La
filtración de líquidos es un proceso necesario en muchas actividades de
ingeniería por varios motivos. Industria, agricultura, minería, petroquímica,…;
todos los sectores requieren manipular líquidos y en muchas ocasiones las
materias primas contienen impurezas que requieren ser retirados al comienzo del
proceso. Una vez que se mezclan líquidos para producir la lechada del del
proceso, el licor madre puede tener líquidos que deben extraerse. También pueden
formarse líquidos no deseados a partir de reacciones químicas en un proceso de
producción de líquidos. Todos estos procesos requieren incorporar elementos de
filtración.
Para
conseguir en cada caso aplicar el mecanismo adecuado los fabricantes de
sistemas de filtración han ido desarrollando a lo largo de muchos años las
técnicas que en cada caso proporcionan el sistema más efectivo. Para ello se
han ido diseñando sistemas de filtrado que aplican en cada caso la tecnología
más conveniente: Decantación, clarificación, asentamiento, coalescencia o
centrifugación. Para algunos procesos, una prefiltración gruesa preliminar con
filtros canasta o colador se usa para retirar la mayor parte de los sólidos
cristalinos, usando un medio de filtración relativamente abierto. Después de
realizar una filtración gruesa en la primera etapa se requiere un proceso de
filtración fino para producir el producto filtrado final.
En este
nuevo artículo destinado a explicar técnicas de mejora en procesos industriales
vamos a hablar de la selección, operación y forma de solucionar problemas en la
filtración de líquidos.
No es tan
fácil decidir la técnica de filtración más conveniente para cada proceso y es
por ello que los fabricantes de sistemas de filtración basan sus productos en
los resultados obtenidos en pruebas de laboratorio.
1) ENSAYOS DE
LABORATORIO
Los sólidos disueltos en líquidos no son
fáciles de valorar por lo que la única forma de determinar la técnica más
efectiva para su eliminación es verificar el comportamiento de los sistemas de
filtrado en ensayos realizados en laboratorio.
El
laboratorio permite determinar la naturaleza y propiedades de los sólidos, y la
facilidad o dificultad del proceso de filtración. El conocimiento de la
cantidad de sólidos y el tamaño de las partículas son factores necesarios para
especificar el medio de filtración, ayudas necesarias para la filtración, área
de filtración, espacio cake necesario y técnica de descarga cake. Los datos
experimentales reunidos en el laboratorio son también necesarios para el
sistema de filtración necesario para producción.
Ensayos preliminares
Para diseñar
un sistema de filtración en un proceso, en primer lugar necesitamos obtener
muestras del fluido de proceso actual. Una vez esta muestra está disponible, la
haremos pasar por una pequeña centrifugadora para determinar la cantidad de
sólidos suspendidos. Seguidamente examinaremos la naturaleza de estos sólidos
porque en gran medida afectará al proceso de filtración. Los sólidos que son
cristalinos se filtrarán con relativa facilidad, pero los sólidos amorfos o
gelatinosos son más difíciles de separar, requiriendo técnicas más complejas.
Además de la
inspección visual, siempre se recomienda un análisis del tamaño de las
partículas para determinar el porcentaje de sólidos y la distribución del
tamaño de las partículas.
Procedimientos de laboratorio
Las
estaciones de ensayo en los laboratorios se usan para establecer la
filtrabilidad del producto en cuestión y para calcular el área del filtro y el
espesor y peso del cartucho del filtro. El ensayo de filtrado también establece
la presión de filtrado del proceso y la presión de aire requerida para derribar
el filtro para quitar todo el líquido del tanque del filtro.
El área de
filtrado del filtro de laboratorio se establece antes del ensayo. El filtro del
laboratorio debe tener dispositivos de medición de presión para medir las
presiones de descarga y alimentación. Se usa una pequeña bomba para alimentar
el líquido de proceso en el filtro. En ausencia de una bomba, se usa aire o
nitrógeno para empujar el líquido a través del filtro.
Los datos de
los ensayos se usan en las siguientes fórmulas para calcular los requerimientos
de dimensionado de filtrado para satisfacer las necesidades de caudal del
proceso, rendimiento y los sólidos que deben retirarse del filtro.
Donde:
V = Volumen filtrado total, gal
A = Área de filtración total, ft2
∆t = tiempo total de filtrado, min
Ws = Peso total de sólidos filtrados, lb
Densidad de cake húmedo, lb/ft3
2) AYUDAS A LA FILTRACIÓN
Los
ensayos de laboratorio nos ayudarán a determinar si es necesaria una precapa ( precoating).
Precoating, es una técnica en la que el
medio filtrante es en primer lugar revestido con ayudas a la filtración. Estas
ayudas a la filtración hacen lo siguiente:
- Protegen el medio filtrante de ser cegado con sólidos suspendidos.
- Obtienen la claridad inicial deseada.
- Facilitan que se libere el cartucho del filtro durante la limpieza del filtro.
Tierras de diatomeas
Este
material se hace a partir de fósiles de sílice de organismos unicelulares que
se encuentran en depósitos de agua dulce o salada. Están disponibles varios
grados de tierras de diatomea, dependiendo del grado de finura requerido.
Perlita
La
perlita está hecha de roca de lava volcánica expandida. Está disponible en
varios grados dependiendo del grado de finura necesaria.
Celulosa
Material
de celulosa en varios grados de finura.
Mezclas
Como
ayuda a la filtración pueden usarse fibras gruesas o fibras con grado de
celulosa.
Ayudas al filtro basadas en el carbón
Las
ayudas al filtro de tipo carbonáceo se usan cuando la química del líquido de
proceso puede reaccionar con sílice en una tierra de diatomeas o productos de
perlita.
Otros materiales
El
carbonato de calcio o sólidos similares pueden servir como ayuda al filtro
gracias a su naturaleza cristalina.
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