PROCESO DE FILTRACION

FILTRACION

Introducción

En los diferentes procesos de producción de alimentos, se presenta la necesidad de separar los componentes de una mezcla en fracciones, para de esta manera poder describir los sólidos divididos y predecir sus características. Dentro del amplio campo de las separaciones existen dos grandes grupos: (a) El grupo de las separaciones disfuncionales que son realizadas con cambios de fases y transporte de materia de una fase a otra y (b) los métodos correspondientes a las separaciones mecánicas la cual comprende filtración, sedimentación, centrifugación y tamizado.

Estas separaciones son aplicables a mezclas heterogéneas y no a homogéneas y 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, aplicables en separaciones de: sólidos de gases, gotas de líquidos de gases, sólidos de sólidos y sólidos de líquidos. 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.-

La filtración es la operación unitaria en la que el componente sólido insoluble de una suspensión sólido- líquido s separado del componente líquido haciendo pasar éste a través de una membrana porosa que retiene a las partículas sólidas en su superficie corriente arriba, o dentro de su estructura, o ambos.

Se le denomina como prefiltrado a la suspensión sólido- líquido alimentada, filtrado al componente líquido que pasa a través de la membrana, y a la membrana en sí se le conoce como el medio filtrante. A los sólidos separados se les llama la torta del filtro, una vez que forman una capa percibible en la superficie de la membrana. Todo equipo de filtración, independientemente de su diseño, debe de suministrar un soporte para el medio filtrante, un espacio para la acumulación de sólidos, canales para alimentar el pre-filtrado y para retirar el filtrado, y un medio para inducir el flujo del filtrado a través del filtro.

En algunas ocasiones es el líquido (el filtrado) que constituye al producto deseado, y en otras ocasiones la torta del filtro.

Es necesario al aplicar una fuerza externa al fluido para que éste se sobreponga a la resistencia que le opone a su tránsito el medio filtrante. De ésta forma se crea una diferencial de presión a través del filtro obteniéndose la siguiente ecuación:

tasa de filtración=(fuerza motriz)/resistencia

EFECTOS PRÁCTICOS DE LAS VARIABLES DE FILTRACIÓN

2.1. PRESIÓN

La compresibilidad de la torta se encuentra por lo general entre 0,1 y 0,8 y a medida que va avanzando el proceso de filtración va aumentando el espesor de la torta por lo que la resistencia del fluido va a ser cada vez mayor, pudiéndose considerar:

Filtración a Presión Constante: se realiza cuando se filtra un líquido turbio que forma una torta apenas sensible a la presión. El líquido turbio llega al filtro desde el primer momento con una presión que se ha de mantener durante toda la operación, lo cual implica que la velocidad de filtración ha de ir disminuyendo paulatinamente, pues a medida que crece el espesor de torta la resistencia a la filtración es mayor, evidentemente, en el caso opuesto si se trata de un precipitado compresible, la primera fracción depositada resulta poco permeable por actuar sobre ella una presión muy fuerte, y esto alarga, el periodo de filtración.

Filtración a Velocidad Constante: se emplea cuando el precipitado está formado total o parcialmente por sustancias sensibles a la presión como pueden ser de carácter albuminoideas, hidróxido de carácter gelatinoso, etc., si no se emplea una cantidad suficiente de coadyuvante. Trabajando en régimen de velocidad constante se comienza a filtrar a pequeña presión y a medida que va aumentando el espesor de la torta y con ello la resistencia del filtro, se va elevando la presión para mantener constante el volumen de filtrado obtenido en iguales intervalos de tiempo. Este procedimiento tiene la desventaja de que precisamente en los primeros momentos, en que por ser pequeña la resistencia se podrán obtener grandes volúmenes de filtrado.

Régimen Mixto: pretende armonizar las ventajas de los dos anteriores para dar solución a la filtración de los precipitados sensibles a la presión. Se comienza a velocidad constante, a poca presión, hasta que se ha formado un lecho suficiente sobre el material filtrante, después se eleva la presión hasta el límite oportuno y se procede a presión constante (velocidad decreciente)

En realidad, en la práctica es muy difícil mantener rigurosamente las condiciones de filtración dentro de límites relativamente estrechos, lo cual dificulta las previsiones que pudieran hacerse por la vía teórica. (A. Vian)

En otros casos la torta se caracteriza por una presión crítica por encima del caudal y la velocidad de filtración incluso disminuye.

TORTA DE FILTRACIÓN

La torta de filtración puede ser de dos tipos:

Tortas compresibles: un aumento de la diferencia de presión o de la velocidad de flujo provoca la formación de una torta más densa con una resistencia más elevada.

Casi todas las tortas filtrantes son compresibles en cierto grado pero en muchos casos ese grado de compresibilidad es tan pequeño que la torta puede considerarse, a efectos prácticos, incompresible. Si la resistencia específica de la torta es función de la diferencia de presión a través de la torta, ésta será compresible. Esta compresibilidad puede ser un proceso reversible o irreversible: la mayoría de las tortas filtrantes no son elásticas y la mayor resistencia ofrecida al flujo cuando la diferencia de presión es elevada, se debe al empaquetamiento más compacto de las partículas que forman la torta filtrante. La resistencia específica de la torta, por lo tanto, corresponde a la resistencia que experimenta la misma cuando la diferencia de presiones a la que se somete es la más elevada, incluso aunque esta diferencia máxima de presión solo se mantenga un corto periodo de tiempo.

Tortas incompresibles: la resistencia al flujo de un volumen dado de torta no se ve afectada de forma apreciable por la diferencia de presión a través de la torta o por la velocidad de deposición del material.

2.3. VISCOSIDAD Y TEMPERATURA

La velocidad del flujo en cualquier instante es inversamente proporcional a la viscosidad del filtrado. El efecto de la temperatura afecta la velocidad de filtración debido a que ejerce efecto en la viscosidad de un fluido.

2.4. TAMAÑO DE PARTÍCULA Y CONCENTRACIÓN

Estas son unas variables de mucha importancia ya que afectan al coeficiente para la resistencia de la torta y si hay cambios mayores, estos afectan a la compresibilidad.

2.5. MEDIO FILTRANTE

La función del medio filtrante es la de actuar como soporte para la torta filtrante mientras las capas iniciales de la misma proporcionan el verdadero filtro. Este medio filtrante debe ser fuerte y tener resistencia a la acción corrosiva del fluido y debe ofrecer tan poca resistencia como sea posible al flujo filtrado. Normalmente se utilizan tejidos, material granular y sólidos porosos.

3. PRINCIPIO DE OPERACIÓN DE LOS EQUIPOS

Filtros por gravedad: En un filtro por gravedad, el flujo de filtrado se produce debido a la presión hidrostática de la columna de material para filtrar, que permanece por encima de la superficie de la torta o el medio de filtro. Esta presión es siempre relativamente baja. Suelen utilizarse en casos donde se requieran velocidades muy elevadas.

Es el método de filtración más tradicional y sencilla. La gravedad es la única fuerza impulsora que hace que el líquido atraviese el filtro y se dé la separación. Ofrece una máxima superficie de filtración, lo que hace que su efecto sea más rápido. Su utilidad principal es separar el sólido del líquido cuando lo que se quiere recuperar es el líquido.

Filtro de arena: El filtro de arena consiste en un tanque que puede resistir presiones dinámicas y estáticas a las que se somete. Es llenado de arena tamizada de un tamaño determinado. El tanque puede variar entre 2 materiales: metal o plástico reforzado. La filtración se observa en el momento que el agua atraviesa la arena y a su vez se van reteniendo las impurezas contenidas en el agua. (ver Fig.2).

Generalmente este se ubica en el cabezal de riego como primer filtro, siendo el cabezal de riego, la parte de la instalación que gestiona y reparte el agua hacia los diferentes sectores del sistema. Son muy eficaces en la retención de sustancias orgánicas, pues la filtración se da por todo el espesor de la arena. De esta manera se acumulan grandes cantidades de contaminantes antes de que sea necesaria su limpieza.

Filtro de Bolsa: “Está especialmente indicado para aquellas aplicaciones en la que

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