fundamento de filtraciÓn

8/18/2019 Fundamento de FILTRACIÓN

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FILTRACIÓN

1. OBJETIVOS

- Determinación de la resistencia especifica de una torta compresible apresión constante.

- Estudio de la variación de la presión vs. la resistencia especifica de una torta

compresible.

- Filtración en un filtro prensa de placas y marcos, operando a presión y caudal

variables.

2. FUNDAMENTO TEORICO

FILTRACION EN SISTEMAS SÓLIDO-LIQUIDO

En la filtración, las partículas suspendidas en un fluido, ya sea un líquido o un gas,se separan mecánica o físicamente, usando un medio poroso que retiene laspartículas en forma de fase separada que permite el paso del filtrado sin sólidos. Enesta operación unitaria, el flujo del fluido a través de los espacios libres eistentesentre las partículas retenidas sobre el medio filtrante corresponde a una velocidadrelativamente peque!a" por otra parte, como consecuencia de la deposición continuade materia sólida, la resistencia al flujo va aumentando continuamente a medida quela operación transcurre.

El equipo industrial de filtración defiere del equipo de laboratorio, #nicamente en loque respecta a la cantidad de material que se maneja y en la necesidad de operar a costos bajos. $a selección del equipo de filtración depende de factoreseconómicos, pero las ventajas económicas variarán dependiendo de%

a& 'iscosidad del fluido, densidad y reactividad química.b& (ama!o de las partículas sólidas, distribución de tama!os, forma, tendencias ala floculación y de formabilidad.c& )oncentración de la pasta alimentada.d& )antidad de material que va a ser manejada.e& 'alores absolutos y relativos de los productos líquido y sólido.f& *ué tan completa se requiere la separación.

g& +astos relativos de mano de obra, capital y fuera motri.


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CLASIFICACIÓN DE EQUIPOS DE FILTRACIÓN:

Debido a la gran diversidad de problemas de filtración, eisten diversos métodospara clasificar los equipos, los cuales se basan en general en los factoressiguientes%

- Por la fuerza impulsora% )aída de presión -subatmosférica, sobreatmosférica, o vacío, arriba o abajo del medio filtrante&, fuera centrífuga, etc.

- Por el mecanismo: e generalia en / modelos% Filtración de (orta -cuando lossólidos se amontonan y forman un espesor moderado de torta& y Filtración deprofundidad o clarificadora -de espesor despreciable de torta&.

- Por función: 0btención del producto valioso% sólido -ideal F. de torta&, filtrado oambos.

- Por operación: Intermitente (Batch o lotes)o continuo.- Por la naturaleza del sólido: Por tamaño de partícula, pueden dar lugar a

ultrafiltraciones,etc.

-

Por la disposición del medio filtrante: a tela filtrante puede estar en serie, enforma de placas planas encerradas, como ho!as indi"iduales sumergidas en lasuspensión o so#re cilindros giratorios $ue penetran en la suspensión. %continuación, se descri#ir&n los tipos m&s importantes:

Filtros de Lecho

Este modelo tiene utilidad en los casos en que se desea eliminar cantidades desólidos relativamente peque!as, suspendidas en vol#menes de agua bastantegrandes. )on frecuencia, la capa del fondo está formada por troos grandes degrava colocados sobre una placa perforada o ranurada. Encima de la grava se pone

arena fina que act#a como el medio filtrante real. $a suspensión se alimenta por laparte superior sobre un deflector que esparce el líquido en todas direccionesmientras el líquido filtrado se etrae por el fondo.

$a filtración contin#a 1asta que el precipitado, esto es, las partículas filtradas,obstruyen el lec1o de arena y la velocidad del flujo resulte demasiado baja. Entoncesse suspende el flujo y se introduce agua en dirección contraria para que fluya 1aciaarriba, con lo que se lava el filtro y se arrastra el sólido. Este aparato sólo puedeusarse con precipitados que no se ad1ieran con firmea a la arena y que puedandesprenderse con facilidad con un retrolavado. 2ara la filtración del suministro deagua municipal, se usan filtros de tanques abiertos.

Filtros - Prens de Plcs ! Mrcos

Estos filtros consisten en placas y marcos alternados con una tela filtrante de cadalado de las placas. $as placas tienen incisiones en forma de canales, para poder drenar el filtrado en cada placa. $a suspensión de alimentación se bombean en laprensa y fluye a través del ducto al interior de cada uno de los marcos abiertos, de talmanera que la suspensión va llenando los espacios vacíos. El filtrado fluye entre latela filtrante y la superficie de la placa, a través de los canales y 1acia el eterior,mientras los sólidos se acumulan como torta en ambos lados de los marcos.


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En muc1os casos, el filtro3prensa tiene una descarga abierta individual para cadamarco, que permite una inspección visual para verificar la transparencia del líquidofiltrado. i una de las salidas descarga líquido turbio debido a una perforación de latela o a otras causas, puede cerrarse por separado y continuar con la operación.)uando los espacios están totalmente llenos, las placas y marcos se separan y seetraen las tortas. Después se vuelve a armar el filtro y se repite el ciclo. i sedesea lavar la torta, está se deja en los marcos y se procede a un lavado transversal.

En este tipo de prensa eiste 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 detrás delas telas filtrantes, en placas alternadas. El agua de lavado fluye a través de la tela,pasa por la totalidad de la torta -no por una mitad como en la filtración&, a través de latela filtrante, del otro lado de los marcos, y por #ltimo pasa al canal de descarga.4ientras se usa la mitad de los marcos la otra mitad se está descargando ylimpiando, lo que reduce los costos de la mano de obra. Eisten también otrossistemas de automatiación que se 1an aplicado a estos tipos de filtros.

Filtros de "o#sEl filtro3prensa es #til para muc1os propósitos pero no es económico para el manejode etensas cantidades de lodos, ni para el lavado eficiente con cantidadespeque!as de agua. El agua de lavado suele formar canales en las tortas y serequieren grandes vol#menes de líquido. )ada 1oja es un marco 1ueco de alambrecubierto con un saco de tela filtrante.

Estas 1ojas se cuelgan en paralelo en un tanque cerrado. $a suspensión entra altanque y la aplicación de presión la fuera 1acia la tela filtrante, donde la torta sedeposita en el eterior de la 1oja. El filtrado fluye en el interior del marco 1ueco 1aciaun cabeal de descarga y el líquido de lavado sigue la misma trayectoria de la

suspensión. De esta forma, el lavado resulta más eficiente que los filtros prensa.2ara etraer la torta se abre la coraa del tanque. 5lgunas veces se 1ace pasar unacorriente de aire a través de las 1ojas en dirección contraria, para ayudar adesprender la torta. )uando el material valioso no es el sólido, pueden usarsec1orros de agua a presión para desprenderlo y eliminarlo sin necesidad de abrir elfiltro.

Filtro Rottorio

$os filtros de placas y marcos y los de 1ojas tienen las desventajas típicas de losprocesos intermitentes.. El filtro rotatorio continuo al vacío, filtra, lava y descarga latorta con un régimen continuo. El tambor cilíndrico se recubre con un medio filtrante

adecuado, después gira y una válvula automática en el centro sirve para activar lasfunciones de filtrado, secado lavado y descarga de la torta del ciclo de operación. Elfiltrado sale por el eje del filtro. $a válvula automática proporciona salidasindependientes para el filtrado y el líquido de lavado. 5demás, cuando resultanecesario, puede usarse una coneión para un retrosoplado de aire comprimido unpoco antes de la descarga, para ayudar a que el raspador de cuc1illa desprenda latorta. $a diferencial máima de presión para el filtro al vacío es de sólo 6 atm.

2or consiguiente, este modelo no es adecuado para líquidos viscosos o líquidos quedeben estar encerrados. i el tambor se encierra en una coraa, pueden usarsepresiones superiores a la atmosférica.


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Medios Filtrntes

El medio filtrante para filtraciones industriales debe llenar ciertas características. $aprimera y más importante es que debe separar los sólidos de la suspensión yproducir un filtrado transparente. 5demás, los poros no deben obstruirse confacilidad, para que la velocidad del proceso no sea demasiado lenta. El medio filtrantedebe permitir la etracción de la torta sin dificultades ni pérdidas. 0bviamente, debetener una resistencia suficiente para no rasgarse y no ser afectada por los productosquímicos presentes.

$os medios filtrantes de uso muy com#n son las telas gruesas de lona o sargas,tejidos pesados, fibra de vidrio, papel, fieltro de celulosa, telas metálicas, de lana, denylon, de dacrón y otros tejidos sintéticos. $as fibras de 1ilac1a de materialesnaturales, son más efectivas para las partículas finas que las plásticas o metálicas. 5lgunas veces, el filtrado puede salir un poco lec1oso al principio, antes de que sedepositen las primeras capas de partículas que ayudan a filtrar las partículassubsecuentes. Este filtrado puede recircularse para una refiltración.

ECUACIONES PARA EL CALCULO DE LA FILTRACION

Ec$ci%n de Cr&n-'o(en!)- )onsiderando un flujo en régimen laminar%

32

2)1(150)(

E D g

E v

dx

P d

c ×××

−×××=

∆−

ρ

µ

Donde%

372 8 caída de presión a través del lec1o poroso.

µ 8 viscosidad del fluido.r 8 densidad del fluido.' 8 velocidad del fluido referida al área de sección normal del lec1oe 8 porosidad del lec1o -fracción 1ueca&.D 8 diámetro equivalente de las partículas que constituyen el lec1o.ρ 8 densidad del fluido

Resistenci Es*ec+,ic de l Tort )-

2

2 )1(5

E

E Sv

s ×

−××=

ρ

α

Donde%

s ρ

8 Densidad del ólidoSv

8 uperficie Especifica.


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Resistenci del Medio Filtrnte)-

A s

s

v s

Rm

×

−

×××=

'1

ρ α

Donde%

s 8 fracción másica del sólido en suspensión.s9 8 fracción masica del sólido en la torta 1#meda 5 8 :rea de filtración.

Fctor de Co&*resiilidd de l Tort .n/)- Dada por el efecto de la presión sobre laresistencia específica -;elación 5lmy 3 $e36?, realmente su

variación esta entre% >,6@ -para coadyuvantes& 1asta >,A -para1idróidos y sustancias compresibles&

Dentro de los limites de aplicabilidad de la ecuación anterior , Bn9 es la pendiente de larecta siguiente%

$ogα

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α

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fundamento de filtraciÓn

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