Operación unitaria filtración

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Resumen

La filtración como
Operación Unitaria usada industrialmente tiene varios
tipos o clasificación dependiendo de lo que se esta
separando. Existen la filtración por clarificación,
la filtración por torta y las microfiltraciones y
ultrafiltraciones. La filtración por torta es la que este
trabajo
abarca, resaltándose su concepto y
diferenciándola de los otros tipos. Se especifica la forma
de cómo se dan estas filtraciones por torta en los equipos
que son filtración a Presión
Constante y Filtración a Velocidad
constante formulando para cada una las ecuaciones
matemáticas a utilizar en el cálculo de
sus parámetros de diseño.
Asimismo, se explica la metodología para la realización de
los problemas de
filtración por torta.

Introducción

En los diferentes procesos de
producción de alimentos, se
presenta la necesidad de separar los componentes de una mezcla en
fracciones, para de esta manera poder
describir los sólidos divididos y predecir sus
características. Dentro del amplio campo de las
separaciones existen dos grandes grupos: (a) El
grupo de las
separaciones difusionales que son realizadas con cambios de fases
y transporte de
materia de una
fase a otra y (b) los métodos
correspondientes a las separaciones mecánicas la cual
comprende filtración, sedimentación,
centrifugación y tamizado.

Estas separaciones son aplicables a mezclas
heterogéneas y no a homogéneas y la forma de
separación depende de la naturaleza de
la partícula que vaya a ser separada y de las fuerzas que
actúan sobre ella para separarlas. Las
características de las partículas más
importantes a tener en cuenta son el tamaño, la forma y la
densidad, y en
el caso de fluidos, la viscosidad y la
densidad, aplicables en separaciones de: sólidos de
gases, gotas
de líquidos de gases, sólidos de sólidos y
sólidos de líquidos. El comportamiento
de los diferentes componentes a las fuerzas establece el movimiento
relativo entre el fluido y las partículas, y entre las
partículas de diferente naturaleza. Debido a estos
movimientos relativos, las partículas y el fluido se
acumulan en distintas regiones y pueden separase y recogerse, por
ejemplo en la torta y en el tanque de filtrado de un filtro
prensa.

Definición

La filtración es la operación
Unitaria en la que el componente sólido insoluble de una
suspensión sólido-líquido se separa del
componente líquido haciendo pasar este último a
través de una membrana porosa la cual retiene a los
sólidos en su superficie (filtración de torta) o en
su interior (Clarificación), gracias a una diferencia de
presión existente entre un lado y el otro de dicha
membrana. A la suspensión de sólidos en
líquidos se conoce como papilla de alimentación o
simplemente suspensión, al líquido que pasa a
través de la membrana se conoce como filtrado, la membrana
es conocida como medio filtrante y a los sólidos separados
se conocen como torta de filtración. Como fue dicho, el
fluido circula a través del medio filtrante en virtud de
una diferencia de presión, existiendo los filtros que
trabajan con sobrepresión aguas arriba, presión
atmosférica aguas arriba y los que trabajan al
vacío aguas abajo.

La teoría
de filtración es valiosa para interpretar análisis de laboratorios, buscar
condiciones óptimas de filtración y predecir los
efectos de los cambios en las condiciones operacionales. El
empleo de esta
teoría esta limitado por el hecho de que las
características de filtración se deben determinar
siempre en la lechada real de que se trate, puesto que los
datos
obtenidos con una lechada no son aplicables a otra. Al comparar
la filtración a nivel industrial ésta difiere de la
del laboratorio en
el volumen de
material manejado y en la necesidad de manejarlo a bajo costo. Para
obtener un gasto razonable con un filtro de tamaño
moderado, se puede incrementar la caída de presión
del flujo o disminuir la resistencia del
mismo. Para reducir la resistencia al flujo el área de
filtrado se hace tan grande como sea posible, sin aumentar el
tamaño total del equipo o aparato de filtración. La
selección del equipo de filtrado depende en
gran medida de la economía.

Las aplicaciones de la filtración en la industria
alimenticia se pueden considerar en tres categorías. La
primera incluye todas las aplicaciones en las que la
suspensión que contiene grandes cantidades de
sólidos insolubles se separan en los sólidos y
líquidos que la componen, formándose una torta en
la parte anterior del medio conociéndose el proceso como
filtración por torta o de torta. La segunda
categoría se denomina clarificación y en esta se
quitan pequeñas cantidades de un sólido insoluble a
un líquido valioso donde el propósito es
generalmente producir un líquido claro. La tercera se
denomina micro-filtración donde se separan
partículas muy finas por lo general microorganismos de los
alimentos.

Aparatos utilizados en
filtración

Los aparatos que se utilizan en filtración,
constan básicamente de un soporte mecánico,
conductos por los que entra y sale la dispersión y
dispositivos para extraer la torta. La presión se puede
proporcionar en la parte inicial del proceso, antes del filtro o
bien se puede utilizar vacío después del filtro, o
ambas a la vez, de forma que el fluido pase a través del
sistema.

La mayoría de los filtros industriales operan a
vacío o a presión superior a la atmosférica.
También son continuos o discontinuos, dependiendo de que
la descarga de los sólidos sea continua o intermitente.
Durante gran parte del ciclo de operación de un filtro
discontinuo el flujo de líquido a través del
aparato es continuo, pero debe interrumpirse
periódicamente para permitir la descarga de los
sólidos acumulados. En un filtro continuo, tanto la
descarga de los sólidos como del líquido es
ininterrumpida cuando el aparato está en
operación.

Entre los aparatos se cuentan:

1.- Filtros prensa (discontinuo de
presión)

En estos se coloca una tela o una malla sobre
placas verticales, de manera tal que sean los bordes los que
soporten a la tela y al mismo tiempo dejen
debajo de la tela un área libre lo más grande
posible para que pase el filtrado. Normalmente se les llama
"Filtros de placa y marco". En esta clase de
filtros se alternan placas acanaladas cubiertas en ambos lados
por medio filtrante, con marcos, en conjunto se encuentran
apretada por tornillos o una prensa hidráulica que la
cierran herméticamente.