filtracion

FILTRACIÓN

Mercedes Fernández Arévalo

FILTRACIÓN

OPERACIÓN UNITARIA PARA
SEPARAR UN SÓLIDO DESDE UN
FLUIDO O UN FLUIDO DESDE OTRO

FILTRACIÓN

FLUIDO INICIAL
(efluente, turbio)

FILTRO

Precipitado

RESIDUO
(torta)

FILTRADO

∆P

• Líq. transparente (sól-líq.
o líq.-líq.)
• Esterilizar (líq.-aire)
• Eliminar part. del aire

FILTRACIÓN

CLASIFICACIÓN
1.MATERIAL A SEPARAR
2. FUERZA IMPULSORA
3. FLUJO
4. MECANISMO RETENCIÓN

FILTRACIÓN

CLASIFICACIÓN
1. MATERIAL A SEPARAR:
• Filtración convencional (= clarificación):
≥ 10 µm (clarifar soluciones)
• Microfiltración:
0.1 – 10 µm (agua p. iny.)
• Ultrafiltración:
0.001 – 0.1 µm (macromoléculas)
(MEMBRANAS)
• Ósmosis inversa:
0.001 – 0.0001 µm (iones)
(MEMBRANAS- P)

FILTRACIÓN∆P 2. FUERZA IMPULSORA:
•
•
•
•

Hidrostática (gravedad)
Presión
Vacío
Centrifugación

3. FLUJO:
• Constante
• Variable
4. MECANISMO RETENCIÓN:
• Cribado
• Adsorción
• Formación torta

FILTRACIÓN:
• Superficie
• Profundidad

FILTRACIÓN
Filtros de membrana

Filtración en Superficie

Cribado: Retención mecánica f(Ø)
•Límite de separación absoluto
•Estructura homogénea•Espesor pequeño (no absorben
líquidos)
•Colmatación rápida (>S,
prefiltros, coadyuvantes)

FILTRACIÓN
Filtros en profundidad

Adsorción: (atracción electrost.
o fuerzas de Van der Waals)
•Estructura tridimensional
•Gran tortuosidad
•Adsorción + Cribado
•Límite de separación nominal
•Cesión fragmentos y/o impurezas
•No se colmatan rápidamente
•Gran capacidad de retención
•> Absorciónde líquido

FILTRACIÓN

Formación de torta

FILTRACIÓN
• CAUDAL: Q = dV/dt (m3s-1)
Q = JA
• FLUJO:

J = dV/Adt (ms-1)

• Ec. POISEUILLE:

P1
P2

r
J = dV/Adt =

l

π ∆Pr4
8ηl

• VELOCIDAD LINEAL MEDIA:
Vm =

∆P dm2
K η lm

= J/e

FILTRACIÓN
• POROSIDAD: e = V poros / V total

(e = 0 – 1)

• SUPERFICIE EFECTIVA DE FILTRACION:
SB = A poros / V filtro
•SUPERFICIE TOTAL:

S = A total / V filtro

• SUPERFICIE OPACA:

SO = S (1 – e)

FILTRACIÓN

ECUACIÓN DE
KOZENY
J = Vm e =

J =

dm2
∆P
K η lm

∆P

dm = e / SO = e / S (1 – e)

e =

∆P
η lm

e3
K S2 (1 – e)2
1 / Rm

Rmη lm

K S2 (1 – e)2 RESISTENCIA
ESPECÍFICA
3
e
(del medio filtrante)

(del medio filtrante)

> e

< Rm

> J

K = 5 (cte.)
Ej.: S = 4e = 0.3
Rm = 1451.8
e = 0.6
Rm = 59.26

FILTRACIÓN

ECUACIÓN DE
CARMAN

Lecho del filtro no es constante
R = Rm + Rt (torta)

J = dV/Adt =
Inversa

∆P
η (Rm + Rt)

=

η (Rm + α w V/A)
α = Resistencia específica
de la torta
wV = sólidos por unidad de V

Integra

t / V/A =

∆P

ηα w

V

2∆P

A

+

η Rm

t / V/A

∆P
Kp

∆P = cte.
t / V/A = Kp V/A + CC

V/A

FILTRACIÓN

ECUACIÓN DE CARMAN

t / V/A

CONSIDERACIONES
PRÁCTICAS SOBRE LA
VELOCIDAD DE
FILTRACIÓN

ηα w
η Rm

∆P
1.
2.
3.
4.

2∆P
V/A

Presión
Cantidad y características de los sólidos
Medio y área de superficie filtrante
Viscosidad del filtrado

CONSIDERACIONES ÓPTIMAS DE FILTRACIÓN

FILTRACIÓN

ECUACIÓN DE CARMAN

CONSIDERACIONES PRÁCTICASSOBRE LA
VELOCIDAD DE FILTRACIÓN
1. PRESIÓN: Fuerza impulsora
dV/dt
Tortas incompresibles

Tortas compresibles
P

Sólidos cristalinos
Indeformables
Tamaño uniforme

Tortas floculentas
Geles

FILTRACIÓN

ECUACIÓN DE CARMAN

CONSIDERACIONES PRÁCTICAS SOBRE LA
VELOCIDAD DE FILTRACIÓN
2. CANTIDAD Y CARACTERÍSTICAS DEL SÓLIDO
>W
e

>J

> SB
SB = A poros / V filtroAUMENTAR LA
SUPERFICE DE
FILTRACIÓN
(filtros prensa, cartuchos,
filtros pliegues)

4. VISCOSIDAD DEL FLUIDO
J

AUMENTAR LA TEMPERATURA Y
DILUIR CON FLUIDOS DE BAJA
VISCOSIDAD

FILTRACIÓN

Características de los medios filtrantes
• Elevado poder de retención de partículas o
microorganismos
• Gran resistencia química y mecánica
• Facilidad de desprendimiento de la torta
• Máximo...