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INGENIERÍA DE ALIMENTOS II

ING. RAFAEL ACOSTA LÓPEZ

Intel

HYO – 2014-I

UNIVERSIDAD NACIONAL

DEL CENTRO DEL PERÚ

TEMA: FILTRACIÓN A PRESIÓN CONSTANTE

CATEDRÁTICO: ING. RAFAEL ACOSTA LÓPEZ

INTEGRANTES: HERRERA CAMPOS, SUSAN QUIJADA PEÑA , CARLOS QUISURUCO CASAS ,YENIFER ROMERO PARIONA DANIEL

Semestre: VII


CÁTEDRACÁTEDRA : INGENI DE

ALIMENTOS I

QUISURUCO

La filtración es una de las técnicas de separación más antiguas. Es un método físico-mecánico

para la separación de mezclas de sustancias compuestas de diferentes fases (fase =

componente homogéneo en un determinado estado de agregación). Un medio filtrante poroso es

atravesado por un líquido o gas (fase 1) y las partículas sólidas o gotículas de un líquido (fase 2)

quedan retenidas en la superficie o en el interior del medio filtrante.

El presente informe trata de la filtración en la cual es una operación básica considerada un caso

especial del flujo de fluidos de lechos granulares estáticos, en la cual nos permite separar las

partículas sólidas de las liquidas provenientes de una suspensión a través de un medio fíltrate

como papel filtro, tela, placa de porcelana y otros materiales sintéticos, en la cual el fluido

considera puede ser liquido (agua) o gas(aire), en el cual los factores de este proceso son

temperatura y presión por lo que se considera dos tipos de filtrado que son a presión constante y

velocidad constante. La filtración presión constante en la práctica puede hacerse controlando la

diferencia de presión de modo que permanezca constante durante todo el proceso. Es evidente

que manteniendo constante la presión, disminuirá la velocidad de filtración, por ira aumentando

el espesor de la torta y con ello la resistencia a la filtración.

OBJETIVOS:

Familiarizar al alumno con la operación de filtración

Obtener experimentalmente los valores de la resistencia especifica de la torta(α )

resistencia del medio filtrante (Rm) y el coeficiente de comprensibilidad de la torta(s).


ALUMNOS:

CUEVA RUTTE, Nelson

JURADO USCUCHAGUA,

Melissa

I.- INTRODUCCION

II.-REVISION BIBLIOGRAFICA


FILTRACIÓN:

Es la operación Unitaria en la que el componente sólido insoluble de una suspensión sólido-

líquido se separa del componente líquido haciendo pasar este último a través de una membrana

porosa la cual retiene a los sólidos en su superficie (filtración de torta) o en su interior

(Clarificación), gracias a una diferencia de presión existente entre un lado y el otro de dicha

membrana. A la suspensión de sólidos en líquidos se conoce como papilla de alimentación o

simplemente suspensión, al líquido que pasa a través de la membrana se conoce como filtrado,

la membrana es conocida como medio filtrante y a los sólidos separados se conocen como torta

de filtración. Como fue dicho, el fluido circula a través del medio filtrante en virtud de una

diferencia de presión, existiendo los filtros que trabajan con sobrepresión aguas arriba, presión

atmosférica aguas arriba y los que trabajan el vacío aguas abajo.

Fig. 01 ESQUEMA DEL PROCESO DE LA FILTRACIÓN

La teoría de filtración es valiosa para interpretar análisis de laboratorios, buscar condiciones

óptimas de filtración y predecir los efectos de los cambios en las condiciones operacionales. El

empleo de esta teoría está limitado por el hecho de que las características de filtración se deben


ALUMNOS:

CUEVA RUTTE, Nelson

JURADO USCUCHAGUA,

Melissa


determinar siempre en la lechada real de que se trate, puesto que los datos obtenidos con una

lechada no son aplicables a otra. Al comparar la filtración a nivel industrial ésta difiere de la del

laboratorio en el volumen de material manejado y en la necesidad de manejarlo a bajo costo.

Para obtener un gasto razonable con un filtro de tamaño moderado, se puede incrementar la

caída de presión del flujo o disminuir la resistencia del mismo. Para reducir la resistencia al flujo

el área de filtrado se hace tan grande como sea posible, sin aumentar el tamaño total del equipo

o aparato de filtración. La selección del equipo de filtrado depende en gran medida de la

economía. VERNON (2008)

FUNDAMENTOS DE LA FILTRACIÓN:

La filtración es un ejemplo especial de flujo a través de un medio poroso, cuya resistencia al flujo

no es constante sino aumenta a medida que el medio filtrante se va obstruyendo o se forma una

torta de filtración. Piris da Motta (2007)

Magnitudes de interés:

- Velocidad de flujo a través del filtro

- Caída de presión

A medida transcurre el proceso o bien disminuye la velocidad de flujo o aumenta la caída de

presión.

En la filtración a presión constante, Δp permanece constante y disminuye la velocidad de flujo

con el tiempo, mientras que en la filtración a velocidad constante, la caída de presión aumenta

progresivamente permaneciendo constante la velocidad. Piris da Motta (2007)

Fundamentos de la Filtración de torta

En general la filtración se efectúa a través de dos etapas o períodos bien definidos. Estos

períodos pueden ser caracterizados en función de la presión de alimentación P y el caudal de

filtrado Q, como se muestra en la Figura: Piris da Motta (2007)



1- Se caracteriza por una operación a P variable y caudal de filtrado cte

2- Se caracteriza por una operación a P constante y caudal de filtración decreciente

Período 1:Q = cte y la relación V = f (θ) puede ser escrita simplemente como:

V=Q × θ

dVdθ

=Q=cte

Período 2:Δp = cte . V y θ son variables.

Para el flujo laminar en un lecho empacado con partículas, la relación de Curman-Kozeny Se

ha demostrado que es aplicable a la filtración.

1A

dVdθ

=∆ PL

gc ϵ 3

k S02μ (1−ϵ )2

1A

dVdθ

=K∆ P gc

μL=

∆ P gc

μ(VwαA

+Rm)



El espesor de la torta L puede relacionarse con el volumen de filtrado V, por medio de un

balance de materia. Si Cs es kg de sólidos/m3 de filtrado, el balance de materia nos da

LA (1−ϵ ) ρp=CS (V+ϵLA )

Donde a es la resistencia específica de la torta en mI/kg que se define como:

α=k S0

2 (1−ϵ )ρs ϵ 3

Para la resistencia del medio filtrante, se puede escribir la expresión

1A

dVdt

=∆ P gc

μ Rm

Donde Rm es la resistencia del medio filtrante al flujo de filtración en m -1 y P es la caída de

presión. Cuando Rm se trata como constante empírica, incluye tanto la resistencia al flujo en las

Conexiones de tuberías hacia y desde el filtro como la resistencia del medio filtrante. Geankoplis

(1998)

Puesto que las resistencias de la torta y del medio filtrante están en serie, se pueden combinar

las

∆ P gc

μ (VwαA

+Rm)

El volumen del filtrado V también se puede relacionar con W, que son los kilogramos de sólido

Acumulado como torta seca,



w=CS V=( ρx1−mx )V

Donde CS es la fracción de masa de sólido en la suspensión, m es la relación de masa de la

torta húmeda respecto a la torta seca y p es la densidad del filtrado en kg/m3 (Ib/pie3).

rtorta=μVwα

A

Ecuaciones de filtración para procesos a presión

constante:

Ecuaciones básicas para la velocidad de filtración en los procesos por lotes. Con frecuencia, las

filtraciones se llevan a cabo en condiciones de presión constante. La ecuación Curman-Kozeny

se puede invertir y reordenar para obtener. Geankoplis (1998)

Donde Kp se da en s/m6 y B en s/m3

K P=μ Rm

A2 (−∆ P )( SI )

K P=μ RmCS

A2 (−∆ P ) gc

(unidades eningles )



B=μ Rm

A (−∆ P )(SI )

B=μRm

A (−∆ P ) gC

( sistema ingles)

Resistencia específica de la torta:

En general, el valor de α no permanece constante a lo largo del proceso de filtración , ya que

tanto S0 como ϵ dependen de la presión aplicada sobre las partículas que forman la torta y

del grado de floculación de la suspensión .Esto exige que el valor de α empleado en los

cálculos de filtración sea el valor medio correspondiente a la disposición de la masa de

solido sobre el filtro .

En los lechos de partículas rígidas S0 y ϵ no están afectadas por la compresión aplicada

sobre el lecho , en cuyo caso ha de permanecer constante el valor de α durante el proceso

de filtración , y al torta se denomina incomprensible ; pero si α depende de la presión de

filtración , la torta se denomina comprensible .

El efecto de la presión sobre la resistencia especifica de la torta se expresa por la relación

sugerida por Almy y Lewis , aplicable a un intervalo limitado de presiones , que tiene la forma .

Ocon y Tojo

α=α0∆ Pn

Siendo α 0 la resistencia especifica a presión cero , o resistencia especifica de la torta si fuera

totalmente incomprensible , y n el factor de comprensibilidad que se considera como una

constante característica de la sustancia a filtrar , aunque realmente también está afectada

por la presión . el valor teórico de n está comprendido entre cero y la unidad , pero el

intervalo real de variación es de 0.9 ( para los coadyuvantes )



Dentro de los límites de aplicabilidad de la ecuación anterior n es la pendiente de la resta

obtenida al representar α frente a ∆ P en escala logarítmica. Ocon y Tojo

Logα=log α 0+nLog ∆ P

3.1 Materiales:

3.1.1. MUESTRA:


CHUÑO INGLES

III.- MATERIALES Y MÉTODOS


3.1.2. MATERIALES:

3.1.3. EQUIPOS:


EMBUDO DE BUCHNER

MATRAZ DE KITASATO

PAPEL FILTRO PROBETA GRADUADA

VASO DE PRECIPITACIÓN

PLACA PETRI

BOMBA DE VACIO

MANOMETRO DE MERCURIO

BALANZA ANALÍTICA


Se preparo una solución de almidón (Chuño) al

15% p/v en 200ml de agua destilada.

Se instalo el equipo experimental de filtración a

presión constante. Para esta experimentación de utilizo como medio filtrante papel

filtro previamente medimos el diámetro y lo pesamos.

Se inicia la experimentación

vertiendo la solución de almidon al embudo de

buchner.

Se regula la presión a la que trabajaremos con la

ayuda de bomba de vacio.

Se tomo el tiempo cada 10 ml de solucion en la

probeta graduada

La medida de caída de presión, se tomo a través

del manómetro de mercurio. Para obtener una caída de presión constante

durante el ensayo

Se realiza esta operación hasta observar la torta en

la parte superior del embudo y que no caiga mas liquido dentro de la

probeta.

Finalmente se coloca con mucho cuidado la torta en una placa Petri para poder

determinar mediante el secado (T°= 60°C por 15

horas) el peso neto.

3.2 Métodos:

A. RESULTADOS:


IV.- RESULTADOS Y

DISCUSIONES


B. DISCUSIONES:


V.- CONCLUSIONES


VI.- RECOMENDACIONES

Se debe tener en cuenta que antes iniciar la filtración se debe de mojar el papel filtro.Se debe tener especial cuidado en la toma de tiempos ya que la velocidad de filtrado al inicio es relativamente rápido.Cuidando se utiliza la bomba se debe de agregar un quitasato entre la bomba y el manómetro ya que el líquido del manómetro puede ser arrastrado por la presión y de llegar a la bomba este se malograría.


VII.- BIBLIOGRAFIA


Geankoplis. G. Procesos De Transporte Y Operaciones Unitarias. Ed. Cecsa, Mexico. 1998.

Ocon Joaquin Y Tojo Gabriel (...).Problemas De Ingeniería Química Operaciones Básicas

M. R. Piris Da Motta Apuntes De Filtración Cátedra De Operaciones Ic Facultad De Ciencias Exactas, Qcas. Y Naturales. Universidad Nacional De Misiones-Unam

Vernon Carter Jaime Ingeniería Química. Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Ii .División De Ciencias Básicas E Ingeniería.

CUESTIONARIO

1.ULTRAFILTRACIÓN (UF): Es un tipo de filtración por membranas en la cual la presión

hidrostática fuerza un líquido contra una membrana semipermeable. Los sólidos suspendidos y los solutos de alto peso molecular son retenidos, mientras que el agua y los solutos de bajo peso molecular atraviesan la membrana. Este proceso de separación es usado en industria e investigación para purificar y concentrar soluciones macromoleculares (103 - 106 Da).



Ultrafiltración no es fundamentalmente diferente a otros procesos comomicrofiltración, nano filtración o separación de gases, excepto en los tamaños de las moléculas que retienen. Ultrafiltración es aplicada en casos de flujo cruzado o flujo sin salida.

Aplicaciones:Industria láctea: Elaboración de quesos

LA NANOFILTRACIÓN: Es el proceso mediante el cual se hace pasar un fluido a través de una membrana semipermeable a una determinada presión de forma que se produce una separación basada en el tamaño de las moléculas que pueden atravesar dicha membrana (entre 0.001 y 0.01 mm). Se obtienen dos corrientes del fluido de entrada: el permeado, que el fluido que ha pasado a través de la membrana y al cual se le han retirado los componentes cuyo peso molecular es mayor que el tamaño de poro de la membrana, y el concentrado, que es la que corresponde al fluido que no ha atravesado la membrana y que concentra los componentes de la corriente principal.

La técnica es principalmente aplicada en la purificación de agua, agua potable, la eliminación de sustancias orgánicas, tales como micros contaminantes e iones multivalentes. Las membranas de nano filtración retienen moderadamente las sales univalentes.

Aplicaciones:

Industria Láctea: Reduce costos de transportación así como de recuperación de lactosa, eliminación de nitratos y sólidos de proteínas de suero.

Industria de Alimentos y Bebidas: Desalinización de gelatina para mejores propiedades de batido y para mejorar la claridad de color.

2.

Título: Eficiencia de un sistema de ultrafiltración/nanofiltración tangencial en serie para el fraccionamiento y concentración del lactosuero

Otros Títulos:

Evaluation of efficiency of a tangential ultrafiltration/nanofiltration on series system to fractionation and concentration of whey

Autores:Muñi, AgnelPáez de Fernández, GiselaFarias Reyes, José F.Ferrer, José R.Ramones, Eduardo



La ultrafiltración y nano filtración, son técnicas de separación de membranas activadas mediante

el uso de presión, en las cuales los solutos de pesos moleculares diferentes se separan de la

disolución. Se estudió cada proceso con la finalidad de determinar la presión que proporcione la

mayor eficiencia de separación en cada proceso de filtración tangencial. El lactosuero se ultra

filtró con un módulo tipo FILMTEC (FT 30) a 35° C y a las presiones en KPa de 280,62; 349,56;

418,51; 452,99 y 487,46; obteniéndose un concentrado proteico y un permeado el cual se nano

filtró con un módulo tipo 4040-TS40-TSA a las presiones transmembrana en KPa de 594,33;

790,83; 1004,57; 1107,99 y 1221,75. Para determinar las concentraciones y los porcentajes de

retención de los diferentes componentes del lactosuero tanto en el proceso de ultrafiltración

como en el de nanofiltración, fueron analizados en térmicos de lactosa, proteína, sales minerales

y sólidos totales, el concentrado y el permeado, así como la alimentación en cada proceso. El

máximo rendimiento de retención de proteína en el proceso de ultrafiltración se obtuvo a la

presión de 487,46 KPa y fue de 71,60%; además se obtuvo un concentrado de 3,28% p/p en

proteína. El máximo rendimiento de retención de lactosa en el proceso de nanofiltración se

obtuvo a la presión de 1221,75 KPa y fue de 76,47%; se obtuvo un concentrado de 1,82% p/p en

lactosa. Los valores de proteína obtenidos en el proceso de ultrafiltración y de lactosa en el

proceso de nanofiltración son un indicativo del alto grado de fraccionamiento del lactosuero

obtenido bajo operación individual de cada proceso de filtración tangencial como tal. Esto

favorece el mejor aprovechamiento que se pueda dar a cada componente del lactosuero, y

además se obtiene un efluente de desecho libre casi en su totalidad de material orgánico,

disminuyendo así su poder contaminante.

ANEXOS


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