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FILTRACINLas separaciones mecnicas se agrupan en cuatro categoras diferentes: sedimentacin,centrifugacin, filtracin y tamizado.La forma de separacin depende de la naturaleza de la partcula que vaya a ser separada y de lafuerza que actan sobre ella para separarlas. Las caractersticas de las partculas ms

importantes a tener en cuenta son el tamao, la forma y la densidad, y en el caso de fluidos, laviscosidad y la densidad. El comportamiento de los diferentes componentes a las fuerzasestablece el movimiento relativo entre el fluido y las partculas, y entre las partculas de diferentenaturaleza. Debido a estos movimientos relativos, las partculas y el fluido se acumulan endistintas regiones y pueden separase y recogerse, por ejemplo en la torta y en el tanque defiltrado de un filtro prensa.La teora de filtracin es valiosa para interpretar anlisis de laboratorios, buscar condicionesptimas de filtracin y predecir los efectos de los cambios en las condiciones operacionales. Elempleo de esta teora esta limitado por el hecho de que las caractersticas de filtracin se debendeterminar siempre en la lechada real de que se trate, puesto que los datos obtenidos con unalechada no son aplicables a otra. Al comparar la filtracin a nivel industrial sta difiere de la dellaboratorio en el volumen de material manejado y en la necesidad de manejarlo a bajo costo. Paraobtener un gasto razonable con un filtro de tamao moderado, se puede incrementar la cada depresin del flujo o disminuir la resistencia del mismo. Para reducir la resistencia al flujo el rea defiltrado se hace tan grande como sea posible, sin aumentar el tamao total del equipo o aparatode filtracin. La seleccin del equipo de filtrado depende en gran medida de la economa.Al aplicar la teora de filtracin a la interpretacin de datos, las ecuaciones obtenidas son tilespara predecir los efectos de un cambio en cualquier variable, si se determinan las constantes apartir de datos tomados de la lechada en cuestin.

PROCESO DE FILTRACIN

La filtracin es la separacin de una mezcla de slidos y fluidos que incluye el paso de la mayor

parte del fluido a travs de un medio poroso, que retiene la mayor parte de la partculas slidascontenidas en la mezcla. El medio filtrante es la barrera que permite que pase el lquido, mientrasretiene la mayor parte de los slidos, los cules se acumulan en una capa sobre la superficie ofiltro (torta de filtracin), por lo que el fluido pasar a travs del lecho de slidos y la membrana deretencin.El sistema de filtracin va desde un simple colado hasta separaciones altamente complejas. Elfluido puede ser un lquido o un gas; las partculas slidas pueden ser gruesas o finas, rgidas oplsticas, redondas o alargadas, individuales separadas o agregados. La suspensin dealimentacin puede llevar una fraccin elevada o muy baja de slidos.En algunos casos, la separacin de las fases debe ser prcticamente completa; en otros se deseaun separacin parcial, por lo que se han desarrollado numerosos filtros para las diferentessituaciones.

Termodinmicamente, un filtro es un sistema de flujo. Por medio de un diferencia de presinaplicada entre la entrada de la suspensin y la salida del filtrado, la suspensin circula a travs delaparato, en el cual se depositan los slidos presentes en el flujo, formando un lecho de partculas,por el que debe seguir circulando la suspensin a filtrar. El filtrado pasa a travs de tres clases deresistencia en serie:

1. Las resistencias de los canales que llevan la suspensin hasta la cara anterior de la torta, yel filtrado desde que sale del medio filtrante.

2. La resistencia correspondiente a la torta.3. La resistencia correspondiente al medio filtrante.

Con respecto a la distribucin de la cada global de presin, se observa que por ser ste un flujoen serie, la diferencia de presin total en el filtro puede igualarse a la suma de las diferencias depresin individuales. En un filtro bien diseado las resistencias de las conexiones de entrada ysalida son pequeas y pueden despreciarse en comparacin con la resistencia de la torta y del

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medio filtrante. Al incrustarse las primeras partculas en las mallas del medio filtrante, se produceuna resistencia adicional que afecta al flujo posterior.La resistencia total que se establece sobre el medio, incluyendo la de las partculas incrustadas,se llama resistencia del medio filtrante y es importante durante los primeros momentos de lafiltracin. La resistencia que ofrecen los slidos, y que no se debe al medio filtrante, se llamaresistencia de torta. La resistencia de la torta es cero al iniciar la filtracin, a causa de ladeposicin continua de slidos sobre el medio, esta resistencia aumenta continuamente con el

tiempo de filtracin.La cada total de presin del filtro, es equivalente a la suma de las presiones generadas por elfiltro, la torta y el medio:Al despreciar la resistencia de las conducciones, la cada total de presin del filtro en cualquiermomento, es igual a la suma de las diferencias de presiones sobre el medio y la torta:Por medio de un balance de masa se obtiene la ecuacin fundamental de filtracin:donde:

(DP): Cada de presin total (Pa)V: Volumen del filtradot: Tiempo de filtracinA: rea de la superficie filtrante : Coeficiente de resistencia de la tortaRm : Coeficiente de resistencia del medio filtrante: Viscosidad del filtradoC : Concentracin de slidos en la suspensinFiltracin a presin constantePara una suspensin determinada en un filtro dado, la variable principal que se puede controlar,

es la cada de presin, en la que si la diferencia de sta es constante, la velocidad de flujo esmxima al comienzo de la filtracin y disminuye continuamente hasta el final; este mtodo esllamado filtracin a presin constante.

Filtracin a velocidad constanteAl comienzo de la filtracin, con frecuencia la resistencia del filtro es grande comparada con laresistencia de la torta, ya que sta es delgada. En estas circunstancias la resistencia ofrecida alflujo es prcticamente constante, por lo que la filtracin transcurre a velocidad casi constante. Atravs de relaciones matemticas se puede obtener la cantidad de lquido que ha pasado por elfiltro, la cada de presin necesaria para obtener cualquier velocidad de flujo deseada y ademsdeterminar la resistencia de la torta de filtracin.

Compresibilidad de la tortaEn las tortas obtenidas por filtracin, la resistencia especfica de sta varia con la cada de presinproducida a medida que sta se deposita; esto se explica porque la torta se va haciendo msdensa a medida que la presin se hace mayor y dispone por ello de menos pasadizos con untamao menor para que pase el flujo. Este fenmeno se conoce como compresibilidad de la torta.Tortas muy compresibles sern aquellas que derivan de sustancias blandas y floculentas, encontraste con sustancias duras y granulares, como el azcar y los cristales de sal, que se ven muypoco afectados por la presin (la velocidad es independiente de la presin).

MEDIOS FILTRANTES

La resistencia del material del filtro y la de la capa preliminar de la torta, se combinan en una solaresistencia, que se conoce como resistencia del filtro y que se expresa en funcin de un espesorficticio de torta de filtracin; este espesor se multiplica por la resistencia especfica de la torta,obtenindose as el valor numrico de la resistencia del filtro.

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El medio de filtracin de cualquier filtro debe cumplir con los siguientes requisitos:

1. Retener los slidos que han de filtrarse con una rapidez despus que se inicie laalimentacin, dando un filtrado suficientemente claro.

2. No debe obstruirse, o sea velocidad baja de arrastre de slidos dentro de sus intersticios.3. Resistencia mnima al flujo de filtrado.4. Ser qumicamente resistente

5. Tener la suficiente consistencia fsica para resistir las condiciones del proceso (o seasuficiente resistencia para sostener la presin de filtracin)

6. Resistencia aceptable del desgaste mecnico.7. Permitir la descarga limpia y completa de la torta formada.8. Capacidad para conformarse mecnicamente al tipo de filtro con el cul se utilizar.9. Tener un costo que sea amortizado por los gastos del proceso (costo mnimo).

Ejemplos de medios filtrantes son: telas, tejidos de fibras, fieltro o fibras no tejidas, slidos porososo perforados, membranas polimricas o slidos particulados en forma de un lecho permeable.En relacin a la resistencia que ofrece el medio de filtracin, se sabe que la diferencia de presin,y tal vez la velocidad de flujo lo afecte; adems un medio filtrante viejo y usado tiene unaresistencia mucho mayor que uno nuevo y limpio. Esta resistencia del medio es consideradaconstante porque generalmente slo es importante en los primeros instantes del proceso, de estamanera puede ser determinada a partir de datos experimentales.La resistencia del material del filtro y la de la capa preliminar de la torta, se combinan en una solaresistencia, que se conoce como resistencia del filtro y que se expresa en funcin de un espesorficticio de torta de filtracin; este espesor se multiplica por la resistencia especfica de la torta,obtenindose as el valor numrico de la resistencia del filtro.Aparatos utilizados en filtracinLos aparatos que se utilizan en filtracin, constan bsicamente de un soporte mecnico,conductos por los que entra y sale la dispersin y dispositivos para extraer la torta. La presin sepuede proporcionar en la parte inicial del proceso, antes del filtro o bien se puede utilizar vacodespus del filtro, o ambas a la vez, de forma que el fluido pase a travs del sistema.

La mayora de los filtros industriales operan a vaco o a presin, es decir, operan a presinsuperior a la atmosfrica. Tambin son continuos o discontinuos, dependiendo de que la descargade los slidos sea continua o intermitente. Durante gran parte del ciclo de operacin de un filtrodiscontinuo el flujo de lquido a travs del aparato es continuo, pero debe interrumpirseperidicamente para permitir la descarga de los slidos acumulados. En un filtro continuo, tanto ladescarga de los slidos como del lquido es ininterrumpida cuando el aparato est en operacin.

Entre los aparatos se cuentan:

1) Filtros prensa (discontinuo de presin): En estos se coloca una tela o una mallasobre placas, de manera tal que sean los bordes los que soporten a la tela y al mismo tiempodejen debajo de la tela un rea libre lo ms grande posible para que pase el filtrado. Las

placas se disponen generalmente en forma horizontalmente, aunque con mayor frecuenciacuelgan verticalmente, para as disponer de un rea suficiente para la operacin que se trate,estas placas son varias y se encuentran apretada por tornillos o una prensa hidrulica; estasplaca se disponen en paralelo.Al circular la suspensin, la torta se forma en el lado ms alejado de la placa, parte que seconoce con el nombre aguas arriba de la tela. En los primeros instantes de la filtracin, lacada de presin en la tela es pequea y el proceso ocurre a velocidad aproximadamenteconstante. A medida que transcurre el proceso y, por tanto, crece la torta hmeda, el procesotranscurre a presin constante, situacin que perdura en la mayor parte del ciclo de filtracin.Una vez que el espacio disponible entre dos placas sucesivas se ha llenado con torta, esnecesario desarmar la prensa y extraer la torta.

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Area del filtro (m2) Numero de placas Longitud de laprensa (m)

Peso de la maquina(kg)

10 7/8 3,18 198015 13/14 3,54 2150

20 17/18 3,78 2265

25 21/22 4,02 2375

30 27/28 4,38 2550

40 35/36 4,86 2775

50 45/46 5,46 3060

2) Filtros espesadores de presin (continuos de presin) : El objeto de un filtro

espesador es separar parte del lquido contenido en una suspensin diluida para obtener otraconcentrada. Tiene la apariencia de un filtro de prensa, sin embargo, no contiene marco y lasplacas estn modificadas. Las placas sucesivas llevan canales apareados que forman, cuandose monta la prensa, una conduccin larga en espiral para la suspensin. Los lados de loscanales estn recubiertas con un medio filtrante mantenido entre las placas. Mientras lasuspensin pasa por el canal a presin, una parte del fluido sigue fluyendo por el canal haciaal distribuidor mltiple de descarga de lquido claro. La suspensin espesada se mantiene enmovimiento rpido para no obstruir el canal. El nmero de placas escogido es tal de modo quela diferencia de presin en todo el aparato no exceda de 6 kgf /cm2. En estas condiciones esposible duplicar la concentracin de la suspensin de entrada. Si se requiere unaconcentracin mayor, la suspensin espesada en un filtro se introduce nuevamente en unsegundo filtro.

3) Filtros rotatorios (continuo de vaco): En este tipo de filtros, el flujo pasa atravs de una tela cilndrica rotatoria, de la que se puede retirar la torta de forma continua. Lafuerza ms comn aplicada es la de vaco. En estos sistemas, la tela se soporta sobre laperiferia de un tambor sobre los que se est formando la torta.4) Filtros centrfugos: En stos se utiliza la fuerza centrfuga como fuerza motriz;estos aparatos basan su funcionamiento en centrfugas provistas de un cesta perforada quepuede tener una tela encima. El lquido pasa al interior de la cesta y por medio de la fuerzacentrfuga pasa a travs del material filtrante.5) Filtros de aire: Estos filtros comnmente son utilizados para quitar el polvo o laspartculas suspendidas en las corrientes de aire. En estos aparatos se hace pasar el aire o elgas a travs de un tejido, de forma que ste retenga el polvo. Un tipo de estos filtros, el desaco, consiste en una serie de sacos de tela cilndricos y verticales de 15-30 cm de dimetro,a travs de los cuales pasa el aire en paralelo ; el aire cargado de polvo entra en los sacos,generalmente por el fondo, y pasa a travs de la malla.

Cabe destacar que los filtros anteriormente vistos son a modo de ejemplo destacando el filtro de

prensa, el cual fue usado en el laboratorio. Se pueden encontrar una variedad muy amplia deestos en el comercio dependiendo de la finalidad del proceso a realizar.

FILTROS

DESCRIPCIN

Los filtros son equipos en los que se lleva a cabo la operacin de separacin slido- lquidodenominada filtracin. Esta operacin consiste en una separacin fsica donde no existe

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transferencia de materia sino que lo que se da es una separacin entre distintos estados deagregacin.El medio filtrante es la barrera que retiene los slidos y deja pasar el lquido, puede ser un tamiz,una tela, un tejido de fibras, fieltro, membranas polimricas o un lecho de slidos. El lquido queatraviesa el medio filtrante se denomina filtrado.

Distintos tipos de mallas para el medio filtrante

Un proceso de filtracin presenta diversas caractersticas que se han de tener en cuenta paraclasificar el proceso y seleccionar el equipo adecuado. Los distintos criterios de clasificacin quese siguen son de acuerdo a:

la fuerza impulsora de la filtracino gravedad

o presin o vacoo centrfuga

el mecanismo de filtracino filtracin por torta: si la proporcin de slidos es muy elevada, las partculas quedan

retenidas en la superficie del medio filtrante establecindose gradualmente unatorta de espesor creciente sobre el medio filtrante, con lo que en realidad lafiltracin se va a realizar a travs de la torta. Por tanto la mayor parte de partculasse recogen en la torta filtrante y posteriormente sta se separa del medio.

o filtracin en lecho profundo: la proporcinde partculas slidas es muy pequea y

con frecuencia su dimetro es menor queel de los poros del medio filtrante por loque las partculas penetran hasta una profundidad considerable antes de ser

atrapadas.

el objetivo: El objetivo de la filtracin puede serobtener un lquido clarificado, limpio de slidos o bienel producto slido lo ms seco posible, es decir con lamenor cantidad de lquido que se pueda conseguir.Otra finalidad de la filtracin, por ejemplo en lostratamientos de aguas, es simplemente depurar el

efluente para hacer posible su vertido. el ciclo de operacin:

o continuoo discontinuo

la naturaleza de los slidoso torta compresible: si los slidos son deformables.o torta incompresible: si stos son rgidos.

TIPOS

Existen numerosos tipos de filtros dependiendo de aplicacin a que estn destinados, y como se

ha visto anteriormente, su clasificacin se puede realizar atendiendo a diferentes criterios, aunquelo ms frecuente es su caracterizacin en funcin de la fuerza motriz.

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http://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/catalogo/FILTROS/Descr4.htm#clasifhttp://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/catalogo/FILTROS/Descr4.htm#clasif

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Filtro prensa

Cartuchos filtrantes

Los filtros clarificadores o de lecho profundo se suelen emplear cuando la cantidad de slidospresentes en el lquido es muy pequea, siendo de gran aplicacin para la depuracin de agua yel tratamiento de aguas residuales. En este grupo se tienen los filtros de lecho, los cartuchosfiltrantes y otros. Los filtros de cartucho son cada vez ms utilizados en la industria por sus buenosresultados.

La mayor parte de filtros empleados en la industriaqumica son filtros de torta y dentro de stos suclasificacin suele hacerse en funcin de la fuerzaimpulsora (presin, vaco o centrfuga).Si se debe seleccionar entre un filtro de presin o uno devaco se deben conocer las ventajas e inconvenientesque presentan cada uno de ellos. Los filtros de presinpermiten la obtencin de tortas con un menor contenidode humedad y los filtros de vaco, aunque permiten unfuncionamiento en continuo, el consumo de energa esmayor debido al sistema de vaco y existe una limitacinen la diferencia de presin aplicable (ya que la presin

mxima no puede sobrepasar el valor de 1 atm). A continuacin se exponen algunos de los filtrosde uso ms habitual:

Filtro prensa: es uno de los filtros ms usados debido a su gran versatilidad, tanto enrelacin a la amplia gama de materiales y como las diversas condiciones de operacin quese pueden aplicar, adems de su bajo coste de mantenimiento. Se emplea en los casos enque la resistencia especfica de la torta es elevada y siempre que la cantidad de slidos nosea tan elevada que obligue a desmontar frecuentemente la prensa que provocaradesgastes excesivos en las telas. Sin embargo, no est recomendado su uso para tratargrandes cantidades. Consisten en una serie de elementos cuadrados o rectangulares, quepueden ser placas y marcos alternados o cmaras, entre los que se coloca la tela filtrante.

De esta forma, se distinguen dos tipos de filtros prensa: la prensa de placas y marcos y laprensa decmaras. La diferencia entre ambas radica en que la segunda prescinde de losmarcos y que el canal de alimentacin se encuentra en el centro de cada una de las placas

en vez de en una de las esquinas comoocurre en la prensa de placas y marcos.

Filtro de hojas: se operan de maneradiscontinua o por cargas. Consisten en unaserie de elementos filtrantes planos,denominados hojas, que se encuentran en elinterior de una carcasa presurizada. Comocaractersticas fundamentales cuenta conuna mayor uniformidad y mejor separacinde la torta, una mayor facilidad de lavado yde instalacin de la tela. Aunque inicialmentediseado para trabajar a vaco, los tiposposteriormente desarrollados operan apresin pudiendo aplicar presionessuperiores a las que son posibles en el filtro

prensa. Se emplea preferentemente en caso de que se requiera un lavado eficaz de latorta. Las hojas pueden tener diferentes formas (rectangulares o circulares) y las carcasaspueden estar dispuestas horizontal o verticalmente.

Filtros rotativos a vaco: son muy empleados debido a que trabajan en continuo y a su bajocoste de operacin motivado por su funcionamiento automtico. Se emplea para

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http://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/catalogo/FILTROS/f_torta.htmhttp://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/catalogo/FILTROS/Tipo4.htmhttp://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/catalogo/FILTROS/Tipo4.htmhttp://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/catalogo/FILTROS/Tipo4.htmhttp://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/catalogo/FILTROS/f_torta.htmhttp://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/catalogo/FILTROS/Tipo4.htmhttp://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/catalogo/FILTROS/Tipo4.htm

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Filtro de tambor

materiales de filtracin poco complicados. Posee una gran capacidad en relacin a sutamao. Dentro de los filtros rotativos se tienen dos tipos:

o de tambor rotativo: consiste en un cilindro dipuesto horizontalmente, cuya superficieexterior est formada por una plancha perforada sobre la que se fija la tela filtrante.El cilindro est dividido en una serie de sectores que se encuentran conectados atravs de una vlvula rotativa. El tambor est parcialmente sumergido en una cubaa que se alimenta la suspensin a filtrar y se aplica vaco en los sectoressumergidos. De esta manera se forma una torta del espesor deseado ajustando lavelocidad de rotacin del tambor. Para retirar la torta del tambor se pueden seguirvarios procedimientos. Lo ms frecuente es emplear una cuchilla fija o rasquetapara descargar la torta, pero si resulta difcil de desprender tambin se puederealizar dicha operacin por medio de una cuerda o de un rodillo.

o de pre-recubrimiento: se emplea cuando el material forma una torta de elevadaresistencia. En primer lugar se provoca la formacin de una gruesa capa de unmaterial de muy fcil filtracin sobre el medio filtrante para luego que se produzcala filtracin a travs de esta capa. As la torta formada es muy delgada y se retirajunto con una fina capa del material de recubrimiento.

o de discos: consiste en un cierto nmero

de hojas filtrantes circulares montadassobre un eje horizontal. Sufuncionamiento es similar al filtro detambor, sin embargo proporciona unlavado peor de la torta y su descargaes ms difcil. Como ventaja frente alfiltro de tambor se tiene que ofrece unrea de filtracin mucho mayor en elmismo espacio.

Filtro de banda: presenta una gran flexibilidad

de aplicacin y alta capacidad. Permite la filtracinen continuo. Consiste en una especie de cintatransportadora donde la cinta se ha sustituido poruna banda o tela permeable. La suspensin se

alimenta por la parte superior y en un extremo de la cinta, mientras que por la parte inferior desta se hace el vaco y se recoge el filtrado. Se van a ajustarla velocidad de la cinta y la distancia a la que se aplica lasuspensin para producir una torta del espesor adecuado. Latorta se desprende al final de la cinta.

Filtro Nutscha: existen dos variantes a presin y avaco.o a vaco: son filtros de pequea capacidad perode una gran simplicidad constructiva. Consisten enun recipiente donde la alimentacin se realiza porla parte superior y en la zona inferior se dispone elsistema de vaco. Entre ambas zonas se halla elmedio filtrante.

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Centrfuga de cesta vertical

Filtro Nutscha de resin

Filtro de banda

o a presin: se tienen dos tipos, uno de descargamanual y otro de descarga automtica. El primero es similaral filtro de vaco mientras que el segundo est dotado de un

agitador que permite el mantenimiento de lasuspensin durante el filtrado y la mejora de laeficacia por eliminacin de la humedad residual de latorta. Sin embargo este equipo presenta un preciobastante elevado debido a la complejidad delsistema.

Algunos de estos filtros admiten calefaccin, lo que permitedisminuir la viscosidad del filtrado, aumentar la velocidad defiltracin y, adems, producir una torta ms seca.Si se ha de elegir entre un filtro continuo y uno discontinuo, se debetener en cuenta que el filtro continuo proporciona una capacidad deproduccin ms elevada para una superficie filtrante dada, aunquela mayora presenta una limitacin de la presin mxima de

filtracin. El filtro discontinuo se va a emplear cuando la tortafiltrante tiene una resistencia elevada.

Otro tipo de filtros a sealar son los filtros centrfugos. Ofrecen ciertas ventajas frente a los filtrosanteriores como la posibilidad de obtener bajas humedades residuales en los slidos y la grancapacidad de tratamiento, mientras que, por otra parte, los principales inconvenientes son el

elevado coste y el trabajar a altas velocidades, que ocasiona problemas dedesgaste. Es frecuente expresar la fuerza centrfuga aplicada en trminos delas veces que la aceleracin centrfuga supera a la de la gravedad. As se

encuentran valores que pueden oscilar desde las 500 hasta las 50.000g. Entre los filtroscentrfugos destacan:

Centrfuga de cesta: es la ms sencilla y universal.Consiste en una cesta, vertical uhorizontal, sobre la que se coloca elelemento filtrante. Como problemapresenta la descarga de slidos, quese debe realizar manualmente ysupone una operacin bastante lenta.Giran a velocidades comprendidasentre 600 y 1800 rpm.

o Centrfuga de tornillo helicoidal:tiene forma tronco-cnica y laalimentacin debe ser unasuspensin bastante concentrada.

Las posibilidades de lavado son bastantes escasas. Alcanza aceleraciones entre1500 y 2500g.o Centrfuga rascadora o 'peeler': es una mquina de funcionamientodiscontinuo mientras que la descarga de la torta se realiza de manera automticapor accin de un cuchillo rascador. Las velocidades alcanzadas son bajas (de 500a 1600g). La capacidad de lavado de la torta es muy buena. Las variantesexistentes de este equipo se distinguen en cuanto al tipo de rascador o a laexistencia o no de un sifn para dar salida al lquido.

o Centrfuga de empuje: tiene funcionamiento continuo. Consiste en unacesta de eje horizontal dotada de un falso fondo constituido por un pistn que sedesplaza axial y alternativamente, empujando la torta formada y desplazndolaparcialmente fuera de la cesta. La torta debe tener una cierta rigidez para que el

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Centrfuga de empuje

mecanismo de empuje funcione eficazmente. Como ventaja notable destaca laposibilidad de obtencin de la torta con humedades residuales muy bajas. Tambin

existen modelos con dos o mscestas concntricas que giransolidariamente con un eje comn. Latorta pasa de manera sucesiva deuna cesta a otra, actuando la propia

cesta interior como empujadora de laexterior.

FUNCIONAMIENTO

El funcionamiento de todo filtro se basa en la existencia de una diferencia de presin que obliga auna suspensin a atravesar el medio filtrante. En la superficie del medio filtrante se van adepositar los slidos presentes formando con su acumulacin una torta por la que debe seguircirculando la suspensin a filtrar.En las centrfugas la fuerza impulsora se aporta como energa cintica. El slido se ve lanzado

hacia la periferia, que se encuentra perforada, en la que se va a depositar comprimindose hastaformar una torta. Estos equipos se emplean igualmente para ellavado o el escurrido de slidos.Los factores principales que afectan a la filtrabilidad son:

la naturaleza de la suspensin la fuerza impulsora aplicada la resistencia de la torta a la filtracin la temperatura de la suspensin el tamao de las partculas la concentracin de slidos en suspensin

el efecto de la utilizacin de floculantes y de la agitacin la naturaleza del medio filtrante

El medio filtrante debe ser resistente mecnicamente y a la accin corrosiva del fludo, mostrarpoca resistencia al flujo del filtrado, as como permitir que la torta se desprenda fcilmente.La secuencia de operaciones que tienen lugar en una filtracin se conoce como ciclo de filtraciny son las siguientes:

Etapa tiempo

1.- Formacin de la precapa 2- 5 min

2.- Recirculacin de las aguas madres de la precapa 5- 15 min

3.- Filtracin con recirculacin de aguas madres 5- 15 min

4.- Filtracin 20 min - 10h

5.- Escurrido/ secado de la torta 5- 30 min

6.- Lavado de la torta 2- 60 min

7.- 2 escurrido / secado de la torta 5- 30 min

8.- Descarga de la torta 2- 10 min

9.- Lavado de la tela y preparacin para un nuevo ciclo 2- 5 min

Segn el tipo de filtro y el modo de operacin un ciclo podr contener ms o menos operaciones.

En ocasiones se requiere un pretratamiento de la suspensin previo a la filtracin. Si lasuspensin es diluda y las partculas slidas decantan fcilmente en el fludo, puede serinteresante efectuar una concentracin preliminar en un espesador o aadir un coagulante.

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Si los slidos de la suspensin son muy finos o viscosos, forman una torta densa e impermeable yobstruyen en seguida el medio filtrante. Por consiguiente, es necesario aadir ciertos aditivos queaumenten la porosidad de la torta. Estos aditivos reciben el nombre de coadyuvantes de filtracin.Se pueden usar como tales la perlita, la tierra de diatomeas o la celulosa de madera. Estosmateriales forman lechos de porosidades muy elevadas, provocan la reduccin de la resistenciaespecfica de la torta a la vez que aumentan su grosor, y hacen que sta sea ms compresible.Los coadyuvantes se suelen emplear cuando el filtrado es valioso y el residuo puede desecharse.

Otra posible utilizacin de stos es como precapa, depositando una pequea cantidad delcoadyuvante sobre el medio filtrante antes de comenzar la filtracin.Normalmente es necesario realizar un lavado de la torta para recuperar el lquido que hayaquedado retenido, para ello se utiliza un disolvente miscible con el filtrado (usualmente agua). Ellavado tiene lugar en dos etapas:Primero las aguas madres son desplazadas de la torta filtrante por el lquido de lavado durante elperodo de lavado por desplazamiento. En esta etapa el efluente consiste bsicamente en elfiltrado que ha quedado sobre el filtro, sin producirse dilucin apreciable. De esta manera puedesepararse hasta el 90% del filtrado retenido.Durante la segunda etapa, denominada lavado por difusin, el disolvente llega a los huecosmenos accesibles del filtro y la concentracin de filtrado en el efluente es muy baja. Tambinpuede darse durante esta etapa la disolucin de alguno de los componentes retenido en la torta.Hay que sealar adems la existencia de filtros autolimpiantes.El secado de la torta se suele efectuar por medio de aire caliente o aplicando vaco.Por ltimo sealar que existen dos modos de operacin posibles:

a presin constante: la presin de impulsin de la suspensin se mantiene constantedurante todo el ciclo de filtracin, con lo que el caudal de filtrado resulta variable ydecreciente, ya que la resistencia de la torta aumenta con el espesor de la misma. El cicloconcluye cuando el caudal de filtrado est por debajo de un mnimo.

a volumen constante: se intenta mantener fijo el volumen de filtrado, lo que se exige aplicarpresiones crecientes para compensar los aumentos progresivos de resistencia de la torta.El ciclo se dar por terminado cuando se alcance la presin mxima que puede soportar elsistema.

En primer lugar se debe conocer la resistencia global que se ofrece ante el paso del lquido.Fundamentalmente el filtrado pasa a travs de dos resistencias en serie:

La resistencia total que se establece sobre el medio (incluyendo la de laspartculas incrustadas) que se llama resistencia del medio filtrante y es importante durante losprimeros momentos de la filtracin. La resistencia que ofrecen los slidos, y que no se debe al medio filtrante,que se denomina resistencia de la torta. La resistencia de la torta es cero al iniciar la filtracin,a causa de la deposicin continua de slidos sobre el medio. Esta resistencia aumentacontinuamente con el tiempo de filtracin.

Hay que tener en cuenta que en un filtro bien diseado las resistencias de las conexiones deentrada y salida son pequeas y pueden despreciarse en comparacin con la resistencia de latorta y del medio filtrante.Por tanto en la filtracin por torta los factores ms importantes de los que depende la velocidad defiltracin son:

la cada de presin desde la alimentacin hasta el lado ms lejano del medio filtrante. el rea de la superficie filtrante la viscosidad del filtrado la resistencia de la torta la resistencia del medio filtrante y de las capas iniciales de la torta

CLCULO DE FILTRACIN CONTINUAPara calcular la resistencia a la filtracin de la torta, suponiendo sta incompresible, se tiene lasiguiente expresin:

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se observa que la resistencia de la torta depende de la porosidad y la superficie especfica ,respectivamente.

Y si se desea se puede expresar como resistencia especfica (en m/kg):

donde es la densidad de la partcula.El gradiente de presin por unidad de altura de torta formada, L, se expresa a travs de laecuacin de Carman-Kozeny :

siendoU la velocidad superficial de filtrado en un tiempo t:

y donde V es el volumen de filtrado recogido para un tiempo t.A medida que transcurre la filtracin se van acumulando las partculas que forman un determinadovolumen de torta, que se puede determinar por medio del parmetro:

Este parmetro representa el volumen de torta formado en el paso de una unidad de filtrado.Sustituyendo en la ecuacin del gradiente se obtiene la siguiente expresin:

donde quedan relacionados el volumen de filtrado, V, con la altura de torta, L.Otra manera de establecer dicha relacin se consigue con el siguiente cociente:

donde J es la fraccin msica de slidos en la suspensin original.Otro parmetro muy empleado es la masa de torta seca por unidad de volumen de filtrado:

donde m es la masa de torta hmeda por unidad de masa de slidos secos contenidos en ella.Si se incluye la resistencia del medio filtrante, sta se suele expresar como una altura de tortaequivalente:

Este volumen equivalente, Veq, es el volumen de filtrado necesario para crear una altura de tortaLeq y depende nicamente de las propiedades de la suspensin y del medio filtrante.

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Si se combinan las dos resistencias sealadas se tiene una ecuacin general a partir de la cual seobtienen las ecuaciones de diseo para los distintos tipos de filtracin:

CLCULO DE FILTRACIN CENTRFUGA

Lafiltracin centrfuga es un caso especial de filtracin donde la fuerza de impulsin correspondea la fuerza centrfuga.

Otros tipos de filtracin a considerar son:

FILTRACIN DISCONTINUA CON GRADIENTE DE PRESIN CONSTANTE

Esta operacin es frecuentemente utilizada en la industria. Su expresin matemtica se deduce apartir de la ecuacin final obtenida anteriormente:

Integrando esta expresin se tiene

y de ah

Para calcular los parmetros Kp y B se suele recurrir a la regresin lineal de los datosexperimentales obtenidos en laboratorio, de esta manera es posible conocer los valores de laresistencia especfica de la torta y la resistencia del medio filtrante, Rm.

LAVADO DE LA TORTA Y TIEMPO DE CICLO

Normalmente las partculas slidas separadas por filtracin necesitan ser lavadas para eliminar elfiltrado atrapado entre los poros de la torta. Se supone que la estructura de la torta no se afecta enel lavado y que el caudal de lavado es el mismo que el de filtracin. Para los filtros en los que ellavado sigue el mismo recorrido que la filtracin usando el mismo gradiente de presin, el caudal

de lavado es:

Sin embargo en el caso del filtro prensa no ocurre lo mismo ya que el lquido de lavado pasa atravs de una torta el doble de gruesa que la filtrante, por lo que el caudal de lavado resulta ser uncuarto del de filtrado.Adems del tiempo de lavado se debe tener en cuenta que se precisa un tiempo adicional para laseparacin de la torta y la limpieza. Por tanto el tiempo total de ciclo es la suma de los tiempos defiltracin, lavado, limpieza y los tiempos muertos entre estas operaciones.

FILTRACIN CONTINUA CON GRADIENTE DE PRESIN CONSTANTE

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En estos filtros se considera que la resistencia del medio filtrante es despreciable en comparacincon la de la torta, esto quiere decir que B = 0. As si integramos la ecuacin general de la filtracinse tiene que el tiempo requerido para la formacin de la torta es:

Tomando el tiempo de filtrado como una fraccin del tiempo total de ciclo, t = f tc y sustituyendoen la ecuacin global se obtiene:

FILTRACIN CON CAUDAL DE FILTRACIN CONSTANTE

Este tipo de filtracin se da cuando se alimenta el filtro con una bomba de desplazamientopositivo, as se tiene que:

Si se parte de nuevo de la ecuacin general y se despeja el gradiente de presin:

Igual que en el caso anterior, por regresin lineal se puede obtener el valor de las constantes Kv yC.Tambin es posible expresar la ecuacin anterior como una funcin del tiempo sustituyendo el

valor de V por la siguiente expresin:

Se observa que el gradiente de presin aumenta a medida que el espesor de la torta crece y elvolumen de filtrado aumenta. Sin embargo este incremento de la presin afecta a las propiedadesde la torta y a la velocidad de produccin de filtrado. La compresin acta reduciendo laporosidad, aumentando por tanto la concentracin de slidos y como consecuencia va a variar laresistencia especfica de la torta, con lo que la respuesta producida ser no lineal.

TORTA COMPRESIBLE

Si el anlisis de los datos de filtracin determina que se obtienen distintas resistencias especficasy concentraciones de torta al variar la presin, eso indica que la torta es compresible. En estecaso se suele utilizar una relacin emprica para ajustar los datos por regresin de la forma:para la resistencia especfica

o para la concentracin volumtrica de la torta

siendo constantes empricas, donde n se denomina coeficiente de compresibilidad

que suele encontrarse tabulado.

APLICACIONES

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Filtracin en lecho profundo parapurificacin de agua

Planta de tratamiento de mineral

Entre las aplicaciones de los filtros se debe mencionar que, aparte de la filtracin propiamentedicha, stos pueden realizar otras funciones de separacin slido-lquido como: clarificacin,extraccin, lavado de torta, deshidratacin y recuperacin de sustancias.La filtracin se emplea en un gran nmero de procesos relacionados con industrias muy diversas;como ejemplo se citan las siguientes:Qumica: filtracin de azufre fundido, silicato sdico, cido ctrico, resinas y fibras sintticas,

plsticos.Farmacutica: produccin de vitaminas y antibiticosAlimentaria: filtracin de glucosa, fructosa y azcares, jugos de frutas, cerveza, vino, ...En la produccin de azcarse emplean filtros de vaco siempre que es necesaria la separacin demateria slida de un lquido, tambin aparecen centrfugas.En el embotellado vino o zumos de frutas, se emplean los filtros de placas como filtro final para laesterilizacin. Otros usos de los filtros en la industria del vino se dan en bodega para filtracinclarificante y eliminacin de turbidez si se coloca el filtro entre dos tanques.Industria del aceite: pulido de aceites, blanqueo y winterizacin.Agroqumica: produccin de insecticidasPetroqumica: separacin de distintos componentes como la posibilidad de obtencin de parafinascristalinas de las que no lo sonRecuperacin y refino de metales: por ejemplo filtracin de sales de zinc, cobre, nquel, etc.

Otro ejemplo es el tratamiento de minerales sulfurosos para la extraccin de oro. El mineraldespus de ser concentrado en el circuito de flotacin, debe ser lavado para eliminar las sales enexceso que tienen un efecto perjudicial en el proceso posterior de tostacin. El mtodo elegidopara este proceso es el de filtracin porque no slo consigue el lavado requerido sino que produceuna torta que se puede transportar fcilmente al lugar de tostacin. La filtracin y el lavado sellevan a cabo usando dos filtros de banda que producen una torta con una humedad aproximadadel 15%.

Cermica, pinturas, pigmentos, tintes, barnices...Tratamiento de aguas residuales: tantourbanas como procedentes de instalacionesindustriales. La filtracin aparece en elacondicionamiento de aguas residuales y en eltratamiento de fangos.La filtracin de agua implica su paso a travsde capas de arena, carbn y otros materialesgranulares para eliminar microorganismos ycualquier flculo o sedimento que pudieraquedar.

Tambin se emplean los filtros prensa en la filtracin de fangos urbanos (ver diagrama). Elacondicionamiento se realiza con cal y cloruro frrico que mejora el espesamiento. Se consiguenhumedades residuales del 50%.

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1.- Espesador2.- Dosificacin de cal3.- Depsito de reaccin4.- Dosificacin de cloruro frrico5.- Depsito intermedio6.- Bomba de pistn y membrana7.- Filtro prensa

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Otras posibles aplicaciones son: produccin de cemento va hmeda para la obtencin de sal en salinas, como se muestra en el siguiente diagrama:

tambin es posible eltratamiento de productos peligrosos para el medio ambiente en filtros Nutcha,gracias a su estanqueidad.

produccin de papel

FILTROS DE MANGA

DESCRIPCIN

Los filtros de mangas son considerados como los equipos ms representativos de la separacinslido-gas mediante un medio poroso. Su funcin consiste en recoger las partculas slidas quearrastra una corriente gaseosa, esto se consigue haciendo pasar dicha corriente a travs de untejido.El tamao de las partculas a separar por los filtros de mangas ser entre 2 y 30 m. Sin embargo,no es usual disponer de medios filtrantes con poros tan pequeos como para retener laspartculas que transporta el gas, debido a que los dimetros de stas son extraordinariamentepequeos. Por tanto la filtracin no comienza a efectuarse de manera efectiva hasta que no se

han acumulado una cierta cantidad de partculas sobre la superficie de la bolsa en forma de tortafiltrante.

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Detalle de los equipos:1.- evaporador de cristalizacin2.- recipiente de la papilla de cristales

3.- condensador esttico4.- dosificador5.- centrfugas6.- secador de lecho fluido

Filtracin en planta detratamiento de agua

Mquina de papel

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As puede decirse que el sistema de filtracin que se da en los filtros de mangas es anlogo al delos filtros por torta, donde el medio filtrante acta nicamente como soporte de la torta y es sta laque realiza realmente la operacin.Los filtros de mangas constan de una serie de bolsas con forma de mangas, normalmente de fibrasinttica o natural, colocadas en unos soportes para darles consistencia y encerrados en unacarcasa de forma y dimensiones muy similares a las de una casa. El gas sucio, al entrar al equipo,

fluye por el espacio que est debajo de laplaca a la que se encuentran sujetas lasmangas y hacia arriba para introducirse en lasmangas.A continuacin el gas fluye hacia afuera de lasmangas dejando atrslos slidos. El gaslimpio fluye por elespacio exterior de los

sacos y se lleva por unaserie de conductoshacia la chimenea deescape.

Contienen adems una serie de paneles para redireccionar el aire,dispositivos para la limpieza de las mangas y una tolva para recoger laspartculas captadas.La eliminacin de polvo o de las pequeas gotas que arrastra un gaspuede ser necesaria bien por motivos de contaminacin, para acondicionarlas caractersticas de un gas a las tolerables para su vertido a la atmsfera,bien como necesidad de un proceso para depurar una corriente gaseosa intermedia en un

proceso de fabricacin. En ocasiones el condicionante de la separacin ser un factor deseguridad, ya que algunos productos en estado de partculas muy finas forman mezclasexplosivas con el aire.

TIPOS

La caracterstica principal que diferencia unos tipos de filtros de mangas de otros es la forma enque se lleve a cabo su limpieza. Esto adems condiciona que los filtros sean continuos odiscontinuos.

- continuos: la limpieza se realiza sin que cese el paso del aire por el filtro

- discontinuos: es necesario aislar temporalmente la bolsa de la corriente deaire.

Segn este criterio, se tienen tres tipos principales de filtros de mangas:

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Distintos tipos de mangas

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- por sacudida: se realiza cuando existe la posibilidad de suspender elservicio del filtro durante un corto periodo de tiempo. Por tanto, exige un funcionamientodiscontinuo con un ciclo de filtracin y otro de limpieza. El tipo ms barato y sencilloconsiste en un cierto nmero de bolsas reunidas en el interior de una carcasa. Funcionacon una velocidad aproximada de 0,01 m/s a travs de la bolsa filtrante. La limpieza sepuede llevar a cabo manualmente para unidades pequeas. Existe tambin una versin

ms complicada y robusta que incluye un mecanismo automtico de agitacin para lalimpieza de las telas que puede funcionar por mtodos mecnicos, vibratorios o depulsacin. Las bolsas estn sujetas a un soporte mecnico conectado a un sistema capazde emitir sacudidas o vibraciones mediante un motor elctrico. Al ser el tejido ms grueso,se pueden utilizar velocidades frontales ms elevadas, de hasta 0,02 m/s, y permite elfuncionamiento en condiciones ms severas que las admisibles en el caso anterior.- por sacudida y aire inverso: se emplea para conseguir un funcionamiento encontinuo, para ello los elementos filtrantes deben encontrarse distribuidos entre dos o mscmaras independientes, cada una de las cuales dispone de su propio sistema desacudida y de una entrada de aire limpio. El aire entra en las mangas en sentido contrariopor medio de un ventilador que fuerza el flujo, de fuera a dentro, lo que favorece laseparacin de la torta.- por aire inverso: existen muchos dispositivos diferentes pero el mecanismohabitual de limpieza consiste en la introduccin, en contracorriente y durante un breveperiodo de tiempo de un chorro de aire a alta presin mediante una tobera conectada auna red de aire comprimido. La velocidad frontal alcanza aproximadamente 0,05 m/s y esposible tratar altas concentraciones de polvo con elevadas eficacias. Mediante este tipo defiltro se pueden tratar mezclas de difcil separacin en una unidad compacta y econmica.Este mecanismo de limpieza se denomina tambin de chorros pulsanteso 'jet pulse'y esms eficaz que las anteriores.

Para seleccionar el tipo demanga necesaria se debetener en cuenta que debecumplir una serie decondiciones como:

ser resistente qumica y trmicamente al polvo y al gas que la torta se desprenda fcilmente que la manga recoja el polvo de manera eficiente que sea resistente a la abrasin ocasionada por el polvo el caudal y la velocidad del gas

FUNCIONAMIENTO

La separacin del slido se efecta haciendo pasar el aire con partculas en suspensin medianteun ventilador, a travs de la tela que forma la bolsa, de esa forma las partculas quedan retenidasentre los intersticios de la tela formando una torta filtrante. De esta manera la torta va engrosandocon lo que aumenta la prdida de carga del sistema. Para evitar disminuciones en el caudal se

procede a efectuar una limpieza peridica de las mangas.

OPERACIN DE FILTRACIN:

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(izq.)Filtro de mangas tipo'jet pulse'(der.) Filtro de mangas delimpieza manual

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- Una corriente de gas cargado de polvoentra al equipo, choca contra una serie depaneles y se divide en varias corrientes.- Las partculas ms gruesas sedepositan directamente en el fondo de latolva cuando chocan contra dichos paneles.- Las partculas finas se depositan en la

superficie del tejido cuando el gas pasa atravs de la bolsa.- Una vez que el gas ha sido filtrado, stefluye (ya limpio) a travs de la salida y sedescarga a la atmsfera por medio de unventilador.

OPERACIN DE LIMPIEZA:

- Las partculas depositadas en la superficie de la bolsa se sacuden durante

un breve periodo de tiempo por medio de aire comprimido inyectado desde una toberahacia la bolsa, o bien de manera mecnica.- El chorro de propulsin acta peridicamente mediante un controladorautomtico de secuencia.- El polvo recogido en el fondo de la tolva se descarga mediante untransportador de tornillo helicoidal y una vlvula rotativa.

La limpieza de las mangas no es completa en ningn caso debido a la dificultad para desprenderla torta en su totalidad y tambin porque, si se aplicaran procedimientos ms vigorosos delimpieza, el desgaste de las mangas sera mayor y se provocara un mayor nmero de paradas deplanta motivadas por el cambio de las mangas.La eficacia del filtro ser baja hasta que se forme sobre la superficie del tejido filtrante una capa

que constituye el medio filtrante para la separacin de partculas finas.Una vez superada la fase inicial, los filtros de mangas son equipos muy eficientes (sus eficaciassobrepasan con frecuencia el 99,9%), con lo que su aplicacin en la industria es cada vez mayor.La limitacin ms importante que se da en los filtros de mangas es la debida a la temperatura, yaque se debe tener en cuenta el material del que est constituida la tela para conocer latemperatura mxima que se puede aplicar.As para fibras naturales la temperatura mxima a aplicar es alrededor de 90C. Los mayoresavances dentro de este campo se han dado en el desarrollo de telas hechas a base de vidrio yfibras sintticas, que han aumentado la temperatura mxima aplicable hasta rangos de 230 a 260C.Otros factores que pueden afectar a la operacin del filtro de mangas son el punto de roco y elcontenido de humedad del gas, la distribucin del tamao de las partculas y su composicinqumica.

CALCULO

Los dos parmetros fundamentales a considerar en el diseo de un filtro de mangas son lavelocidad del gas y la prdida de carga. La velocidad del gas es bastante reducida, por lo que seconsidera flujo laminar, y se puede aplicar la ecuacin de Darci para calcular la velocidad decirculacin del gas.

donde k es la permeabilidad del material filtrante, que en la mayora de los casos se determina demanera experimental.

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La velocidad a la que los gases pasan por la tela debe ser baja, normalmente entre 0,005 y 0,03m/s, para evitar una excesiva compactacin de la torta de slidos con la consiguiente elevacin dela prdida de carga, o para impedir la rotura local del lecho filtrante que permitira el paso departculas grandes a travs del filtro.Para mantener una velocidad aproximadamente constante es evidente que se debe aumentar lapresin a medida que aumenta el espesor de la torta. Para realizar esta funcin de aumento de lapresin se dispone de un ventilador o una soplante, que se encargar de impulsar el gas.

Normalmente la resistencia del material filtrante es despreciable en comparacin con la de la tortade modo que el volumen del gas procesado resulta proporcional a la raz cuadrada del tiempo defiltracin.A la hora de determinar la capacidad de un filtro de mangas se debe tener en cuenta:

- la cantidad de gas a tratar- si se van a disponer varios equipos en paralelo (prctica de extensaaplicacin por su utilidad)- si va a haber algn equipo parado durante el proceso (en operacin delimpieza, por ejemplo).

APLICACIONESLos filtros de mangas aparecen en todos aquellos procesos en los que sea necesaria laeliminacin de partculas slidas de una corriente gaseosa.Los filtros de mangas son capaces de recoger altas cargas de partculas resultantes de procesosindustriales de muy diversos sectores, tales como:cemento, yeso, cermica, caucho, qumica, petroqumica, siderrgica, automovilstica, cal, minera,amianto, aluminio, hierro, coque, silicatos, almidn, carbn, anilina, fibras de granos, etc.

La recogida de polvo o eliminacin de partculas dispersas en gases se efecta para finalidadestan diversas como:

1. Control de la contaminacin del aire; como la eliminacin de cenizas volantes de los gasesde escape en una central elctrica.

2. Reduccin del coste de mantenimiento de los equipos; como la filtracin de la toma de airede un motor o el tratamiento del gas de tostacin de piritas previo a su entrada a unaplanta de cido sulfrico

3. Eliminacin de peligros para la salud o para la seguridad; como la recogida de polvossilceos y metlicos resultantes de equipos de molienda y trituracin y en algunasoperaciones metalrgicas y en el ensacado.

4. Mejora de la calidad del producto; como la limpieza del aire para la produccin deproductos farmacuticos o de pelcula fotogrfica.

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Aplicacin tpicade un filtro demangas en unaplanta detratamiento de gas

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5. Recuperacin de productos valiosos; como la recogida de partculas procedentes desecadores y hornos de tostacin.

6. Recogida de productos en polvo; aplicado a casos como en el transporte neumtico.

CICLONES

DESCRIPCION

Los ciclones son uno de los equipos ms empleados dentro de las operaciones de separacin departculas slidas de una corriente gaseosa, adems de poder emplearse para separar slidos de

lquidos. Su xito se debe en parte a que sonequipos de una gran sencillez estructural debidoa que no poseen partes mviles y a que apenasexigen mantenimiento.Adems destaca el hecho de que, al hacer usode fuerzas centrfugas en vez de gravitatorias, lavelocidad de sedimentacin de las partculas se

incrementa en gran medida hacindose msefectiva la separacin.Un separador ciclnicoest compuestobsicamente por uncilindro vertical con fondocnico, dotado de unaentrada tangencial

normalmente rectangular.La corriente gaseosa cargada con las partculas slidas se introducetangencialmente en el recipiente cilndrico a velocidades deaproximadamente 30m/s, saliendo el gas limpio a travs de una aberturacentral situada en la parte superior.Por tanto, se observa que el modelo de flujo seguido por el gas dentro de losciclones es el de un doble vrtice. Primero el gas realiza una espiral hacia abajo y por la zonaexterior, para despus ascender por la zona interior describiendo igualmente una hlice.

Las partculas de polvo, debido a su inercia, tienden a moverse hacia la periferia del equipoalejndose de la entrada del gas y recogindose en un colector situado en la base cnica.

Se trata de un equipo muy eficaz a menos que la corriente gaseosa contenga una gran proporcinde partculas de dimetro inferior a unos 10 m. Aunque se puedan emplear ciclones para separarpartculas con dimetros mayores de 200 m, esto no suele ser muy frecuente ya que los

sedimentadores por gravedad o los separadores por inercia resultan normalmente ms efectivos ymenos sujetos a abrasin.Se puede emplear tanto para gases cargados de polvo como de niebla, es decir, para pequeaspartculas lquidas.

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Planta de incineracin deresiduos

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TIPOS

Los ciclones convencionales se pueden encontrar en una gran variedad de tamaos y la entradaal equipo puede ser bien rectangular o circular.

Una forma de clasificar los distintos tipos se puedeefectuar atendiendo a la manera en que se producela carga y la descarga del equipo y otro modo seraen funcin de su eficacia:De acuerdo a su disposicin geomtrica sedistinguen los siguientes tipos de separadoresciclnicos:

El principio de funcionamiento en el cual se basanestos tipos de ciclones es muy similar.(a) Los ciclones de entrada tangencial y descarga

axial representan el cicln tradicional y,aunque se pueden construir con dimetrosms grandes, lo ms frecuente es que stosse encuentren entre los 600 y los 915 mm.

(b) En los ciclones con entrada tangencial ydescarga perifrica, el gas sufre un retrocesoen el interior del equipo al igual que ocurre en

un cicln convencional. Sin embargo, presenta el inconveniente de que el polvo no eseliminado en su totalidad de la corriente gaseosa, aunque s se produce una concentracin

del mismo.(c) En los ciclones con entrada y descarga axial la diferencia fundamental se encuentra en

que los dimetros son de menores dimensiones (entre 25 y 305 mm), con lo que gracias aesta caracterstica su eficicencia es mayor aunque su capacidad es menor.

(d) Por otra parte, los ciclones de entrada axial y salida perifrica proporcionan un flujo directoque es muy adecuado para conectarlos a fuentes de gran volumen, donde los cambios enla direccin del gas podran ser un inconveniente.

Otra posible clasificacin de los ciclones se puede realizar en funcin de su eficacia.La eficacia de un cicln est determinada en gran medida por su tamao. Se ha comprobado quelos ciclones de menor dimetro son los que proporcionan mejores eficacias en la separacin de

partculas. Asimismo se observa que la altura total del equipo tambin afecta a la eficacia,aumentando sta con la altura.Segn este criterio se consideran los siguientes tipos:

- muy eficientes (98 - 99%)- moderadamente eficientes (70- 80%)- de baja eficiencia (50%)

Existen tambin los denominados hidrociclones que se encargan de separar las partculas slidasde lquidos.

FUNCIONAMIENTO

El gas se mueve en el interior del cicln con una trayectoria de doble hlice. Inicialmente realizauna espiral hacia abajo, acercndose gradualmente a la parte central del separador, y a

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(a)- entrada tangencial y descarga axial(b)- entrada tangencial y descarga perifrica(c)- entrada y descarga axiales(d)- entrada axial y descarga perifrica

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continuacin se eleva y lo abandona a travs de una salida central situada en la parte superiordejando atrs las partculas.Una vez que el gas penetra tangencialmente en el equipo se distinguen dos zonas decaractersticas distintas de movimiento:

- en la zona prxima a la entrada del gas y en aquella ms exterior delcilindro predomina la velocidad tangencial, la velocidad radial es centrpeta y la axial de

sentido descendente. La presin es relativamente alta.- en la zona ms interior del cilindro, correspondiente al ncleo del cicln ycon un dimetro aproximadamente igual a 0,4 veces el del conducto de salida del gas,el flujo es altamente turbulento y la presin baja. Se da el predominio de la velocidadaxial con sentido ascendente.

Estas dos zonas se encuentran separadas por el llamadocilindro ideal de Stairmand.Por tanto, cualquier partcula se encuentra sometida a dos fuerzas opuestas en la direccin radial,la fuerza centrfuga y la de rozamiento. Ambas fuerzas son funcin del radio de rotacin y deltamao de la partcula, por esta razn las partculas de tamaos distintos tienden a girar enrbitas de radios distintos.Como la fuerza dirigida hacia el exterior que acta sobre la partcula aumenta con la componentetangencial de la velocidad, y la fuerza dirigida hacia el interior aumenta con la componente radial,el separador se debe disear de manera que la velocidad tangencial sea lo ms grande posiblemientras que la velocidad radial debe ser lo ms pequea posible.

Existe una rbita de dimetro 0,4De (siendo De eldimetro del cilindro concntrico de salida de losgases), conocida como cilindro ideal de Stairmand,que separa la zona en la cual las partculas van aser capturadas de aquella en la que los slidosescapan junto con el gas.Si la partcula sigue una trayectoria cuya rbita seencuentra dentro del cilindro de Stairmand y conuna componente axial ascendente, la partculaabandonar el cicln sin ser retenida. Si en casocontrario la rbita es exterior a este dimetro0,4De, entonces la componente axial serdescendente y la partcula acabar depositndoseen el fondo del cicln.

En cuanto a la eficacia, los ciclones son equiposmuy eficaces. Sin embargo se observa que partculas de tamao menor que el mnimo calculadoson capturadas mientras que otras de mayor tamao salen con el gas. Esto indica que existen

otros factores que interfieren en la captura de las partculas, como colisiones entre las partculas yturbulencias que pueden afectar a la eficacia del cicln. As se tiene una curva con distintosvalores de eficacia para cada dimetro.

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Donde:- Fc: fuerza centrfuga- Fd: fuerza de rozamiento- Vt: velocidad tangencial- Vr: velocidad radial

- r: radio de la rbita

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Son capaces de soportar condiciones de operacin extremas, de esta forma las temperaturaspueden alcanzar los 1000C y presiones de hasta 500 atm.Para un buen funcionamiento del cicln se debe garantizar que la salida de las partculas se llevea cabo con una cierta estanqueidad. Se debe impedir que el aire exterior penetre en el interior delcicln provocando la dispersin de las partculas ya depositadas.

CALCULOLos parmetros clave en el diseo de un cicln son la eficiencia y la prdida de carga.Hasta ahora no se ha conseguido definir de manera terica exacta el funcionamiento de un cicln.La mayora de las aproximaciones se hallan en la determinacin del dimetro de partcula crtico,es decir, aquel dimetro a partir del cual todas las partculas mayores seran retenidas.Estas aproximaciones establecen ciertas suposiciones relativas al modelo de flujo del gas y a latrayectoria seguida por las partculas en el interior del cicln.De esta manera surge la siguiente ecuacin, conocida como ecuacin de Rosin-Rammler, que esbastante exacta para la estimacin de la eficacia de los ciclones. En ella se supone que lacorriente de gas realiza un determinado nmero de vueltas a una velocidad constante e igual a lade la entrada de la corriente gaseosa en el cicln, sin considerar turbulencias ni efectos de

mezclado.La eficiencia se define a partir del dimetro de corteque equivale a aquel dimetro para el que lacurva de eficiencia tiene un valor del 50%. Este valor constituye una medida del tamao de laspartculas capturadas.

donde:Wi: es una dimensin que representa el ancho de la entrada al cicln (en la figura aparece comoBc), suele ser funcin del dimetro del cicln.

N: es el nmero de vueltas que el gas realiza alrededor del cicln antes de que salga del rea decaptura, normalmente se toma N=5.Vc: es la velocidad del gas en la admisin del cicln.

A partir de aqu se puede expresar el rendimiento con la siguiente ecuacin, que representa demanera satisfactoria los datos experimentales.

Por otro lado, la prdida de carga se puede representar por la siguiente ecuacin:

K es un parmetro cuyo valor suele ser normalmente igual a 8.

La velocidad tpica en la admisin de un cicln suele ser de 15-20 m/s. Esta velocidad seestablece por motivos de prdida de carga, para vencer la prdida de carga existente se recurre aun ventilador o soplante. Existen dos posibilidades de colocacin del ventilador: bien en impulsino bien en aspiracin, colocndolo antes del cicln en la primera opcin o bien tras el cicln en lasegunda opcin.Lo normal es que las dimensiones de un cicln guarden unas determinadas relaciones entre s

como muestra la figura siguiente:

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http://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/catalogo/CICLONES/#eficaciahttp://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/catalogo/CICLONES/#perdcargahttp://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/catalogo/CICLONES/#eficaciahttp://www.diquima.upm.es/Investigacion/proyectos/chevic/catalogo/CICLONES/#perdcarga

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APLICACIONES

En general sus aplicaciones son muy parecidas a las de los filtros de mangas.Los ciclones se pueden emplear tambin como equipos de limpieza previos a los filtros de

mangas y cuentan con la ventaja de que pueden ser diseados para tratar con un rango de

condiciones qumicas y fsicas ms amplio que cualquier otro equipo de captacin de partculas.El siguiente esquema muestra una instalacin para separar partculas de distintos tamaos y

seleccionar aquel tamao que interesa y que cumple las especificaciones requeridas:

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Bc=Dc/4

De=Dc/2

Hc=Dc/2

Lc=2Dc

Sc=Dc/8

Zc=2Dc

Jc arbitrario,normalmente Dc/4

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Los ciclones se pueden disponer bien en serie, buscando una mejor separacin de los slidos, obien en paralelo si se ha de hacer frente a grandes caudales.Se suelen emplear para el control de la contaminacin del aire de determinadas fuentes, talescomo plantas generadoras de electricidad a partir de combustibles fsiles, en hornos de tostacin,refineras petrolferas, molinos de pasta de papel e incineradores.Entre las aplicaciones de los ciclones hay que destacar tambin las de los hidrociclones, muyutilizados por ejemplo para la depuracin de aguas residuales y en otros sistemas de lavado.

DIMENSIONAMIENTO DE CICLONES

Ciclones convencionales

Con las relaciones geomtricas

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Empleo de un hidrocicln parala depuracin de aguasresiduales

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Cuando un gas entra en un cicln su velocidad sufre una distribucin, de modo que la componente tangencial develocidad aumenta con la disminucin del radio segn una ley de la forma:

Y la aceleracin radial es aC = w2.r

Eficiencia de captacin

Diversos autores investigaron la duracin terica del movimiento de las partculas en el cicln y estimaron undesempeo terico del equipo.Varias expresiones tericas y semi empricas han sido propuestas para prever la eficiencia de captacin de un cicln,pero existen otros mtodos experimentales de mayor confianza

h = Eficiencia de seleccin

D= Dimetro de corte de para el tamao de partcula en el que la eficiencia es del 50% en el cicln considerado.

En la prctica lo que se especifica en un proyecto es la eficiencia de separacin deseada para partculas de undeterminado tamao.

D.

Relacin emprica de Rossin, Rammler e Intelmann :

B = Largo del ducto de entrada al cicln;

N = Nmero de vueltas dadas por el gas en el interior del cicln ( igual a 5 );

v = velocidad de entrada del gas al cicln basada en un rea B.H (se recomienda usar 15 m / s );

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http://www.monografias.com/http://www.monografias.com/trabajos10/gase/gase.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICOhttp://www.monografias.com/trabajos11/travent/travent.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICOhttp://www.monografias.com/trabajos13/radio/radio.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/kinesiologia-biomecanica/kinesiologia-biomecanica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/indicad-evaluacion/indicad-evaluacion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/veref/veref.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtml

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m = viscosidad del gas;r = Densidad del gas;rS = Densidad del slido.

Dimensionamiento

De la ecuacin 01 tenemos:

para N = 5

Clculos:

Despus de establecido el porcentaje de captacin para las partculas de tamao D especificado en la curva deeficiencia, se halla el valorD/D.

- Se Calcula D;

- Se Calcula- DC (Ecuacin 02);

- Se especifican las dems dimensiones:

- Para una altura de entrada:

Q = Caudal de entrada

v = velocidad admitida.

Si H =/ DC/2 Entonces REPROYECTAR EL CICLON !!!

Ejemplo: Una corriente de aire a 50C y 1 atm arrastra partculas slidas de rS = 1.2 g/cm3 con un caudal de180 m3/min. Se desea proyectar un cicln para clasificar partculas de 50m m en suspensin.

Solucin :

87 % entonces D/D = 3

D= 50 / 3 = 16.67 m m = 16.67 x 10 -4 cm

Clculo de DC y otros parmetros:

DC = 13.96.v.(rS - r ).D2/m

Se supone : v = 10 m / s = 1000 cm / srS = 1.2 g / cm3

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http://www.monografias.com/trabajos11/veref/veref.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/selpe/selpe.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/pmbok/pmbok.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/gase/gase.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/visco/visco.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/estat/estat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/estat/estat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtml

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Altura del ducto de entrada :

Q = 180 m3 / min = 3x10 6 cm3 / s

H =/ DC/2 entonces REPROYECTAR EL CICLON !!!

Nuevo clculo de DC y parmetros:

Se supone : v = 7.5 m / s = 750 cm / s

Altura del ducto de entrada :

H aproximadamente igual a DC / 2

Prdida de Carga

La prdida de presin en un cicln es tambin una perdida de carga, la cual se expresa en forma ms conveniente entrminos de la presin cintica en las vecindades del rea de entrada del cicln.

Estas prdidas estn asociadas a:

- Friccin en el ducto de entrada;

- Contraccin / expansin en la entrada;

- Friccin en las paredes;

- Perdidas cinticas en el cicln;

- Perdidas en la entrada del tubo de salida;

- Perdidas de presin esttica entre la entrada y la salida.

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http://www.monografias.com/trabajos/aire/aire.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/atm/atm.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/caes/caes.shtml

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Sheferd, Lapple y Ter Linden = Consideran que las prdidas por energa cintica son las ms importantes dentro de uncicln Siendo las nicas que deberan ser consideradas

Ro= Densidad del gas compuesto, que se calcula en funcin de la fraccin en volumen de las partculas slidas.

Ae = rea de entrada = BxH

rea de salida = (Pi *D2S )/4

BIBLIOGRAFA

[1] http ://www.enq.ufsc.br/disci/eqa5313/separacao%20sol_liq%20%20de%20gases.htm#DimensionamentoCHRISTIAN HUGO CALDERON ARTEAGAUNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MEDELLN

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