Fundamentos de Filtración Industrial: Conceptos, Tipos y Pruebas Esenciales

Conceptos Fundamentales en Filtración

La filtración es un proceso crucial en diversas industrias para la separación de fases. A continuación, se definen los términos clave asociados a esta operación unitaria:

Definiciones Clave de Filtración

• Filtración: Consiste en la separación de los sólidos contenidos en una suspensión mediante un medio filtrante (placa perforada, tela, membrana, etc.), que permite el paso del líquido (filtrado) y retiene las partículas sólidas.
• Filtrado: Es el fluido, generalmente de valor, que ha atravesado el medio filtrante y ha sido separado de los sólidos.
• Torta: Es la capa de sólidos retenidos por el medio filtrante, que se acumula sobre su superficie durante el proceso de filtración.
• Filtros de Presión: Son equipos donde el filtrado se encuentra a presión atmosférica y la alimentación (suspensión) se introduce a una presión superior para forzar el paso del líquido.
• Filtros de Vacío: En estos sistemas, la alimentación se encuentra a presión atmosférica y el filtrado se recoge a una presión menor que esta (vacío), creando un diferencial de presión que impulsa la filtración.
• Caudal: Es el volumen de fluido que atraviesa una superficie determinada en una unidad de tiempo específica. En filtración, se refiere al volumen de filtrado obtenido por unidad de tiempo.

Tipos de Filtros y su Identificación

La clasificación de filtros puede basarse en su mecanismo de operación o en su diseño. A continuación, se identifican algunos tipos comunes:

Clasificación de Filtros

• a 🡪 Filtro de flujo transversal: Caracterizado por un flujo de alimentación paralelo a la superficie del medio filtrante.
• b 🡪 Filtros clasificadores o de lecho profundo: Utilizan un lecho granular para retener partículas, a menudo con un gradiente de tamaño de partícula.
• c 🡪 Filtro de torta: Diseñado para acumular una capa de sólidos (torta) sobre el medio filtrante, siendo esta torta el principal medio de separación.

Factores que Afectan el Caudal de Filtración

El rendimiento de un proceso de filtración, medido por su caudal, está influenciado por diversas variables:

Factores que Aumentan el Caudal

• Área del filtro: Una mayor superficie de filtración permite un mayor volumen de paso de líquido.
• Incremento de presión: Un mayor diferencial de presión a través del medio filtrante y la torta impulsa el líquido más rápidamente.

Factores que Disminuyen el Caudal

• Viscosidad del líquido: Líquidos más viscosos ofrecen mayor resistencia al flujo, reduciendo el caudal.
• Resistencia de la torta: Una torta más compacta o gruesa aumenta la resistencia al flujo.
• Masa de sólidos: Una mayor concentración de sólidos en la alimentación puede llevar a una formación de torta más rápida y densa, incrementando la resistencia.

Verdadero o Falso: Afirmaciones sobre Filtración

Evalúe la veracidad de las siguientes afirmaciones relacionadas con los procesos y pruebas de filtración:

• Trabajar con incremento de presión constante. 🡪 Falso (Generalmente se busca optimizar la presión).
• Aumentar la presión progresivamente. 🡪 Falso (No siempre es la estrategia óptima; depende del régimen).
• El ensayo de punto de burbuja es una prueba de integridad. 🡪 Verdadero
• El caudal de filtración es una variable clave. 🡪 Verdadero
• Un filtro puede operar en régimen continuo. 🡪 Verdadero
• Un filtro prensa trabaja en régimen discontinuo. 🡪 Falso (Puede operar en régimen discontinuo, pero no es una regla absoluta para todos los filtros prensa).
• Un filtro prensa trabaja en régimen de caudal medio continuo. 🡪 Verdadero (Aunque la operación individual es por lotes, el proceso general puede ser continuo).
• El ensayo de difusión se utiliza para evaluar la integridad de filtros. 🡪 Verdadero
• En el ensayo de punto de burbuja se mide el volumen de aire desplazado cuando se llega a la presión establecida en el ensayo. 🡪 Falso (Se mide la presión a la que aparecen las primeras burbujas).

Interpretación de Gráficos de Filtración

Nota: Dado que el gráfico no ha sido proporcionado, la interpretación se basa en la descripción textual.

Régimen de Filtración

Si el incremento de presión se produce a tramos, se está realizando un régimen de filtración discontinuo. Esto implica que el proceso se interrumpe periódicamente para la descarga de la torta o la limpieza del filtro.

Funcionamiento de Filtros Rotatorios

Los filtros rotatorios son equipos de operación continua ampliamente utilizados en la industria.

Funcionamiento de un Filtro Rotatorio de Tambor

El líquido a filtrar, con partículas sólidas en suspensión, se introduce en el filtro rotatorio de tambor. El tambor, que está cubierto por un medio filtrante, comienza a girar lentamente. A medida que el tambor rota, el líquido y las partículas sólidas se distribuyen sobre su superficie. Las partículas sólidas quedan atrapadas en la superficie del tambor, formando una capa de torta. Simultáneamente, el líquido filtrado atraviesa el medio filtrante y es recogido en el interior del tambor, desde donde se descarga.

Materiales Filtrantes Comunes

La elección del material filtrante es crítica para la eficiencia y durabilidad del proceso de filtración.

Principales Materiales Filtrantes

• Fibras de celulosa, algodón
• Sustancias absorbentes aglomeradas (con resinas)
• Materias plásticas (polipropileno, polietileno, PTFE, etc.)
• Membranas orgánicas (celulosa, polisulfona, etc.)
• Vidrio fritado

Ensayos de Integridad de Filtros

Los ensayos de integridad son fundamentales para asegurar la calidad y el rendimiento de los filtros.

El Ensayo de Punto de Burbuja

El ensayo de punto de burbuja es una prueba no destructiva que evalúa la integridad y el tamaño de poro más grande de un medio filtrante. Se define como la presión mínima de aire (o gas) que es necesario aplicar sobre el filtro, previamente humedecido con un líquido de baja tensión superficial, para provocar la aparición de burbujas continuas en la salida del filtro. Esta presión es inversamente proporcional al radio del poro: a mayor presión de burbuja, menor es el tamaño del poro más grande.

Interpretación de Resultados del Ensayo de Punto de Burbuja

Los resultados del ensayo de punto de burbuja proporcionan información valiosa sobre el estado del filtro.

Resultados y su Significado

• Un filtro da un punto de burbuja superior al establecido por el fabricante: Esto indica que el filtro requiere una presión mayor de lo esperado para que aparezcan burbujas. Esto puede significar que los poros del filtro son más pequeños de lo especificado, o que el filtro está parcialmente obstruido (clogged) por partículas, lo que podría resultar en una retención de partículas más eficiente o una vida útil reducida.
• Un filtro da un punto de burbuja inferior al establecido por el fabricante: Esto sugiere que el filtro requiere una presión menor de lo esperado para que aparezcan burbujas. Esto puede indicar que los poros del filtro son más grandes de lo especificado, o que el filtro está dañado (por ejemplo, con una rotura o un sello defectuoso), lo que resultaría en una retención de partículas menos eficiente y un riesgo de contaminación.

Factores que Influyen en el Volumen Máximo Filtrable de una Membrana

El volumen máximo de fluido que una membrana puede filtrar antes de requerir limpieza o reemplazo es un parámetro clave de rendimiento.

Dependencia del Volumen Máximo Filtrable

El volumen máximo filtrable de una membrana depende principalmente de:

• La viscosidad del fluido: Fluidos menos viscosos permiten un mayor volumen de filtración.
• La cantidad de partículas en el medio: Una mayor carga de sólidos en la alimentación reduce el volumen filtrable antes de la saturación de la membrana.
• La presión aplicada: Una presión óptima puede maximizar el volumen filtrable, pero una presión excesiva puede compactar la torta o dañar la membrana.

Funcionamiento de un Filtro Rotatorio de Discos

Similar al filtro de tambor, el filtro de discos ofrece una gran área de filtración en un espacio compacto.

Funcionamiento Detallado

El filtro rotatorio de discos opera de manera análoga al filtro rotatorio de tambor, pero en lugar de un único tambor, utiliza múltiples discos filtrantes montados en un eje central. El líquido a filtrar se introduce en la parte inferior o superior del filtro y fluye sobre la superficie de los discos. Las partículas sólidas son retenidas en la superficie de los discos, formando una capa de torta, mientras que el líquido filtrado atraviesa los medios filtrantes de los discos y es recogido en el interior del filtro, desde donde se descarga. La rotación de los discos facilita la formación uniforme de la torta y su posterior descarga.