del medio filtrante y se deja caer en un transportador o un depósito de almacenaje. En muchos filtros prensa estas operaciones se realizan automáticamente. El lavado completo de un filtro prensa puede llevar varias horas, pues el líquido de lavado tiende a seguir los trayectos más fáciles y evitar las partes más estrechamente empacadas de la torta.
3.3.
Funcionamiento de un Filtro de placas y marcos. El principio del Filtro de placas y marcos, está basado en el hecho de que la presión necesaria para la filtración se distribuye uniformemente dentro del sistema. El filtro prensa está formado por una cabeza móvil que ejerce la presión entre las placas y otro fijo, por el que penetra el líquido fangoso a una determinada presión. Entre ambos se sitúan las cámaras, formadas por placas y marcos. Las placas se cubren con tejidos filtrantes, que en los marcos de las mismas hacen de juntas de estanqueidad y en el centro forman un conjunto de espacios huecos, que se alimentan con la suspensión a filtrar mediante una bomba.
Cuando se utiliza un dispositivo de cierre mecánico o hidráulico se mantienen en compresión las placas merced al cabezal móvil, mientras a través del cabezal fijo se inyecta a presión el líquido que discurre entre las placas a través de un hueco central abierto en las mismas, formándose un conducto continúo por el que la solución fangosa va filtrándose a las cámaras, formando el volumen de torta. El agua filtrada pasa a través de unos orificios de drenaje previstos en la parte inferior de las placas y es evacuada individualmente en cada placa hasta un canal exterior de recogida, en el que se mantiene un determinado volumen. A medida que se va secando la torta de fango, el caudal de filtrado disminuye hasta un mínimo, entonces un dispositivo eléctrico interrumpe la bomba, de forma que se interrumpe el flujo. Una vez despresurizado el sistema, el cilindro de presión se desplaza, merced al espacio libre creado por la cámara de apertura, separándose las placas (generalmente mediante una cadena de AISI 304 que las une entre sí), hasta haber entre ellas unos 60 mm de separación, en ese momento se acciona un motor que hace girar un eje que incorpora unas levas, las cuales actúan sobre las maniguetas de las placas filtrantes (elevándolas y soltándolas) colaborando a que la torta, ya seca, se desprenda totalmente.
3.4.
Ciclos de Filtración. Los filtros de prensa son sistemas de deshidratación intermitente, cada operación de prensado, normalmente, sigue los siguientes pasos:
3.4.1. Cerramiento de la prensa: Cuando el filtro está totalmente vacío, la cabeza movible que es activado por el sistema hidráulico-neumático, cierra las placas. La presión de cerramiento es autorregulada mediante la filtración. 3.4.2. Rellenado: Durante esta fase corta, la cámara se llena con lodos para su filtración. El tiempo de relleno depende del flujo de la bomba de alimentación. Para lodo con gran capacidad de filtración es mejor rellenar el filtro rápidamente para evitar la formación de una pasta en la cámara primaria antes de que se haya rellenado del todo. 3.4.3. Filtración: Una vez rellenada la cámara, la llegada de manera continua de lodo a tratar para ser desaguado provoca un aumento de la presión debido a la formación de una capa espesa de lodo en las membranas. Esta fase de filtración puede reducirse de manera manual, mediante un temporizador o un indicador del flujo que activa una alarma de parada cuando se alcanza el final de la capacidad de filtración. Cuando se ha parado la bomba de filtración, los circuitos de filtración y ductos centrales, que están todavía rellenos de lodo se les aplica aire comprimido para su purgado.
3.4.4. Apertura del Filtro: La cabeza movible se retira para desarmar la primera cámara de filtración. La pasta cae por su propio peso. Un sistema mecanizado tira de las placas una por unas. La velocidad en la separación de las placas puede ejecutarse teniendo en cuenta la textura de la pasta. 3.4.5. Limpieza: La limpieza de las membranas puede llevarse a cabo entre 15-30 operaciones del proceso. Para unidades largas o medias, estos tienen lugar en los prensados cuando se usa un spray de agua a altas presiones (80-100 bar). La limpieza está sincronizada con la separación de las placas.
4. Control y Mantenimiento. Para el mantenimiento de un filtro prensa es de suma importancia, revisar las telas filtrantes y en lo posible cambiar cada 500 horas control y engrase del grupo motorreductor, la temperatura no debe superar los 50 ºC. De igual manera debemos vigilar diariamente que la presión sea adecuada. Además, comprobamos una vez al mes la presión de hinchado de los acumuladores; en una semana, comprobar la presión de regulación de circuito. Debemos comprobar el tiempo de vida útil del aceite que utilizamos, como también, debemos descomprimir las válvulas de seguridad cada tres meses y volver a regularlas, y por último, comprobamos el desgaste mecánico de las piezas con movimiento.
5. ELEMENTOS BÁSICOS. 5.1.
BASTIDOR: Es el soporte estructural del filtro. A su vez está conformado por los elementos siguientes : 5.1.1. Mecanismo de cierre: Actualmente sólo se instala sistema electro-hidráulico con bomba hidráulica de doble etapa que acciona uno o más cilindros de doble acción.
5.1.2. Cabezal de accionamiento: Aloja el mecanismo de cierre y constituye uno de los extremos de la prensa. Suele construirse en fundición modular o conformado en chapa electro-soldada. En primer caso suele incluir en su diseño el propio cilindro de cierre. Está soportado mediante patas que se unen a los apoyos del filtro de forma rígida o deslizante.
5.1.3. Cabezal fijo: Constituye el otro extremo de la prensa y va provisto de las conexiones de las tuberías al filtro. Se construye en fundición o chapa electro-soldada, soportándose sobre apoyos mediante patas de unión rápida o articulada y rodillo para permitir la adaptación del paquete filtrante.
5.1.4. Cabezal móvil: Transmite la fuerza de cierre sobre el paquete filtrante, alojando, en ocasiones, el resto de conexiones externas del filtrado. Se construye en fundición o chapa de acero. Se soporta y se desplaza sobre las barras laterales o la viga superior mediante pastillas de deslizamiento o rueda con elementos de nivelación.
5.1.5. Barras laterales o viga superior : Constituye el elemento de conexión entre los cabezales extremos de la prensa, alas que van unidas de forma rápida o articulada, y sirven de apoyo o soporte al paquete filtrante.
5.2.
Paquete Filtrante. Sobre cuyos elementos se produce el proceso de separación sólidolíquido y está constituido por:
5.2.1. Placas filtrantes: Conforman las cámaras donde se retiene y forma la “Torta”. Esta cámara puede ser de espesor fijo o ser susceptible de variar su espesor durante el proceso de operación, dando lugar a una clasificación básica de los filtros prensa: de cámara o de membrana.
5.2.2. Telas filtrantes: Realizan la primera separación, dando lugar a la formación de la pre-capa sobre la que continúa realizándose la filtración, determinando el nivel inicial de corte realizado en la filtración. En la filtración a altas presiones, se utilizan a veces telas, soporte de las propias telas de filtración, que favorecen la evacuación del filtrado y mejoran la vida de la propia tela filtr ante.
6. EQUIPOS AUXILIARES: Una de las importantes desventajas del FILTRO PRENSA, frente a otros equipos similares ha sido, durante mucho tiempo, su elevado requerimiento de mano de obra, operación y mantenimiento. Para paliar este inconveniente se han desarrollado diferentes elementos auxiliares, que contribuyen a automatizar sus funciones, disminuyendo considerablemente la mano de obra y limitándose actualmente, en la mayoría de los casos a una labor de vigilancia durante la descarga de la torta. 6.1. Sistema de transporte automático de placas: Realizan la apertura y desplazamiento de todas y cada una de las placas para la descarga de la torta. Se compone de doble sistema de pinzas sobre cadena que sujeta cada placa por ambos laterales a la altura de su punto de apoyo.
El accionamiento se realiza mediante motor hidráulico con velocidad y par regulable mediante movimiento de vaivén de las pinzas, recogiendo una placa y trasladándola hacia el cabezal móvil desplazado.
6.2.
Sistema de lavado de telas: Uno de los problemas de mantenimiento más común en el funcionamiento del filtro es la colmatación de las telas. Esto provoca una fuerte disminución de la producción y puede dar lugar a disfunciones en el filtro. Para mantener las telas en buen estado de operación, deben lavarse frecuentemente y para ello se utiliza lavado químico de la tela y/o lavado mediante aporte de agua a presión.
7. Usos y aplicaciones de los filtros prensa. Los filtros prensa tienen una amplia aplicación en la separación SólidoLíquido. Se utilizan mucho para el filtrado y clarificación de numerosos líquidos, también tienen utilidad en las industrias químicas o en las de los textiles artificiales, industria azucarera, cervecería, vinificación, industrias aceiteras, industria cerámica o en ciertas industrias extractivas.
Actualmente los filtros prensa tienen un uso preferencial en muchas industrias por los altos rendimientos obtenidos, factor determinante en la industria pesada y minera, donde se exigen respuestas muy efectivas con equipos de nivel técnico especial. Los filtros prensa de placas y marcos, se utilizan en la industria de fabricación de bebidas, para clarificar los productos intermedios. Uno de los usos más comunes de los filtros prensa es en la separación de sólidos-líquidos y la clarificación de numerosos líquidos en industrias como:
Química. Aguas tratadas. Azucarera. Bebidas. Vinos. Aceitera.
Algunas aplicaciones en la industria de alimentos son: o
Filtrado de aceites en procesos de fraccionamiento.
Filtrado de vinos y otras bebidas para mejoramiento de propiedades organolépticas.
o
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o
En la industria cervecera se utiliza para la obtención del mosto. En la industria azucarera, en la elaboración de azúcar a base de caña se usan diversas clases de filtros, de los más simples están los de arena, pero de los más complicados son los de prensa, por lo general dan excelentes resultados, permitiendo que se haga un filtrado abundante, bueno y rápido, además, se logra obtener el filtrado de aquellas materias como las cachazas y residuos en general. El jugo, después de haber atravesado el filtro prensa, pasa directamente a las evaporadoras. Con el fin de obtener el mejor resultado y sobre todo cuando se trata de filtrar las chalazas o impurezas gruesas es práctica recomendable producir en ellas un calentamiento, pero teniendo cuidado de que conserve una ligera reacción alcalina marcada pues de lo contrario, habría perdida de azúcar y el filtrado no se hría de la mejor manera, por la consistencia pastosa que adquiriría el producto.
8. Conclusión. Los Filtros prensa de placas y marcos son bastante útil a la hora de realizar procesos de separación Sólido – Liquido. Sin embargo, presentan los inconvenientes más comunes que se pueden dar en todos los procesos industriales, debido a los altos costos que genera en mano de obra para la extracción de la torta y el ensamblaje nuevamente de la unidad. En la actualidad existen sistemas automatizados que se han aplicado a este tipo de filtros, principalmente para reducir los costos de operación provenientes del proceso, pero aun así, es costoso manejar los sistemas automatizados.
9. Bibliografía
http://www.fsi-filtracion.com/pdf/FSIFILTRACIONFiltro%20Prensa.pdf. https://www.quiminet.com/articulos/el-funcionamiento-del-filtroprensa-23843.htm. http://www.gunt.de/index.php?option=com_gunt&task=gunt.list.cat egory&product_id=31&lang=es.
