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FILTRACION

I. OBJETIVOS :

1. Determinación de la resistencia específica de una torta incompresible a presión

constante.2. Estudio de la variación de la presión vs. la resistencia específica de una tortaincompresible.

II. FUNDAMENTO TEORICO :

En la filtración, las partículas suspendidas en un fluido, ya sea un líquido o un gas, se separanmecánica o físicamente, usando un medio poroso que retiene las partículas en forma de faseseparada que permite el paso del filtrado sin sólidos. En esta operación unitaria, el flujo delfluido a travs de los espacios libres e!istentes entre las partículas retenidas sobre el mediofiltrante corresponde a una velocidad relativamente peque"a# por otra parte, comoconsecuencia de la deposición continua de materia sólida, la resistencia al flujo va

aumentando continuamente a medida que la operación transcurre.$a filtración es un ejemplo especial del flujo a travs de medios porosos, donde e!istenresistencia al flujo, dic%as resistencias aumentan con el tiempo a medida que el medio filtrantese va obstruyendo o se forma una torta de filtración.$as principales magnitudes de inters son la velocidad de flujo a travs del filtro y la caída depresión en la unidad, a medida que transcurre el proceso, o bien disminuye la velocidad de flujoo aumenta la caída de presión, en la llamada filtración a presión constante la caída de presiónpermanece constante y la velocidad de flujo va disminuyendo con el tiempo# menos frecuente esque la presión aumente progresivamente para dar lugar a la llamada filtración a velocidadconstante.

El equipo industrial de filtración defiere del equipo de laboratorio, &nicamente en lo querespecta 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 factores económicos, pero las ventajaseconómicas variarán dependiendo de'

a( )iscosidad del fluido, densidad y reactividad química.b( *ama"o de las partículas sólidas, distribución de tama"os, forma, tendencias a la floculacióny deformabilidad.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( u tan completa se requiere la separación.g( -astos relativos de mano de obra, capital y fuera motri.

CLASIFICACIÓN DE EQUIPOS DE FILTRACIÓN:

Debido a la gran diversidad de problemas de filtración, e!isten diversos mtodos para clasificar los equipos, los cuales se basan en general en los factores siguientes'

a( Por la fuerza impulsora:  +aída de presión /sub0atmosfrica, sobre0atmosfrica, o vacío,arriba o abajo del medio filtrante(, fuera centrífuga, etc.

b( Por el mecanismo:  e generalia en 2 modelos' iltración de *orta /cuando los sólidos seamontonan y forman un espesor moderado de torta( y iltración de profundidad o clarificadora/de espesor despreciable de torta(.

c( Por función: 3btención del producto valioso' sólido /ideal . de torta(, filtrado o ambos.d( Por operación: 4ntermitente /5atc% o lotes( o continuo.e( Por la naturaleza del sólido: 6or tama"o de partícula, pueden dar lugar a ultrafiltraciones, etc.

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f( Por la disposición del medio filtrante: $a tela filtrante puede estar en serie, en forma de placasplanas encerradas, como %ojas individuales sumergidas en la suspensión o sobre cilindrosgiratorios que penetran en la suspensión. 7 continuación, se describirán los tipos más importantes'

DESCRIPCION DE LOS TIPOS DE FILTROS DE LABORATORIO

En el laboratorio de operaciones unitarias e!isten dos tipos de filtros'

a) Filtros ! L!"#o .

Este modelo tiene utilidad en los casos en que se desea eliminar cantidades de sólidos relativamentepeque"as, suspendidas en vol&menes de agua bastante grandes. +on frecuencia, la capa del fondoestá formada por troos grandes de grava colocados sobre una placa perforada o ranurada. Encimade la grava se pone arena fina que act&a como el medio filtrante real. $a suspensión se alimenta por la parte superior sobre un deflector que esparce el líquido en todas direcciones mientras el líquidofiltrado se e!trae por el fondo.

$a filtración contin&a %asta que el precipitado, esto es, las partículas filtradas, obstruyen el lec%o dearena y la velocidad del flujo resulte demasiado baja. Entonces se suspende el flujo y se introduce

agua en dirección contraria para que fluya %acia arriba, con lo que se lava el filtro y se arrastra elsólido. Este aparato sólo puede usarse con precipitados que no se ad%ieran con firmea a la arena yque puedan desprenderse con facilidad con un retrolavado. 6ara la filtración del suministro de aguamunicipal, se usan filtros de tanques abiertos.

$) Filtros%Pr!&sa ! Pla"as ' Mar"os.%

Estos filtros consisten en placas y marcos alternados con una tela filtrante de cada lado de las placas.$as placas tienen incisiones en forma de canales, para poder drenar el filtrado en cada placa. $asuspensión de alimentación se bombea en la prensa y fluye a travs del ducto al interior de cada unode los marcos abiertos, de tal manera que la suspensión va llenando los espacios vacíos. El filtradofluye entre la tela filtrante y la superficie de la placa, a travs de los canales y %acia el e!terior,mientras los sólidos se acumulan como torta en ambos lados de los marcos.

En muc%os casos, el filtro0prensa tiene una descarga abierta individual para cada marco, que permiteuna inspección visual para verificar la transparencia del líquido filtrado. i una de las salidas descargalíquido turbio debido a una perforación de la tela o a otras causas, puede cerrarse por separado ycontinuar con la operación. +uando los espacios están totalmente llenos, las placas y marcos seseparan y se e!traen las tortas. Despus se vuelve a armar el filtro y se repite el ciclo. i se desealavar la torta, está se deja en los marcos y se procede a un lavado transversal.

En este tipo de prensa e!iste un canal separado para la entrada del agua de lavado, la que penetra ala unidad y a las placas por medio de aberturas situadas detrás de las telas filtrantes, en placasalternadas. El agua de lavado fluye a travs de la tela, pasa por la totalidad de la torta /no por unamitad como en la filtración(, a travs de la tela filtrante, del otro lado de los marcos, y por &ltimo pasaal canal de descarga.8ientras se usa la mitad de los marcos la otra mitad se está descargando y limpiando, lo que reducelos costos de la mano de obra. E!isten tambin otros sistemas de automatiación que se %an aplicadoa estos tipos de filtros.

ECUACIONES PARA EL CALCULO DE LA IL!RACION:

E"(a"i& ! Car*a&%+o,!&'.% +onsiderando un flujo en rgimen laminar'

∆P−

L180

  µ  Vs⋅   1   ε−( )2

⋅

g D⋅ ε3

⋅ ρ⋅

⋅:=

Donde:

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096 : caída de presión a travs del lec%o poroso.$ : espesor del lec%o poroso.; : viscosidad del fluido.< : densidad del fluido.)s  : velocidad del fluido referida al área de sección normal del lec%o= : porosidad del lec%o /fracción %ueca(.

D : diámetro equivalente de las partículas que constituyen el lec%o.

R!sist!&"ia Es-!"/i"a ! la Torta 0 1o2).%

α  gc So⋅   1   ε−⋅

ρ ε3

⋅

:=

o : >rea superficial específica de partícula sólida.gc : constante que corrige unidades.

R!sist!&"ia !l M!io Filtra&t! 0R*).%

RmA 1 m s⋅−( )⋅

:=

Donde's : fracción másica del sólido en suspensión /?g sólido @ ?g suspensión(.m : relación másica de /torta %&meda @ torta seca(.)f  : )olumen de filtrado para formar la torta %ipottica 7 : >rea normal al flujo.

Fa"tor ! Co*-r!si$ilia ! la Torta 0&).% Dada por el efecto de la presión sobre la resistencia

específica /Aelación 7lmy 0 $eBis('α αo ∆P⋅:=

Donde'

Co : Aesistencia específica a presión cero.C : Aesistencia especifica a una presión dada.n : actor de compresibilidad comprendido entre 01F, realmente su variación esta entre'

,1G /para coadyuvantes( %asta ,H /para %idró!idos y sustancias compresibles(

Dentro de los limites de aplicabilidad de la ecuación anterior, InJ es la pendiente de la recta siguiente'