FILTRACION

1.- INTRODUCCION.- La filtración es una operación unitaria donde se

consigue la separación de los sólidos que se encuentran suspendidos en un

medio líquido haciendo pasar la suspensión a través de un medio poroso, el

cual va a retener las partículas sólidas dejando pasar el líquido. Los sólidos

quedarán retenidos en función de su granulometría y según sea el tamaño de

los poros.

El medio filtrante es la barrera que retiene los sólidos y deja pasar el líquido,

puede ser un tamiz, una tela, un tejido de fibras, fieltro, membranas poliméricas

o un lecho de sólidos. El líquido que atraviesa el medio filtrante se

denomina filtrado.

2.- OBJETIVOS.-

2.1. OBJETIVO GENERAL.- Investigar acerca de la operación unitaria Filtración,

las diversas aplicaciones y su importancia en la industria

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS.-

Conocer las modalidades de Filtración, características de cada una de

estas modalidades, así como los factores que intervienen en ellas.

Comparar la eficiencia y selectividad de cada una de éstas

modalidades.

Conocer las aplicaciones e importancia de la Filtración en la industria.

3.- DESARROLLO.-

3.1. CONCEPTO:

Se denomina filtración al proceso unitario de separación de sólidos en una

suspensión por medio de un medio mecánico poroso, también

llamados tamiz, criba, cedazo, filtro. En una suspensión en un líquido mediante un

medio poroso, retiene los sólidos mayores del tamaño de la porosidad y permite el

paso del líquido y partículas de menor tamaño de la porosidad.

3.2. FUNDAMENTO TEORICO DE LA FILTRACION.

La filtración es una técnica que permite separar los sólidos presentes en una fase

fluida en función de su tamaño de partícula, haciendo pasar ésta a través de un

medio poroso (denominado medio filtrante) que permite separar dichos sólidos, y

que se dispone sobre un dispositivo conocido como soporte de filtración, siendo el

más elemental un embudo de filtración. La separación se realiza gracias a que los

poros del medio filtrante son más pequeños que las partículas a separar, de forma

que en el medio filtrante queda retenido el sólido que se desea separar del líquido

que lo atraviesa, que se denomina filtrado. En la práctica corriente de un

laboratorio de Química se emplean tres medios porosos: papel de filtro, placas

filtrantes de material cerámico, y membranas de filtración. El paso del líquido a

través del medio filtrante se consigue por acción de la gravedad, o bien aplicando

vacío mediante una bomba por debajo del filtro, de forma que se facilite el paso

del fluido a través del medio filtrante. En este caso, la técnica se denomina

filtración a vacío, colocándose el medio filtrante sobre un embudo de porcelana

agujereada, conocido como embudo de Büchner. La filtración puede utilizarse para

separar cualquier tipo de sólidos, con independencia de cuál sea su densidad con

respecto a la del fluido. Es especialmente útil si se desea separar sólidos que se

encuentran en pequeña cantidad y que producen turbidez, si se precisa realizar

una determinación cuantitativa de un ión presente en disolución por precipitación

con un reactivo, o si se desea utilizar una de las fases para una operación

posterior. En un laboratorio básico de Química es muy frecuente utilizar como

medio filtrante papel de filtro, pudiendo distinguirse dos tipos de filtros: - filtros

cónicos, empleando como soporte de filtración un embudo cónico. - filtros planos,

utilizando como soporte de filtración un embudo de Büchner. Los filtros cónicos

pueden ser lisos o de pliegues. Los primeros se emplean si se desea utilizar

posteriormente la fase sólida, mientras que los segundos se emplean cuando se

desea utilizar posteriormente el filtrado. Unos y otros de puede construir con

facilidad en el laboratorio.

3.2. FUNDAMENTO FISICO DE LA FILTRACION.

El funcionamiento de todo filtro se basa en la existencia de una diferencia de

presión que obliga a una suspensión a atravesar el medio filtrante.

Los factores principales que afectan a la filtrabilidad son:

- La naturaleza de la suspensión

- La fuerza impulsora aplicada

- La resistencia total de la torta a la filtración

- La temperatura de la suspensión

- El tamaño de las partículas

- La concentración de sólidos en suspensión

- El efecto utilizado de floculantes y de agitación

- La naturaleza del medio filtrante

El medio filtrante debe ser resistente mecánicamente y a la acción corrosiva del

fluido, mostrar poca resistencia al flujo del filtrado, así como permitir que la torta se

desprenda fácilmente.

La secuencia de operaciones que tienen lugar en una filtración se conoce

como ciclo de filtración y son las siguientes:

Según el tipo de filtro y el modo de operación un ciclo podrá contener más o

menos operaciones.

Si los sólidos de la suspensión son muy finos o viscosos, forman una torta densa e

impermeable y obstruyen en seguida el medio filtrante, y será necesario añadir

ciertos aditivos que aumenten la porosidad de la torta llamados coadyuvantes de

filtración (perlita, tierra de diatomeas o la celulosa de madera). Estos materiales

forman lechos de porosidades muy elevadas, provocan la reducción de la

resistencia específica de la torta a la vez que aumentan su grosor, y hacen que

ésta sea más compresible

Los coadyuvantes se suelen utilizar cuando el filtrado es valioso y el residuo

puede desecharse.

Normalmente es necesario realizar un lavado de la torta para recuperar el líquido

que haya quedado retenido, para ello se utiliza un disolvente miscible con el

filtrado (usualmente agua).

El secado de la torta se suele efectuar por medio de aire caliente o aplicando

vacío.

Existen dos modos de operación posibles:

A presión constante:

La presión de impulsión de la suspensión se mantiene constante durante

todo el ciclo de filtración, con lo que el caudal de filtrado resulta variable y

decreciente, ya que la resistencia de la torta aumenta con el espesor de la

misma. El ciclo concluye cuando el caudal de filtrado está por debajo de un

mínimo.

A volumen constante:

Se intenta mantener fijo el volumen de filtrado, lo que se exige aplicar

presiones crecientes para compensar los aumentos progresivos de

resistencia de la torta. El ciclo se dará por terminado cuando se alcance la

presión máxima que puede soportar el sistema.

3.3. METODOS DE FILTRACION

El filtro, en el laboratorio suele ser papel poroso, pero puede ser de otros materiales que permitan el paso de líquidos. En cualquier caso es necesario seleccionar la porosidad del filtro según el diámetro de las partículas que se quieren separar..Según la fuerza impulsora que ayuda a que el líquido pase a través del filtro, la filtración puede clasificarse en: Filtración por gravedad :

Fundamento: la única fuerza impulsora para que el líquido atraviese el filtro es la gravedad.  Es el método más sencillo y tradicional.

Utilidad: separar un sólido de un líquido cuando lo que se quiere recuperar es el líquido. Ofrece la máxima superficie de filtración de manera que ésta es más rápida.

Material: soporte, aro metálico, embudo cónico, papel de filtro en forma cónica  o de pliegues , recipiente para recoger el líquido (erlenmeyer, matraz, vaso de precipitados), varilla de vidrio.

Montaje: Procedimiento: 

El objetivo es hacer pasar la mezcla sólido líquido a través del filtro y recoger el líquido filtrado. Primero se coloca el papel de filtro dentro del embudo y éste se sitúa sobre el recipiente de recogida, sostenido por el aro metálico. El filtro se puede mojar con la misma clase de disolvente que contiene la suspensión. A

continuación se vierte lentamente la suspensión sobre el filtro con la ayuda de una varilla de vidrio, de forma que no se derrame el contenido. Finalmente, las partículas sólidas retenidas en el filtro pueden lavarse con pequeñas porciones de disolvente (el mismo que contiene el líquido filtrado).

Filtración al vacío :

Fundamento: la fuerza impulsora para que el líquido atraviese el filtro es la que ejerce la presión atmosférica cuando aplicamos el vacío al sistema. Es el método más rápido y a veces permite la filtración de aquellas suspensiones en las que la fuerza de gravedad no es suficiente para el proceso.

Utilidad: separar un sólido de un líquido, cuando lo que se quiere recuperar es el sólido. Ofrece una menor superficie de filtración para recoger mejor el sólido. El hecho de aplicar la succión con vacío permite acelerar la velocidad de filtración.

Un ejemplo de aplicación de este proceso es la separación del agente desecante de una disolución orgánica. En este caso, es necesario tener cuidado de que el sistema de vacío no succione parte del líquido filtrado o facilite la evaporación del disolvente durante el proceso.

Material: soporte, pinza metálica, embudo de Büchner, papel de filtro circular (de un tamaño que cubra la base del embudo sin sobrepasarla), matraz de Kitasato, adaptador de goma o de caucho, varilla de vidrio, conexión a un  sistema de vacío (bomba de succión, trompa de agua). El embudo de Büchner y el papel de filtro pueden sustituirse por una placa de filtración.

Montaje:

3.4. IMPORTANCIA

El desarrollo de la industria química pretende generar varios y diferentes

productos para el bienestar del ser humano.

En la gran mayoría de los procesos industriales interviene la filtración como una

operación que permite la obtención de diversos productos, la recuperación de

sólidos, la preparación de los materiales para otras operaciones, la filtración de

agua en plantas de tratamiento de aguas, la filtración del aire y la obtención de

líquidos limpios

3.5. APLICACIÓN DE LA FILTRACION.-

La filtración se emplea en un gran número de procesos relacionados con

industrias muy diversas; como ejemplo se citan las siguientes:

Química: filtración de azufre fundido, silicato sódico, ácido cítrico, resinas y

fibras sintéticas, plásticos

Farmacéutica: producción de vitaminas y antibióticos

Alimentaria: filtración de glucosa, fructosa y azúcares, jugos de frutas,

cerveza, vino…

Industria del aceite: pulido de aceites, blanqueo y winterización.

Agroquímica: producción de insecticidas

Petroquímica: separación de distintos componentes como la posibilidad de

obtención de parafinas cristalinas de las que no lo son

Recuperación y refino de metales: por ejemplo filtración de sales de zinc,

cobre, níquel, etc.

Tratamiento de aguas residuales: tanto urbanas como procedentes de

instalaciones industriales. La filtración aparece en el acondicionamiento de

aguas residuales y en el tratamiento de fangos.

3.6. FACTORES QUE INFLUYEN EN FILTRACION

La fuerza impulsora de la filtración.

- Gravedad

- Presión o vacío

- Centrifuga

El mecanismo de filtración.

Filtración por torta Filtración de lecho profundo

El ciclo de operación.

- Continuo

- Discontinuo

La naturaleza de los sólidos.

- Torta compresible

- Torta incompresible

3.8. TIPOS DE FILTROS

Existen numerosos tipos de filtros dependiendo de aplicación a que estén destinados, como son:

Filtros clarificadores o de lecho profundo.

Se suelen emplear cuando la cantidad de sólidos presentes en el líquido es muy pequeña, siendo de gran aplicación para la depuración de agua y el tratamiento de aguas residuales.

Filtros de torta.

La mayor parte de filtros empleados en la industria química son filtros de torta y dentro de éstos su clasificación suele hacerse en función de la fuerza impulsora (presión, vacío o centrífuga).

Filtro prensa.

Es uno de los filtros más usados debido a su gran versatilidad, tanto en relación a la amplia gama de materiales y como las diversas condiciones de operación que se pueden aplicar, además de su bajo coste de mantenimiento. Sin embargo, no está recomendado su uso para tratar grandes cantidades .

Filtro de banda.

Presenta una gran flexibilidad de aplicación y alta capacidad. Permite la filtración en continuo. Consiste en una especie de cinta transportadora donde la cinta se ha sustituido por una banda o tela permeable. La suspensión se alimenta por la parte superior y en un extremo de la cinta, mientras que por la parte inferior de ésta se hace el vacío y se recoge el filtrado. Se van a ajustar la velocidad de la cinta y la distancia a la que se aplica la suspensión para producir una torta del espesor adecuado. La torta se desprende al final de la cinta.

Filtros rotativos a vacío.

Son muy empleados debido a que trabajan en continuo y a su bajo coste de operación motivado por su funcionamiento automático. Dentro de los filtros rotativos se tienen dos tipos:

- De tambor rotativo: Consiste en un cilindro cuya superficie exterior esta formada por una plancha perforada donde se fija la tela filtrante. El tambor esta parcialmente sumergido en una cuba la cual se alimenta la suspensión a filtrar y se aplica vacio en las secciones sumergidas. De esta manera se forma una torta del espesor deseado ajustando la velocidad de rotación del tambor.

- De recubrimiento: se emplea cuando el material forma una torta de elevada resistencia. En primer lugar se provoca la formación de una gruesa capa de un material de muy fácil filtración sobre el medio filtrante para luego que se produzca la filtración a través de esta capa. Así la torta formada es muy delgada y se retira junto con una fina capa del material de recubrimiento.

Filtro Nutscha: existen dos variantes a presión y a vacío.

Al vacío: son filtros de pequeña capacidad pero de una gran simplicidad constructiva. Consiste en un recipiente donde la alimentación se realiza por la

parte superior y en la zona inferior se dispone el sistema de vacío. Entre ambas zonas se halla el medio filtrante

A presión: se tienen dos tipos, uno de descarga manual y otro de descarga automática. El primero es similar al filtro de vacío mientras que el segundo está dotado de un agitador que permite el mantenimiento de la suspensión durante el filtrado y la mejora de la eficacia por eliminación de la humedad residual de la torta. Algunos de estos filtros admiten calefacción, lo que permite disminuir la viscosidad del filtrado, aumentar la velocidad de filtración y, además, producir una torta más seca.

4. CONCLUSIONES

Se ha concluido también que los procesos de filtración son elementales para separar o reconocer el soluto de una solución.

Diferenciar los tipos de precipitados que se forman en una solución mediante el procedimiento de filtrado.

Que se puede indicar el tipo de filtración para cada precipitado formado. Técnica muy específica. Altos rendimientos y eficiencia. Purificación eficiente con menos pasos posibles. Ampliamente usada (Bioquímica, Farmacia, Industrias, etc.)

5. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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Arboleda Valencia, J. (2000). Teoría y práctica de la purificación del agua. McGraw-Hill.

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