ope filtracion

Universidad Nacional del Santa E.A.P. Ingeniería

FILTRACIÓN A PRESIÓN CONSTANTE:

i. INTRODUCCIÓN:

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.

La filtración es la separación de una mezcla de sólidos y fluidos que incluye el

paso de la mayor parte del fluido a través de un medio poroso, que retiene la

mayor parte de las partículas sólidas contenidas en la mezcla. El medio filtrante es

la barrera que permite que pase el líquido, mientras retiene la mayor parte de los

sólidos, los cuáles se acumulan en una capa sobre la superficie o filtro (torta de

filtración), por lo que el fluido pasará a través del lecho de sólidos y la membrana

de retención.

Esta práctica tiene por objeto determinar experimentalmente la variación del

caudal de filtrado con el tiempo, en un proceso de filtración discontinuo a presión

constante. Por comparación de los resultados experimentales con los teóricos

representativos del proceso de filtración se deducirán las propiedades de la torta

(resistencia específica) y del medio filtrante (resistencia del filtro).


ii. MARCO TEORICO:

La filtración es una operación básica, muy utilizada en la industria química, consistente en la separación de partículas sólidas de una suspensión mediante un medio filtrante que deja pasar el líquido y retiene el sólido. Las partículas sólidas retenidas sobre el medio filtrante van formando un lecho poroso, a través del cual circula el fluido, denominado torta filtrante.

En general, los poros del medio filtrante tendrán una forma tortuosa y serán mayores que las partículas que deben separarse, operando el filtro de forma eficaz únicamente después de que un depósito inicial haya sido retenido en el medio.

A medida que avanza el proceso de filtración aumenta el espesor de la torta por lo que la resistencia al paso de fluido es cada vez mayor, pudiéndose llevar a cabo la operación de las siguientes formas:

- Filtración a presión constante: El caudal disminuye con el tiempo.

- Filtración a caudal constante: La presión aumenta al avanzar la filtración.

Los volúmenes de las suspensiones a tratar variarán desde grandes cantidades que aparecen en la depuración del agua y en el tratamiento de minerales en la industria minera, hasta cantidades relativamente pequeñas de la industria química, en la que la variedad de sólidos será considerable. En la mayor parte de casos en la industria química lo que interesa son los sólidos, siendo sus propiedades físicas y tamaño de gran importancia.


Los filtros también son muy variados: la elección del más adecuado así como de las condiciones óptimas de operación, son función de diversos factores entre los que cabe destacar los siguientes:

Las propiedades del fluido, especialmente viscosidad, densidad y propiedades corrosivas. La naturaleza del sólido: tamaño y forma de las partículas, distribución de tamaños y características del relleno. La concentración de los sólidos en la suspensión a filtrar. La cantidad de material a tratar y su valor. Si el producto que interesa es el sólido, el fluido o ambos. Caudal de suspensión a tratar. Necesidad de lavado del sólido filtrado.

En los instantes iniciales de la operación se depositan partículas en las capas superficiales del soporte, formándose el medio filtrante. Los factores más importantes de los que depende la velocidad de filtración son, por lo tanto:

La caída de presión desde la alimentación hasta el lado más lejano del medio filtrante. El área de la superficie filtrante. La viscosidad del filtrado. La resistencia de la torta filtrante. La resistencia del medio filtrante y de las capas iniciales de torta.

La ecuación general de la filtración es:

dtdV

= μAΔp (α cVA +Rm)

t = tiempo de filtrado

V = volumen de filtrado

A = área del medio filtrante

p = caída de presión

= resistencia específica de la torta

c = concentración del sólido en el filtrado

Rm = resistencia del medio filtrante

Universidad Nacional del Santa E.A.P. Ingeniería iii. MATERIALES Y EQUIPOS:

Materiales

Chuño

Medio Filtrante

Cronometro

Baldes

Probeta


Equipo:

iv. PROCEDIMIENTO:

Preparar la Suspensión de Chuño 2%(30Lt) (en continuo estado de agitación)

Materiales

Equipo de Filtracion

Balanza Analitica


v. Resultados:

Medir la densidad de la Suspensión

Montar el Filtro F1

Medir la densidad de la Suspensión

Calcular la Suspensión en el tanque D1 y activar la bomba G2

Obtención de la torta húmeda


vi. Resultados:

GRUPO 1:

GRUPO 2:

GRUPO 3: ∆P= 1.8bar= 30%


volumen(ml) dt

tiempo(seg) dv dt/dv Vpromedio

0 0 0 0 0 250500 11,72 11,72 500 0,02344 750

1000 11,5 23,22 500 0,04644 12501500 12,06 35,28 500 0,07056 17502000 12,19 47,47 500 0,09494 22502500 12,56 60,03 500 0,12006 27503000 12,59 72,62 500 0,14524 32503500 12,47 85,09 500 0,17018 37504000 12,21 97,3 500 0,1946 42504500 12,06 109,36 500 0,21872 47505000 11,87 121,23 500 0,24246

0 1000 2000 3000 4000 5000 60000

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

f(x) = 4.88625454545455E-05 x − 0.00155272727272732R² = 0.999878470900403

VOLUMEN VS dt/dv

dt/dvLinear (dt/dv)

volumen

dt/D

v

Según grafica:

K 1= μ2∗A2 (−∆P )∗C

=5∗10−5

seg /mm6

K 2= Rf∗μA∗(−∆ P )

=0.001 seg /mm3

F1 F2 TOTAL

Tota húmeda 424 469.9 893.9

Torta seca 393.7 216.4 610.1


Hallando la Relación Másica:

M= tortahumedatorta seca

M= 893.9gr610.1gr .

=1.465

Hallando la densidad absoluta a 22ºC :

TEMPERATURA DENSIDAD(kg/m3)

20 1001

22 x

40 995

Hallando la viscosidad a 22ºC:

X=1000.4 kg/m3

Densidad relativa del chuño a 22ºc= 0.998

Densidad del chuño= densidad relativa * densidad del agua a 22ºC

Densidad del chuño= 0.998*1000.4 kg/m3

Densidad del chuño= 998.3992 kg/m3


TEMPERATURA µ(Pa.seg)

20 10.1*10-4

22 x

40 6.55*10-4

Hallando la constante C:

K 1= μ

2∗A2 (−∆P )∗C

Despejando la constante C:

C= μ

2∗A2 (−∆ P )∗K 1

C=9.754∗10−4Pas . seg

2∗0.03242∗m4 ¿¿¿

C=5.162∗10−20m2

Hallando la resistencia del medio filtrante (Rf):

µ=9.754 *10-4 Pa.seg

DIMENSIONES DELMARCO=18cm∗18cm∗2cm

DIMENSIONES DE LASPLACAS=20cm∗20cm

SUPERFICIEFILTRANTE=0.0324m2(18cm∗18cm)


Rf=K 2∗A∗(−∆ P )

u

Rf=0.001

seg

mm3∗0.0324m2∗1.8∗105Pas

9.754∗10−4Pas∗seg

Rf=5.97∗10−12m−1

Hallando la masa total:

MasaTotal=Vol. total∗ρ

MasaTotal=30

L∗1010kgm3

∗1m3

1000 L

MasaTotal=30.3kg

Hallando la concentración:

S=Masa solutoMasaTotal

S= 1kgMasaTotal

S= 1kg30.3kg

S=0.033

Hallando la resistencia de la torta especifica:

C= 1−MSα∗S∗ρ

Universidad Nacional del Santa E.A.P. Ingeniería α= 1−MS

C∗S∗ρ

Reemplazando datos:

α= 1−1.46∗0.033

5.162∗10−20m2∗0.033∗998kg

m3

α=5.5987∗1017 mkg

vii. DISCUSION: Según I. Martin, R Salcedo, menciona lo siguiente: 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.

Comparando esta teoría con la práctica realizada en el laboratorio de operaciones unitarias hicimos el análisis con respecto al tiempo que se demora en recaudar cada 500 ml de clarificado, el tiempo


en recaudar 500 ml aumentaba esto es debido a que había mayor acumulación de sólidos en la torta lo que impedía el paso del fluido de manera progresiva.

Al representar dt/dV frente a volumen en cualquier experiencia de filtración a presión constante, con suspensiones que originen tortas incompresibles resultará una línea recta de cuya pendiente viene a ser K1 y la ordenada en el origen K2; a partir de estos datos podremos calcular la resistencia de la torta y la resistencia del fluido

J.Aguado, (2001) La función del medio filtrante es generalmente, la de actuar como soporte para la torta filtrante mientras las capas iníciales de la misma proporcionan el verdadero filtro. El medio filtrante debe ofrecer poca resistencia como sea posible al flujo de filtrado. Normalmente se utilizan tejidos, aunque para la filtración de líquidos corrosivos en unidades discontinuas los materiales granulares y sólidos porosos de un tejido es la facilidad en la separación de la torta, factor clave en el funcionamiento de las unidades automáticas existentes en la industria.

Perry. R. H y Chilton (1982) Existen casos en que los sólidos a filtrar son muy finos y forman una torta densa e impermeable, obstruyendo rápidamente cualquier medio filtrante que sea suficientemente fino para retenerlos. La filtración práctica de estos materiales exige que la porosidad de la torta aumente de forma que permita el paso del líquido con una velocidad razonable. Esto se realiza añadiendo un Coadyuvante de filtración, tal como tierra de diatomeas, perlita, celulosa de madera purificada u otros materiales porosos inertes a la suspensión antes de la filtración.

Habitualmente, las partículas que forman la torta son pequeñas y la velocidad del filtrado a través del lecho es baja, de forma que casi siempre se tiene flujo laminar, y por tanto la pérdida de presión del fluido al atravesar el lecho puede expresarse por la ecuación de Kozeny

Ibarz R. A: Barbosa C(1998): los filtros a vació funcionan por succión solo consiguen sacar parte del agua intersticial y nada de la impregnación, estando el límite práctico alrededor de 70% de humedad.


Los valores de la resistencia de la torta y del medio filtrante según los resultados obtenidos son valores muy elevados.

Los valores de Rm algunos salen valores negativos tal vez debido a mala toma de tiempos o volúmenes.

viii. CONCLUSIONES:

A medida que avanza el proceso de filtración, aumenta el espesor de la

torta por lo que la resistencia al paso de fluido es cada vez mayor.

Como la resistencia de lecho filtrante va aumentando a medida que crece el

espesor de la torta la velocidad de filtración va disminuyendo conforme

pasa el tiempo.

ix. REFERENCIA BILIOGRAFICA: Kirk-Othmer(2002). Enciclopedia de Tecnología Química. Cuarta Edición.

Volumen 14. Edit. Jhon Wiley & Sons Inc . E.E.UU

Ibarz R. A: Barbosa C(1998): Operaciones Unitarias en la ingeniería de

Alimentos . Inc U.S.A España

J.Aguado , J.A. Calles, P.Cansares, B.Lopez. F.Rodriguez.(2001)Ingeniería de la

Industria Alimentaria. Volumen 1. Editorial síntesis: España

Perry. R. H y Chilton C. H. Manual del Ingeniero Químico. Ed. McGraw Hill.

Mexico.1982

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