Filtros Prensa

TEORIA DE LA MICROFILTRACIÓN: Las separaciones mecánicas se agrupan en cuatro categorías diferentes: sedimentación, centrifugación, filtración y tamizado. La forma de separación depende de la naturaleza de la partícula que vaya a ser separada y de las fuerzas que actúan sobre ella para separarlas. Las características de las partículas más importantes a tener en cuenta son el tamaño, la forma y la densidad y en el caso de fluidos, la viscosidad y la densidad. El comportamiento de los diferentes componentes a las fuerzas establece el movimiento relativo entre el fluido y las partículas y entre las partículas de diferente naturaleza. Debido a estos movimientos relativos, las partículas y el fluido se acumulan en distintas regiones y pueden separarse y recogerse, por ejemplo, en la torta y en el tanque de filtrado de un filtro prensa.

Foto de la placa de un filtro prensa

La teoría de microfiltración es valiosa para interpretar análisis de laboratorios, buscar condiciones óptimas de filtración y predecir los efectos de los cambios en las condiciones operacionales. El empleo de esta teoría esta limitado por el hecho de que las características de filtración se deben determinar siempre en la lechada real de que se trate, puesto que los datos obtenidos con una lechada no son aplicables a otra. Al comparar la filtración a nivel industrial, ésta difiere de la del laboratorio en el volumen de material manejado y en la necesidad de manejarlo a bajo costo. Para obtener un gasto razonable con un filtro de tamaño moderado, se puede incrementar la caída de presión del flujo o disminuir la resistencia del mismo. Para reducir la resistencia al flujo, el área de filtrado se hace tan grande como sea posible, sin aumentar el tamaño total del equipo o aparato de filtración. La selección del equipo de filtrado depende, en gran medida, de la economía. Al aplicar la teoría de filtración a la interpretación de datos, las ecuaciones obtenidas son útiles para predecir los efectos de un cambio en cualquier variable, si se determinan las constantes a partir de datos tomados de la lechada en cuestión.

Proceso de filtración

La filtración es la separación de una mezcla de sólidos y fluidos que incluye el paso de la mayor parte del fluido a través de un medio poroso, que retiene la mayor parte de la partículas sólidas contenidas en la mezcla. El medio filtrante es la barrera que permite que pase el líquido, mientras retiene la mayor parte de los sólidos, los cuales se acumulan en una capa sobre la superficie o filtro (torta de filtración) por lo que el fluido pasará a través del lecho de sólidos y la membrana de retención. Termodinámicamente, un filtro es un sistema de flujo. Por medio de unA diferencia de presión aplicada entre la entrada de la suspensión y la salida del filtrado, la suspensión circula a través del aparato, en el cual se depositan los sólidos presentes en el flujo, formando un lecho de partículas, por el que debe seguir circulando la suspensión a filtrar.

El filtrado pasa a través de tres clases de resistencia en serie: 1. Las resistencias de los canales que llevan la suspensión hasta la cara anterior de la torta y el filtrado desde que sale del medio filtrante. 2. La resistencia correspondiente a la torta. 3. La resistencia correspondiente al medio filtrante.

Con respecto a la distribución de la caída global de presión, se observa que por ser éste un flujo en serie, la diferencia de presión total en el filtro puede igualarse a la suma de las diferencias de presión individuales. En un filtro bien diseñado, las resistencias de las conexiones de entrada y salida son pequeñas y pueden despreciarse en comparación con la resistencia de la torta y del medio filtrante. Al incrustarse las primeras partículas en las mallas del medio filtrante, se produce una resistencia adicional que afecta al flujo posterior.

TIPOS DE FILTRACIÓN

Filtración a presión constante

Para una suspensión determinada en un filtro dado, la variable principal que se puede controlar es la caída de presión, en la que si la diferencia de ésta es constante, la velocidad de flujo es máxima al comienzo de la filtración y disminuye continuamente hasta el final. Este método es llamado filtración a presión constante.

Filtración a velocidad constante

Al comienzo de la filtración, con frecuencia, la resistencia del filtro es grande comparada con la resistencia de la torta, ya que ésta es delgada. En estas circunstancias, la resistencia ofrecida al flujo es prácticamente constante, por lo que la filtración transcurre a velocidad casi constante. A través de relaciones matemáticas se puede obtener la cantidad de líquido que ha pasado por el filtro, la caída de presión necesaria para obtener cualquier velocidad de flujo deseada y además, determinar la resistencia de la torta de filtración.

Compresibilidad de la torta

En las tortas obtenidas por filtración, la resistencia específica de ésta varía con la caída de presión producida a medida que ésta se deposita. Esto se explica porque la torta se va haciendo más densa a medida que la presión se hace mayor y dispone por ello, de menos pasadizos con un tamaño menor para que pase el flujo. Este fenómeno se conoce como compresibilidad de la torta. Tortas muy compresibles serán aquellas que derivan de sustancias blandas y floculentas, en contraste con sustancias duras y granulares, como el azúcar y los cristales de sal, que se ven muy poco afectados por la presión (la velocidad es independiente de la presión).

Medios filtrantes

La resistencia del material del filtro y la de la capa preliminar de la torta, se combinan en una sola resistencia, que se conoce como resistencia del filtro y que se expresa en función de un espesor ficticio de torta de filtración. Este espesor se multiplica por la resistencia específica de la torta, obteniéndose así, el valor numérico de la resistencia del filtro. Ejemplos de medios filtrantes son: telas, tejidos de fibras, fieltro o fibras no tejidas, sólidos porosos o perforados, membranas poliméricas o sólidos particulados en forma de un lecho permeable. En relación a la resistencia que ofrece el medio de filtración, se sabe que la diferencia de presión y tal vez, la velocidad de flujo, lo afecten. Además, un medio filtrante viejo y usado tiene una resistencia mucho mayor que uno nuevo y limpio. Esta resistencia del medio es considerada constante, porque generalmente sólo es importante en los primeros instantes del proceso. De esta manera, puede ser determinada a partir de datos experimentales.

Filtros prensa (discontinuo de presión)

En éstos se coloca una tela o una malla sobre placas, de manera tal que sean los bordes los que soporten a la tela y al mismo tiempo, dejen debajo de la tela un área libre lo más grande posible para que pase el filtrado. Las placas se disponen generalmente en forma horizontal, aunque con mayor frecuencia cuelgan verticalmente, para así disponer de un área suficiente para la operación que se trate. Estas placas son varias y se encuentran apretadas por tornillos o una prensa hidráulica y se disponen en paralelo. Al circular la suspensión, la torta se forma en el lado más alejado de la placa, parte que se conoce con el nombre aguas arriba de la tela. En los primeros instantes de la filtración, la caída de presión en la tela es pequeña y el proceso ocurre a velocidad aproximadamente constante. A medida que transcurre el proceso y por tanto, crece la torta húmeda, el proceso transcurre a presión constante, situación que perdura en la mayor parte del ciclo de filtración. Una vez que el espacio disponible entre dos placas sucesivas se ha llenado con torta, es necesario desarmar la prensa y extraer la torta.

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