Operaciones de separación mecánica
FILTRACIÓN
SEPARACIÓN SÓLIDOFLUIDO
CLASIFICACIÓN
MECANISMO DE
FILTRACIÓN
OPERACIÓN
PROCESO
VACÍO AGUAS
ABAJO
CLARIFICANTES
CONTINUO
SOBREPRESIÓN AGUAS
ARRIBA
DISCONTINUO
PRESIÓN
ATMOSFÉRICA
TORTAS
 Filtración:
es la separación de partículas
sólidas a partir de un fluido, haciendo pasar
el fluido a través de un medio filtrante sobre
el que se depositan los sólidos.
 El
fluido puede ser un liquido o un gas, y la
corriente valiosa procedente de un filtro que
puede ser el fluido, los sólidos o ambos
productos. En algunos casos pueden carecer
de valor ambas corrientes, como es el caso de
la separación de sólidos residuales.
 Puede
existir un pretratamiento con el fin de
aumentar la velocidad de filtración, como
calentamiento, recristalización o adición de
un coadyuvante de filtración.
 Los
coadyuvantes son sustancias que
disminuyen o aumentan la tensión superficial,
cohesión o adhesión.
 Los
coadyuvantes utilizados son celulosa,
yeso y tierra de diatomeas.
Clasificación de los filtros de acuerdo a su
operación
 Sobre presión aguas arriba
 Presión atmosférica aguas arriba
 Vacio aguas abajo
Aplicaciones de los filtros de sobrepresión
aguas arriba
 Clarificadores
de agua potable
 Tratamiento de aguas residuales
 Aguas madre con una gran cantidad de
cristales
Existen filtros de sobrepresión aguas arriba
continuos e intermitentes
Los filtros se dividen en dos grandes
grupos según su mecanismo:
filtros clarificadores y filtros de torta.
Los clarificadores retiran pequeñas
cantidades de sólidos para producir
un gas claro o líquidos transparentes,
tales como bebidas.
Los filtros de torta separan grandes
cantidades de sólidos en forma de una
torta de cristales o un lodo.
Filtros Clarificadores
En
los
filtros
clarificadores
las
partículas del sólido
son atrapadas en el
interior del medio
filtrante, en la cual no
se observa ninguna
capa de sólidos en la
superficie.
Las partículas son
captadas por las
fuerzas
superficiales
e
inmovilizadas
dentro
de
los
canales de flujo.
Aun
cuando
reducen
el
diámetro efectivo
de los canales,
normalmente, no
llegan a bloquearlo
completamente.

Limpieza de gases: para la limpieza de gases
se ocupan filtros de barras, de lechos
granulares, de bolsas las telas utilizadas
para realizar este tipo de filtros son manta o
fieltro.
El material filtrante puede estar seco o
recubierto con un aceite viscoso para actuar
como un retenedor de polvo.
En ocasiones, el medio filtrante se desecha,
pero en la limpieza de gases a gran escala
con frecuencia se lavan y se vuelven a
recubrir con aceite.
Clarificación de líquidos
Filtro de cartucho:
es utilizado para
separar
pequeñas
cantidades
de
sólidos
de
los
fluidos de proceso.
El cartucho filtrante
consiste en unos
discos metálicos de
3 a 10 in de Los
discos
están
diámetro dispuestos acoplados a un eje
en forma vertical vertical
hueco
y
dejando entre ellos recubiertos
por
una
espacios uniformes.
carcasa.

Mecanismo de torta
El medio filtrante es
delgado
en
comparación con el
filtro clarificador.
Al comienzo de la
filtración
algunas
partículas
sólidas
entran en los poros
del medio filtrante y
quedan inmovilizadas,
pero
rápidamente
empiezan
a
ser
recogidas
sobre
la
superficie del medio
filtrante.
Después de este breve
período inicial la torta
de sólidos es la que
realiza la filtración. La
torta se tiene que
retirar periódicamente.

Filtros automáticos de prensa (discontinuo)
Son utilizados para cuando se cuenta con sólidos
muy finos o líquidos viscosos. Contienen
un
conjunto de placas en donde se encuentra el medio
filtrante que forman cámaras donde se recogen los
sólidos.
La suspensión se introduce en cada compartimento
bajo presión de 3-10 atm. El líquido pasa a través de
la lona y sale a través de una tubería dejando detrás
una torta húmeda de sólidos.

Filtro de carcasa y hojas (discontinuo)
Trabaja a presiones superior que el filtro anterior
Requiere memos mano de obra
Sistema retráctil
Requiere un lavo más eficaz de la torta
Es utilizado para filtración con coadyuvantes

Filtro discontinuo de vacio (nutcha)
Es usado para materiales
corrosivos
Requiere gran cantidad
de mano de obra
Aquí
el
líquido
es
succionado a través del
medio filtrante en el cual
se hace la torta.
La torta es lavada y
secada a presión

Filtro de tambor rotatorio (continuo de vacio)
Es usado cuando se tiene un solución gelatinosa
Gira a 0.1 a 2 rpm
Tiene un grado de inmersión del 30%
Suele usar un filtro de recubrimiento seco con
diatomeas
Para realizar la limpieza de la torta se lava y después
es secada por aspiración

Filtro de cinta horizontal
Es usado para soluciones que contienen partículas
sólidad gruesas que sedimentan rapidamente
Entre sus aplicaciones tenemos tratamiento de
residuos y para verduras
Se construyen en tamaños comprendidos entre 2 a
18 ft de ancho y 16 a 110 ft de largo
Los medios filtrantes deben cumplir con los sig.
requerimientos:
 Ha de retener los sólidos a filtrar dando lugar
a un filtrado razonablemente claro.
 No debe obstruirse o cegarse.
 Ha de ser química y físicamente resistente para
soportar las condiciones del proceso.
 Ha de permitir que la torta formada se
desprenda de una forma limpia y completa.
 No debe ser excesivamente caro.
MATERIALES
USO
LONA
INDUSTRIAL
LANA Y OTRAS TELAS
SUSTANCIAS QUÍMICAS Y
CORROSIVAS
ACERO MONEL
67% Ni, Cu Y Fe
SUSTANCIAS CORROSIVAS
DRACÓN
SUSTANCIAS CORROSIVAS
-
Aumentan la rapidez de filtrado.
-
Deben ser químicamente inertes.
-
Para poder separar el coadyuvante de la torta,
se elige un solvente. Puede ser agua, depende
el coadyuvante.
Magnitud: Tamaño de dimensiones
Velocidad de filtración (flujo)
Caída de presión
P
L1
L2
FILTROS
CLARIFICACIÓ
N
MECANISMO
DESCRIPCIÓN
COLADO
DIRECTO
OBSTRUCCIÓN COMPLETA
DE LOS POROS
2
BLOQUEO
ESTÁNDAR
BLOQUEO PARCIAL DE
POROS
3/
2
BLOQUE
INTERMEDIO
TRANSICIÓN ENTRE LA
CLARIFICACIÓN Y LA
TORTA
1
TORTA
n
0
------------
-------------
[d(∆P)/dV]= K2(∆P)
caída de presión a través del filtro
q= q0(1-KsV)2
Tipos de clasificación estándar n=3/2
t/V= Ks t + (1/q0)
q0= Velocidad volumétrica
q= dV/dt
t/V
Ks= pendiente
t
Serie Presión y medio
En t=0, r1 despreciable
r1
r2
En t=1, r1 mucho mayor
∆P= Pa-Pb=(Pa-P’)+(P-Pb)= ∆Pc+∆Pm
Pa= Presión interior
Pb= Presión exterior
P’=P. en el límite de separación entre el medio filtrante y la torta
∆P= Caída global de presión
∆Pc= Caída de presión en la torta
∆Pm= Caida de presión en el medio filtrante
L2
P1
FILTRADO
P’
p2
L
A=
dl Torta
dP/dL= K3µƲ(1-ε)2(Sp/Ʋp)
gc ε 3
Ʋ= Vel. De filtrado
Sp= superficie de una partícula
Ʋp= Vol. De una sola partícula
ε= Valor que depende del material
(porosidad)
gc= Factor de proporcionalidad de Newton
Cuando el tamaño y forma están definidos
K3= 4.167
Ʋ= (dV/dt)/A
Área del medio filtrante
Resistencia de la torta α
α=α0(∆P)S
α0= cte. Depende del tipo de filtro (tablas)
S= cte. Factor de compresibilidad
Dependencia de α y ∆P:
α independiente a ∆P  incompresible
α dependiente de ∆P  compresible
*Si S=0 no hay relación, es incomprensible
S= + compresible, rango de (0.2-.8)
 Aumenta
la resistencia.
 La torta es compresible.
log
∆P
Filtración continua
Cálculos con tambores rotativos:
 V/tA=[(2∆PgcCα/µt)+(Rm/t)2]1/2-(Rm/t)
Cα
V/t: Vel. De recolección de filtrado
A: Área sumergida del filtro
C: Masa de la partícula depositada en el filtro por unidad de volumen de filtrado
µ: Viscosidad del filtrado
gc: Factor de gravedad
α: Resistencia de la torta
Rm: Resistencia del medio filtrante

T=ftc= f/n
tc: tiempo de ciclo. Tiempo que dura un filtro en dar la vuelta
f: Fracción de tambor sumergido
n: Vel. De giro del tambor

mc: Vel. de producción de sólidos.
mc= c(V/t)
Al aumental la vel. De giro del tambor, la filtración aumenta, y
disminuye conforme el tiempo de ciclo.
 ∆P/α= (µc/tgc) (V/A)2
Las tortas son delgadas en el filtro rotatorio.
Para lavar el material soluble que pueda quedar retenido
por la torta de filtración se utiliza un solvente miscible
con el filtrado. Siendo el agua el líquido de lavado más
habitual. Dos aspectos importantes en el diseño y
operación de un filtro son la velocidad de flujo del
líquido de lavado y el contenido de soluto en la torta
hasta un grado deseado.
 Se mide la velocidad de filtrado
 Se mide la cantidad de agua para lavar la torta
 Cuando el agua no es suficiente, se utilizan solventes
con diferentes polaridades
NOTA: El lavado deberá interrumpirse cuando el valor del
soluto no recuperado sea inferior al coste de su
recuperación. (que sea más caro 3%, que dejar la torta)
Flujo de
Salida del
efluente
a
b
c
d
t
Segmento
Tipo de lavado Descripción
Observaciones
ab
Por
desplazamiento
(De primera
etapa)
Primera porción
de líquido
recuperado
Método ideal para lavar una
torta. Se puede recuperar
hasta el 90% de soluto
contenido en la torta
bc
De segunda
etapa
Rápido descenso
de la
concentración del
efluente
El volumen del líquido de
lavado es del mismo orden de
magnitud que el usado en la
primera etapa
cd
De tercera etapa
La concentración
del soluto en el
efluente es baja
El resto del soluto es
lentamente recuperado
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Los filtros de torta