Filtros, tipos

7/24/2019 Filtros, tipos

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Tipos de Filtros

Integrantes:

Ravelo Jove Juan Miguel

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Resumen

La filtracion es una operacion basica de la ingeniera qumica que puedeconsiderarse como un caso especial del flujo de fluidos a travees de lechos

granulares estaticos. En la inmensa mayoria de los procesos de filtracion

es muy pequeno el tamano de las particulas solidas en suspencion , que

han de formar la torta filtrante, y el flujo del fluido a traves de la misma

suele ser laminar.

1. Filtros de lecho granular poroso

Filtros industriales son las mas simples del medio filtrante granular, con-stituido por uno o mas capas de partculas solidas soportadas por un lecho degrava sobre una rejilla, a traves del cual se filtro el material fluye por gravedad

o de presion.

1.1. Aplicacion

Por lo general se emplea para eliminar pequenas cantidades de solidos,grandes volumenes de lquido en el que ni la unidad de solido o lquidotienen un valor alto, y cuando el producto solido no debe ser recuperado.Por lo tanto, representan la columna vertebral de los sistemas de purifi-cacion de agua.

1.2. Ventajas

Su principal ventaja es el bajo costo de instalacion, operacion y manten-

imiento.

1.3. Desventajas

El inconveniente es la gran superficie necesaria, debido a la tasa de fil-tracion inferior.

El modelo mas simple es una caja con un falso fondo perforado y en el cual secoloca un lecho poroso granular, generalmente grava y arena. El lquido turbiose alimenta al lecho y las salidas de filtrado a traves de la parte inferior de lacaja. Hay cajas de hormigon (figura 1) y tanques cilndricos de acero. En esteultimo caso es posible trabajar bajo presion capacidad (figura 1). Existe un tipode variante que opera bajo vaco. Los medios de filtro permiten una operacion

mas larga de doble ciclo de filtracion, antes de ser necesario lavar la corriente deretorno, ya que las partculas o floculos mas grandes son retenidos en el lechomas abierto. Sin embargo, llega a un punto donde el caudal cae o cuando lacada de presion se hace excesiva. La filtracion a continuacion cesa y el lechotiene que ser limpiado por lavado con una corriente inversa de agua, seguidoposiblemente por lavado con aire. El lavado puede ser inverso bastante rapidapara fluidizar el lecho de granulacion.

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Figura 1: Filtro lecho poroso

2. Filtro Prensa

Los filtros prensa de placas y marcos estan concebidos para suspensiones car-gadas que forman una torta, estan formados por una serie de platos verticalesyuxtapuestos alternativamente con armazones huecos en los cuales se acumulala torta. El soporte de filtracion esta formado por telas que sujetan los platosacanalados. El filtrado fluye tras cruzar el tejido filtrante por las conduccionesadecuadas. Los platos y los armazones reposan sobre tirantes de acero horizon-tales y robustos que se ajustan unos contra otros entre dos soportes, uno delos cuales es fijo y el otro m ovil. El cierre del filtro es manual en los modelospequenos: hidraulico y mas o menos automatizado en los aparatos mas impor-tantes. Cuando los bastidores estan completamente llenos de torta el caudal defiltracion es practicamente nulo y finaliza la filtracion.

2.1. Aplicacion

Los filtro prensa tienen una amplia aplicacion en la separacion solido-liquido.Se utilizan mucho para el filtrado y clarificacion de numerosos lquidos, tambientienen utilidad en las industrias qumicas o en las de los textiles artificiales, in-dustria azucarera, cervecera, vinificacion, industrias aceiteras, industria cerami-ca o en ciertas industrias extractivas. Actualmente los filtros prensa tienen unuso preferencial en muchas industrias por los altos rendimientos obtenidos, fac-tor determinante en la industria pesada y minera, donde se exigen respuestasmuy efectivas con equipos de nivel tecnico especial.

2.2. Ventajas

Gran superficie de filtracion con poco espacio ocupado gracias a la dis-posicion en paralelo de los elementos y elevadas cadencias de filtracion.

Filtros que toleran presiones elevadas (hasta 25 bares). Es cierto que estaventaja es teorica en el caso de las industrias agro-alimentarias ya queforzosamente se aplican presiones moderadas de filtracion con el fin dereducir la resistencia especfica de la torta.

Lavado excelente de las tortas. Los filtros prensa son los que permitenlos mejores lavados, y por lo tanto los mejores rendimientos (en el sen-tido estricto del termino, es decir, relacion entre la cantidad de extracto

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Figura 2: Filtro prensa

recuperado a la salida y la cantidad de producto a la entrada) ello ex-plica la presencia de filtrosprensa en todas las industrias en las que elagotamientos de las tortas es imprescindible: cerveceras, sidreras, des-tileras, azucareras y aceiteras. Ademas se obtienen unas tortas de bajahumedad residual lo que facilita su posterior utilizacion (destinadas a laalimentacion del ganado)

Calidad de la filtracion. Los filtrados mas limpios se obtienen con los filtrosprensa.

Versatilidad de uso. Toleran importantes variaciones de la calidad del l qui-do a tratar.

Bajo coste de inversion comparado con los demas sistemas de filtracion.

2.3. Desventajas

Funcionamiento discontinuo: el trabajo discontinuo es inconveniente por simismo, pero en el caso de la filtracion conlleva variaciones progresivas delos caudales en forma de diente de sierra En las grandes instalaciones,es posible paliar dicho funcionamiento en diente de sierra haciendo traba-jar algunos filtros en paralelo. En industrias menores, pueden emplearserecipientes pulmon.

Eleccion entre un elevado coste de mano de obra o complicados automa-tismos que limita algunas de las ventajas mencionadas anteriormente: bajocoste de inversion, robustez y simplicidad. En cualquier caso es necesariala presencia de un supervisor aunque solo sea para controlar el deslodado.

Dificultad del llenado de los armazones en caso de mala filtrabilidad.

3. Filtro a Presion de Hojas Horizontales

El filtro horizontal a presion de placas multiples, consiste en cierto numerode placas horizontales y circulares de drenaje y guas colocadas unas sobre otrasen un casco cilindrico y conectadas en paralelo.

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Figura 3: Partes

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La pila de placas esta completamente encerrada dentro de un casco hermetico a

la presion y se puede levantar como una sola unidad para su limpieza y esteril-izacion. El lmite de presion de trabajo para estos filtros es de un poco m as de3001bf por pulgada cuadrada.Se pone un medio de filtro (papel, tela, con o sin un prerrecubrimiento de ayudade filtracion) como se realiza con el embudo Buchner. Se conduce la lechadaa presion a las placas a traves de un dispositivo de alimentacion central y lafiltracion continua hasta que se alcanza la capacidad de formacion de la tortadel filtro o hasta que la velocidad de filtracion resulta prohibitivamente lente,por la resistencia de la torta.El lavado y el soplado de aire, se producen como en un filtro de hojas a presi on,con la excepcion de que no es preciso tener el cuidado de mantener la presionde aire en el casco. La torta se desprende, retirando la pila de las placas deltanque, o bien en algunos modelos mediante chorros de agua que limpian las

placas en su sitio.

3.1. Ventajas

Su tamano compacto.

La limpieza, facilidad de adaptacion a la limpieza esteril.

La posicion horizontal de las placas que permite una deposicion uniformede la torta.

Sirve para filtraciones de cantidades relativamente pequenas de tortas.

Donde sean requisitos indispensables la limpieza y condiciones esteriles.

3.2. Desventajas

El tamano relativamente pequeno de los filtros.

El espacio superior relativamente grande

El espacio de piso considerable que requiere, ademas de la necesidad demano de obra para retirar y limpiar el medio de filtraci on.

3.3. Aplicacion

Su mayor aplicacion se encuentra en las industrias farmaceuticas y de al-

imentacion, estos filtros se han utilizado para fabricar mantecas y recuperaraceites comestibles y para filtrar barnices y aceites de petroleo. En tamanosmenores son muy utiles en plantas piloto y en las practicas qumicas pequenas,en donde, no existe gran demanda y la limpieza de filtro es mas facil que en losfiltros prensa.

4. Filtro Gravedad

Un filtro por gravedad consiste, generalmente, en un tanque de falso fondocubierto por un medio filtrante.En este tipo de filtro, el flujo del filtrado o lechada se produce debido a la presion

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Figura 4: Filtro de Placas Horizontales

hidrostatica de la columna del material para filtrar, que permanece por encimade la torta o en el medio del filtro. Esta presi on es relativamente baja y solosirve para unos pocos centmetros de fluido de un embudo de laboratorio y a unmaximo de unos pies de fluido en un filtro de planta. Por lo tanto, solo se usanlos filtros por gravedad para materiales de filtracion relativamente libres y enlos casos en que no se requieren velocidades mas elevadas.

4.1. Ventajas

Gran simplicidad.

Pocos accesorios y sencillos.

Bajo costo.

Se puede construir casi de cualquier material.

El lavado de la torta es efectivo y muy eficiente.

Este ultimo punto es debido a que su superficie es horizontal, las partculasgrandes se asientan con rapidez en la superficie de filtracion para proporcionarun prerrecubrimiento de baja resistencia para partculas finas.

4.2. Desventajas

Difcil limpieza.

Bajas velocidades de filtracion.

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Figura 5: Filtro Nutsche

Area excesiva de piso que ocupa por unidad de area de filtracion.

Costos elevados de mano de obra que se requieren.

Los tanques de lixiviacion usados en las instalaciones de cianuracion, son unbuen ejemplo de aplicacion industrial del filtro por gravedad; sin embargo, seutilizan escasamente en las industrias de procedimientos.

4.3. Algunos filtros de gravedad significativos1. Filtro Nutsche

Es sencillo y generalmente se construye en la misma empresa que lo va autilizar, consta de una placa perforada y el agente filtrante se encuentra enun deposito. Puede funcionar escurriendo el agua por gravedad a travesdel medio filtrante o aplicando aspiracion a la parte inferior del mediofiltrante

2. Filtros de gravedad con lecho filtrante de arenaLos filtros de arena estan formados por depositos de fondo perforado, llenosde arena porosa, a traves de la cual pasa el fluido en flujo laminar. Sonmuy utilizados en el tratamiento de grandes cantidades de fluido que solo

contienen una pequena proporcion de materiales solidos en suspension,como en la purificacion de aguas. En forma estricta, el filtro de arena esun dispositivo clarificador. Los depositos se pueden construir de madera,acero u otro material adecuado, mas para el tratamiento de aguas, se fab-rican de cemento. En la tolva se ponen estratos graduados de grava, arenay antracita pulverizada; el tamano de las partculas del lecho disminuyedesde el fondo hacia la parte superior. El filtrado se retira por un falsofondo o tubera de drenaje perforada, empotradas en el medio, cerca delfondo del filtro. Los filtros de succion por gravedad son de ocho pies dediametro o mas (aprox 2000 galones de capacidad y 50 pies cuadrados dearea de filtracion).

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Figura 6: Filtro de arena

El filtro puede estar encerrado y funcionar a presion en vez de hacerlo porgravedad. Como observacion, es posible destacar que el fondo perforadodel filtro a gravedad esta cubierto por una capa de 30 cm. O m as, de ro-cas trituradas o de grava gruesa para sostener la capa superior de arena:para el tratamiento de aguas se utiliza como a medio filtrante, la arenade cuarzo de tamano uniforme. El material de relleno grueso se disponesobre el fondo perforado para que sirva de soporte a los materiales m asfinos. Los diferentes materiales deberan estar en capas de modo que laspartculas de distinto tamano no se mezclen.La arena utilizada en le filtracion debe tener un tamano uniforme de

partculas, para proporcionar la maxima velocidad de filtracion y porosi-dad. El funcionamiento continuo del filtro produce un aumento de la re-sistencia del flujo del fluido, debido a los materiales solidos depositados.La limpieza del lecho filtrante o la separacion de estos solidos por lavado,resulta necesaria cada ciertos intervalos de tiempo para mantener o reno-var la capacidad del filtro.En la industria, se utilizan generalmente un cierto numero de lechos defiltracion y se establecen turnos para el lavado de cada uno de ellos. Lasvelocidades de filtracion varan desde casi 0,08 metros cubicos/minuto; enla purificacion del agua potable hasta 0,2 meros cubicos/metro cuadra-do/minuto; en algunas aplicaciones industriales. E l lavado se realiza conuna intensidad de 0,6. Para cada lecho en particular, existe una velocidad

definida a la cual, el agua de lavado comienza a fluidizar el lecho liberandopartculas atrapadas. Esta constituye la maxima velocidad de lavado, queno se debera sobrepasar para evitar perdidas de arena arrastradas por elagua de lavado. Para lograr una capacidad de trabajo elevada del lechofiltrante se puede disponer de un recipiente cerrado y actuar bajo pre-sion. Estos filtros pueden ser construidos en la misma planta o adquiriracondicionamiento de agua.

3. Filtro Industrial DelparkEs un filtro semicontinuo y de autolimpieza que se utiliza con s olidosrelativamente grandes. Consiste en un transportador plano y sin fin demalla abierta que funciona sobre rodillos impulsores entre lados inclina-

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Figura 7: Filtro Delpark

dos, ascienden los extremos en rampa de una cremallera que se asientasobre un tanque receptor.El transportador lleva en su superficie superior un medio de filtracion notejido y ligero. La seccion horizontal y la de la rampa del medio y lasparedes inclinadas de la cremallera, constituyen una artesa poco profunda(6pulgadas), en uno de cuyos extremos se alimenta el material que se vaa filtrar desde un dispositivo distribuidor.El filtrado pasa por el medio hacia el receptor y los solidos quedan retenidosen el medio. Conforme la torta se va haciendo mas espesa y resistente, elnivel del material a filtrar se acumula en la artesa, hasta que, al alcanzarun valor determinado un interruptor activado por flotacion hace avanceal transportador, llevando nuevo medio de filtro del rodillo a la artesa ydescargando el medio saturado de torta por el extremo opuesto del filtro aun recipiente receptor. En cuanto se proporciona suficiente superficie nue-

va para que el nivel decaiga, en al cantidad necesaria, el flotador detieneel mecanismo impulsor.El ciclo se repite con tanta frecuencia como lo exijan la velocidad de avancey el contenido de solidos de la alimentacion.Los filtros Delpark van de 3 a 130 pies cuadrados de area de filtracion yutilizan medios de filtro de un ancho de 26 a 48 pulgadas. Las capacidadesnominales son de 2 a varios cientos de galones por minuto.Son muy utilizados para la filtracion de pinturas de agua, aceites, extrac-cion de aceites de semilla y otros comestibles.

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Figura 8: Filtro al Vacio de Tambor

5. Filtro al Vacio

Funcionan a una presion menor que la atmosferica abajo del septo, por locomun la presion corriente es esencialmente la atmosferica. Por consiguiente selimitan a una presion maxima de filtracion de una atmosfera.Puesto que la lechada de prefiltracion se alimenta a la presion atmosferica, puedellegar al tanque del filtro por gravedad o utilizando una bomba de carga baja.La bomba al vaco es un accesorio importante para este tipo de filtros, puestoque es la fuerza impulsora para la filtracion y en muchas operaciones industri-ales el dispositivo de mayor costo. La eleccion de la bomba va a depender de losrecursos economicos de la empresa.La principal justificacion de la filtracion a vaco es su adaptabilidad a los sis-temas contnos.

5.1. Ventajas

Se pueden disenar como filtros continuos y eficaces

Utilizan poca mano de obra

La superficie de la filtracion se puede abrir a la atmosfera y por consigu-iente, es facil llegar a ella para efectuar inspecciones y reparaciones.

Manteniendo poco costoso.

5.2. Desventajas

Se debe mantener el sistema al vaco.

No se pueden usar filtros a un punto normal de ebullicion bajo o a unatemperatura de operacion elevada.

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La mayora de los filtros al vaco no pueden manejar solidos compresibles,

cuya filtracion es difcil.Los filtros continuos al vaco son inflexibles, no ofrecen un buen desempenosi su corriente de alimentacion cambia con respecto a la velocidad, laconsistencia y el caracter de solido.

Los filtros continuos al vaco manejan un mayor tonelaje de solidos quetodos los demas tipos de filtros combinados.

Por otra parte, los filtros al vaco intermitentes o tambien llamados porlotes, tienen un aprovechamiento limitado en la industria qumica.

6. Filtro Moore

Fue el primero en utilizar la filtracion a vaco en escala industrial. La hojafiltrante consiste en un bastidor sobre el cual se tensa un saco que constituye elfiltro.El bastidor es rectangular y echo de un tubo perforado conectado a un sistemade vaco. El aplastamiento del saco se impide por medio de listones de maderacosidos a el verticalmente y con huecos entre s para la evacuacion del filtrado.Cuando se sumerge la hoja en el material a filtrar y se aplica vaco, se forma latorta exterior de la hoja, mientras que el filtrado se extrae a traves de ella. Variashojas suspendidas unas junto a otras constituyen una cesta, cuya capacidad esdirectamente proporcional al numero de hojas multiplicado por area de las doscaras de una hoja.Cuando la torta es suficientemente gruesa, se saca la cesta fuera del tanquede alimentacion y se le transporta mediante una grua al tanque de lavado,manteniendo el vaco por medio de una manguera flexible. Despues del lavadopertinente, se levanta la cesta nuevamente y se transporta a la tolva de descarga,sitio en el cual se suprime el vaco y se aplica aire a presion. La presion infla lossacos y descarga las tortas. Esta se desprende gracias a la accion lubricante delagua de lavado unidad al peso de la torta y el encorvamiento de la tela.

6.1. Ventajas

Su simplicidad de funcionamiento.

La facilidad de inspeccion de las ho jas despues de la descarga de la torta.

La facilidad con que se puede reemplazar una hoja nueva en lugar dealguna que se encuentre defectuosa.

Su adaptabilidad a los ciclos prolongados de formacion de tortas de lavadocompleto.

6.2. Desventajas

La tosquedad del sistema.

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Figura 9: Filtro Moore

Los requisitos de espacio y los riesgos inherente a la posibilidad de quesecciones de torta se caigan de las hojas durante el transporte entre untanque y otro, si ocurriera esto, el lavado sera ineficaz, por lo que requiereun control riguroso.

7. Filtros de Tambor

Es un cilindro horizontal que gira parcialmente sumergido en un deposito conla suspension agitada. La superficie cilndrica esta agujereada y se cubre con latela. Se succiona haciendo vaco, y el lquido claro atraviesa la tela, mientras latorta se va formando en la superficie. La capacidad de filtracion depende de lavelocidad de rotacion. Si la torta se resquebraja, se comprime con una correa.

7.1. Ventajas

Tiene un funcionamiento automatico y continuo, por lo que precisa pocamano de obra.

Se pueden obtener tortas de cualquier espesor, sin mas que modificar la

velocidad de giro.

Tienen una capacidad muy grande.

7.2. Desventajas

Funcionan a vaco, lo cual limita la diferencia de presiones maxima que sepuede aplicar y su empleo para lquidos calientes que tienden a hervir abajas presiones.

No se usan para materiales muy impermeables o difciles de separar de latela, aunque pueden anadirse coadyuvantes.

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Figura 10: Filtro de Tambor

No es facil obtener un buen lavado.

8. Anexo

8.1. Filtro Arena

Los filtros de arena son efectivos para filtrar tanto contaminantes organicos,

como inorganicos. El tamano mayor y la naturaleza tridimensional de la cama dearena proveen mas area de filtrado y tienen una mayor capacidad de retencionque muchos otros tipos de filtros. Determinar la capacidad del filtro y entenderla funcion de retrolavado (limpieza) de su sistema estan entre otros los aspectosmas importantes de una filtracion exitosa.

8.1.1. La operacion de retrolavado

Se realiza lavando secuencialmente cada tanque en una serie de dos o m asfiltros. Para retrolavar un tanque, la pequena valvula de control de tres vasen la valvula de retrolavado es puesta en la posici on ON (accionada), ya seade forma automatica o manual. Esto permite que el agua presurizada desde elsistema de comando hidraulico llene el diafragma actuador y empuje el piston

dentro de la valvula de retrolavado. Conectado a este piston esta una valvulaembolo de dos lados. En la posicion de no accionada, la valvula cargada porresorte esta asentada entre la entrada del tanque y el colector de descarga deretrolavado. Esto previene que el agua escape dentro del sistema de retrolavadodurante el modo de filtracion. Cuando esta accionada, el piston y el sello dela valvula se mueven a traves de la toma de entrada del tanque y se asientacontra el colector interno (donde el agua sin filtrar entra al tanque). Este simplemovimiento previene la entrada al tanque de agua sin filtrar y permite la entra-da del agua filtrada al sistema de riego, y evita que vuelva por el retrolavadoa traves del tanque y fuera del colector de retrolavado. Debido a que el flujode retrolavado es dependiente de una fuente de agua filtrada desde el sistema

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Figura 11: Filtro arena-a

de riego, todos los sistemas de arena filtrante requieren al menos de dos tan-ques, uno para proveer agua filtrada al otro tanque que esta siendo lavado. Esimportante tener en mente que solo un tanque debera ser lavado a la vez.

8.1.2. La valvula reguladora de flujo del retrolavado

Esta ubicada sobre el colector de descarga de retrolavado para controlar elvolumen de agua que puede escapar durante el retrolavado. La obtenci on de laadecuada velocidad de flujo del agua de retrolavado es esencial para un lavadoefectivo. Una velocidad de flujo demasiado alto, sacara toda la arena fuera deltanque. Una velocidad de flujo muy lenta no permitira que la cama de arenase afloje suavemente y los contaminantes puedan mezclarse con agua, y posteri-ormente sean retirados del tanque. La velocidad de flujo adecuada depende deldiametro del tanque, como se muestra en la tabla que acompa na. La forma mascomun de ajustar la valvula reguladoraa de flujo del retrolavado es poner man-ualmente el filtro en retrolavado con la valvula reguladora de flujo totalmentecerrada. Abrir lentamente la valvula de regulacion hasta que una pequena canti-dad de arena aparezca en la descarga de retrolavado. Es mas conveniente colocar

una bolsa de nylon o una rejilla de malla fina sobre la tuberia de descarga pararevisar la presencia de arena. Si esto no es posible, puede usarse como alter-nativa un tubo de observacion. Es conveniente que se descargue una pequenacantidad de arena durante el retrolavado. Usted debe esperar perder dos o trespulgadas de arena por temporada (100 a 200 lb. por tanque de 48).

8.1.3. Componentes

1. Tanque filtro para grava y arena

2. Colector de salida

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Figura 12: Componentes

3. Valvula de retrolavado

4. Colector de entrada

5. Tapa de llenado e inspeccion

6. Toma de drenaje

7. Toma de agua limpia

8. Toma de acceso de 1/2

9. Acople Vitaulico

10. Adaptador Vitaulico de PVC

11. Ensamble para alimentacion hidraulica del retrolavado

12. Soporte de colector de entrada(solamente los modelos de 48)

13. Toma de acceso de 1/4

8.1.4. Accesorios

A. Adaptador hembra de PVC

B. Tubo de observacion

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Figura 13: Accesorios

C. Valvula reguladora de flujo de retrolavado

D. Adaptador macho de PVC

E. Te de PVC

F. Tubera de PVC (CED-40)

G. Codo 90

de PVC

H. Valvula alivio de aire y vacio

I. Sistema de tuberas de suministro

J. Valvula alivio de aire y vacio de accion contnua

K. Valvula de alivio de presion

L. Soporte

M. Valvula ON/OFF

9. Bibliografiahttp: //www.mosnic irudex.com/0110104mosnic irudex.php

http: //wwwindalimentajcae.blogspot.com/2011/04/trabajodeinvestigacion.html

FILTRACAO UFSC Universidade Federal de Santa CatarinaDepto De Eng. Qumica e de Eng. De AlimentosEQA 5313 Turma 645 Op. Unit. de Quantidade de Movimento

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