FILTRACIN

1. OBJETIVOS
-

Determinacin de la resistencia especifica de una torta compresible a

presin constante.

Estudio de la variacin de la presin vs. la resistencia especifica de una torta

compresible.

Filtracin en un filtro prensa de placas y marcos, operando a presin y caudal

variables.

2. FUNDAMENTO TEORICO
FILTRACION EN SISTEMAS SLIDO-LIQUIDO
En la filtracin, las partculas suspendidas en un fluido, ya sea un lquido o un gas,
se separan mecnica o fsicamente, usando un medio poroso que retiene las
partculas en forma de fase separada que permite el paso del filtrado sin slidos. En
esta operacin unitaria, el flujo del fluido a travs de los espacios libres existentes
entre las partculas retenidas sobre el medio filtrante corresponde a una velocidad
relativamente pequea; por otra parte, como consecuencia de la deposicin continua
de materia slida, la resistencia al flujo va aumentando continuamente a medida que
la operacin transcurre.
El equipo industrial de filtracin defiere del equipo de laboratorio, nicamente en lo
que respecta a la cantidad de material que se maneja y en la necesidad de operar
a costos bajos. La seleccin del equipo de filtracin depende de factores
econmicos, pero las ventajas econmicas variarn dependiendo de:
a) Viscosidad del fluido, densidad y reactividad qumica.
b) Tamao de las partculas slidas, distribucin de tamaos, forma, tendencias a
la floculacin y de formabilidad.
c) Concentracin de la pasta alimentada.
d) Cantidad de material que va a ser manejada.
e) Valores absolutos y relativos de los productos lquido y slido.
f) Qu tan completa se requiere la separacin.
g) Gastos relativos de mano de obra, capital y fuerza motriz.

CLASIFICACIN DE EQUIPOS DE FILTRACIN:

Debido a la gran diversidad de problemas de filtracin, existen diversos mtodos
para clasificar los equipos, los cuales se basan en general en los factores
siguientes:
-

Por la fuerza impulsora:

Cada de presin (subatmosfrica, sobre
atmosfrica, o vaco, arriba o abajo del medio filtrante), fuerza centrfuga, etc.
Por el mecanismo: Se generaliza en 2 modelos: Filtracin de Torta (cuando los
slidos se amontonan y forman un espesor moderado de torta) y Filtracin de
profundidad o clarificadora (de espesor despreciable de torta).
Por funcin: Obtencin del producto valioso: slido (ideal F. de torta), filtrado o
ambos.
Por operacin: Intermitente (Batch o lotes)o continuo.
Por la naturaleza del slido: Por tamao de partcula, pueden dar lugar a
ultrafiltraciones,etc.
Por la disposicin del medio filtrante: La tela filtrante puede estar en serie, en
forma de placas planas encerradas, como hojas individuales sumergidas en la
suspensin o sobre cilindros giratorios que penetran en la suspensin. A
continuacin, se describirn los tipos ms importantes:

Filtros de Lecho
Este modelo tiene utilidad en los casos en que se desea eliminar cantidades de
slidos relativamente pequeas, suspendidas en volmenes de agua bastante
grandes. Con frecuencia, la capa del fondo est formada por trozos grandes de
grava colocados sobre una placa perforada o ranurada. Encima de la grava se pone
arena fina que acta como el medio filtrante real. La suspensin se alimenta por la
parte superior sobre un deflector que esparce el lquido en todas direcciones
mientras el lquido filtrado se extrae por el fondo.
La filtracin contina hasta que el precipitado, esto es, las partculas filtradas,
obstruyen el lecho de arena y la velocidad del flujo resulte demasiado baja. Entonces
se suspende el flujo y se introduce agua en direccin contraria para que fluya hacia
arriba, con lo que se lava el filtro y se arrastra el slido. Este aparato slo puede
usarse con precipitados que no se adhieran con firmeza a la arena y que puedan
desprenderse con facilidad con un retrolavado. Para la filtracin del suministro de
agua municipal, se usan filtros de tanques abiertos.
Filtros - Prensa de Placas y Marcos
Estos filtros consisten en placas y marcos alternados con una tela filtrante de cada
lado de las placas. Las placas tienen incisiones en forma de canales, para poder
drenar el filtrado en cada placa. La suspensin de alimentacin se bombean en la
prensa y fluye a travs del ducto al interior de cada uno de los marcos abiertos, de tal
manera que la suspensin va llenando los espacios vacos. El filtrado fluye entre la
tela filtrante y la superficie de la placa, a travs de los canales y hacia el exterior,
mientras los slidos se acumulan como torta en ambos lados de los marcos.

En muchos casos, el filtro-prensa tiene una descarga abierta individual para cada
marco, que permite una inspeccin visual para verificar la transparencia del lquido
filtrado. Si una de las salidas descarga lquido turbio debido a una perforacin de la
tela o a otras causas, puede cerrarse por separado y continuar con la operacin.
Cuando los espacios estn totalmente llenos, las placas y marcos se separan y se
extraen las tortas. Despus se vuelve a armar el filtro y se repite el ciclo. Si se
desea lavar la torta, est se deja en los marcos y se procede a un lavado transversal.
En este tipo de prensa existe un canal separado para la entrada del agua de lavado,
la que penetra a la unidad y a las placas por medio de aberturas situadas detrs de
las telas filtrantes, en placas alternadas. El agua de lavado fluye a travs de la tela,
pasa por la totalidad de la torta (no por una mitad como en la filtracin), a travs de la
tela filtrante, del otro lado de los marcos, y por ltimo pasa al canal de descarga.
Mientras se usa la mitad de los marcos la otra mitad se est descargando y
limpiando, lo que reduce los costos de la mano de obra. Existen tambin otros
sistemas de automatizacin que se han aplicado a estos tipos de filtros.
Filtros de Hojas
El filtro-prensa es til para muchos propsitos pero no es econmico para el manejo
de extensas cantidades de lodos, ni para el lavado eficiente con cantidades
pequeas de agua. El agua de lavado suele formar canales en las tortas y se
requieren grandes volmenes de lquido. Cada hoja es un marco hueco de alambre
cubierto con un saco de tela filtrante.
Estas hojas se cuelgan en paralelo en un tanque cerrado. La suspensin entra al
tanque y la aplicacin de presin la fuerza hacia la tela filtrante, donde la torta se
deposita en el exterior de la hoja. El filtrado fluye en el interior del marco hueco hacia
un cabezal de descarga y el lquido de lavado sigue la misma trayectoria de la
suspensin. De esta forma, el lavado resulta ms eficiente que los filtros prensa.
Para extraer la torta se abre la coraza del tanque. Algunas veces se hace pasar una
corriente de aire a travs de las hojas en direccin contraria, para ayudar a
desprender la torta. Cuando el material valioso no es el slido, pueden usarse
chorros de agua a presin para desprenderlo y eliminarlo sin necesidad de abrir el
filtro.
Filtro Rotatorio
Los filtros de placas y marcos y los de hojas tienen las desventajas tpicas de los
procesos intermitentes.. El filtro rotatorio continuo al vaco, filtra, lava y descarga la
torta con un rgimen continuo. El tambor cilndrico se recubre con un medio filtrante
adecuado, despus gira y una vlvula automtica en el centro sirve para activar las
funciones de filtrado, secado lavado y descarga de la torta del ciclo de operacin. El
filtrado sale por el eje del filtro. La vlvula automtica proporciona salidas
independientes para el filtrado y el lquido de lavado. Adems, cuando resulta
necesario, puede usarse una conexin para un retrosoplado de aire comprimido un
poco antes de la descarga, para ayudar a que el raspador de cuchilla desprenda la
torta. La diferencial mxima de presin para el filtro al vaco es de slo 1 atm.
Por consiguiente, este modelo no es adecuado para lquidos viscosos o lquidos que
deben estar encerrados. Si el tambor se encierra en una coraza, pueden usarse
presiones superiores a la atmosfrica.

Medios Filtrantes
El medio filtrante para filtraciones industriales debe llenar ciertas caractersticas. La
primera y ms importante es que debe separar los slidos de la suspensin y
producir un filtrado transparente. Adems, los poros no deben obstruirse con
facilidad, para que la velocidad del proceso no sea demasiado lenta. El medio filtrante
debe permitir la extraccin de la torta sin dificultades ni prdidas. Obviamente, debe
tener una resistencia suficiente para no rasgarse y no ser afectada por los productos
qumicos presentes.
Los medios filtrantes de uso muy comn son las telas gruesas de lona o sargas,
tejidos pesados, fibra de vidrio, papel, fieltro de celulosa, telas metlicas, de lana, de
nylon, de dacrn y otros tejidos sintticos. Las fibras de hilacha de materiales
naturales, son ms efectivas para las partculas finas que las plsticas o metlicas.
Algunas veces, el filtrado puede salir un poco lechoso al principio, antes de que se
depositen las primeras capas de partculas que ayudan a filtrar las partculas
subsecuentes. Este filtrado puede recircularse para una refiltracin.
ECUACIONES PARA EL CALCULO DE LA FILTRACION
Ecuacin de Carman-Kozeny.- Considerando un flujo en rgimen laminar:

d (P ) 150 v (1 E ) 2

dx
gc D2 E 3
Donde:
-P

r
V
e
D

=
=
=
=
=
=
=

cada de presin a travs del lecho poroso.

viscosidad del fluido.
densidad del fluido.
velocidad del fluido referida al rea de seccin normal del lecho
porosidad del lecho (fraccin hueca).
dimetro equivalente de las partculas que constituyen el lecho.
densidad del fluido

Resistencia Especfica de la Torta .-

5 Sv 2 (1 E )

s E 2
Donde:

s
=

Densidad del Slido

Superficie Especifica.

Sv

Resistencia del Medio Filtrante.-

Rm

s v
s

1 A
s'

Donde:
s
s
A

=
=
=

fraccin msica del slido en suspensin.

fraccin masica del slido en la torta hmeda
rea de filtracin.

Factor de Compresibilidad de la Torta (n).- Dada por el efecto de la presin sobre la

resistencia especfica (Relacin Almy - Lewis):

P n
Donde:

Resistencia especfica a presin cero.

=
Resistencia especifica a una presin dada.
=
Factor de compresibilidad comprendido entre [0-1], realmente su
variacin esta entre: 0,15 (para coadyuvantes) hasta 0,9 (para
hidrxidos y sustancias compresibles)

Dentro de los limites de aplicabilidad de la ecuacin anterior , n es la pendiente de la

recta siguiente:

Log

o
=

log

+ n * log (P )