Problemas Filtracion

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MECÁNICA DE FLUIDOS IWQ 221 UTFSM Adrián Rojo 1 PROBLEMAS DE FILTRACIÓN RESUELTOS 1. Para caracterizar la filtración de una suspensión de sólido fino en agua, se realizaron experiencia a presión constante (10 psi) en el laboratorio, con un filtro de 45.6 [cm 2 ] de área. La concentración del sólido fue de 0.1 [kg/l]. Al respecto, se formaron diferentes queques, se midió el caudal de filtración y se pesó el queque húmedo y seco. Los resultados se presentan en Tabla 1. Tabla 1. Datos experimentales filtración Experiencia Masa queque MC, [kg] Caudal filtración dVF/dt, [l/min] 1 0.17 4.8 2 0.34 2.9 3 0.67 1.67 Por secado y pesaje se determinó que el queque era incompresible y la razón, M w /M C = 1.13 Calcular: a) El volumen de filtrado recogido en cada experiencia. b) Volumen óptimo de filtrado por ciclo, si el tiempo de lavado, descarga y montaje es de 5 [min]. c) El tiempo de filtración por ciclo. d) La capacidad máxima de filtración [l/min]. e) Área de filtración necesaria para obtener 1000[m 3 /día] de filtrado. a) Volumen filtrado recogido . A partir de un balance de agua (cantidades se expresan en función de M C = masa de queque formado). Agua que ingresa con la pulpa X[l] , si concentración de la pulpa es 0.1 [kg/l] X = M C /0.1 [l] de agua Agua retenida en el queque Y [l] , a partir de: Mw/MC = 1.13 Mw = MC + Y’ Y’ = 0.13· M C [kg] de agua Y = Y’/ρ = 0.13· M C /ρ [l] de agua Agua filtrada V F [l] , considerando para el agua ρ = 1 [kg/l] VF = X – Y = MC/0.1 - 0.13·MC/ρ = 9.87·MC Tabla 2. VF recogido según MC M C [kg] 0.17 0.34 0.67 V F [l] 1.68 3.36 6.61

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PROBLEMAS DE FILTRACIOacuteN

RESUELTOS

1 Para caracterizar la filtracioacuten de una suspensioacuten de soacutelido fino en agua se realizaron experiencia a presioacuten constante (10 psi) en el laboratorio con un filtro de 456 [cm2] de aacuterea La concentracioacuten del soacutelido fue de 01 [kgl] Al respecto se formaron diferentes queques se midioacute el caudal de filtracioacuten y se pesoacute el queque huacutemedo y seco Los resultados se presentan en Tabla 1

Tabla 1 Datos experimentales filtracioacuten

Experiencia Masa queque

MC [kg] Caudal filtracioacuten dVFdt [lmin]

1 017 48 2 034 29 3 067 167

Por secado y pesaje se determinoacute que el queque era incompresible y la razoacuten MwMC = 113 Calcular

a) El volumen de filtrado recogido en cada experiencia b) Volumen oacuteptimo de filtrado por ciclo si el tiempo de lavado descarga y

montaje es de 5 [min] c) El tiempo de filtracioacuten por ciclo d) La capacidad maacutexima de filtracioacuten [lmin] e) Aacuterea de filtracioacuten necesaria para obtener 1000[m3diacutea] de filtrado

a) Volumen filtrado recogido A partir de un balance de agua (cantidades se expresan en funcioacuten de MC = masa de queque formado)

Agua que ingresa con la pulpa X[l] si concentracioacuten de la pulpa es 01 [kgl] X = MC01 [l] de agua Agua retenida en el queque Y [l] a partir de MwMC = 113 Mw = MC + Yrsquo Yrsquo = 013middot MC [kg] de agua Y = Yrsquoρ = 013middot MCρ [l] de agua Agua filtrada VF [l] considerando para el agua ρ = 1 [kgl] VF = X ndash Y = MC01 - 013middotMCρ = 987middotMC

Tabla 2 VF recogido seguacuten MC MC [kg] 017 034 067 VF [l] 168 336 661

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b) Volumen oacuteptimo de filtrado si Σ tm = 5 [min] (para el lavado descarga etc del filtro) Graficando dtdVF versus VF con los datos Tabla 3

Tabla 3 Datos procesados

VF dVFdt dtdVF 168 48 0208 336 29 0345 661 167 0590

k1 = 00772 [minl2] k2 = 00812 [minl] El volumen oacuteptimo de filtrado es VF = (2middotΣ tmk1)05 = (2middot500772)05 = 114 [l] c) Tiempo de filtracioacuten por ciclo tF tF = (k12)middotVF2 + k2middotVF = (007722)middot1142 + 00812middot114 = 594 [min] d) Capacidad maacutexima de filtracioacuten C C = VF( tF + Σ tm) = 114(594 + 5) = 104 [lmin] e) Aacuterea de filtracioacuten AF para CF = 1000 [m3 filtradodiacutea] CF = 1000 [m3min] = 6944 [lmin] AF = ACmiddot(6944[lmin]104[lmin]) = 456[cm2]middot(6944104) = 304468 [cm2] AF = 304 [m2]

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2 La filtracioacuten de una mezcla de soacutelido fino en agua se caracterizoacute en un filtro de laboratorio a una presioacuten de trabajo constante de 30 psi por la ecuacioacuten

FVQ 61428

= Q en litrosmin VF en litros

Si se desea hacer una filtracioacuten a escala industrial discontinua en un filtro de marcos y placas aprovechando la maacutexima capacidad del equipo estimar para un volumen de filtrado por ciclo de 300 litros

a Tiempo de filtracioacuten en minutos b Tiempo de lavado en minutos si este se ejecuta con una presioacuten de trabajo

de 20 psi y 30 litros c Tiempo maacuteximo disponible para desmontaje limpieza y montaje del filtro

en minutos

a Tiempo de filtracioacuten en minutos se obtiene integrando

FF

VkdVdt

1= 21

2 FF Vk

t =

A partir de la ecuacioacuten

FVQ 61428

= 41 107 minussdot=k minlitros2

Luego tF para VF = 300 litros es 5313002107 2

4

=sdot

=minus

Ft minutos

b Tiempo de lavado se obtiene del flujo de lavado

Corrigiendo k1(20 psi) = k1(30 psi)(3020) = 710-415 = 10510-3 Entonces (1k1)(20 psi) = 9524 Luego

A 30 psi 764300

61428==Q litrosmin

A 20 psi 173300

4952==Q litrosmin

tlavado = VlavadoQ = 30317 = 945 min

c Tiempo maacuteximo disponible para desmontaje limpieza y desmontaje del filtro en minutos de la expresioacuten para estimar el VFoacuteptimo se puede obtener

Para que el filtro opera a la maacutexima capacidad VFoacuteptimo = 300 litros

21kt

V iFoacuteptimo

sum= 5313002107

22

421 =

sdot==

minus

sum Foacuteptimoi Vkt min

Luego el tiempo maacuteximo disponible para desmontaje limpieza y montaje del filtro seriacutea trsquo = 315 ndash 945 = 2205 min

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3 La filtracioacuten de una torta compresible se llevoacute a cabo a escala de laboratorio a diferentes presiones de trabajo La tabla siguiente resume las constantes k1 que se obtuvieron como ajustes de los datos experimentales la constante k2 resultoacute ser despreciable para el material filtrante utilizado

∆pF [psi] k1 [sl2]

10 13510-4 20 89310-5 30 70010-5 40 58910-5

A partir de esta informacioacuten determine cuanto tardariacutea en segundos una filtracioacuten a caudal constante de 10 [ls] en alcanzar los 30 [psi] presioacuten de trabajo de un filtro prensa Ecuacioacuten general a presioacuten constante si resistencia del medio filtrante es despreciable

dtdVF = k1VF Si la torta es compresible (α = α0(∆pF)n) k1(∆pF) se obtiene a partir de

( ) ( ) nF

nFC

C

FC

Cn

F

pcte

pAC

pACpk minusminus ∆

sdot=∆

sdotsdotsdot

=∆sdot

∆= 112

02

01

11middotmiddot)( microαmicroα

A partir de los datos experimentales se puede determinar el valor de la constante y de n Reordenando la ecuacioacuten

( ) nFp

ctek minus∆sdot= 11

1 ( )1

1 1k

ctep nF sdot=∆ minus ( ) ( )

1

1logloglog1k

ctepn F +=∆minus

Evaluando para los datos disponibles n = 04 y cte = 0000538

Por tanto ( ) 601

10005380Fp

k∆

sdot=

La ecuacioacuten que se puede usar para operaciones de filtracioacuten a Q = cte se obtiene considerando dtdVF = 1Q y VF = Qt Reemplazando en ecuacioacuten general de filtracioacuten

tQkQ

sdotsdot= 11 o ( )

tQpQ F

sdotsdot∆

sdot= 60

100053801

Para Q = 10 [ls] y ∆pF = 30 [psi] t = 143 [seg]

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4 Los datos de la tabla corresponden a una filtracioacuten a presioacuten constante de 5 psig de una suspensioacuten de CaCO3 en H2O Se ha empleado un filtro prensa de 10 ft2 para el ensayo Otras mediciones realizadas durante el ensayo son las siguientes

a) Fraccioacuten de masa de soacutelido en la alimentacioacuten = 0139 b) Relacioacuten de masa de torta huacutemeda a seca = 159 c) Densidad de la torta seca = 635 lbft3 d) Tiempo necesario para el lavado drenado abrir vaciar limpiar y

cerrar el filtro = 10 minutos Calcule la capacidad maacutexima del filtro operando en estas condiciones (∆P = 5 psi) medida en lb de CaCO3 secohora

Tabla (∆P = 5 psi)

Filtrado [lb] Tiempo [seg] 0 0

20 24 40 71 60 146 80 244 100 372 120 524 140 690 160 888 180 1109

Procesando la informacioacuten se obtiene la siguiente tabla y graacutefico

Tabla (∆P = 5 psi) Filtrado [lb] Tiempo [s] VF [ft3] ∆VF [ft3] ∆t [seg] ∆t∆VF [segft3]

0 0 000 -- -- -- 20 24 032 032 24 7488 40 71 064 032 47 14664 60 146 096 032 75 23400 80 244 128 032 98 30576 100 372 160 032 128 39936 120 524 192 032 152 47424 140 690 224 032 166 51792 160 888 256 032 198 61776 180 1109 288 032 221 68952

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Graacuteficamente k1 = 23963 [segft6] k2 = 04333 [segft3] El volumen oacuteptimo de filtrado es VF = (2middotΣ tmk1)05 = (2middot60023963)05 = 224 [ft3] Tiempo de filtracioacuten por ciclo tF tF = (k12)middot VF2 + k2middot VF = (239632)middot2242 + 04333middot224 = 601 [s] Capacidad maacutexima de filtracioacuten C C = VF ( tF + Σ tm) = 224(601 + 600) = 00019 [ft3s] Balance de agua para determinar capacidad del filtro en lb de CaCO3 secohora Sea MC [lb de CaCO3 secos] que ingresan al filtro Agua que ingresa con la pulpa seguacuten fraccioacuten masa de soacutelido en la alimentacioacuten = 0139 MCmiddot(1 ndash 0139)0139 = 619middotMC [lbs] de agua Agua retenida en el queque seguacuten relacioacuten de masa de torta huacutemeda a seca = 159 MwMC = 159 059middot MC [lbs] de agua Agua filtrada seguacuten capacidad maacutexima de filtracioacuten C = 00019 [ft3s] Cmiddotρ =00019middot624 = 012 [lbs] de agua Agua ingresa = Agua retenida + Agua filtrada 619middotMC = 059middotMC + 012 MC = 00207 [lb de CaCO3 secos] = 747 [lb de CaCO3 secohora]

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5 Una filtracioacuten se lleva a cabo por 10 minutos a flujo constante en un filtro de hoja y despueacutes continua a presioacuten constante Esta presioacuten es la que se alcanza al final del periacuteodo a flujo constante Si un cuarto del volumen de filtrado se recolecta durante el periacuteodo a flujo constante cuaacutel es el tiempo total de filtracioacuten Asumir que el queque es incompresible y que la resistencia del medio filtrante es despreciable

Ecuacioacuten de filtracioacuten si la resistencia del medio filtrante es despreciable

dtdVf = k1sdotVf

Donde ( ) ( )21cf

s

ApC

ksdot∆

sdotsdot=

microα

Filtracioacuten a Q (flujo) constante Dado que para t = 10 minutos V = 025middotVT (filtrado recolectado total) Para filtracioacuten a flujo constante dtdVf = 1Q = constante = tV Q = Vt = 025middotVT10 = 0025middotVT Para α Cs micro y Ac fijos k1 = k1rsquo∆Pf y k1rsquo = k1middot∆Pf ∆pf = k1rsquomiddotQ2middott = k1middot∆Pfmiddot(0025middotVT)2middot10 k1 = 1(000625middotVT2) vaacutelida a ∆pf final alcanzado (t = 10 minutos) Filtracioacuten a ∆pf constante

dtdVf = k1sdotVf dt = k1sdotVfmiddotdVf

Integrando entre los liacutemites t = 0 Vf = 025middotVT t = t Vf = VT t = (k12)middot(VT2 ndash (025middotVT)2) = (k1middotVT22)middot(1 ndash (025)2) t = ((1(000625middotVT2))middotVT22)middot(1 ndash (025)2) = (100125)middot(1 ndash 00625) = 75 minutos Tiempo de filtracioacuten total = 10 + 75 = 85 [min]

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PROPUESTOS

1 La ecuacioacuten caracteriacutestica de filtracioacuten a una presioacuten de trabajo constante de 30 [psi] es

dtdVf = 7times10-5 Vf

donde t se da en [s] ∆pF en [psi] y V en [litros] La resistencia especiacutefica de la torta estaacute dada por la expresioacuten α = α0sdot(∆pF)04 iquestCuaacutento tiempo se tardaraacute en alcanzar 25 [psi] si la filtracioacuten procede a Q = 12 [litross] constante Respuesta t en [s]

Respuesta t = 889 asymp 89 [s]

2 En una operacioacuten de filtracioacuten de un soacutelido en agua que forma un queque

incompresible la ecuacioacuten que caracteriza el proceso (a [ ]psiPF 8=∆ ) es del tipo

21 kVkdVdt

FF

+=

donde VF estaacute en [ft3] k1 = 200 [sft6] y k2 es despreciable Si la filtracioacuten se lleva a cabo en forma discontinua estimar el tiempo de lavado a [ ]psiP 10=∆ (con agua pura (Vlav = 1 ft3) si durante la etapa de filtracioacuten se recolecta un volumen de filtrado VF = 4 ft3 Respuesta t en [min]

Respuesta tlavado = 107 [min]

3 Filtracioacuten a caudal constante y torta incompresible La ecuacioacuten a presioacuten

constante de filtracioacuten de 387 psi es

dtdVF = 610middot10-5middotVF + 001

donde t se da en [s] ∆p en [psi] y V en litros La resistencia especiacutefica de la torta es independiente de la presioacuten iquestCuaacutento tiempo se necesitaraacute para llegar a 50 [psia] cuando la filtracioacuten procede a una velocidad constante de 10 [ls]

Respuesta t = 195 [s]

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4 En una experiencia de filtracioacuten de una pulpa mineral a escala de laboratorio trabajando con un ∆pF = 8 [psig] constante se obtuvo la siguiente informacioacuten

Caudal filtrado Volumen filtrado

Q [ft3s] VF [ft3] 00133 0375 00043 1175 00025 2000

Determine la capacidad maacutexima de filtracioacuten en [ft3min] operando con un filtro discontinuo a la misma presioacuten o ∆pF = 8 [psig] si se requiere de 15 [min] para el lavado descarga limpieza y montaje del equipo como parte del ciclo de operacioacuten

Respuesta C = 01 [ft3min]

5 Se desea utilizar un filtro prensa para recuperar Carbonato de Calcio

precipitado desde una suspensioacuten acuosa al 14 en peso Para ello se han realizado previamente pruebas a escala laboratorio obtenieacutendose la siguiente informacioacuten bull La resistencia especiacutefica media de la torta es independiente de la

presioacuten de operacioacuten del filtro bull La humedad base seca de la torta resultoacute ser igual a 281 y 223

para caiacutedas de presioacuten menores y mayores a 15 psi respectivamente bull Los datos experimentales del tiempo de filtracioacuten en funcioacuten de

volumen de filtrado para las pruebas realizadas a caiacuteda de presioacuten constante de 15 psi se ajustaron seguacuten la siguiente correlacioacuten

Donde θ [s] y V [pie3] El aacuterea filtrante del equipo seleccionado es cien veces superior a la del filtro de laboratorio y posee las siguientes caracteriacutesticas Filtro prensa de placas y marcos con descarga de torta semiautomaacutetica que tiene 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor Estaacute implementado para filtrar a caiacuteda de presioacuten constante de 30 psi La descarga de la torta y reensamble del filtro demora 15 minutos iquestCuaacutel seriacutea la capacidad maacutexima de Carbonato de Calcio con este filtro ρ carbonato = 2711 [kgm3] ρ agua = 1000 [kgm3]

Respuesta MC = 195 [lbmmin] carbonato de calcio recuperado

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6 Ensayos de filtracioacuten de laboratorio con una pulpa han entregado los siguientes datos

bull α = 47middot109middot(∆p)03 bull MwMC = 167 bull ρS = 4000 kgm3 bull ρL

= 1000 kgm3 bull micro = 10-3 kgmmiddots bull Resistencia del medio filtrante despreciable

iquestQueacute filtro de tambor se requeririacutea para tratar 05 m3min si la pulpa de alimentacioacuten tiene una concentracioacuten de 350 kgm3 Asumiendo una descarga de cuchilla el espesor miacutenimo de descarga es de 6 mm

Respuesta AD = 335040 = 838 cong 84 m2 3 filtros de tambor L = 32 m y D = 3 m A = 905 cong 91 m2

7 Filtracioacuten a presioacuten constante y lavado en un filtro de hojas Se usoacute un filtro

prensa experimental con aacuterea de 00414 m2 para filtrar una suspensioacuten acuosa de BaCO3 a presioacuten de 267 kPa (387 [psia]) La ecuacioacuten de filtracioacuten que se obtuvo fue

dtdVF = 1025middot106middotVF + 34middot103

Donde t se da en [s] y V en [m3] a) Usando la misma suspensioacuten e iguales condiciones en un filtro de hojas

con aacuterea de 697 m2 iquestcuaacutento tiempo se necesitaraacute para obtener 100 m3 de filtrado

b) Despueacutes de la filtracioacuten la torta se lava con 01 m3 de agua Calcule el tiempo de lavado Asuma como estimacioacuten velocidad de lavado Qlavado como frac14 la velocidad final de filtracioacuten Qfinal

tfiltracioacuten = 181 [s] Respuestas tlavado = 145 [s]

8 Una filtracioacuten semicontinua a presioacuten constante se ha caracterizado seguacuten

dtdVf = k1sdotVf + k2

Donde k1 = 10 [minm6] k2 = 1 [minm3] Si se opera a una presioacuten constante superior en un 30 con la que se

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caracterizoacute la filtracioacuten y a una capacidad maacutexima del filtro de 015 [m3min] determinar a) Volumen oacuteptimo de filtrado b) Tiempo del ciclo c) Tiempo de filtracioacuten d) Tiempo maacuteximo que se puede ocupar en las operaciones de descarga

lavado montaje etc

a) VF = 077 [m3] b) tciclo = 511 [min] c) tF = 285 [min] Respuestas

d) Σtm = 226 [min]

9 Un filtro prensa (con resistencia del medio filtrante despreciable) posee 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor se emplea para la filtracioacuten de un queque incompresible de acuerdo a unas condiciones de operacioacuten dadas si se agregan 5 marcos iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten

a) Disminuye al 56 b) Disminuye al 75 c) No cambia d) Diferente a las anteriores

Respuesta Alternativa a

10 En la filtracioacuten a escala de laboratorio de un queque incompresible si la

presioacuten de operacioacuten disminuye en un 30 iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten Asuma resistencia del medio filtrante despreciable

a Aumenta 428 b Aumenta 30 c Aumenta 248 d Diferente de las anteriores

Respuesta Alternativa a

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b) Volumen oacuteptimo de filtrado si Σ tm = 5 [min] (para el lavado descarga etc del filtro) Graficando dtdVF versus VF con los datos Tabla 3

Tabla 3 Datos procesados

VF dVFdt dtdVF 168 48 0208 336 29 0345 661 167 0590

k1 = 00772 [minl2] k2 = 00812 [minl] El volumen oacuteptimo de filtrado es VF = (2middotΣ tmk1)05 = (2middot500772)05 = 114 [l] c) Tiempo de filtracioacuten por ciclo tF tF = (k12)middotVF2 + k2middotVF = (007722)middot1142 + 00812middot114 = 594 [min] d) Capacidad maacutexima de filtracioacuten C C = VF( tF + Σ tm) = 114(594 + 5) = 104 [lmin] e) Aacuterea de filtracioacuten AF para CF = 1000 [m3 filtradodiacutea] CF = 1000 [m3min] = 6944 [lmin] AF = ACmiddot(6944[lmin]104[lmin]) = 456[cm2]middot(6944104) = 304468 [cm2] AF = 304 [m2]

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2 La filtracioacuten de una mezcla de soacutelido fino en agua se caracterizoacute en un filtro de laboratorio a una presioacuten de trabajo constante de 30 psi por la ecuacioacuten

FVQ 61428

= Q en litrosmin VF en litros

Si se desea hacer una filtracioacuten a escala industrial discontinua en un filtro de marcos y placas aprovechando la maacutexima capacidad del equipo estimar para un volumen de filtrado por ciclo de 300 litros

a Tiempo de filtracioacuten en minutos b Tiempo de lavado en minutos si este se ejecuta con una presioacuten de trabajo

de 20 psi y 30 litros c Tiempo maacuteximo disponible para desmontaje limpieza y montaje del filtro

en minutos

a Tiempo de filtracioacuten en minutos se obtiene integrando

FF

VkdVdt

1= 21

2 FF Vk

t =

A partir de la ecuacioacuten

FVQ 61428

= 41 107 minussdot=k minlitros2

Luego tF para VF = 300 litros es 5313002107 2

4

=sdot

=minus

Ft minutos

b Tiempo de lavado se obtiene del flujo de lavado

Corrigiendo k1(20 psi) = k1(30 psi)(3020) = 710-415 = 10510-3 Entonces (1k1)(20 psi) = 9524 Luego

A 30 psi 764300

61428==Q litrosmin

A 20 psi 173300

4952==Q litrosmin

tlavado = VlavadoQ = 30317 = 945 min

c Tiempo maacuteximo disponible para desmontaje limpieza y desmontaje del filtro en minutos de la expresioacuten para estimar el VFoacuteptimo se puede obtener

Para que el filtro opera a la maacutexima capacidad VFoacuteptimo = 300 litros

21kt

V iFoacuteptimo

sum= 5313002107

22

421 =

sdot==

minus

sum Foacuteptimoi Vkt min

Luego el tiempo maacuteximo disponible para desmontaje limpieza y montaje del filtro seriacutea trsquo = 315 ndash 945 = 2205 min

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3 La filtracioacuten de una torta compresible se llevoacute a cabo a escala de laboratorio a diferentes presiones de trabajo La tabla siguiente resume las constantes k1 que se obtuvieron como ajustes de los datos experimentales la constante k2 resultoacute ser despreciable para el material filtrante utilizado

∆pF [psi] k1 [sl2]

10 13510-4 20 89310-5 30 70010-5 40 58910-5

A partir de esta informacioacuten determine cuanto tardariacutea en segundos una filtracioacuten a caudal constante de 10 [ls] en alcanzar los 30 [psi] presioacuten de trabajo de un filtro prensa Ecuacioacuten general a presioacuten constante si resistencia del medio filtrante es despreciable

dtdVF = k1VF Si la torta es compresible (α = α0(∆pF)n) k1(∆pF) se obtiene a partir de

( ) ( ) nF

nFC

C

FC

Cn

F

pcte

pAC

pACpk minusminus ∆

sdot=∆

sdotsdotsdot

=∆sdot

∆= 112

02

01

11middotmiddot)( microαmicroα

A partir de los datos experimentales se puede determinar el valor de la constante y de n Reordenando la ecuacioacuten

( ) nFp

ctek minus∆sdot= 11

1 ( )1

1 1k

ctep nF sdot=∆ minus ( ) ( )

1

1logloglog1k

ctepn F +=∆minus

Evaluando para los datos disponibles n = 04 y cte = 0000538

Por tanto ( ) 601

10005380Fp

k∆

sdot=

La ecuacioacuten que se puede usar para operaciones de filtracioacuten a Q = cte se obtiene considerando dtdVF = 1Q y VF = Qt Reemplazando en ecuacioacuten general de filtracioacuten

tQkQ

sdotsdot= 11 o ( )

tQpQ F

sdotsdot∆

sdot= 60

100053801

Para Q = 10 [ls] y ∆pF = 30 [psi] t = 143 [seg]

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4 Los datos de la tabla corresponden a una filtracioacuten a presioacuten constante de 5 psig de una suspensioacuten de CaCO3 en H2O Se ha empleado un filtro prensa de 10 ft2 para el ensayo Otras mediciones realizadas durante el ensayo son las siguientes

a) Fraccioacuten de masa de soacutelido en la alimentacioacuten = 0139 b) Relacioacuten de masa de torta huacutemeda a seca = 159 c) Densidad de la torta seca = 635 lbft3 d) Tiempo necesario para el lavado drenado abrir vaciar limpiar y

cerrar el filtro = 10 minutos Calcule la capacidad maacutexima del filtro operando en estas condiciones (∆P = 5 psi) medida en lb de CaCO3 secohora

Tabla (∆P = 5 psi)

Filtrado [lb] Tiempo [seg] 0 0

20 24 40 71 60 146 80 244 100 372 120 524 140 690 160 888 180 1109

Procesando la informacioacuten se obtiene la siguiente tabla y graacutefico

Tabla (∆P = 5 psi) Filtrado [lb] Tiempo [s] VF [ft3] ∆VF [ft3] ∆t [seg] ∆t∆VF [segft3]

0 0 000 -- -- -- 20 24 032 032 24 7488 40 71 064 032 47 14664 60 146 096 032 75 23400 80 244 128 032 98 30576 100 372 160 032 128 39936 120 524 192 032 152 47424 140 690 224 032 166 51792 160 888 256 032 198 61776 180 1109 288 032 221 68952

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Graacuteficamente k1 = 23963 [segft6] k2 = 04333 [segft3] El volumen oacuteptimo de filtrado es VF = (2middotΣ tmk1)05 = (2middot60023963)05 = 224 [ft3] Tiempo de filtracioacuten por ciclo tF tF = (k12)middot VF2 + k2middot VF = (239632)middot2242 + 04333middot224 = 601 [s] Capacidad maacutexima de filtracioacuten C C = VF ( tF + Σ tm) = 224(601 + 600) = 00019 [ft3s] Balance de agua para determinar capacidad del filtro en lb de CaCO3 secohora Sea MC [lb de CaCO3 secos] que ingresan al filtro Agua que ingresa con la pulpa seguacuten fraccioacuten masa de soacutelido en la alimentacioacuten = 0139 MCmiddot(1 ndash 0139)0139 = 619middotMC [lbs] de agua Agua retenida en el queque seguacuten relacioacuten de masa de torta huacutemeda a seca = 159 MwMC = 159 059middot MC [lbs] de agua Agua filtrada seguacuten capacidad maacutexima de filtracioacuten C = 00019 [ft3s] Cmiddotρ =00019middot624 = 012 [lbs] de agua Agua ingresa = Agua retenida + Agua filtrada 619middotMC = 059middotMC + 012 MC = 00207 [lb de CaCO3 secos] = 747 [lb de CaCO3 secohora]

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5 Una filtracioacuten se lleva a cabo por 10 minutos a flujo constante en un filtro de hoja y despueacutes continua a presioacuten constante Esta presioacuten es la que se alcanza al final del periacuteodo a flujo constante Si un cuarto del volumen de filtrado se recolecta durante el periacuteodo a flujo constante cuaacutel es el tiempo total de filtracioacuten Asumir que el queque es incompresible y que la resistencia del medio filtrante es despreciable

Ecuacioacuten de filtracioacuten si la resistencia del medio filtrante es despreciable

dtdVf = k1sdotVf

Donde ( ) ( )21cf

s

ApC

ksdot∆

sdotsdot=

microα

Filtracioacuten a Q (flujo) constante Dado que para t = 10 minutos V = 025middotVT (filtrado recolectado total) Para filtracioacuten a flujo constante dtdVf = 1Q = constante = tV Q = Vt = 025middotVT10 = 0025middotVT Para α Cs micro y Ac fijos k1 = k1rsquo∆Pf y k1rsquo = k1middot∆Pf ∆pf = k1rsquomiddotQ2middott = k1middot∆Pfmiddot(0025middotVT)2middot10 k1 = 1(000625middotVT2) vaacutelida a ∆pf final alcanzado (t = 10 minutos) Filtracioacuten a ∆pf constante

dtdVf = k1sdotVf dt = k1sdotVfmiddotdVf

Integrando entre los liacutemites t = 0 Vf = 025middotVT t = t Vf = VT t = (k12)middot(VT2 ndash (025middotVT)2) = (k1middotVT22)middot(1 ndash (025)2) t = ((1(000625middotVT2))middotVT22)middot(1 ndash (025)2) = (100125)middot(1 ndash 00625) = 75 minutos Tiempo de filtracioacuten total = 10 + 75 = 85 [min]

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PROPUESTOS

1 La ecuacioacuten caracteriacutestica de filtracioacuten a una presioacuten de trabajo constante de 30 [psi] es

dtdVf = 7times10-5 Vf

donde t se da en [s] ∆pF en [psi] y V en [litros] La resistencia especiacutefica de la torta estaacute dada por la expresioacuten α = α0sdot(∆pF)04 iquestCuaacutento tiempo se tardaraacute en alcanzar 25 [psi] si la filtracioacuten procede a Q = 12 [litross] constante Respuesta t en [s]

Respuesta t = 889 asymp 89 [s]

2 En una operacioacuten de filtracioacuten de un soacutelido en agua que forma un queque

incompresible la ecuacioacuten que caracteriza el proceso (a [ ]psiPF 8=∆ ) es del tipo

21 kVkdVdt

FF

+=

donde VF estaacute en [ft3] k1 = 200 [sft6] y k2 es despreciable Si la filtracioacuten se lleva a cabo en forma discontinua estimar el tiempo de lavado a [ ]psiP 10=∆ (con agua pura (Vlav = 1 ft3) si durante la etapa de filtracioacuten se recolecta un volumen de filtrado VF = 4 ft3 Respuesta t en [min]

Respuesta tlavado = 107 [min]

3 Filtracioacuten a caudal constante y torta incompresible La ecuacioacuten a presioacuten

constante de filtracioacuten de 387 psi es

dtdVF = 610middot10-5middotVF + 001

donde t se da en [s] ∆p en [psi] y V en litros La resistencia especiacutefica de la torta es independiente de la presioacuten iquestCuaacutento tiempo se necesitaraacute para llegar a 50 [psia] cuando la filtracioacuten procede a una velocidad constante de 10 [ls]

Respuesta t = 195 [s]

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4 En una experiencia de filtracioacuten de una pulpa mineral a escala de laboratorio trabajando con un ∆pF = 8 [psig] constante se obtuvo la siguiente informacioacuten

Caudal filtrado Volumen filtrado

Q [ft3s] VF [ft3] 00133 0375 00043 1175 00025 2000

Determine la capacidad maacutexima de filtracioacuten en [ft3min] operando con un filtro discontinuo a la misma presioacuten o ∆pF = 8 [psig] si se requiere de 15 [min] para el lavado descarga limpieza y montaje del equipo como parte del ciclo de operacioacuten

Respuesta C = 01 [ft3min]

5 Se desea utilizar un filtro prensa para recuperar Carbonato de Calcio

precipitado desde una suspensioacuten acuosa al 14 en peso Para ello se han realizado previamente pruebas a escala laboratorio obtenieacutendose la siguiente informacioacuten bull La resistencia especiacutefica media de la torta es independiente de la

presioacuten de operacioacuten del filtro bull La humedad base seca de la torta resultoacute ser igual a 281 y 223

para caiacutedas de presioacuten menores y mayores a 15 psi respectivamente bull Los datos experimentales del tiempo de filtracioacuten en funcioacuten de

volumen de filtrado para las pruebas realizadas a caiacuteda de presioacuten constante de 15 psi se ajustaron seguacuten la siguiente correlacioacuten

Donde θ [s] y V [pie3] El aacuterea filtrante del equipo seleccionado es cien veces superior a la del filtro de laboratorio y posee las siguientes caracteriacutesticas Filtro prensa de placas y marcos con descarga de torta semiautomaacutetica que tiene 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor Estaacute implementado para filtrar a caiacuteda de presioacuten constante de 30 psi La descarga de la torta y reensamble del filtro demora 15 minutos iquestCuaacutel seriacutea la capacidad maacutexima de Carbonato de Calcio con este filtro ρ carbonato = 2711 [kgm3] ρ agua = 1000 [kgm3]

Respuesta MC = 195 [lbmmin] carbonato de calcio recuperado

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6 Ensayos de filtracioacuten de laboratorio con una pulpa han entregado los siguientes datos

bull α = 47middot109middot(∆p)03 bull MwMC = 167 bull ρS = 4000 kgm3 bull ρL

= 1000 kgm3 bull micro = 10-3 kgmmiddots bull Resistencia del medio filtrante despreciable

iquestQueacute filtro de tambor se requeririacutea para tratar 05 m3min si la pulpa de alimentacioacuten tiene una concentracioacuten de 350 kgm3 Asumiendo una descarga de cuchilla el espesor miacutenimo de descarga es de 6 mm

Respuesta AD = 335040 = 838 cong 84 m2 3 filtros de tambor L = 32 m y D = 3 m A = 905 cong 91 m2

7 Filtracioacuten a presioacuten constante y lavado en un filtro de hojas Se usoacute un filtro

prensa experimental con aacuterea de 00414 m2 para filtrar una suspensioacuten acuosa de BaCO3 a presioacuten de 267 kPa (387 [psia]) La ecuacioacuten de filtracioacuten que se obtuvo fue

dtdVF = 1025middot106middotVF + 34middot103

Donde t se da en [s] y V en [m3] a) Usando la misma suspensioacuten e iguales condiciones en un filtro de hojas

con aacuterea de 697 m2 iquestcuaacutento tiempo se necesitaraacute para obtener 100 m3 de filtrado

b) Despueacutes de la filtracioacuten la torta se lava con 01 m3 de agua Calcule el tiempo de lavado Asuma como estimacioacuten velocidad de lavado Qlavado como frac14 la velocidad final de filtracioacuten Qfinal

tfiltracioacuten = 181 [s] Respuestas tlavado = 145 [s]

8 Una filtracioacuten semicontinua a presioacuten constante se ha caracterizado seguacuten

dtdVf = k1sdotVf + k2

Donde k1 = 10 [minm6] k2 = 1 [minm3] Si se opera a una presioacuten constante superior en un 30 con la que se

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caracterizoacute la filtracioacuten y a una capacidad maacutexima del filtro de 015 [m3min] determinar a) Volumen oacuteptimo de filtrado b) Tiempo del ciclo c) Tiempo de filtracioacuten d) Tiempo maacuteximo que se puede ocupar en las operaciones de descarga

lavado montaje etc

a) VF = 077 [m3] b) tciclo = 511 [min] c) tF = 285 [min] Respuestas

d) Σtm = 226 [min]

9 Un filtro prensa (con resistencia del medio filtrante despreciable) posee 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor se emplea para la filtracioacuten de un queque incompresible de acuerdo a unas condiciones de operacioacuten dadas si se agregan 5 marcos iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten

a) Disminuye al 56 b) Disminuye al 75 c) No cambia d) Diferente a las anteriores

Respuesta Alternativa a

10 En la filtracioacuten a escala de laboratorio de un queque incompresible si la

presioacuten de operacioacuten disminuye en un 30 iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten Asuma resistencia del medio filtrante despreciable

a Aumenta 428 b Aumenta 30 c Aumenta 248 d Diferente de las anteriores

Respuesta Alternativa a

Page 3: Problemas Filtracion

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2 La filtracioacuten de una mezcla de soacutelido fino en agua se caracterizoacute en un filtro de laboratorio a una presioacuten de trabajo constante de 30 psi por la ecuacioacuten

FVQ 61428

= Q en litrosmin VF en litros

Si se desea hacer una filtracioacuten a escala industrial discontinua en un filtro de marcos y placas aprovechando la maacutexima capacidad del equipo estimar para un volumen de filtrado por ciclo de 300 litros

a Tiempo de filtracioacuten en minutos b Tiempo de lavado en minutos si este se ejecuta con una presioacuten de trabajo

de 20 psi y 30 litros c Tiempo maacuteximo disponible para desmontaje limpieza y montaje del filtro

en minutos

a Tiempo de filtracioacuten en minutos se obtiene integrando

FF

VkdVdt

1= 21

2 FF Vk

t =

A partir de la ecuacioacuten

FVQ 61428

= 41 107 minussdot=k minlitros2

Luego tF para VF = 300 litros es 5313002107 2

4

=sdot

=minus

Ft minutos

b Tiempo de lavado se obtiene del flujo de lavado

Corrigiendo k1(20 psi) = k1(30 psi)(3020) = 710-415 = 10510-3 Entonces (1k1)(20 psi) = 9524 Luego

A 30 psi 764300

61428==Q litrosmin

A 20 psi 173300

4952==Q litrosmin

tlavado = VlavadoQ = 30317 = 945 min

c Tiempo maacuteximo disponible para desmontaje limpieza y desmontaje del filtro en minutos de la expresioacuten para estimar el VFoacuteptimo se puede obtener

Para que el filtro opera a la maacutexima capacidad VFoacuteptimo = 300 litros

21kt

V iFoacuteptimo

sum= 5313002107

22

421 =

sdot==

minus

sum Foacuteptimoi Vkt min

Luego el tiempo maacuteximo disponible para desmontaje limpieza y montaje del filtro seriacutea trsquo = 315 ndash 945 = 2205 min

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3 La filtracioacuten de una torta compresible se llevoacute a cabo a escala de laboratorio a diferentes presiones de trabajo La tabla siguiente resume las constantes k1 que se obtuvieron como ajustes de los datos experimentales la constante k2 resultoacute ser despreciable para el material filtrante utilizado

∆pF [psi] k1 [sl2]

10 13510-4 20 89310-5 30 70010-5 40 58910-5

A partir de esta informacioacuten determine cuanto tardariacutea en segundos una filtracioacuten a caudal constante de 10 [ls] en alcanzar los 30 [psi] presioacuten de trabajo de un filtro prensa Ecuacioacuten general a presioacuten constante si resistencia del medio filtrante es despreciable

dtdVF = k1VF Si la torta es compresible (α = α0(∆pF)n) k1(∆pF) se obtiene a partir de

( ) ( ) nF

nFC

C

FC

Cn

F

pcte

pAC

pACpk minusminus ∆

sdot=∆

sdotsdotsdot

=∆sdot

∆= 112

02

01

11middotmiddot)( microαmicroα

A partir de los datos experimentales se puede determinar el valor de la constante y de n Reordenando la ecuacioacuten

( ) nFp

ctek minus∆sdot= 11

1 ( )1

1 1k

ctep nF sdot=∆ minus ( ) ( )

1

1logloglog1k

ctepn F +=∆minus

Evaluando para los datos disponibles n = 04 y cte = 0000538

Por tanto ( ) 601

10005380Fp

k∆

sdot=

La ecuacioacuten que se puede usar para operaciones de filtracioacuten a Q = cte se obtiene considerando dtdVF = 1Q y VF = Qt Reemplazando en ecuacioacuten general de filtracioacuten

tQkQ

sdotsdot= 11 o ( )

tQpQ F

sdotsdot∆

sdot= 60

100053801

Para Q = 10 [ls] y ∆pF = 30 [psi] t = 143 [seg]

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4 Los datos de la tabla corresponden a una filtracioacuten a presioacuten constante de 5 psig de una suspensioacuten de CaCO3 en H2O Se ha empleado un filtro prensa de 10 ft2 para el ensayo Otras mediciones realizadas durante el ensayo son las siguientes

a) Fraccioacuten de masa de soacutelido en la alimentacioacuten = 0139 b) Relacioacuten de masa de torta huacutemeda a seca = 159 c) Densidad de la torta seca = 635 lbft3 d) Tiempo necesario para el lavado drenado abrir vaciar limpiar y

cerrar el filtro = 10 minutos Calcule la capacidad maacutexima del filtro operando en estas condiciones (∆P = 5 psi) medida en lb de CaCO3 secohora

Tabla (∆P = 5 psi)

Filtrado [lb] Tiempo [seg] 0 0

20 24 40 71 60 146 80 244 100 372 120 524 140 690 160 888 180 1109

Procesando la informacioacuten se obtiene la siguiente tabla y graacutefico

Tabla (∆P = 5 psi) Filtrado [lb] Tiempo [s] VF [ft3] ∆VF [ft3] ∆t [seg] ∆t∆VF [segft3]

0 0 000 -- -- -- 20 24 032 032 24 7488 40 71 064 032 47 14664 60 146 096 032 75 23400 80 244 128 032 98 30576 100 372 160 032 128 39936 120 524 192 032 152 47424 140 690 224 032 166 51792 160 888 256 032 198 61776 180 1109 288 032 221 68952

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Graacuteficamente k1 = 23963 [segft6] k2 = 04333 [segft3] El volumen oacuteptimo de filtrado es VF = (2middotΣ tmk1)05 = (2middot60023963)05 = 224 [ft3] Tiempo de filtracioacuten por ciclo tF tF = (k12)middot VF2 + k2middot VF = (239632)middot2242 + 04333middot224 = 601 [s] Capacidad maacutexima de filtracioacuten C C = VF ( tF + Σ tm) = 224(601 + 600) = 00019 [ft3s] Balance de agua para determinar capacidad del filtro en lb de CaCO3 secohora Sea MC [lb de CaCO3 secos] que ingresan al filtro Agua que ingresa con la pulpa seguacuten fraccioacuten masa de soacutelido en la alimentacioacuten = 0139 MCmiddot(1 ndash 0139)0139 = 619middotMC [lbs] de agua Agua retenida en el queque seguacuten relacioacuten de masa de torta huacutemeda a seca = 159 MwMC = 159 059middot MC [lbs] de agua Agua filtrada seguacuten capacidad maacutexima de filtracioacuten C = 00019 [ft3s] Cmiddotρ =00019middot624 = 012 [lbs] de agua Agua ingresa = Agua retenida + Agua filtrada 619middotMC = 059middotMC + 012 MC = 00207 [lb de CaCO3 secos] = 747 [lb de CaCO3 secohora]

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5 Una filtracioacuten se lleva a cabo por 10 minutos a flujo constante en un filtro de hoja y despueacutes continua a presioacuten constante Esta presioacuten es la que se alcanza al final del periacuteodo a flujo constante Si un cuarto del volumen de filtrado se recolecta durante el periacuteodo a flujo constante cuaacutel es el tiempo total de filtracioacuten Asumir que el queque es incompresible y que la resistencia del medio filtrante es despreciable

Ecuacioacuten de filtracioacuten si la resistencia del medio filtrante es despreciable

dtdVf = k1sdotVf

Donde ( ) ( )21cf

s

ApC

ksdot∆

sdotsdot=

microα

Filtracioacuten a Q (flujo) constante Dado que para t = 10 minutos V = 025middotVT (filtrado recolectado total) Para filtracioacuten a flujo constante dtdVf = 1Q = constante = tV Q = Vt = 025middotVT10 = 0025middotVT Para α Cs micro y Ac fijos k1 = k1rsquo∆Pf y k1rsquo = k1middot∆Pf ∆pf = k1rsquomiddotQ2middott = k1middot∆Pfmiddot(0025middotVT)2middot10 k1 = 1(000625middotVT2) vaacutelida a ∆pf final alcanzado (t = 10 minutos) Filtracioacuten a ∆pf constante

dtdVf = k1sdotVf dt = k1sdotVfmiddotdVf

Integrando entre los liacutemites t = 0 Vf = 025middotVT t = t Vf = VT t = (k12)middot(VT2 ndash (025middotVT)2) = (k1middotVT22)middot(1 ndash (025)2) t = ((1(000625middotVT2))middotVT22)middot(1 ndash (025)2) = (100125)middot(1 ndash 00625) = 75 minutos Tiempo de filtracioacuten total = 10 + 75 = 85 [min]

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PROPUESTOS

1 La ecuacioacuten caracteriacutestica de filtracioacuten a una presioacuten de trabajo constante de 30 [psi] es

dtdVf = 7times10-5 Vf

donde t se da en [s] ∆pF en [psi] y V en [litros] La resistencia especiacutefica de la torta estaacute dada por la expresioacuten α = α0sdot(∆pF)04 iquestCuaacutento tiempo se tardaraacute en alcanzar 25 [psi] si la filtracioacuten procede a Q = 12 [litross] constante Respuesta t en [s]

Respuesta t = 889 asymp 89 [s]

2 En una operacioacuten de filtracioacuten de un soacutelido en agua que forma un queque

incompresible la ecuacioacuten que caracteriza el proceso (a [ ]psiPF 8=∆ ) es del tipo

21 kVkdVdt

FF

+=

donde VF estaacute en [ft3] k1 = 200 [sft6] y k2 es despreciable Si la filtracioacuten se lleva a cabo en forma discontinua estimar el tiempo de lavado a [ ]psiP 10=∆ (con agua pura (Vlav = 1 ft3) si durante la etapa de filtracioacuten se recolecta un volumen de filtrado VF = 4 ft3 Respuesta t en [min]

Respuesta tlavado = 107 [min]

3 Filtracioacuten a caudal constante y torta incompresible La ecuacioacuten a presioacuten

constante de filtracioacuten de 387 psi es

dtdVF = 610middot10-5middotVF + 001

donde t se da en [s] ∆p en [psi] y V en litros La resistencia especiacutefica de la torta es independiente de la presioacuten iquestCuaacutento tiempo se necesitaraacute para llegar a 50 [psia] cuando la filtracioacuten procede a una velocidad constante de 10 [ls]

Respuesta t = 195 [s]

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4 En una experiencia de filtracioacuten de una pulpa mineral a escala de laboratorio trabajando con un ∆pF = 8 [psig] constante se obtuvo la siguiente informacioacuten

Caudal filtrado Volumen filtrado

Q [ft3s] VF [ft3] 00133 0375 00043 1175 00025 2000

Determine la capacidad maacutexima de filtracioacuten en [ft3min] operando con un filtro discontinuo a la misma presioacuten o ∆pF = 8 [psig] si se requiere de 15 [min] para el lavado descarga limpieza y montaje del equipo como parte del ciclo de operacioacuten

Respuesta C = 01 [ft3min]

5 Se desea utilizar un filtro prensa para recuperar Carbonato de Calcio

precipitado desde una suspensioacuten acuosa al 14 en peso Para ello se han realizado previamente pruebas a escala laboratorio obtenieacutendose la siguiente informacioacuten bull La resistencia especiacutefica media de la torta es independiente de la

presioacuten de operacioacuten del filtro bull La humedad base seca de la torta resultoacute ser igual a 281 y 223

para caiacutedas de presioacuten menores y mayores a 15 psi respectivamente bull Los datos experimentales del tiempo de filtracioacuten en funcioacuten de

volumen de filtrado para las pruebas realizadas a caiacuteda de presioacuten constante de 15 psi se ajustaron seguacuten la siguiente correlacioacuten

Donde θ [s] y V [pie3] El aacuterea filtrante del equipo seleccionado es cien veces superior a la del filtro de laboratorio y posee las siguientes caracteriacutesticas Filtro prensa de placas y marcos con descarga de torta semiautomaacutetica que tiene 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor Estaacute implementado para filtrar a caiacuteda de presioacuten constante de 30 psi La descarga de la torta y reensamble del filtro demora 15 minutos iquestCuaacutel seriacutea la capacidad maacutexima de Carbonato de Calcio con este filtro ρ carbonato = 2711 [kgm3] ρ agua = 1000 [kgm3]

Respuesta MC = 195 [lbmmin] carbonato de calcio recuperado

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6 Ensayos de filtracioacuten de laboratorio con una pulpa han entregado los siguientes datos

bull α = 47middot109middot(∆p)03 bull MwMC = 167 bull ρS = 4000 kgm3 bull ρL

= 1000 kgm3 bull micro = 10-3 kgmmiddots bull Resistencia del medio filtrante despreciable

iquestQueacute filtro de tambor se requeririacutea para tratar 05 m3min si la pulpa de alimentacioacuten tiene una concentracioacuten de 350 kgm3 Asumiendo una descarga de cuchilla el espesor miacutenimo de descarga es de 6 mm

Respuesta AD = 335040 = 838 cong 84 m2 3 filtros de tambor L = 32 m y D = 3 m A = 905 cong 91 m2

7 Filtracioacuten a presioacuten constante y lavado en un filtro de hojas Se usoacute un filtro

prensa experimental con aacuterea de 00414 m2 para filtrar una suspensioacuten acuosa de BaCO3 a presioacuten de 267 kPa (387 [psia]) La ecuacioacuten de filtracioacuten que se obtuvo fue

dtdVF = 1025middot106middotVF + 34middot103

Donde t se da en [s] y V en [m3] a) Usando la misma suspensioacuten e iguales condiciones en un filtro de hojas

con aacuterea de 697 m2 iquestcuaacutento tiempo se necesitaraacute para obtener 100 m3 de filtrado

b) Despueacutes de la filtracioacuten la torta se lava con 01 m3 de agua Calcule el tiempo de lavado Asuma como estimacioacuten velocidad de lavado Qlavado como frac14 la velocidad final de filtracioacuten Qfinal

tfiltracioacuten = 181 [s] Respuestas tlavado = 145 [s]

8 Una filtracioacuten semicontinua a presioacuten constante se ha caracterizado seguacuten

dtdVf = k1sdotVf + k2

Donde k1 = 10 [minm6] k2 = 1 [minm3] Si se opera a una presioacuten constante superior en un 30 con la que se

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caracterizoacute la filtracioacuten y a una capacidad maacutexima del filtro de 015 [m3min] determinar a) Volumen oacuteptimo de filtrado b) Tiempo del ciclo c) Tiempo de filtracioacuten d) Tiempo maacuteximo que se puede ocupar en las operaciones de descarga

lavado montaje etc

a) VF = 077 [m3] b) tciclo = 511 [min] c) tF = 285 [min] Respuestas

d) Σtm = 226 [min]

9 Un filtro prensa (con resistencia del medio filtrante despreciable) posee 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor se emplea para la filtracioacuten de un queque incompresible de acuerdo a unas condiciones de operacioacuten dadas si se agregan 5 marcos iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten

a) Disminuye al 56 b) Disminuye al 75 c) No cambia d) Diferente a las anteriores

Respuesta Alternativa a

10 En la filtracioacuten a escala de laboratorio de un queque incompresible si la

presioacuten de operacioacuten disminuye en un 30 iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten Asuma resistencia del medio filtrante despreciable

a Aumenta 428 b Aumenta 30 c Aumenta 248 d Diferente de las anteriores

Respuesta Alternativa a

Page 4: Problemas Filtracion

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3 La filtracioacuten de una torta compresible se llevoacute a cabo a escala de laboratorio a diferentes presiones de trabajo La tabla siguiente resume las constantes k1 que se obtuvieron como ajustes de los datos experimentales la constante k2 resultoacute ser despreciable para el material filtrante utilizado

∆pF [psi] k1 [sl2]

10 13510-4 20 89310-5 30 70010-5 40 58910-5

A partir de esta informacioacuten determine cuanto tardariacutea en segundos una filtracioacuten a caudal constante de 10 [ls] en alcanzar los 30 [psi] presioacuten de trabajo de un filtro prensa Ecuacioacuten general a presioacuten constante si resistencia del medio filtrante es despreciable

dtdVF = k1VF Si la torta es compresible (α = α0(∆pF)n) k1(∆pF) se obtiene a partir de

( ) ( ) nF

nFC

C

FC

Cn

F

pcte

pAC

pACpk minusminus ∆

sdot=∆

sdotsdotsdot

=∆sdot

∆= 112

02

01

11middotmiddot)( microαmicroα

A partir de los datos experimentales se puede determinar el valor de la constante y de n Reordenando la ecuacioacuten

( ) nFp

ctek minus∆sdot= 11

1 ( )1

1 1k

ctep nF sdot=∆ minus ( ) ( )

1

1logloglog1k

ctepn F +=∆minus

Evaluando para los datos disponibles n = 04 y cte = 0000538

Por tanto ( ) 601

10005380Fp

k∆

sdot=

La ecuacioacuten que se puede usar para operaciones de filtracioacuten a Q = cte se obtiene considerando dtdVF = 1Q y VF = Qt Reemplazando en ecuacioacuten general de filtracioacuten

tQkQ

sdotsdot= 11 o ( )

tQpQ F

sdotsdot∆

sdot= 60

100053801

Para Q = 10 [ls] y ∆pF = 30 [psi] t = 143 [seg]

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4 Los datos de la tabla corresponden a una filtracioacuten a presioacuten constante de 5 psig de una suspensioacuten de CaCO3 en H2O Se ha empleado un filtro prensa de 10 ft2 para el ensayo Otras mediciones realizadas durante el ensayo son las siguientes

a) Fraccioacuten de masa de soacutelido en la alimentacioacuten = 0139 b) Relacioacuten de masa de torta huacutemeda a seca = 159 c) Densidad de la torta seca = 635 lbft3 d) Tiempo necesario para el lavado drenado abrir vaciar limpiar y

cerrar el filtro = 10 minutos Calcule la capacidad maacutexima del filtro operando en estas condiciones (∆P = 5 psi) medida en lb de CaCO3 secohora

Tabla (∆P = 5 psi)

Filtrado [lb] Tiempo [seg] 0 0

20 24 40 71 60 146 80 244 100 372 120 524 140 690 160 888 180 1109

Procesando la informacioacuten se obtiene la siguiente tabla y graacutefico

Tabla (∆P = 5 psi) Filtrado [lb] Tiempo [s] VF [ft3] ∆VF [ft3] ∆t [seg] ∆t∆VF [segft3]

0 0 000 -- -- -- 20 24 032 032 24 7488 40 71 064 032 47 14664 60 146 096 032 75 23400 80 244 128 032 98 30576 100 372 160 032 128 39936 120 524 192 032 152 47424 140 690 224 032 166 51792 160 888 256 032 198 61776 180 1109 288 032 221 68952

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Graacuteficamente k1 = 23963 [segft6] k2 = 04333 [segft3] El volumen oacuteptimo de filtrado es VF = (2middotΣ tmk1)05 = (2middot60023963)05 = 224 [ft3] Tiempo de filtracioacuten por ciclo tF tF = (k12)middot VF2 + k2middot VF = (239632)middot2242 + 04333middot224 = 601 [s] Capacidad maacutexima de filtracioacuten C C = VF ( tF + Σ tm) = 224(601 + 600) = 00019 [ft3s] Balance de agua para determinar capacidad del filtro en lb de CaCO3 secohora Sea MC [lb de CaCO3 secos] que ingresan al filtro Agua que ingresa con la pulpa seguacuten fraccioacuten masa de soacutelido en la alimentacioacuten = 0139 MCmiddot(1 ndash 0139)0139 = 619middotMC [lbs] de agua Agua retenida en el queque seguacuten relacioacuten de masa de torta huacutemeda a seca = 159 MwMC = 159 059middot MC [lbs] de agua Agua filtrada seguacuten capacidad maacutexima de filtracioacuten C = 00019 [ft3s] Cmiddotρ =00019middot624 = 012 [lbs] de agua Agua ingresa = Agua retenida + Agua filtrada 619middotMC = 059middotMC + 012 MC = 00207 [lb de CaCO3 secos] = 747 [lb de CaCO3 secohora]

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5 Una filtracioacuten se lleva a cabo por 10 minutos a flujo constante en un filtro de hoja y despueacutes continua a presioacuten constante Esta presioacuten es la que se alcanza al final del periacuteodo a flujo constante Si un cuarto del volumen de filtrado se recolecta durante el periacuteodo a flujo constante cuaacutel es el tiempo total de filtracioacuten Asumir que el queque es incompresible y que la resistencia del medio filtrante es despreciable

Ecuacioacuten de filtracioacuten si la resistencia del medio filtrante es despreciable

dtdVf = k1sdotVf

Donde ( ) ( )21cf

s

ApC

ksdot∆

sdotsdot=

microα

Filtracioacuten a Q (flujo) constante Dado que para t = 10 minutos V = 025middotVT (filtrado recolectado total) Para filtracioacuten a flujo constante dtdVf = 1Q = constante = tV Q = Vt = 025middotVT10 = 0025middotVT Para α Cs micro y Ac fijos k1 = k1rsquo∆Pf y k1rsquo = k1middot∆Pf ∆pf = k1rsquomiddotQ2middott = k1middot∆Pfmiddot(0025middotVT)2middot10 k1 = 1(000625middotVT2) vaacutelida a ∆pf final alcanzado (t = 10 minutos) Filtracioacuten a ∆pf constante

dtdVf = k1sdotVf dt = k1sdotVfmiddotdVf

Integrando entre los liacutemites t = 0 Vf = 025middotVT t = t Vf = VT t = (k12)middot(VT2 ndash (025middotVT)2) = (k1middotVT22)middot(1 ndash (025)2) t = ((1(000625middotVT2))middotVT22)middot(1 ndash (025)2) = (100125)middot(1 ndash 00625) = 75 minutos Tiempo de filtracioacuten total = 10 + 75 = 85 [min]

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PROPUESTOS

1 La ecuacioacuten caracteriacutestica de filtracioacuten a una presioacuten de trabajo constante de 30 [psi] es

dtdVf = 7times10-5 Vf

donde t se da en [s] ∆pF en [psi] y V en [litros] La resistencia especiacutefica de la torta estaacute dada por la expresioacuten α = α0sdot(∆pF)04 iquestCuaacutento tiempo se tardaraacute en alcanzar 25 [psi] si la filtracioacuten procede a Q = 12 [litross] constante Respuesta t en [s]

Respuesta t = 889 asymp 89 [s]

2 En una operacioacuten de filtracioacuten de un soacutelido en agua que forma un queque

incompresible la ecuacioacuten que caracteriza el proceso (a [ ]psiPF 8=∆ ) es del tipo

21 kVkdVdt

FF

+=

donde VF estaacute en [ft3] k1 = 200 [sft6] y k2 es despreciable Si la filtracioacuten se lleva a cabo en forma discontinua estimar el tiempo de lavado a [ ]psiP 10=∆ (con agua pura (Vlav = 1 ft3) si durante la etapa de filtracioacuten se recolecta un volumen de filtrado VF = 4 ft3 Respuesta t en [min]

Respuesta tlavado = 107 [min]

3 Filtracioacuten a caudal constante y torta incompresible La ecuacioacuten a presioacuten

constante de filtracioacuten de 387 psi es

dtdVF = 610middot10-5middotVF + 001

donde t se da en [s] ∆p en [psi] y V en litros La resistencia especiacutefica de la torta es independiente de la presioacuten iquestCuaacutento tiempo se necesitaraacute para llegar a 50 [psia] cuando la filtracioacuten procede a una velocidad constante de 10 [ls]

Respuesta t = 195 [s]

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4 En una experiencia de filtracioacuten de una pulpa mineral a escala de laboratorio trabajando con un ∆pF = 8 [psig] constante se obtuvo la siguiente informacioacuten

Caudal filtrado Volumen filtrado

Q [ft3s] VF [ft3] 00133 0375 00043 1175 00025 2000

Determine la capacidad maacutexima de filtracioacuten en [ft3min] operando con un filtro discontinuo a la misma presioacuten o ∆pF = 8 [psig] si se requiere de 15 [min] para el lavado descarga limpieza y montaje del equipo como parte del ciclo de operacioacuten

Respuesta C = 01 [ft3min]

5 Se desea utilizar un filtro prensa para recuperar Carbonato de Calcio

precipitado desde una suspensioacuten acuosa al 14 en peso Para ello se han realizado previamente pruebas a escala laboratorio obtenieacutendose la siguiente informacioacuten bull La resistencia especiacutefica media de la torta es independiente de la

presioacuten de operacioacuten del filtro bull La humedad base seca de la torta resultoacute ser igual a 281 y 223

para caiacutedas de presioacuten menores y mayores a 15 psi respectivamente bull Los datos experimentales del tiempo de filtracioacuten en funcioacuten de

volumen de filtrado para las pruebas realizadas a caiacuteda de presioacuten constante de 15 psi se ajustaron seguacuten la siguiente correlacioacuten

Donde θ [s] y V [pie3] El aacuterea filtrante del equipo seleccionado es cien veces superior a la del filtro de laboratorio y posee las siguientes caracteriacutesticas Filtro prensa de placas y marcos con descarga de torta semiautomaacutetica que tiene 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor Estaacute implementado para filtrar a caiacuteda de presioacuten constante de 30 psi La descarga de la torta y reensamble del filtro demora 15 minutos iquestCuaacutel seriacutea la capacidad maacutexima de Carbonato de Calcio con este filtro ρ carbonato = 2711 [kgm3] ρ agua = 1000 [kgm3]

Respuesta MC = 195 [lbmmin] carbonato de calcio recuperado

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6 Ensayos de filtracioacuten de laboratorio con una pulpa han entregado los siguientes datos

bull α = 47middot109middot(∆p)03 bull MwMC = 167 bull ρS = 4000 kgm3 bull ρL

= 1000 kgm3 bull micro = 10-3 kgmmiddots bull Resistencia del medio filtrante despreciable

iquestQueacute filtro de tambor se requeririacutea para tratar 05 m3min si la pulpa de alimentacioacuten tiene una concentracioacuten de 350 kgm3 Asumiendo una descarga de cuchilla el espesor miacutenimo de descarga es de 6 mm

Respuesta AD = 335040 = 838 cong 84 m2 3 filtros de tambor L = 32 m y D = 3 m A = 905 cong 91 m2

7 Filtracioacuten a presioacuten constante y lavado en un filtro de hojas Se usoacute un filtro

prensa experimental con aacuterea de 00414 m2 para filtrar una suspensioacuten acuosa de BaCO3 a presioacuten de 267 kPa (387 [psia]) La ecuacioacuten de filtracioacuten que se obtuvo fue

dtdVF = 1025middot106middotVF + 34middot103

Donde t se da en [s] y V en [m3] a) Usando la misma suspensioacuten e iguales condiciones en un filtro de hojas

con aacuterea de 697 m2 iquestcuaacutento tiempo se necesitaraacute para obtener 100 m3 de filtrado

b) Despueacutes de la filtracioacuten la torta se lava con 01 m3 de agua Calcule el tiempo de lavado Asuma como estimacioacuten velocidad de lavado Qlavado como frac14 la velocidad final de filtracioacuten Qfinal

tfiltracioacuten = 181 [s] Respuestas tlavado = 145 [s]

8 Una filtracioacuten semicontinua a presioacuten constante se ha caracterizado seguacuten

dtdVf = k1sdotVf + k2

Donde k1 = 10 [minm6] k2 = 1 [minm3] Si se opera a una presioacuten constante superior en un 30 con la que se

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caracterizoacute la filtracioacuten y a una capacidad maacutexima del filtro de 015 [m3min] determinar a) Volumen oacuteptimo de filtrado b) Tiempo del ciclo c) Tiempo de filtracioacuten d) Tiempo maacuteximo que se puede ocupar en las operaciones de descarga

lavado montaje etc

a) VF = 077 [m3] b) tciclo = 511 [min] c) tF = 285 [min] Respuestas

d) Σtm = 226 [min]

9 Un filtro prensa (con resistencia del medio filtrante despreciable) posee 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor se emplea para la filtracioacuten de un queque incompresible de acuerdo a unas condiciones de operacioacuten dadas si se agregan 5 marcos iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten

a) Disminuye al 56 b) Disminuye al 75 c) No cambia d) Diferente a las anteriores

Respuesta Alternativa a

10 En la filtracioacuten a escala de laboratorio de un queque incompresible si la

presioacuten de operacioacuten disminuye en un 30 iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten Asuma resistencia del medio filtrante despreciable

a Aumenta 428 b Aumenta 30 c Aumenta 248 d Diferente de las anteriores

Respuesta Alternativa a

Page 5: Problemas Filtracion

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4 Los datos de la tabla corresponden a una filtracioacuten a presioacuten constante de 5 psig de una suspensioacuten de CaCO3 en H2O Se ha empleado un filtro prensa de 10 ft2 para el ensayo Otras mediciones realizadas durante el ensayo son las siguientes

a) Fraccioacuten de masa de soacutelido en la alimentacioacuten = 0139 b) Relacioacuten de masa de torta huacutemeda a seca = 159 c) Densidad de la torta seca = 635 lbft3 d) Tiempo necesario para el lavado drenado abrir vaciar limpiar y

cerrar el filtro = 10 minutos Calcule la capacidad maacutexima del filtro operando en estas condiciones (∆P = 5 psi) medida en lb de CaCO3 secohora

Tabla (∆P = 5 psi)

Filtrado [lb] Tiempo [seg] 0 0

20 24 40 71 60 146 80 244 100 372 120 524 140 690 160 888 180 1109

Procesando la informacioacuten se obtiene la siguiente tabla y graacutefico

Tabla (∆P = 5 psi) Filtrado [lb] Tiempo [s] VF [ft3] ∆VF [ft3] ∆t [seg] ∆t∆VF [segft3]

0 0 000 -- -- -- 20 24 032 032 24 7488 40 71 064 032 47 14664 60 146 096 032 75 23400 80 244 128 032 98 30576 100 372 160 032 128 39936 120 524 192 032 152 47424 140 690 224 032 166 51792 160 888 256 032 198 61776 180 1109 288 032 221 68952

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Graacuteficamente k1 = 23963 [segft6] k2 = 04333 [segft3] El volumen oacuteptimo de filtrado es VF = (2middotΣ tmk1)05 = (2middot60023963)05 = 224 [ft3] Tiempo de filtracioacuten por ciclo tF tF = (k12)middot VF2 + k2middot VF = (239632)middot2242 + 04333middot224 = 601 [s] Capacidad maacutexima de filtracioacuten C C = VF ( tF + Σ tm) = 224(601 + 600) = 00019 [ft3s] Balance de agua para determinar capacidad del filtro en lb de CaCO3 secohora Sea MC [lb de CaCO3 secos] que ingresan al filtro Agua que ingresa con la pulpa seguacuten fraccioacuten masa de soacutelido en la alimentacioacuten = 0139 MCmiddot(1 ndash 0139)0139 = 619middotMC [lbs] de agua Agua retenida en el queque seguacuten relacioacuten de masa de torta huacutemeda a seca = 159 MwMC = 159 059middot MC [lbs] de agua Agua filtrada seguacuten capacidad maacutexima de filtracioacuten C = 00019 [ft3s] Cmiddotρ =00019middot624 = 012 [lbs] de agua Agua ingresa = Agua retenida + Agua filtrada 619middotMC = 059middotMC + 012 MC = 00207 [lb de CaCO3 secos] = 747 [lb de CaCO3 secohora]

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5 Una filtracioacuten se lleva a cabo por 10 minutos a flujo constante en un filtro de hoja y despueacutes continua a presioacuten constante Esta presioacuten es la que se alcanza al final del periacuteodo a flujo constante Si un cuarto del volumen de filtrado se recolecta durante el periacuteodo a flujo constante cuaacutel es el tiempo total de filtracioacuten Asumir que el queque es incompresible y que la resistencia del medio filtrante es despreciable

Ecuacioacuten de filtracioacuten si la resistencia del medio filtrante es despreciable

dtdVf = k1sdotVf

Donde ( ) ( )21cf

s

ApC

ksdot∆

sdotsdot=

microα

Filtracioacuten a Q (flujo) constante Dado que para t = 10 minutos V = 025middotVT (filtrado recolectado total) Para filtracioacuten a flujo constante dtdVf = 1Q = constante = tV Q = Vt = 025middotVT10 = 0025middotVT Para α Cs micro y Ac fijos k1 = k1rsquo∆Pf y k1rsquo = k1middot∆Pf ∆pf = k1rsquomiddotQ2middott = k1middot∆Pfmiddot(0025middotVT)2middot10 k1 = 1(000625middotVT2) vaacutelida a ∆pf final alcanzado (t = 10 minutos) Filtracioacuten a ∆pf constante

dtdVf = k1sdotVf dt = k1sdotVfmiddotdVf

Integrando entre los liacutemites t = 0 Vf = 025middotVT t = t Vf = VT t = (k12)middot(VT2 ndash (025middotVT)2) = (k1middotVT22)middot(1 ndash (025)2) t = ((1(000625middotVT2))middotVT22)middot(1 ndash (025)2) = (100125)middot(1 ndash 00625) = 75 minutos Tiempo de filtracioacuten total = 10 + 75 = 85 [min]

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PROPUESTOS

1 La ecuacioacuten caracteriacutestica de filtracioacuten a una presioacuten de trabajo constante de 30 [psi] es

dtdVf = 7times10-5 Vf

donde t se da en [s] ∆pF en [psi] y V en [litros] La resistencia especiacutefica de la torta estaacute dada por la expresioacuten α = α0sdot(∆pF)04 iquestCuaacutento tiempo se tardaraacute en alcanzar 25 [psi] si la filtracioacuten procede a Q = 12 [litross] constante Respuesta t en [s]

Respuesta t = 889 asymp 89 [s]

2 En una operacioacuten de filtracioacuten de un soacutelido en agua que forma un queque

incompresible la ecuacioacuten que caracteriza el proceso (a [ ]psiPF 8=∆ ) es del tipo

21 kVkdVdt

FF

+=

donde VF estaacute en [ft3] k1 = 200 [sft6] y k2 es despreciable Si la filtracioacuten se lleva a cabo en forma discontinua estimar el tiempo de lavado a [ ]psiP 10=∆ (con agua pura (Vlav = 1 ft3) si durante la etapa de filtracioacuten se recolecta un volumen de filtrado VF = 4 ft3 Respuesta t en [min]

Respuesta tlavado = 107 [min]

3 Filtracioacuten a caudal constante y torta incompresible La ecuacioacuten a presioacuten

constante de filtracioacuten de 387 psi es

dtdVF = 610middot10-5middotVF + 001

donde t se da en [s] ∆p en [psi] y V en litros La resistencia especiacutefica de la torta es independiente de la presioacuten iquestCuaacutento tiempo se necesitaraacute para llegar a 50 [psia] cuando la filtracioacuten procede a una velocidad constante de 10 [ls]

Respuesta t = 195 [s]

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4 En una experiencia de filtracioacuten de una pulpa mineral a escala de laboratorio trabajando con un ∆pF = 8 [psig] constante se obtuvo la siguiente informacioacuten

Caudal filtrado Volumen filtrado

Q [ft3s] VF [ft3] 00133 0375 00043 1175 00025 2000

Determine la capacidad maacutexima de filtracioacuten en [ft3min] operando con un filtro discontinuo a la misma presioacuten o ∆pF = 8 [psig] si se requiere de 15 [min] para el lavado descarga limpieza y montaje del equipo como parte del ciclo de operacioacuten

Respuesta C = 01 [ft3min]

5 Se desea utilizar un filtro prensa para recuperar Carbonato de Calcio

precipitado desde una suspensioacuten acuosa al 14 en peso Para ello se han realizado previamente pruebas a escala laboratorio obtenieacutendose la siguiente informacioacuten bull La resistencia especiacutefica media de la torta es independiente de la

presioacuten de operacioacuten del filtro bull La humedad base seca de la torta resultoacute ser igual a 281 y 223

para caiacutedas de presioacuten menores y mayores a 15 psi respectivamente bull Los datos experimentales del tiempo de filtracioacuten en funcioacuten de

volumen de filtrado para las pruebas realizadas a caiacuteda de presioacuten constante de 15 psi se ajustaron seguacuten la siguiente correlacioacuten

Donde θ [s] y V [pie3] El aacuterea filtrante del equipo seleccionado es cien veces superior a la del filtro de laboratorio y posee las siguientes caracteriacutesticas Filtro prensa de placas y marcos con descarga de torta semiautomaacutetica que tiene 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor Estaacute implementado para filtrar a caiacuteda de presioacuten constante de 30 psi La descarga de la torta y reensamble del filtro demora 15 minutos iquestCuaacutel seriacutea la capacidad maacutexima de Carbonato de Calcio con este filtro ρ carbonato = 2711 [kgm3] ρ agua = 1000 [kgm3]

Respuesta MC = 195 [lbmmin] carbonato de calcio recuperado

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6 Ensayos de filtracioacuten de laboratorio con una pulpa han entregado los siguientes datos

bull α = 47middot109middot(∆p)03 bull MwMC = 167 bull ρS = 4000 kgm3 bull ρL

= 1000 kgm3 bull micro = 10-3 kgmmiddots bull Resistencia del medio filtrante despreciable

iquestQueacute filtro de tambor se requeririacutea para tratar 05 m3min si la pulpa de alimentacioacuten tiene una concentracioacuten de 350 kgm3 Asumiendo una descarga de cuchilla el espesor miacutenimo de descarga es de 6 mm

Respuesta AD = 335040 = 838 cong 84 m2 3 filtros de tambor L = 32 m y D = 3 m A = 905 cong 91 m2

7 Filtracioacuten a presioacuten constante y lavado en un filtro de hojas Se usoacute un filtro

prensa experimental con aacuterea de 00414 m2 para filtrar una suspensioacuten acuosa de BaCO3 a presioacuten de 267 kPa (387 [psia]) La ecuacioacuten de filtracioacuten que se obtuvo fue

dtdVF = 1025middot106middotVF + 34middot103

Donde t se da en [s] y V en [m3] a) Usando la misma suspensioacuten e iguales condiciones en un filtro de hojas

con aacuterea de 697 m2 iquestcuaacutento tiempo se necesitaraacute para obtener 100 m3 de filtrado

b) Despueacutes de la filtracioacuten la torta se lava con 01 m3 de agua Calcule el tiempo de lavado Asuma como estimacioacuten velocidad de lavado Qlavado como frac14 la velocidad final de filtracioacuten Qfinal

tfiltracioacuten = 181 [s] Respuestas tlavado = 145 [s]

8 Una filtracioacuten semicontinua a presioacuten constante se ha caracterizado seguacuten

dtdVf = k1sdotVf + k2

Donde k1 = 10 [minm6] k2 = 1 [minm3] Si se opera a una presioacuten constante superior en un 30 con la que se

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caracterizoacute la filtracioacuten y a una capacidad maacutexima del filtro de 015 [m3min] determinar a) Volumen oacuteptimo de filtrado b) Tiempo del ciclo c) Tiempo de filtracioacuten d) Tiempo maacuteximo que se puede ocupar en las operaciones de descarga

lavado montaje etc

a) VF = 077 [m3] b) tciclo = 511 [min] c) tF = 285 [min] Respuestas

d) Σtm = 226 [min]

9 Un filtro prensa (con resistencia del medio filtrante despreciable) posee 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor se emplea para la filtracioacuten de un queque incompresible de acuerdo a unas condiciones de operacioacuten dadas si se agregan 5 marcos iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten

a) Disminuye al 56 b) Disminuye al 75 c) No cambia d) Diferente a las anteriores

Respuesta Alternativa a

10 En la filtracioacuten a escala de laboratorio de un queque incompresible si la

presioacuten de operacioacuten disminuye en un 30 iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten Asuma resistencia del medio filtrante despreciable

a Aumenta 428 b Aumenta 30 c Aumenta 248 d Diferente de las anteriores

Respuesta Alternativa a

Page 6: Problemas Filtracion

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Graacuteficamente k1 = 23963 [segft6] k2 = 04333 [segft3] El volumen oacuteptimo de filtrado es VF = (2middotΣ tmk1)05 = (2middot60023963)05 = 224 [ft3] Tiempo de filtracioacuten por ciclo tF tF = (k12)middot VF2 + k2middot VF = (239632)middot2242 + 04333middot224 = 601 [s] Capacidad maacutexima de filtracioacuten C C = VF ( tF + Σ tm) = 224(601 + 600) = 00019 [ft3s] Balance de agua para determinar capacidad del filtro en lb de CaCO3 secohora Sea MC [lb de CaCO3 secos] que ingresan al filtro Agua que ingresa con la pulpa seguacuten fraccioacuten masa de soacutelido en la alimentacioacuten = 0139 MCmiddot(1 ndash 0139)0139 = 619middotMC [lbs] de agua Agua retenida en el queque seguacuten relacioacuten de masa de torta huacutemeda a seca = 159 MwMC = 159 059middot MC [lbs] de agua Agua filtrada seguacuten capacidad maacutexima de filtracioacuten C = 00019 [ft3s] Cmiddotρ =00019middot624 = 012 [lbs] de agua Agua ingresa = Agua retenida + Agua filtrada 619middotMC = 059middotMC + 012 MC = 00207 [lb de CaCO3 secos] = 747 [lb de CaCO3 secohora]

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5 Una filtracioacuten se lleva a cabo por 10 minutos a flujo constante en un filtro de hoja y despueacutes continua a presioacuten constante Esta presioacuten es la que se alcanza al final del periacuteodo a flujo constante Si un cuarto del volumen de filtrado se recolecta durante el periacuteodo a flujo constante cuaacutel es el tiempo total de filtracioacuten Asumir que el queque es incompresible y que la resistencia del medio filtrante es despreciable

Ecuacioacuten de filtracioacuten si la resistencia del medio filtrante es despreciable

dtdVf = k1sdotVf

Donde ( ) ( )21cf

s

ApC

ksdot∆

sdotsdot=

microα

Filtracioacuten a Q (flujo) constante Dado que para t = 10 minutos V = 025middotVT (filtrado recolectado total) Para filtracioacuten a flujo constante dtdVf = 1Q = constante = tV Q = Vt = 025middotVT10 = 0025middotVT Para α Cs micro y Ac fijos k1 = k1rsquo∆Pf y k1rsquo = k1middot∆Pf ∆pf = k1rsquomiddotQ2middott = k1middot∆Pfmiddot(0025middotVT)2middot10 k1 = 1(000625middotVT2) vaacutelida a ∆pf final alcanzado (t = 10 minutos) Filtracioacuten a ∆pf constante

dtdVf = k1sdotVf dt = k1sdotVfmiddotdVf

Integrando entre los liacutemites t = 0 Vf = 025middotVT t = t Vf = VT t = (k12)middot(VT2 ndash (025middotVT)2) = (k1middotVT22)middot(1 ndash (025)2) t = ((1(000625middotVT2))middotVT22)middot(1 ndash (025)2) = (100125)middot(1 ndash 00625) = 75 minutos Tiempo de filtracioacuten total = 10 + 75 = 85 [min]

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PROPUESTOS

1 La ecuacioacuten caracteriacutestica de filtracioacuten a una presioacuten de trabajo constante de 30 [psi] es

dtdVf = 7times10-5 Vf

donde t se da en [s] ∆pF en [psi] y V en [litros] La resistencia especiacutefica de la torta estaacute dada por la expresioacuten α = α0sdot(∆pF)04 iquestCuaacutento tiempo se tardaraacute en alcanzar 25 [psi] si la filtracioacuten procede a Q = 12 [litross] constante Respuesta t en [s]

Respuesta t = 889 asymp 89 [s]

2 En una operacioacuten de filtracioacuten de un soacutelido en agua que forma un queque

incompresible la ecuacioacuten que caracteriza el proceso (a [ ]psiPF 8=∆ ) es del tipo

21 kVkdVdt

FF

+=

donde VF estaacute en [ft3] k1 = 200 [sft6] y k2 es despreciable Si la filtracioacuten se lleva a cabo en forma discontinua estimar el tiempo de lavado a [ ]psiP 10=∆ (con agua pura (Vlav = 1 ft3) si durante la etapa de filtracioacuten se recolecta un volumen de filtrado VF = 4 ft3 Respuesta t en [min]

Respuesta tlavado = 107 [min]

3 Filtracioacuten a caudal constante y torta incompresible La ecuacioacuten a presioacuten

constante de filtracioacuten de 387 psi es

dtdVF = 610middot10-5middotVF + 001

donde t se da en [s] ∆p en [psi] y V en litros La resistencia especiacutefica de la torta es independiente de la presioacuten iquestCuaacutento tiempo se necesitaraacute para llegar a 50 [psia] cuando la filtracioacuten procede a una velocidad constante de 10 [ls]

Respuesta t = 195 [s]

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4 En una experiencia de filtracioacuten de una pulpa mineral a escala de laboratorio trabajando con un ∆pF = 8 [psig] constante se obtuvo la siguiente informacioacuten

Caudal filtrado Volumen filtrado

Q [ft3s] VF [ft3] 00133 0375 00043 1175 00025 2000

Determine la capacidad maacutexima de filtracioacuten en [ft3min] operando con un filtro discontinuo a la misma presioacuten o ∆pF = 8 [psig] si se requiere de 15 [min] para el lavado descarga limpieza y montaje del equipo como parte del ciclo de operacioacuten

Respuesta C = 01 [ft3min]

5 Se desea utilizar un filtro prensa para recuperar Carbonato de Calcio

precipitado desde una suspensioacuten acuosa al 14 en peso Para ello se han realizado previamente pruebas a escala laboratorio obtenieacutendose la siguiente informacioacuten bull La resistencia especiacutefica media de la torta es independiente de la

presioacuten de operacioacuten del filtro bull La humedad base seca de la torta resultoacute ser igual a 281 y 223

para caiacutedas de presioacuten menores y mayores a 15 psi respectivamente bull Los datos experimentales del tiempo de filtracioacuten en funcioacuten de

volumen de filtrado para las pruebas realizadas a caiacuteda de presioacuten constante de 15 psi se ajustaron seguacuten la siguiente correlacioacuten

Donde θ [s] y V [pie3] El aacuterea filtrante del equipo seleccionado es cien veces superior a la del filtro de laboratorio y posee las siguientes caracteriacutesticas Filtro prensa de placas y marcos con descarga de torta semiautomaacutetica que tiene 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor Estaacute implementado para filtrar a caiacuteda de presioacuten constante de 30 psi La descarga de la torta y reensamble del filtro demora 15 minutos iquestCuaacutel seriacutea la capacidad maacutexima de Carbonato de Calcio con este filtro ρ carbonato = 2711 [kgm3] ρ agua = 1000 [kgm3]

Respuesta MC = 195 [lbmmin] carbonato de calcio recuperado

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6 Ensayos de filtracioacuten de laboratorio con una pulpa han entregado los siguientes datos

bull α = 47middot109middot(∆p)03 bull MwMC = 167 bull ρS = 4000 kgm3 bull ρL

= 1000 kgm3 bull micro = 10-3 kgmmiddots bull Resistencia del medio filtrante despreciable

iquestQueacute filtro de tambor se requeririacutea para tratar 05 m3min si la pulpa de alimentacioacuten tiene una concentracioacuten de 350 kgm3 Asumiendo una descarga de cuchilla el espesor miacutenimo de descarga es de 6 mm

Respuesta AD = 335040 = 838 cong 84 m2 3 filtros de tambor L = 32 m y D = 3 m A = 905 cong 91 m2

7 Filtracioacuten a presioacuten constante y lavado en un filtro de hojas Se usoacute un filtro

prensa experimental con aacuterea de 00414 m2 para filtrar una suspensioacuten acuosa de BaCO3 a presioacuten de 267 kPa (387 [psia]) La ecuacioacuten de filtracioacuten que se obtuvo fue

dtdVF = 1025middot106middotVF + 34middot103

Donde t se da en [s] y V en [m3] a) Usando la misma suspensioacuten e iguales condiciones en un filtro de hojas

con aacuterea de 697 m2 iquestcuaacutento tiempo se necesitaraacute para obtener 100 m3 de filtrado

b) Despueacutes de la filtracioacuten la torta se lava con 01 m3 de agua Calcule el tiempo de lavado Asuma como estimacioacuten velocidad de lavado Qlavado como frac14 la velocidad final de filtracioacuten Qfinal

tfiltracioacuten = 181 [s] Respuestas tlavado = 145 [s]

8 Una filtracioacuten semicontinua a presioacuten constante se ha caracterizado seguacuten

dtdVf = k1sdotVf + k2

Donde k1 = 10 [minm6] k2 = 1 [minm3] Si se opera a una presioacuten constante superior en un 30 con la que se

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caracterizoacute la filtracioacuten y a una capacidad maacutexima del filtro de 015 [m3min] determinar a) Volumen oacuteptimo de filtrado b) Tiempo del ciclo c) Tiempo de filtracioacuten d) Tiempo maacuteximo que se puede ocupar en las operaciones de descarga

lavado montaje etc

a) VF = 077 [m3] b) tciclo = 511 [min] c) tF = 285 [min] Respuestas

d) Σtm = 226 [min]

9 Un filtro prensa (con resistencia del medio filtrante despreciable) posee 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor se emplea para la filtracioacuten de un queque incompresible de acuerdo a unas condiciones de operacioacuten dadas si se agregan 5 marcos iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten

a) Disminuye al 56 b) Disminuye al 75 c) No cambia d) Diferente a las anteriores

Respuesta Alternativa a

10 En la filtracioacuten a escala de laboratorio de un queque incompresible si la

presioacuten de operacioacuten disminuye en un 30 iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten Asuma resistencia del medio filtrante despreciable

a Aumenta 428 b Aumenta 30 c Aumenta 248 d Diferente de las anteriores

Respuesta Alternativa a

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5 Una filtracioacuten se lleva a cabo por 10 minutos a flujo constante en un filtro de hoja y despueacutes continua a presioacuten constante Esta presioacuten es la que se alcanza al final del periacuteodo a flujo constante Si un cuarto del volumen de filtrado se recolecta durante el periacuteodo a flujo constante cuaacutel es el tiempo total de filtracioacuten Asumir que el queque es incompresible y que la resistencia del medio filtrante es despreciable

Ecuacioacuten de filtracioacuten si la resistencia del medio filtrante es despreciable

dtdVf = k1sdotVf

Donde ( ) ( )21cf

s

ApC

ksdot∆

sdotsdot=

microα

Filtracioacuten a Q (flujo) constante Dado que para t = 10 minutos V = 025middotVT (filtrado recolectado total) Para filtracioacuten a flujo constante dtdVf = 1Q = constante = tV Q = Vt = 025middotVT10 = 0025middotVT Para α Cs micro y Ac fijos k1 = k1rsquo∆Pf y k1rsquo = k1middot∆Pf ∆pf = k1rsquomiddotQ2middott = k1middot∆Pfmiddot(0025middotVT)2middot10 k1 = 1(000625middotVT2) vaacutelida a ∆pf final alcanzado (t = 10 minutos) Filtracioacuten a ∆pf constante

dtdVf = k1sdotVf dt = k1sdotVfmiddotdVf

Integrando entre los liacutemites t = 0 Vf = 025middotVT t = t Vf = VT t = (k12)middot(VT2 ndash (025middotVT)2) = (k1middotVT22)middot(1 ndash (025)2) t = ((1(000625middotVT2))middotVT22)middot(1 ndash (025)2) = (100125)middot(1 ndash 00625) = 75 minutos Tiempo de filtracioacuten total = 10 + 75 = 85 [min]

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PROPUESTOS

1 La ecuacioacuten caracteriacutestica de filtracioacuten a una presioacuten de trabajo constante de 30 [psi] es

dtdVf = 7times10-5 Vf

donde t se da en [s] ∆pF en [psi] y V en [litros] La resistencia especiacutefica de la torta estaacute dada por la expresioacuten α = α0sdot(∆pF)04 iquestCuaacutento tiempo se tardaraacute en alcanzar 25 [psi] si la filtracioacuten procede a Q = 12 [litross] constante Respuesta t en [s]

Respuesta t = 889 asymp 89 [s]

2 En una operacioacuten de filtracioacuten de un soacutelido en agua que forma un queque

incompresible la ecuacioacuten que caracteriza el proceso (a [ ]psiPF 8=∆ ) es del tipo

21 kVkdVdt

FF

+=

donde VF estaacute en [ft3] k1 = 200 [sft6] y k2 es despreciable Si la filtracioacuten se lleva a cabo en forma discontinua estimar el tiempo de lavado a [ ]psiP 10=∆ (con agua pura (Vlav = 1 ft3) si durante la etapa de filtracioacuten se recolecta un volumen de filtrado VF = 4 ft3 Respuesta t en [min]

Respuesta tlavado = 107 [min]

3 Filtracioacuten a caudal constante y torta incompresible La ecuacioacuten a presioacuten

constante de filtracioacuten de 387 psi es

dtdVF = 610middot10-5middotVF + 001

donde t se da en [s] ∆p en [psi] y V en litros La resistencia especiacutefica de la torta es independiente de la presioacuten iquestCuaacutento tiempo se necesitaraacute para llegar a 50 [psia] cuando la filtracioacuten procede a una velocidad constante de 10 [ls]

Respuesta t = 195 [s]

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4 En una experiencia de filtracioacuten de una pulpa mineral a escala de laboratorio trabajando con un ∆pF = 8 [psig] constante se obtuvo la siguiente informacioacuten

Caudal filtrado Volumen filtrado

Q [ft3s] VF [ft3] 00133 0375 00043 1175 00025 2000

Determine la capacidad maacutexima de filtracioacuten en [ft3min] operando con un filtro discontinuo a la misma presioacuten o ∆pF = 8 [psig] si se requiere de 15 [min] para el lavado descarga limpieza y montaje del equipo como parte del ciclo de operacioacuten

Respuesta C = 01 [ft3min]

5 Se desea utilizar un filtro prensa para recuperar Carbonato de Calcio

precipitado desde una suspensioacuten acuosa al 14 en peso Para ello se han realizado previamente pruebas a escala laboratorio obtenieacutendose la siguiente informacioacuten bull La resistencia especiacutefica media de la torta es independiente de la

presioacuten de operacioacuten del filtro bull La humedad base seca de la torta resultoacute ser igual a 281 y 223

para caiacutedas de presioacuten menores y mayores a 15 psi respectivamente bull Los datos experimentales del tiempo de filtracioacuten en funcioacuten de

volumen de filtrado para las pruebas realizadas a caiacuteda de presioacuten constante de 15 psi se ajustaron seguacuten la siguiente correlacioacuten

Donde θ [s] y V [pie3] El aacuterea filtrante del equipo seleccionado es cien veces superior a la del filtro de laboratorio y posee las siguientes caracteriacutesticas Filtro prensa de placas y marcos con descarga de torta semiautomaacutetica que tiene 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor Estaacute implementado para filtrar a caiacuteda de presioacuten constante de 30 psi La descarga de la torta y reensamble del filtro demora 15 minutos iquestCuaacutel seriacutea la capacidad maacutexima de Carbonato de Calcio con este filtro ρ carbonato = 2711 [kgm3] ρ agua = 1000 [kgm3]

Respuesta MC = 195 [lbmmin] carbonato de calcio recuperado

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6 Ensayos de filtracioacuten de laboratorio con una pulpa han entregado los siguientes datos

bull α = 47middot109middot(∆p)03 bull MwMC = 167 bull ρS = 4000 kgm3 bull ρL

= 1000 kgm3 bull micro = 10-3 kgmmiddots bull Resistencia del medio filtrante despreciable

iquestQueacute filtro de tambor se requeririacutea para tratar 05 m3min si la pulpa de alimentacioacuten tiene una concentracioacuten de 350 kgm3 Asumiendo una descarga de cuchilla el espesor miacutenimo de descarga es de 6 mm

Respuesta AD = 335040 = 838 cong 84 m2 3 filtros de tambor L = 32 m y D = 3 m A = 905 cong 91 m2

7 Filtracioacuten a presioacuten constante y lavado en un filtro de hojas Se usoacute un filtro

prensa experimental con aacuterea de 00414 m2 para filtrar una suspensioacuten acuosa de BaCO3 a presioacuten de 267 kPa (387 [psia]) La ecuacioacuten de filtracioacuten que se obtuvo fue

dtdVF = 1025middot106middotVF + 34middot103

Donde t se da en [s] y V en [m3] a) Usando la misma suspensioacuten e iguales condiciones en un filtro de hojas

con aacuterea de 697 m2 iquestcuaacutento tiempo se necesitaraacute para obtener 100 m3 de filtrado

b) Despueacutes de la filtracioacuten la torta se lava con 01 m3 de agua Calcule el tiempo de lavado Asuma como estimacioacuten velocidad de lavado Qlavado como frac14 la velocidad final de filtracioacuten Qfinal

tfiltracioacuten = 181 [s] Respuestas tlavado = 145 [s]

8 Una filtracioacuten semicontinua a presioacuten constante se ha caracterizado seguacuten

dtdVf = k1sdotVf + k2

Donde k1 = 10 [minm6] k2 = 1 [minm3] Si se opera a una presioacuten constante superior en un 30 con la que se

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caracterizoacute la filtracioacuten y a una capacidad maacutexima del filtro de 015 [m3min] determinar a) Volumen oacuteptimo de filtrado b) Tiempo del ciclo c) Tiempo de filtracioacuten d) Tiempo maacuteximo que se puede ocupar en las operaciones de descarga

lavado montaje etc

a) VF = 077 [m3] b) tciclo = 511 [min] c) tF = 285 [min] Respuestas

d) Σtm = 226 [min]

9 Un filtro prensa (con resistencia del medio filtrante despreciable) posee 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor se emplea para la filtracioacuten de un queque incompresible de acuerdo a unas condiciones de operacioacuten dadas si se agregan 5 marcos iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten

a) Disminuye al 56 b) Disminuye al 75 c) No cambia d) Diferente a las anteriores

Respuesta Alternativa a

10 En la filtracioacuten a escala de laboratorio de un queque incompresible si la

presioacuten de operacioacuten disminuye en un 30 iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten Asuma resistencia del medio filtrante despreciable

a Aumenta 428 b Aumenta 30 c Aumenta 248 d Diferente de las anteriores

Respuesta Alternativa a

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PROPUESTOS

1 La ecuacioacuten caracteriacutestica de filtracioacuten a una presioacuten de trabajo constante de 30 [psi] es

dtdVf = 7times10-5 Vf

donde t se da en [s] ∆pF en [psi] y V en [litros] La resistencia especiacutefica de la torta estaacute dada por la expresioacuten α = α0sdot(∆pF)04 iquestCuaacutento tiempo se tardaraacute en alcanzar 25 [psi] si la filtracioacuten procede a Q = 12 [litross] constante Respuesta t en [s]

Respuesta t = 889 asymp 89 [s]

2 En una operacioacuten de filtracioacuten de un soacutelido en agua que forma un queque

incompresible la ecuacioacuten que caracteriza el proceso (a [ ]psiPF 8=∆ ) es del tipo

21 kVkdVdt

FF

+=

donde VF estaacute en [ft3] k1 = 200 [sft6] y k2 es despreciable Si la filtracioacuten se lleva a cabo en forma discontinua estimar el tiempo de lavado a [ ]psiP 10=∆ (con agua pura (Vlav = 1 ft3) si durante la etapa de filtracioacuten se recolecta un volumen de filtrado VF = 4 ft3 Respuesta t en [min]

Respuesta tlavado = 107 [min]

3 Filtracioacuten a caudal constante y torta incompresible La ecuacioacuten a presioacuten

constante de filtracioacuten de 387 psi es

dtdVF = 610middot10-5middotVF + 001

donde t se da en [s] ∆p en [psi] y V en litros La resistencia especiacutefica de la torta es independiente de la presioacuten iquestCuaacutento tiempo se necesitaraacute para llegar a 50 [psia] cuando la filtracioacuten procede a una velocidad constante de 10 [ls]

Respuesta t = 195 [s]

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4 En una experiencia de filtracioacuten de una pulpa mineral a escala de laboratorio trabajando con un ∆pF = 8 [psig] constante se obtuvo la siguiente informacioacuten

Caudal filtrado Volumen filtrado

Q [ft3s] VF [ft3] 00133 0375 00043 1175 00025 2000

Determine la capacidad maacutexima de filtracioacuten en [ft3min] operando con un filtro discontinuo a la misma presioacuten o ∆pF = 8 [psig] si se requiere de 15 [min] para el lavado descarga limpieza y montaje del equipo como parte del ciclo de operacioacuten

Respuesta C = 01 [ft3min]

5 Se desea utilizar un filtro prensa para recuperar Carbonato de Calcio

precipitado desde una suspensioacuten acuosa al 14 en peso Para ello se han realizado previamente pruebas a escala laboratorio obtenieacutendose la siguiente informacioacuten bull La resistencia especiacutefica media de la torta es independiente de la

presioacuten de operacioacuten del filtro bull La humedad base seca de la torta resultoacute ser igual a 281 y 223

para caiacutedas de presioacuten menores y mayores a 15 psi respectivamente bull Los datos experimentales del tiempo de filtracioacuten en funcioacuten de

volumen de filtrado para las pruebas realizadas a caiacuteda de presioacuten constante de 15 psi se ajustaron seguacuten la siguiente correlacioacuten

Donde θ [s] y V [pie3] El aacuterea filtrante del equipo seleccionado es cien veces superior a la del filtro de laboratorio y posee las siguientes caracteriacutesticas Filtro prensa de placas y marcos con descarga de torta semiautomaacutetica que tiene 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor Estaacute implementado para filtrar a caiacuteda de presioacuten constante de 30 psi La descarga de la torta y reensamble del filtro demora 15 minutos iquestCuaacutel seriacutea la capacidad maacutexima de Carbonato de Calcio con este filtro ρ carbonato = 2711 [kgm3] ρ agua = 1000 [kgm3]

Respuesta MC = 195 [lbmmin] carbonato de calcio recuperado

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6 Ensayos de filtracioacuten de laboratorio con una pulpa han entregado los siguientes datos

bull α = 47middot109middot(∆p)03 bull MwMC = 167 bull ρS = 4000 kgm3 bull ρL

= 1000 kgm3 bull micro = 10-3 kgmmiddots bull Resistencia del medio filtrante despreciable

iquestQueacute filtro de tambor se requeririacutea para tratar 05 m3min si la pulpa de alimentacioacuten tiene una concentracioacuten de 350 kgm3 Asumiendo una descarga de cuchilla el espesor miacutenimo de descarga es de 6 mm

Respuesta AD = 335040 = 838 cong 84 m2 3 filtros de tambor L = 32 m y D = 3 m A = 905 cong 91 m2

7 Filtracioacuten a presioacuten constante y lavado en un filtro de hojas Se usoacute un filtro

prensa experimental con aacuterea de 00414 m2 para filtrar una suspensioacuten acuosa de BaCO3 a presioacuten de 267 kPa (387 [psia]) La ecuacioacuten de filtracioacuten que se obtuvo fue

dtdVF = 1025middot106middotVF + 34middot103

Donde t se da en [s] y V en [m3] a) Usando la misma suspensioacuten e iguales condiciones en un filtro de hojas

con aacuterea de 697 m2 iquestcuaacutento tiempo se necesitaraacute para obtener 100 m3 de filtrado

b) Despueacutes de la filtracioacuten la torta se lava con 01 m3 de agua Calcule el tiempo de lavado Asuma como estimacioacuten velocidad de lavado Qlavado como frac14 la velocidad final de filtracioacuten Qfinal

tfiltracioacuten = 181 [s] Respuestas tlavado = 145 [s]

8 Una filtracioacuten semicontinua a presioacuten constante se ha caracterizado seguacuten

dtdVf = k1sdotVf + k2

Donde k1 = 10 [minm6] k2 = 1 [minm3] Si se opera a una presioacuten constante superior en un 30 con la que se

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caracterizoacute la filtracioacuten y a una capacidad maacutexima del filtro de 015 [m3min] determinar a) Volumen oacuteptimo de filtrado b) Tiempo del ciclo c) Tiempo de filtracioacuten d) Tiempo maacuteximo que se puede ocupar en las operaciones de descarga

lavado montaje etc

a) VF = 077 [m3] b) tciclo = 511 [min] c) tF = 285 [min] Respuestas

d) Σtm = 226 [min]

9 Un filtro prensa (con resistencia del medio filtrante despreciable) posee 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor se emplea para la filtracioacuten de un queque incompresible de acuerdo a unas condiciones de operacioacuten dadas si se agregan 5 marcos iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten

a) Disminuye al 56 b) Disminuye al 75 c) No cambia d) Diferente a las anteriores

Respuesta Alternativa a

10 En la filtracioacuten a escala de laboratorio de un queque incompresible si la

presioacuten de operacioacuten disminuye en un 30 iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten Asuma resistencia del medio filtrante despreciable

a Aumenta 428 b Aumenta 30 c Aumenta 248 d Diferente de las anteriores

Respuesta Alternativa a

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4 En una experiencia de filtracioacuten de una pulpa mineral a escala de laboratorio trabajando con un ∆pF = 8 [psig] constante se obtuvo la siguiente informacioacuten

Caudal filtrado Volumen filtrado

Q [ft3s] VF [ft3] 00133 0375 00043 1175 00025 2000

Determine la capacidad maacutexima de filtracioacuten en [ft3min] operando con un filtro discontinuo a la misma presioacuten o ∆pF = 8 [psig] si se requiere de 15 [min] para el lavado descarga limpieza y montaje del equipo como parte del ciclo de operacioacuten

Respuesta C = 01 [ft3min]

5 Se desea utilizar un filtro prensa para recuperar Carbonato de Calcio

precipitado desde una suspensioacuten acuosa al 14 en peso Para ello se han realizado previamente pruebas a escala laboratorio obtenieacutendose la siguiente informacioacuten bull La resistencia especiacutefica media de la torta es independiente de la

presioacuten de operacioacuten del filtro bull La humedad base seca de la torta resultoacute ser igual a 281 y 223

para caiacutedas de presioacuten menores y mayores a 15 psi respectivamente bull Los datos experimentales del tiempo de filtracioacuten en funcioacuten de

volumen de filtrado para las pruebas realizadas a caiacuteda de presioacuten constante de 15 psi se ajustaron seguacuten la siguiente correlacioacuten

Donde θ [s] y V [pie3] El aacuterea filtrante del equipo seleccionado es cien veces superior a la del filtro de laboratorio y posee las siguientes caracteriacutesticas Filtro prensa de placas y marcos con descarga de torta semiautomaacutetica que tiene 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor Estaacute implementado para filtrar a caiacuteda de presioacuten constante de 30 psi La descarga de la torta y reensamble del filtro demora 15 minutos iquestCuaacutel seriacutea la capacidad maacutexima de Carbonato de Calcio con este filtro ρ carbonato = 2711 [kgm3] ρ agua = 1000 [kgm3]

Respuesta MC = 195 [lbmmin] carbonato de calcio recuperado

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6 Ensayos de filtracioacuten de laboratorio con una pulpa han entregado los siguientes datos

bull α = 47middot109middot(∆p)03 bull MwMC = 167 bull ρS = 4000 kgm3 bull ρL

= 1000 kgm3 bull micro = 10-3 kgmmiddots bull Resistencia del medio filtrante despreciable

iquestQueacute filtro de tambor se requeririacutea para tratar 05 m3min si la pulpa de alimentacioacuten tiene una concentracioacuten de 350 kgm3 Asumiendo una descarga de cuchilla el espesor miacutenimo de descarga es de 6 mm

Respuesta AD = 335040 = 838 cong 84 m2 3 filtros de tambor L = 32 m y D = 3 m A = 905 cong 91 m2

7 Filtracioacuten a presioacuten constante y lavado en un filtro de hojas Se usoacute un filtro

prensa experimental con aacuterea de 00414 m2 para filtrar una suspensioacuten acuosa de BaCO3 a presioacuten de 267 kPa (387 [psia]) La ecuacioacuten de filtracioacuten que se obtuvo fue

dtdVF = 1025middot106middotVF + 34middot103

Donde t se da en [s] y V en [m3] a) Usando la misma suspensioacuten e iguales condiciones en un filtro de hojas

con aacuterea de 697 m2 iquestcuaacutento tiempo se necesitaraacute para obtener 100 m3 de filtrado

b) Despueacutes de la filtracioacuten la torta se lava con 01 m3 de agua Calcule el tiempo de lavado Asuma como estimacioacuten velocidad de lavado Qlavado como frac14 la velocidad final de filtracioacuten Qfinal

tfiltracioacuten = 181 [s] Respuestas tlavado = 145 [s]

8 Una filtracioacuten semicontinua a presioacuten constante se ha caracterizado seguacuten

dtdVf = k1sdotVf + k2

Donde k1 = 10 [minm6] k2 = 1 [minm3] Si se opera a una presioacuten constante superior en un 30 con la que se

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caracterizoacute la filtracioacuten y a una capacidad maacutexima del filtro de 015 [m3min] determinar a) Volumen oacuteptimo de filtrado b) Tiempo del ciclo c) Tiempo de filtracioacuten d) Tiempo maacuteximo que se puede ocupar en las operaciones de descarga

lavado montaje etc

a) VF = 077 [m3] b) tciclo = 511 [min] c) tF = 285 [min] Respuestas

d) Σtm = 226 [min]

9 Un filtro prensa (con resistencia del medio filtrante despreciable) posee 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor se emplea para la filtracioacuten de un queque incompresible de acuerdo a unas condiciones de operacioacuten dadas si se agregan 5 marcos iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten

a) Disminuye al 56 b) Disminuye al 75 c) No cambia d) Diferente a las anteriores

Respuesta Alternativa a

10 En la filtracioacuten a escala de laboratorio de un queque incompresible si la

presioacuten de operacioacuten disminuye en un 30 iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten Asuma resistencia del medio filtrante despreciable

a Aumenta 428 b Aumenta 30 c Aumenta 248 d Diferente de las anteriores

Respuesta Alternativa a

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6 Ensayos de filtracioacuten de laboratorio con una pulpa han entregado los siguientes datos

bull α = 47middot109middot(∆p)03 bull MwMC = 167 bull ρS = 4000 kgm3 bull ρL

= 1000 kgm3 bull micro = 10-3 kgmmiddots bull Resistencia del medio filtrante despreciable

iquestQueacute filtro de tambor se requeririacutea para tratar 05 m3min si la pulpa de alimentacioacuten tiene una concentracioacuten de 350 kgm3 Asumiendo una descarga de cuchilla el espesor miacutenimo de descarga es de 6 mm

Respuesta AD = 335040 = 838 cong 84 m2 3 filtros de tambor L = 32 m y D = 3 m A = 905 cong 91 m2

7 Filtracioacuten a presioacuten constante y lavado en un filtro de hojas Se usoacute un filtro

prensa experimental con aacuterea de 00414 m2 para filtrar una suspensioacuten acuosa de BaCO3 a presioacuten de 267 kPa (387 [psia]) La ecuacioacuten de filtracioacuten que se obtuvo fue

dtdVF = 1025middot106middotVF + 34middot103

Donde t se da en [s] y V en [m3] a) Usando la misma suspensioacuten e iguales condiciones en un filtro de hojas

con aacuterea de 697 m2 iquestcuaacutento tiempo se necesitaraacute para obtener 100 m3 de filtrado

b) Despueacutes de la filtracioacuten la torta se lava con 01 m3 de agua Calcule el tiempo de lavado Asuma como estimacioacuten velocidad de lavado Qlavado como frac14 la velocidad final de filtracioacuten Qfinal

tfiltracioacuten = 181 [s] Respuestas tlavado = 145 [s]

8 Una filtracioacuten semicontinua a presioacuten constante se ha caracterizado seguacuten

dtdVf = k1sdotVf + k2

Donde k1 = 10 [minm6] k2 = 1 [minm3] Si se opera a una presioacuten constante superior en un 30 con la que se

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caracterizoacute la filtracioacuten y a una capacidad maacutexima del filtro de 015 [m3min] determinar a) Volumen oacuteptimo de filtrado b) Tiempo del ciclo c) Tiempo de filtracioacuten d) Tiempo maacuteximo que se puede ocupar en las operaciones de descarga

lavado montaje etc

a) VF = 077 [m3] b) tciclo = 511 [min] c) tF = 285 [min] Respuestas

d) Σtm = 226 [min]

9 Un filtro prensa (con resistencia del medio filtrante despreciable) posee 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor se emplea para la filtracioacuten de un queque incompresible de acuerdo a unas condiciones de operacioacuten dadas si se agregan 5 marcos iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten

a) Disminuye al 56 b) Disminuye al 75 c) No cambia d) Diferente a las anteriores

Respuesta Alternativa a

10 En la filtracioacuten a escala de laboratorio de un queque incompresible si la

presioacuten de operacioacuten disminuye en un 30 iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten Asuma resistencia del medio filtrante despreciable

a Aumenta 428 b Aumenta 30 c Aumenta 248 d Diferente de las anteriores

Respuesta Alternativa a

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caracterizoacute la filtracioacuten y a una capacidad maacutexima del filtro de 015 [m3min] determinar a) Volumen oacuteptimo de filtrado b) Tiempo del ciclo c) Tiempo de filtracioacuten d) Tiempo maacuteximo que se puede ocupar en las operaciones de descarga

lavado montaje etc

a) VF = 077 [m3] b) tciclo = 511 [min] c) tF = 285 [min] Respuestas

d) Σtm = 226 [min]

9 Un filtro prensa (con resistencia del medio filtrante despreciable) posee 15 marcos de 2pie x 2pie y 2 pulgadas de espesor se emplea para la filtracioacuten de un queque incompresible de acuerdo a unas condiciones de operacioacuten dadas si se agregan 5 marcos iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten

a) Disminuye al 56 b) Disminuye al 75 c) No cambia d) Diferente a las anteriores

Respuesta Alternativa a

10 En la filtracioacuten a escala de laboratorio de un queque incompresible si la

presioacuten de operacioacuten disminuye en un 30 iquestqueacute pasa con el tiempo de filtracioacuten Asuma resistencia del medio filtrante despreciable

a Aumenta 428 b Aumenta 30 c Aumenta 248 d Diferente de las anteriores

Respuesta Alternativa a