Filtración: Tipos, Factores e Importancia

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“FILTRACION”
FILTRACIÓN
introducción
Las separaciones mecánicas se agrupan en cuatro categorías diferentes: Sedimentación, centrifugación, filtración y tamizado. La forma de separación depende de la naturaleza de la partícula que vaya a ser separada y de las fuerzas que actúan sobre ella para separarlas. Las características de las partículas más importantes a tener en cuenta son el tamaño, la forma y la densidad, y en el caso de fluidos, la viscosidad y la densidad. El comportamiento de los diferentes componentes a las fuerzas establece el movimiento relativo entre el fluido y las partículas, y entre las partículas de diferente naturaleza. Debido a estos movimientos relativos, las partículas y el fluido se acumulan en distintas regiones y pueden separase y recogerse, por ejemplo en la torta y en el tanque de filtrado de un filtro prensa
DEFINICIÓN DE FILTRACIÓN
Es una operación básica de separación mecánica en la cual a partir de una suspensión que contiene partículas insolubles se procede a su separación mediante un medio filtrante a través del cual pasa el liquido filtrado. 
Para que se produzca requiere de una fuerza determinada.
FILTRACIÓN
Se distinguen diferentes campos de aplicación de la filtración de:
• Partículas sólidas de líquidos (suspensiones)
• Partículas sólidas de gases
• Gotículas líquidas de gases (aerosoles)
• Gotículas de un líquido no miscible de otro líquido (emulsiones)
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FILTRACION
Temperatura
En líquidos afecta la viscosidad
Presión de trabajo
A mayor presión mayor relación de filtrado hasta ciertos limites (Filtros placa)
El medio filtrante
La resistencia del medio filtrante (Rm) y cada filtro tiene su Rm.
La resistencia del cake (RC)
Hay cake compresible e incompresible
Tamaño del filtro
FUERZAS QUE ACTUAN EN LA FILTRACION
Fuerza gravitatoria
Su uso es limitado en la industria, pero si se usa en tratamientos de agua.
Fuerza de vacío
También llamado filtración a bajas presiones, pueden ser continuas y discontinuas mediante el empleo de bombas de vacío que van a succionar.
Filtración de fuerza a alta presión
Se va a utilizar bombas antes del filtro (filtro de placas, filtro de mangas, etc).
Filtración centrifuga
Interviene la fuerza centrifuga para hacer pasar el filtrado a través del medio filtrante.
Tipos de filtración:
Filtración Mecánica
es la retención y consecuente remoción de materiales en partículas, principalmente de origen orgánico. Este proceso es importante para mantener la claridad del agua y reducir la materia orgánica biodegradable (MOB) en el sistema.
Filtración Química
se refiere a un amplio  conjunto que incluye el uso de gránulos de carbón activado, separación de proteínas u ozonificación para remover carbonos orgánicos disueltos en el agua.
Tipos de filtración:
Filtración Biológica
A la eliminación de amoniaco y nitritos del agua del acuario se llama filtración biológica.
La filtración biológica está basada en la utilización de bacterias nitrificantes llamadas nitrosomas y nitrobacter.
Filtración a presión constante
Filtración al vacío
Filtración a velocidad constante 
TIPOS DE FILTRO:
La elección del tipo de filtro más adecuado depende de muchos factores diferentes: de la especie, cantidad y tamaño de partículas a separar, volumen y temperatura del medio a filtrar, así como del método de filtración y de la precisión requerida
COADYUVANTES DE FILTRACIÓN
Son cuerpos que nos permite retener las partículas, encima de ellos se deposita el cake.
CARACTERÍSTICAS
Que sean inertes (no ofrezcan sabor, olor al liquido a filtrar)
Deben ser resistentes a la presión
Deben ofrecer una superficie que facilite la separación del cake para efectos del lavado.
Deben ofrecer las menores resistencias al flujo.
Deben tener costos accesibles.
Deben tener capacidad adecuada de resistencia de sólidos
MEDIOS FILTRANTES 
 La resistencia del material del filtro y la de la capa preliminar de la torta, se combinan en una sola resistencia, que se conoce como resistencia del filtro y que se expresa en función de un espesor ficticio de torta de filtración; este espesor se multiplica por la resistencia específica de la torta, obteniéndose así el valor numérico de la resistencia del filtro. 
TIPOS DE MEDIOS FILTRANTES 
Medios filtrantes rígidos
Son de alta resistencia, pueden considerarse dentro de ella la arena grava, polvo de asbesto, rejillas de hilos rígidos, placas metálicas, etc.
Medios filtrantes de tipo flexibles
Fibras tejidos, telas de algodón, telas de lana, de seda, de yute, de nylon, polietileno, polipropileno, policloruro de vinilo, de lana sintética.
Fibras no tejidas, fibra de algodón, fibra de lana, pulpa de asbesto y de papel.
MEMBRANAS DE FILTRACIÓN
El método más usado en el tratamiento aguas residuales y de agua potable, es la filtración mediante membranas, el cual es un método que consiste en forzar el paso del líquido a filtrar a través de una membrana instalada sobre un soporte sólido, donde mediante membranas semi – permeables se realiza el proceso de separación de mezclas que permiten mediante presión, filtrar el recurso y retener los residuos contaminantes en la membrana del filtro.
TECNOLOGIA MEDIANTE MEMBRANAS DE FILTRACIÓN
Los procesos que se incluyen en la tecnología de filtración mediante membranas son los siguientes:
Microfiltración, es un proceso de filtración por medio de una membrana microporosa que elimina los contaminantes de un fluido. El tamaño del poro de la membrana oscila desde 0,1 hasta 1 micras (1x10-6m) o micrones. La microfiltración es diferente de la ósmosis inversa y la nanofiltración, ya que no requiere presión y no elimina los contaminantes sólidos disueltos.
Las membranas de microfiltración, tienen como objetivo separar del agua partículas finas como, por ejemplo, algas, vegetación, polvo de carbón muy fino, amianto, entre otros.  Estas membranas pueden ser fabricadas en nylon, polietileno o polipropileno. 
TECNOLOGIA MEDIANTE MEMBRANAS DE FILTRACIÓN
Ultrafiltración, es un proceso de filtración de membrana que se elimina sólidos suspendidos, bacterias, virus, endotoxinas y más para producir agua de alta pureza con una baja densidad de sedimentos. Pueden retener partículas de 0,01 – 0,1 µm micras en un fluido. Las membranas de ultrafiltración son más cerradas que microfiltración pero más abiertas que la nanofiltración y ósmosis inversa. Utiliza baja presión para forzar el fluido a través de la membrana que resulta en menores costos de operación. Además, es muy eficaz como tratamiento previo a la ósmosis inversa. Las membranas tienen una vida mucho mayor que las de ósmosis inversa porque tienen un sistema de auto-limpieza mediante un retrolavado.
TECNOLOGIA MEDIANTE MEMBRANAS DE FILTRACIÓN
Ultrafiltración
TECNOLOGIA MEDIANTE MEMBRANAS DE FILTRACIÓN
Nanofiltración, es un proceso de filtración de membrana que se utiliza con aguas de bajos sólidos disueltos totales. El propósito es suavizar el agua y desinfectar mediante la eliminación de la materia orgánica natural y materia orgánica sintética. La principal diferencia entre los sistemas de ósmosis inversa y la nanofiltración es que la membrana nano no es tan cerrada y funciona a una presión de agua de alimentación inferior. Además, no elimina iones monovalentes del agua tan eficazmente como la membrana de ósmosis inversa.
La nanofiltración es una tecnología de filtración de flujo cruzado. El tamaño de poro de la membrana es de aproximadamente 1 nanómetro (1x10-9m). La presión para utilizar la nanofiltración es también menos de ósmosis inversa.
TECNOLOGIA MEDIANTE MEMBRANAS DE FILTRACIÓN
Nanofiltración
TECNOLOGIA MEDIANTE MEMBRANAS DE FILTRACIÓN
Osmosis Inversa 
	Proceso mediante el cual se revierte el flujo de moléculas de agua a través de la membrana semipermeable, como resultado de aplicar presión a la solución de mayor concentración.
Con la ósmosis inversa son eliminadosuna altísimo porcentaje de impurezas, bacterias y microorganismos presentes en el agua, que por este procedimiento son separadas quedando retenidas. El sistema de filtros y membrana consigue eliminar los niveles de metales pesados y sales minerales, principalmente el plomo, el sodio y nitratos tan perjudiciales para la salud, Asímismo, la ósmosis inversa filtra las partículas disueltas en el agua y mejora la composición causante de los olores y sabores (principalmente el cloro).
Osmosis 
Osmosis Inversa : Bomba & Membranas
Presión Aplicada
membrana
SolDiluída
SolConcentrada
Flujos en una sección de osmosis inversa
( 1 ) Alimentación 100 % 
 ( 2 ) Producto 35 % ~ 85% 
 ( 3 ) Rechazo 65 % ~ 15 % 
El medio de filtración de cualquier filtro debe cumplir con los siguientes requisitos: 
 Retener los sólidos que han de filtrarse con una rapidez después que se inicie la alimentación, dando un filtrado suficientemente claro. 
 No debe obstruirse, o sea velocidad baja de arrastre de sólidos dentro de sus intersticios (espacio pequeño entre dos cuerpos). 
 Resistencia mínima al flujo de filtrado. 
 Ser químicamente resistente .
Tener la suficiente consistencia física para resistir las condiciones del proceso (o sea suficiente resistencia para sostener la presión de filtración) .
 Resistencia aceptable del desgaste mecánico. 
 Permitir la descarga limpia y completa de la torta formada. 
 Capacidad para conformarse mecánicamente al tipo de filtro con el cuál se utilizará. 
 Tener un costo que sea amortizado por los gastos del proceso (costo mínimo).
 
  
Fuerza de filtración
El fluido atravesará el medio filtrante sólo cuando se le aplique una fuerza, que puede ser causada por la gravedad, la centrifugación, la aplicación de una presión sobre el fluido por encima del filtro, o de un vacío debajo del mismo o por una combinación de estas dos cosas. 
La fuerza de la gravedad se usa en los grandes filtros, de lecho de arena y en las filtraciones sencillas de laboratorio. Las centrifugadoras pueden considerarse como filtros en los que la fuerza gravitatoria es sustituida por la fuerza centrífuga, muchas veces mayor que la primera. El líquido es obligado por la fuerza centrífuga a pasar a través de las paredes de un tambor giratorio (rotor) finamente agujereadas y tapizadas muy a menudo con una tela filtrante. 
Compresibilidad de la torta O CAKE 
 En las tortas obtenidas por filtración, la resistencia específica de ésta varia con la caída de presión producida a medida que ésta se deposita; esto se explica porque la torta se va haciendo más densa a medida que la presión se hace mayor y dispone por ello de menos pasadizos con un tamaño menor para que pase el flujo. Este fenómeno se conoce como compresibilidad de la torta. 
Aparatos utilizados en filtración 
1.- Filtros prensa (discontinuo de presión) 
2.- Filtros espesadores de presión (continuos de presión) 
3.- Filtros rotatorios (continuo de vacío) 
4.- Filtros centrífugos 
5.- Filtros de aire 
APLICACIONES:
APLICACIONES MEDIOAMBIENTALES
Flujo de los desechos de las plantas de alimentos y lácteos
Agua de canal de arrastre
Pulido de condensados del evaporador
Recuperación y reutilización de soluciones de limpieza usadas
Purificación de agua potable
Tratamiento de Aguas residuales
Aplicaciones MEDIOAMBIENTALES
Aplicaciones en la industria química
Recuperación de metales
Vea la recuperación de la NF de metales preciosos, la purificación de metales
Intermediarios en la industria farmacéutica. Clarificación de sales y cáustica.
Mediante la separación de los materiales suspendidos, la cáustica usada se puede clarificar y utilizar nuevamente ahorrando de ese modo los costos de limpieza y eliminación.
Aplicaciones en la industria FARMACEUTICA
Producción de vitaminas y antibióticos.
Empleo de filtros de orificios de ventilación para sistemas de administración de medicamentos, como por ejemplo aerosoles nasales o dispensadores de gotas para los ojos.
Aplicaciones en la industria DE ALIMENTOS
Filtración de glucosa, fructosa y azúcares.
Fabricación de bebidas tales como jugos, cerveza, vino, entre otros.
Aplicaciones en la AGRICULTURA
Elaboración de insecticidas y plaguicidas.
Sistemas de filtración para tratamiento de aguas destinadas a fines agrícolas.
Aplicaciones en la AGRICULTURA
Elaboración de insecticidas y plaguicidas.
Sistemas de filtración para tratamiento de aguas destinadas a fines agrícolas.
FILTRACIÓN DE LA TORTA O CAKE. GENERALIDADES
Este tipo de filtración, es la que trata grandes cantidades de sólidos en la suspensión y forma sobre el medio filtrante una pasta o "torta" de sólidos que posteriormente es retirada.
La filtración de la torta presenta dos grandes tipos o forma de llevarse a cabo: 
Filtración a presión constante (Donde la velocidad de filtración va desde un máximo hasta un mínimo) y filtración a velocidad constante (Donde la diferencia de presión va desde un mínimo hasta un máximo).
FORMULAS EN LA FILTRACIÓN
1. CAIDA DE PRESION DEBIDO AL CAKE (-∆Pc)
2. CAIDA DE PRESIÓN DEBIDO AL MEDIO FILTRANTE (-∆Pm)
ECUACION GENERAL DE FILTRACIÓN
FILTRACIÓN A PRESIÓN CONSTANTE
DETERMINACION DE LA RESISTENCIA ESPECIFICA DEL CAKE ( ) Y LA RESISTENCIA DEL MEDIO FILTRANTE (Rm)
promedio
DETERMINACION DE LA RESISTENCIA ESPECIFICA DEL CAKE ( ) Y LA RESISTENCIA DEL MEDIO FILTRANTE (Rm)
Se realizó un ensayo de filtración a presión de P=2,5kg/cm² en un área de filtración de A=0,25 m², el producto a filtrar contiene 3 g de sólidos por cada 100 ml de líquido (w=3g/100ml), experimentalmente se tienen los siguientes datos que se muestran en la siguiente tabla.
Encontrar K y B
Determinar α (resistencia especifica del cake, m/kg)).
Hallar Rm (resistencia del medio filtrante, m-¹ o 1/m) (para la casa).
Hallar el área si se usara en una hora de filtración industrial, si se necesita obtener 400 kg/h del precipitado cuando se utilice una presión de 4,5 kg/cm² a 20 °C (para la casa).
DETERMINACION DE LA RESISTENCIA ESPECÍFICA DEL CAKE ( ) Y LA RESISTENCIA DEL MEDIO FILTRANTE (Rm)
	Volumen del filtrado (L) 
V	Tiempo (s)
T	V²	∆V	∆T	∆T/∆V
Y	Vprom=(V1+V2)/2
X
	0	0	0	0	0	0	0
	0.5	5	0.25	0.5	5	10	0.25
	1	11.5	1	0.5	6.5	13	0.75
	1.5	19.8	2.25	0.5	8.3	16.6	1.25
	2	30	4	0.5	10.2	20.4	1.75
	3	56.8	9	1	26.8	26.8	2.5
	4	91.2	16	1	34.4	34.4	3.5
	5	133	25	1	41.8	41.8	4.5
	6	182.5	36	1	49.5	49.5	5.5
DETERMINACION DE LA RESISTENCIA ESPECIFICA DEL CAKE ( ) Y LA RESISTENCIA DEL MEDIO FILTRANTE (Rm)
V promedio
∆T/∆V
B=7.4697 s/L…..seg/m³
K=7.6371 s/L²…….seg/m6
y = 7.6371x + 7.4697
R² = 0.9994
0.25	0.75	1.25	1.75	2.5	3.5	4.5	5.5	10	13	16.600000000000001	20.399999999999999	26.8	34.4	41.8	49.5	
FILTRACIÓN A VELOCIDAD CONSTANTE
( 1 )
( 2 )
( 3 )