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Introducción En la fltración, las partículas suspendidas en un uid, !a sea li"uid #as, se separan $ec%nica &ísica$ente usand un $edi prs "ue retiene las partículas en &r$a de &ase separada "ue per per$ite $ite el pas as del del fltrad trad sin sin só sóli lid ds' s' Las fltr fltrac aciines nes c$erciales c$erciales cu(ren una a$plia #a$a de aplicacines' El uid uid puede puede ser un #as un lí"ui lí"uid' d' Las partíc partícula ulass sólidas sólidas suspendidas pueden ser $u! fnas )del rden de $icró$etrs* (astante #randes, $u! rí#idas pl%sticas, es&+ricas de &r$a $u! irre#ula irre#ular, r, a#re#ads a#re#ads partículas partículas indiiduales' indiiduales' El prduct prduct alis puede ser el fltrad sin slids la trta sólida' En al#uns cass, se re"uiere una eli$inación c$pleta de las partículas sólidas ! en trs, (asta cn una eli$inación eli$inación parcial' parcial'
Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina /
ESCUELA TECNOLÓGICA UMAG I.
Preguntas Fácticas
a) Nombre los equipos de separación:
E0isten dierss $+tds para clasifcar ls e"uips de fltración ! n es psi(le esta(lecer un siste$a si$ple "ue inclu!a a tds ells' En una de las a#rupacines, ls fltrs se clasifcan dependiend de "ue la trta de fltrad sea el prduct desead (ien el lí"uid transparente' En cual"uier cas, la suspensión puede tener un persna1e de sólids relatia$ente alt, l "ue cnduce a la &r$ación de una trta, a tener $u! pcas partículas en suspensión' Ls fltrs ta$(i+n se clasifcan de acuerd cn un cicl de peración pr ltes, cuand se e0trae la trta despu+s de ciert tie$p, de $anera cntinua, cuand la trta se a e0tra!end a $edida "ue se &r$a' En tra clasifcación, ls fltrs pueden ser de #raedad, dnde el lí"uid si$ple$ente u!e de(id a la presencia de una car#a 2idrst%tica, (ien se puede usar presión ací para incre$entar la elcidad de u1' Un $+td de clasifcación $u! i$prtante se (asa en la clcación $ec%nica del $edi fltrante' La tela fltrante puede estar en serie, en &r$a de placas planas encerradas, c$ 21as indiiduales su$er#idas en la suspensión, s(re cilindrs #iratris "ue penetran en la suspensión' Entre ls $%s i$prtantes destaca$s3 • • • •
Lec2 de 4iltración' 4iltrs prensas de placas ! $arcs' 4iltr de 21as' 4iltrs rtatris cntinus3 ♦ 4iltr rtatri cntin5 de ta$(r al ací' ♦ 4iltr de disc rtatri cntin5'
b) ¿A qué se llama medio fltrante
El $edi para fltracines industriales de(e tener ciertas características' La pri$era ! $%s i$prtantes "ue per$ita separar ls sólids de la suspensión ! prducir un fltrad transparente' Ade$%s, ls prs n se de(en (struir cn &acilidad para "ue la elcidad del prces n sea de$asiad lenta' El $edi fltrante Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina 6
ESCUELA TECNOLÓGICA UMAG de(e per$itir la e0tracción de la trta sin difcultades ni perdidas' O(ia$ente, de(e tener una resistencia sufciente para n ras#arse ! n ser a&ectad pr ls prducts "uí$ics presentes' Al#uns $edis fltrantes de us c$5n sn telas #ruesas de lneta sar#as, te1ids pesads, f(ra de idri, papel, fltr de celulsa, telas $et%licas, de lana, de n!ln, de dacrón ! trs te1ids sint+tics' Las f(ras de 2ilac2a de $ateria naturales, sn $%s efcaces para partículas fnas "ue las f(ras pl%sticas $et%licas' Al#unas eces, el fltrad sale un pc lec2s al principi, antes de "ue se depsiten las pri$eras capas de partículas "ue a!udan al fltrad su(secuente' El fltrad se puede recircular para una nuea fltración' c) Indique las !ariables in!olucradas en la fltración a tra!és de una torta.
Al#unas aria(les en el prces de fltración sn3 Presión: En t+r$ins #enerales se prefere una presión (a1a al
inici de peración, especial$ente cuand l "ue se (usca fltrar es un lec2 cn (a1 cntenid de sólids' Sin e$(ar#, ta$(i+n depende del tip de sólid, pr e1e$pl al tratarse de #ranulares ! cristalins, un au$ent de la presión cnllea a un au$ent de la elcidad de u1 casi en &r$a prprcinal' "spesor de la torta: Este &actr es i$prescindi(le, !a "ue inu!e
si#nifcatia$ente en la capacidad ! dise7 del fltr ! en el cicl de peración' Ideal$ente, se (usca una trta cn una alta resistencia, inclus cuand el espesr sea del#ad' .ese a ell, en t+r$ins pr%ctics se prefere una trta de espesr aprecia(le, la cual es $%s ia(le a niel ecnó$ic' #iscosidad: El e&ect de esta aria(le a acrde cn la intuición,
en tras pala(ras, un uid $%s iscs 2ar% de la fltración un prces $%s lent !, pr l tant, $ens renta(le' En cnsecuencia, se (usca $en#uar este e&ect reali8%ndle una dislución cn un slente de (a1a iscsidad, aun"ue es i$prtante tener en cuenta si psterir$ente 2a(r% la necesidad de una cncentración alta, en cu! cas dic2a dilución de1aría de ser
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ESCUELA TECNOLÓGICA UMAG tan &acti(le, de(id a "ue la ecn$ía de la fltración se a&ectaría de $anera des&ara(le )cst de recncentración*' $emperatura: C$ se sa(e, la iscsidad de ls lí"uids
dis$inu!e a $edida "ue au$enta la te$peratura' .r cnsi#uiente, es de esperar "ue un au$ent en dic2a aria(le &are8ca la elcidad de u1, n (stante, sie$pre 2a! e0cepcines, en este cas ls lds c$prensi(les sn a&ectads pr la te$peratura en &r$as $%s c$ple1as' $ama%o de las part&culas: En este aspect, l ideal es tener
partículas #randes, de(id a "ue las pe"ue7as prducen una elcidad (a1a ! 2u$edad alta, aun"ue $e1ran la efciencia en el laad' .ara est, 2a! $5ltiples trata$ients en ls "ue se encuentran el cntrl del ($(e ! la a#itación 1unt cn el pre trata$ient cn electrlits c$ sales, pr $edi de ls cuales se (usca eitar el r$pi$ient de partículas "ue llean a la dis$inución de ta$a7 ! encapsular las partículas fnas "ue suelen escaparse del fltr, respectia$ente'
d) Indique que 'ormula sir!e para calcular la resistencia de una torta.
.ara calcular la resistencia a la fltración de la trta, supniend +sta inc$presi(le, se tiene la si#uiente e0presión3
:ónde3 ; 8en! 3
:nde? U
ESCUELA TECNOLÓGICA UMAG U se calcula cn la si#' Ecuación3
:nde? < es el lu$en de fltrad rec#id para un tie$p t A $edida "ue transcurre la fltración se an acu$uland las partículas "ue &r$an un deter$inad lu$en de trta, "ue se puede deter$inar pr $edi del par%$etr3
Este par%$etr representa el lu$en de trta &r$ad en el pas de una unidad de fltrad' Bee$pla8and en la ecuación del #radiente se (tiene la si#uiente e0presión3
:nde "uedan relacinads el lu$en de fltrad, #, cn la altura de la trta, (' Otra $anera de esta(lecer dic2a relación se cnsi#ue cn el si#uiente cciente3
dnde es la &racción $%sica de sólids en la suspensión ri#inal' Otr par%$etr $u! e$plead es la $asa de trta seca pr unidad de lu$en de fltrad3
:nde m es la $asa de trta 25$eda pr unidad de $asa de sólids secs cntenids en ella' Si se inclu!e la resistencia del $edi fltrante, +sta se suele e0presar c$ una altura de trta e"uialente3
Este lu$en e"uialente, e", es el lu$en de fltrad necesari para crear una altura de trta Le" ! depende 5nica$ente de las prpiedades de la suspensión ! del $edi fltrante' Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina
ESCUELA TECNOLÓGICA UMAG Si se c$(inan las ds resistencias se7aladas se tiene una ecuación #eneral a partir de la cual se (tienen las ecuacines de dise7 para ls distints tips de fltración3
e) "n que consiste el fltrado de prensa de placas.
Un de ls tips de fltrs $%s i$prtantes es el fltr prensa de placas ! $arcs, "ue se $uestra en la f#ura/' Ests fltrs cnsisten de placas ! $arcs alternads cn una tela fltrante a cada lad de las placas' Las placas tienen incisines cn &r$a de canales para drenar el fltrad en cada placa' La suspensión de ali$entación se ($(ea en la prensa ! u!e a tra+s del cnduct al interir de cada un de ls $arcs a(ierts, de $anera "ue a llenand ls espacis acís' El fltrad u!e entre la tela fltrante ! la superfcie de la placa, a tra+s de ls canales ! 2acia el e0terir, $ientras ls sólids se acu$ulan c$ trta en ls $arcs' La fltración cntin5a 2asta "ue ls $arcs "uedan c$pleta$ente llens de sólids' En la f#ura /, tdas las salidas de descar#a c$unican a un ca(e8al c$5n' En $uc2s cass, el fltr prensa tiene una descar#a a(ierta indiidual para cada $arc, "ue per$ite una inspección isual para erifcar la transparencia del lí"uid fltrad' Si una de las salidas descar#a lí"uid tur(i de(id a una per&ración de la tela a tras causas, se puede cerrar pr separad ! cntinuar cn la peración' Cuand ls espacis est%n ttal$ente llens, las placas ! ls $arcs se separan ! se e0traen las trtas' :espu+s se uele a ar$ar el fltr ! se repite el cicl' Si se desea laar la trta, esta se de1a en ls $arcs ! se prcede a un laad transersal, c$ se $uestra en la f#ura 6' En este tip de prensa e0iste un canal aparte para la entrada del a#uade laad, "ue penetra a la unidad ! a las placas a tra+s de a(erturas situadas detr%s de las telas fltrantes, en placas alternadas' El a#ua de laad u!e a tra+s de la tela, pasa pr la ttalidad de la trta )n pr una $itad, c$ en la fltración*, a tra+s de la tela fltrante, del tr lad de ls $arcs, ! pr 5lti$, pasa al canal de descar#a' Nótese "ue la f#ura 6 ilustra ds tips de placas3 la "ue tienen cnducts para ad$itir el a#ua pr detr%s de la tela fltrante, Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina D
ESCUELA TECNOLÓGICA UMAG ! las "ue est%n alternadas cn las anterires ! carecen de dic2s cnducts' Las prensas de placas ! $arcs presentan ls incnenientes c$unes a tds ls prcess pr ltes' El cst de $an de (ra para e0traer las trtas ! ler a ensa$(lar la unidad, $%s ls csts f1s pr tie$ps $uerts, pueden cnstituir una prción $u! eleada de ls csts ttales de peración' Al#uns $dels $derns de prensas de placas ! $arcs tienen un 1ue# duplicad de $arcs $ntads en un e1e #iratri' Mientras se usa la $itad de ls $arcs, la tra $itad se descar#a ! se li$pia, l "ue reduce ls csts de $an de (ra' E0isten ta$(i+n siste$as aut$ati8ads "ue se 2an aplicad a ests tips de fltrs' Ls fltrs prensa se usan en ls prcess pr ltes per n se pueden e$plear para prcess de alt rendi$ient' Se $ane1an cn &acilidad, sn ers%tiles ! de peración e0i(le ! se pueden utili8ar a altas presines si es necesari, cn slucines iscsas cuand la trta de fltr tiene una #ran resistencia' 4i#ura /
4i#ura 6
Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina
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II.
Preguntas de Aplicación
a) *encione las consideraciones básicas para elegir un medio fltrante.
La elección del $edi de fltración es, cn &recuencia, la cnsideración, $%s i$prtante para ase#urar el &uncina$ient satis&actri de un fltr' .ara la fltración de la trta, la selección del $edi fltrante inclu!e la pti$i8ación de ls si#uientes &actres3 •
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• • • • •
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Capacidad de detener ls sólids s(re sus prs cn cierta rapide8, despu+s de "ue se inicie la ali$entación )est es prpensión $íni$a a ser pur#ads*' Fa1a elcidad de arrastre de sólids 2acia el interir de sus intersticis )est es prpensión $íni$a a ls atasca$ients*' Besistencia $íni$a a la crriente de fltrad )es decir eleada elcidad de prducción*' Besistencia a ls ata"ues "uí$ics' Sufciente resistencia para sprtar la presión de fltración' Besistencia acepta(le al des#aste $ec%nic' Capacidad de descar#a de la trta cn &acilidad ! li$pie8a' Capacidad de adaptación $ec%nica al tip de fltr en el "ue se utili8ara' Cst $íni$'
En la selección del $edi fltrante se inclu!en innu$era(les tips de telas, te1ids de f(ras, feltr f(ras n te1idas, sólids prss sinteri8ads, $e$(ranas pli$+ricas sólids particulads en &r$a de lec2 per$ea(le' Tds ls $edis fltrantes se encuentran dispni(les en una #ran ariedad de $ateriales' Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina
ESCUELA TECNOLÓGICA UMAG $ela de fbras te+idas3 .ara la fltración de trta estas telas sn el
tip $%s usual c$ $edi fltrante' E0iste una #ran ariedad de $ateriales, ls $%s usads ls pde$s encntrar en ta(las cn sus &actres de resistencia "uí$ica ! te$peratura' Aparte del $aterial de las f(ras, ciertas características de cnstrucción descri(en la tela fltrante3 te1id, estil, pes, cuenta, plie#ues, ! el n5$er de 2ils' :e ls $uc2s tips de te1ids dispni(les, sl cuatr sn ls $%s utili8ads c$ $edi fltrante3 liss, sar#a, te1id, de cadena ! sat+n' Tds ests te1ids se pueden cn&eccinar a partir de cual"uier f(ra te0til, natural sint+tica' Se pueden te1er cn 2ils $ultifla$ent $nfla$ent cntinu' La capacidad ! el dese$pe7 de la tela para fltrs dependen del tip de 2il' Un reciente desarrll cncid c$ d(le capa incrpra di&erentes tra$as en ls te1ids, per$itiend la c$(inación de las distintas prpiedades de cada un de ls $ateriales' $elas metálicas o tamices3 e0isten en di&erentes tips de te1ids
en ní"uel, c(re, latón, (rnce, alu$ini, acer in0ida(le, $nel ! tras aleacines' En ls te1ids liss, el espaciad $%s pe"ue7 entre ls 2ils es el de @HH $allas, l cual li$ita el e$ple de este tip de te1id a las suspensines de pulpa, las suspensines cristalinas #ruesas, entre tras' Ls den$inads )te1ids 2landeses* e$plean 2ils ala$(res lar#s ! rects, relatia$ente anc2s, "ue per$iten un espaciad rect ! cnsi#uen un entra$ad dens ! sn un (uen $edi para fltración de suspensines de pulpas ! de cristales de pe"ue7as di$ensines' Sin e$(ar#, este tip de te1id tiende a atascarse cn &acilidad cuand se utili8a para partículas a$r&as ! pc ru#sas, de(iend recurrir a tr tip de ta$i8' Papeles de fltro3 Ests presentan una #a$a de per$ea(ilidad,
espesres ! resistencias' C$ ests $ateriales pseen (a1a resistencia, re"uieren la clcación de una placa c$ sprte' *edios porosos r&gidos3 Ests $edis se encuentran dispni(les
c$ 21as, placas tu(s' Ls $ateriales para su cnstrucción Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina
ESCUELA TECNOLÓGICA UMAG inclu!en acer in0ida(le sinteti8ad ! trs $etales, #raft, 0id de alu$ini, sílice, prcelana, ! al#uns pl%stics, #a$a "ue per$ite un a$pli interal de resistencia a la te$peratura ! a ls prducts "uí$ics' La $a!r parte de las aplicacines sn para la clarifcación' *embranas poliméricas3 Estas $e$(ranas se utili8an en las
aplicacines de fltración para la separación de partículas fnas tales c$ $icrfltración ! ultrafltración )la clarifcación inclu!e la eli$inación de partículas de / ! $enres*' Las $e$(ranas se &a(rican cn di&erentes $ateriales ! ls $%s c$unes sn ls acetats de celulsa ! las plia$idas*' Ls $edis fltrantes tant te1ids c$ n te1ids pueden ser recu(ierts cn una película de un plí$er, tal c$ el .ri$apr, reali8ad pr SCA.A 4iltratin, ! Grete0, reali8ad pr J'L' Gre ! asciads, c$(inand la alta capacidad de retención característica de una $e$(rana cn la resistencia ! duración de un te1id #rues' Ests tips sn usads tant en peracines de fltración cntinuas e inter$itentes en las "ue se necesita una e0celente calidad de fltrad' (ec,os granulares de part&culas sólidas 3 Ls lec2s cn sólids,
c$ pr e1e$pl, arena car(ón, se utili8an c$ $edi fltrante para la clarifcación de a#ua slucines "uí$icas "ue cntienen pe"ue7as cantidades de partículas en suspensión' Se pueden ad"uirir #r%nuls para fltrs cn el di%$etr de partícula desead' Cn &recuencia, ls lec2s est%n cnstituids pr distintas capas de di&erentes $ateriales ! de di&erentes ta$a7s de partículas' A-udas de Filtración: En al#uns cass se usan a!udas de
fltración para acelerar el prces' .r l #eneral, sn tierras diat$%ceas Kiesel#u2r, "ue est%n cnstituids principal$ente pr sílice n c$prensi(le' Ta$(i+n se usa celulsa de $adera, as(est ! trs slids prss inertes' Estas a!udas de fltración se pueden usar de di&erentes $aneras? pr e1e$pl c$ recu(ri$ient prei antes de fltrarla suspensión, el cual i$pide "ue ls sólids de tip #elatins (stru!an el $edi fltrante ! per$ite (tener un fltrad $%s transparente' Ta$(i+n se puede a7adir a la suspensión antes de la Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina /H
ESCUELA TECNOLÓGICA UMAG fltración' Est au$enta la prsidad de la trta ! reduce su resistencia durante el prces' En un fltr rtatri, la a!uda de fltración se puede aplicar c$ recu(ri$ient prei ! durante la peración se desprende 1unt cn la trta' El us de a!udas de fltración suele estar li$itad a ls cass en "ue la trta es el $aterial "ue se descarta, cuand el precipitad se puede separar de ellas pr $edis "uí$ics' b) ¿Por qué es compresibilidad
importante
obtener
el
'actor
de
En las trtas (tenidas pr fltración, la resistencia especifca de esta aria cn la caída de presión prducida a $edida "ue esta se depsita? est se e0plica pr"ue la trta se a 2aciend $%s densa a $edida "ue la presión se 2ace $a!r ! dispne pr ell de $ens pasadi8s cn un ta$a7 $enr para "ue pase el u1' Este &enó$en se cnce c$ c$presi(ilidad de la trta' Trtas $u! c$presi(les ser%n a"uellas "ue derian de sus sustancias (landas ! culentas, en cntraste cn sustancias duras ! #ranulares, c$ el a85car ! ls cristales de sal, "ue se en $u! pc a&ectads pr la presión )la elcidad es independiente de la presión*'
c) n fltro de marcos - placas fltra unos lodos dando / m 0 de fltrado en 12 minutos - 33 m 0 en 24 minutos5 después el fltro estaba lleno - la fltración se paró. "stimar el tiempo de la!ado de la torta usando 4 m 0 de agua si la presión de la!ado es la misma que la usada durante la fltración. 6uponer que todas las operaciones tienen lugar a presión constante.
(
t α μ W V = + Ve V A2 ∆ P 2
)
=
mV + b
m=
24 8
α μ W 2
A ∆ P 2
=
m∗ 8 +b
Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina //
b=
45 11
α μ W Ve 2
A ∆ P
=
m∗11 + b
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dV dV = dt lavado dt final de filtracion
dV ∆P = dt α μ W α μ W V + Ve 2 2
dV dV = dt lavado dt finalde filtracion
V liquidolavado dV = dt lavado t lavado
dV = dt α μ W 2
V +
α μ W 2
Ve
1
<
2∗0,336 ∗11+ 0,091
lavado =¿
III.
dV 1 = dt 2 mV + b
1
V liquidolavado dV dt
=
<
5 0,1236
= 40,4 min.
Pregunta 7reati!a
a) 8e un e+emplo de uso de un fltro de prensa que no sea de alimentos. 8escr&balo.
Se e$plean ls fltrs prensa en la fltración de &an#s ur(ans )er f#ura*' El acndicina$ient se reali8a cn cal ! clrur &+rric "ue $e1ra el espesa$ient' Se cnsi#uen 2u$edades residuales del H'
Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina /6
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/'- Espesadr' 6'- :sifcadr de cal' 9'- :epsit de reacción' @'- :sifcación de clrur &+rric' '- depsit inter$edi' D'- F$(a de pistón ! $e$(rana' '- 4iltr prensa'
Separación $ec%nica slid-li"uid.%#ina /9