Descripción de operaciones de Filtrado

1. OPERACIONES UNITARIAS
I
2023

2. OPERACIONES
UNITARIAS I
CONTENIDOS
Unidad Nº2: FILTRACIÓN Y PRENSADO
Filtración. Medios filtrantes.
Coadyuvantes de filtración.
Equipos de filtración, su operación.
Prensado: Tipos de prensa.
Membranas filtrantes. Ultrafiltración. Nanofiltración.
Osmosis inversa.

3. OPERACIONES
UNITARIAS I
FILTRACIÓN:
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.
Las filtraciones industriales van desde un sencillo colado hasta separaciones altamente
complejas.
El fluido puede ser un liquido o un gas, y la corriente objetivo procedente de un filtro puede ser
el fluido, los sólidos o ambos productos.

4. OPERACIONES
UNITARIAS I
FILTRACIÓN:
El fluido circula a través del medio filtrante en virtud de una diferencia de presión a través del
medio.
Es común llamar “residuo o retenido” a lo que queda en el filtro, y “filtrado” a lo que pasa a
través de él.
Las operaciones de filtrado pueden realizarse a Presión o Vacío dependiendo de las
características de cada medio filtrante.
El proceso de filtración puede realizarse de forma Continua o Intermitente dependiendo del
equipo y/o proceso.

5. OPERACIONES
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FILTRACIÓN: Medios filtrantes
Consiste de una malla o trama que puede ser de distinta composición.
Se construyen con un medio de retención (metálico o polímero) que sirve para contener al
elemento filtrante.
Los filtros pueden ser de origen celulósico (papel); fibras; metálicos (mallas) o compuestos
cerámicos.

6. OPERACIONES
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FILTRACIÓN: Coadyuvantes de filtración
Tiene como objetivo mejorar la eficiencia del filtro y evitar el “taponamiento”.
Normalmente son sólidos regulares de gran tamaño (esferas o cilindros) que se apoyan en el
medio filtrante para evitar el taponamiento excesivo provocado por el sólido retenido.
No participan de la operación ni se tiene en cuenta en los Balances de Masa, ya que son un
medio físico agregado al filtro.

7. OPERACIONES
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FILTRACIÓN: Filtros
El material filtrante que compone al filtro es fundamental para garantizar que la filtración
funcione adecuadamente para los objetivos específicos.
Existen diversos tipos de materiales porosos utilizados como medios filtrantes, por ejemplo,
telas, sólidos porosos o perforados, fibras poliméricas.
Dependiendo del tamaño de los poros del material filtrante empleado, el proceso de filtración
puede ser clasificado en distintos tipos.

8. OPERACIONES
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FILTRACIÓN: Filtros - Clasificación
Filtrado Tradicional. Es el proceso que se lleva a cabo con membranas o tamices cuyos
poros son iguales o superiores a un milímetro (mm).
Microfiltración. Es el tipo de filtración que se realiza con tamices cuyos poros oscilan entre
0,1 y 10 micrones (1 mm = 1000 micrones).
Ultrafiltración. Es el proceso de filtración que retiene moléculas cuyo peso supere los 103
Dalton/gmol, permitiendo separar proteínas o desinfectar agua con bacterias. Así, este tipo de
filtración permite filtrar partículas con diámetro de hasta 0,01 micrón.
Nanofiltración. Este proceso permite retener en la membrana filtrante a moléculas sin carga
eléctrica que tengan un peso superior a 200 Dalton/gmol, y es aplicada en la industria química
fundamentalmente para concentrar compuestos orgánicos.

9. OPERACIONES
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FILTRACIÓN: Filtros - Clasificación

10. OPERACIONES
UNITARIAS I
FILTRACIÓN: Filtros - Clasificación
Los filtros pueden dividirse además en dos grandes grupos:
Filtros Clarificadores: Las partículas quedan “atrapadas” en el filtro
Filtros de torta: Forma una torta o aglomerado sobre el material filtrante.

11. OPERACIONES
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FILTRACIÓN: Filtros Clarificadores
Denominados también “filtros de lecho profundo” porque las partículas del sólido son
atrapadas en el interior del medio filtrante, no observándose, en general, una capa de sólidos
sobre la superficie del medio filtrante.
La clarificación difiere del tamizado en que los poros del medio liltrante son de un diámetro
mucho mayor que el de las partículas retenidas.
Las partículas son captadas por las fuerzas superficiales e inmovilizadas dentro de los
canales de flujo.

12. OPERACIONES
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FILTRACIÓN: Filtros Clarificadores – Limpieza de Gases
Los filtros para la limpieza de gases comprenden filtros de barras para polvo atmosférico,
lechos granulares y filtros de bolsas para el tratamiento de polvos.
El aire se limpia haciéndolo pasar a través de masas de pulpa de celulosa, algodón, fibra de
vidrio o tamices metálicos; 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.

13. OPERACIONES
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FILTRACIÓN: Filtros Clarificadores – Limpieza de Gases
Filtro de Bolsas o Mangas:
Un filtro de bolsas contiene una o más grandes bolsas de fieltro o
de una tela tina instaladas en el interior de una carcasa metálica. El
gas cargado de polvo generalmente entra en la bolsa por el fondo y
asciende dejando detrás el polvo, si bien a veces el flujo es en
sentido contrario. Las eficacias alcanzan el 99 por 100 aun con
partículas extraordinariamente finas (mucho más finas que las
aberturas del material de las bolsas).

14. OPERACIONES
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FILTRACIÓN: Filtros Clarificadores – Limpieza de Gases
Filtro de Bolsas o Mangas:
Periódicamente se interrumpe de forma automática el flujo
invirtiéndose el de gas limpio, o bien se sacude la bolsa para retirar
el polvo que puede recuperarse o desecharse.
En la mayor parte de los casos los filtros de bolsas actúan como
clarificadores, atrapando las partículas en el tejido de la bolsa.
Cuando la carga de polvo es considerable se deja que se forme
una torta de polvo antes de retirarlo.

15. OPERACIONES
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FILTRACIÓN: Filtros Clarificadores – Limpieza de Gases
Filtro de Bolsas o Mangas:
Ejemplos…

16. OPERACIONES
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FILTRACIÓN: Filtros Clarificadores – Limpieza de Gases
Filtro de Cartucho:
Un filtro de cartuchos contiene uno o más elementos filtrantes en
forma cilíndrica, u ovoidal. El cartucho se dispone de manera
horizontal y está compuesto de materiales celulósicos o de fibras.
LA disposición horizontal, permite que el polvo caiga una vez
retenido por la malla, aumentando la eficiencia y disminuyendo el
volumen total del equipo.

17. OPERACIONES
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FILTRACIÓN: Filtros Clarificadores – Limpieza de Gases
Filtro de Cartuchos:
Ejemplos…

18. OPERACIONES
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FILTRACIÓN: Filtros Clarificadores – Líquidos
Los filtros clarificadores para líquidos comprenden los filtros de lecho por gravedad para el
tratamiento de agua.
Algunos de los filtros de torta, especialmente los filtros de tanque y los filtros continuos, se
utilizan ampliamente para clarificación.
Filtro de Cartucho o canastos:

19. OPERACIONES
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FILTRACIÓN: Filtros Clarificadores – Líquidos
Los filtros de torta pueden ser atmosféricos (como el de café), o tratarse de variso cuerpos
sometidos a presión denominados “Filtro prensa”.
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 y no el medio filtrante
Los filtros de torta se utilizan casi siempre para separaciones sólido-líquido.

20. OPERACIONES
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FILTRACIÓN: Filtros Clarificadores – Líquidos
Un filtro prensa contiene un conjunto de placas diseñadas para proporcionar una serie de
cámaras o compartimentos en los que se pueden recoger los sólidos.
Filtro Prensa:
Un filtro prensa contiene un conjunto de placas diseñadas para proporcionar una serie de
cámaras o compartimento. Las placas se recubren con un medio filtrante tal como una lona.
La suspensión se introduce en cada compartimento bajo presión; el líquido pasa a través de la
lona y sale a través de una tubería dejando detrás una torta húmeda de sólidos.
Las placas de un filtro prensa pueden ser cuadradas o circulares, verticales u horizontales.

21. OPERACIONES
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FILTRACIÓN: Filtros Clarificadores – Líquidos
Torta de filtración.
Filtro Prensa: Ejemplos…

22. OPERACIONES
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FILTRACIÓN:
Las membranas pueden ser definidas esencialmente como una barrera, la cual separa una
corriente de alimentación en dos fases y restringe el transporte de varias sustancias químicas
de forma selectiva.
Membranas filtrantes :
Estas dos fases son conocidas como permeado y retentado.

23. OPERACIONES
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FILTRACIÓN:
El permeado es la porción del fluido que ha pasado a través de la membrana semipermeable,
y que contiene, a la misma concentración que existe en el líquido tratado entrante, los
componentes con un tamaño más pequeño que el promedio de los tamaños de poro de la
membrana.
Membranas filtrantes :
El retentado, es la corriente concentrada, y contiene los constituyentes que han sido
rechazados por la membrana..

24. OPERACIONES
UNITARIAS I
Características de los procesos con membranas

25. OPERACIONES
UNITARIAS I
FILTRACIÓN:
Lo que distingue a los procesos más comunes de membranas controlados por presión -
microfiltración (MF), ultrafiltración (UF), nanofiltración (NF), y ósmosis inversa- es la aplicación
de una presión hidráulica para acelerar los procesos de transporte. Sin embargo, la naturaleza
propia de la membrana controla qué componentes son permeados y cuales retenidos.
Membranas filtrantes :
Las medidas generales de la performance para las separaciones por membranas son la
velocidad, selectividad, y estabilidad.

26. OPERACIONES
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FILTRACIÓN:
Velocidad, se refiere a cuán rápido se puede procesar un volumen específico
de fluido, asociado a la variable J “flux”, la cual hace referencia al volumen por
hora y por metro cuadrado de membrana de permeado. Sus unidades son
[lt/m2 hr] comúnmente conocida como LMH.
Membranas filtrantes :

27. OPERACIONES
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FILTRACIÓN:
Selectividad, hace referencia a cuan bien la membrana discrimina entre los
componentes de la alimentación. Comúnmente conocido como R “rejection” o
rechazo. No posee unidades.
Es una constante que depende, de las características de la membrana, el
tamaño de poro, y de la sustancia.
Membranas filtrantes :

28. OPERACIONES
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FILTRACIÓN:
Estabilidad, se refiere a cuanto tiempo, las dos medidas anteriores, pueden
mantener sus niveles (presumiblemente deseables) iniciales.
Membranas filtrantes :
Estas tres medidas de performance dependen de las propiedades físicas y químicas de la
membrana y de la corriente de alimentación que está siendo tratada, como así también del
dispositivo de contacto que está siendo usado.

29. OPERACIONES
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FILTRACIÓN:
Los filtros son manufacturados con una variedad de materiales usando varios métodos, pero
todos ellos pueden ser clasificados en dos categorías generales: filtros “de profundidad”
(Depth filters) y “de pantalla” (screen filters). N/A: es muy complicado encontrar las
traducciones de estas palabras técnicas en inglés, pero trataremos de dejar en claro su
significado.
Membranas filtrantes : TIPOS
Los filtros de profundidad derivan su nombre del hecho de que la filtración ocurre dentro de las
profundidades del material filtrante.

30. OPERACIONES
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FILTRACIÓN:
Membranas filtrantes : TIPOS

31. OPERACIONES
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FILTRACIÓN:
Membranas filtrantes : DE PROFUNDIDAD
Los filtros de profundidad consisten de una
matriz de fibras orientadas al azar que son
unidas entre sí para formar un laberinto
tortuoso de canales de flujo.

32. OPERACIONES
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FILTRACIÓN:
Membranas filtrantes : DE PROFUNDIDAD
Los materiales más comunes de construcción incluyen algodón, fibra de vidrio, asbesto,
metales sinterizados y tierras diatomáceas. Partículas que son por naturaleza insolubles o
coloidales son removidas desde el fluido por atrapamiento o adsorción en la matriz filtrante. Los
filtros de profundidad son operados en el modo “sin salida” (dead-end). Para aclarar el concepto
de “sin salida”, la solución a filtrar debe pasar completamente a través del filtro, obteniéndose un
filtrado, solución con partículas que no fueron retenidas por el filtro, y un retenido que son las
partículas que fueron retenidas por el filtro pero que no forman solución alguna. Este
procedimiento recuerda al proceso unitario de filtración.

33. OPERACIONES
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FILTRACIÓN:
Membranas filtrantes : DE PANTALLA
Un filtro de pantalla, en contraste, separa
por retención de las partículas en su
superficie, de la misma manera que un
tamiz. La estructura es usualmente más
rígida, uniforme y continua con un tamaño
de poro más controlado precisamente
durante su manufactura. Los filtros por
membrana caen dentro de esta categoría.
Dado que los filtros de pantalla poseen un
tamaño de poro definido, pueden dar una
medida absoluta o cuantitativa.

34. OPERACIONES
UNITARIAS I
FILTRACIÓN:
Membranas filtrantes : DE PANTALLA
Una ventaja más de los filtros de pantalla, es que las partículas retenidas no se pierden en su
profundidad, y son posibles recuperaciones más altas del material retenido.
Los filtros de pantalla además pueden ser clasificados de acuerdo a su ultraestructura como
microporosos o asimétricos (este último también se usa para referirse a membranas con
recubrimiento). Las membranas microporosas además son, algunas veces, clasificadas como
isotrópicas (con poros de tamaño uniforme a través de todo el cuerpo de la membrana), o
anisotrópicas (donde los poros cambian de tamaño de una a otra superficie de la membrana).

35. OPERACIONES
UNITARIAS I
FILTRACIÓN:
Membranas filtrantes : DE PANTALLA
Las membranas microporosas son diseñadas para retener todas las partículas superiores a su
tamaño de poro. Por ejemplo, una membrana de 0,45 μm implica que no permitirá que pasen
partículas mayores que 0,45 μm esto no significa que el tamaño de los poros es de 0,45 μm o
menos.

36. OPERACIONES
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FILTRACIÓN:
Membranas filtrantes : DE PANTALLA
Las membranas microporosas son diseñadas para retener todas las partículas superiores a su
tamaño de poro. Por ejemplo, una membrana de 0,45 μm implica que no permitirá que pasen
partículas mayores que 0,45 μm esto no significa que el tamaño de los poros es de 0,45 μm o
menos.

37. OPERACIONES
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38. OPERACIONES
UNITARIAS I
Diagrama de Flujo Simplificado (Básico)
Ptransmembranal = (pf+pc) / 2 - Pp
Flux (LMH) = Qp (L/hs) / Área (m2)
Reducción de Volumen
Cv = Vf (o Qf) / Vr (o Qr)
Conversión
y = 1 – (1/Cv)

39. OPERACIONES
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FILTRACIÓN: OSMOSIS
Se define ósmosis como una difusión pasiva,
caracterizada por el paso del agua,
disolvente, a través de la membrana
semipermeable, desde la solución más
diluida a la más concentrada. Y entendemos
por presión osmótica, a aquella que seria
necesaria para detener el flujo de agua a
través de la membrana semipermeable.

40. OPERACIONES
UNITARIAS I
FILTRACIÓN: OSMOSIS INVERSA
Es un proceso mediante el cual se purifica
una muestra de agua eliminando las
partículas en suspensión. La tecnología
ósmosis inversa es un tipo de tratamiento
físico-químico que copia a la naturaleza para
eliminar impurezas del agua, haciéndola
pasar a través de unas membranas
semipermeables.

41. OPERACIONES
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FILTRACIÓN: MICROFILTRACION
La microfiltración es un proceso de filtración
por medio de un medio microporosa que
retiene lo sólidos suspendidos de un fluido. El
tamaño de poro de la membrana oscila desde
0.1 hasta 1 micras o micrones. La
microfiltración es diferente de la ósmosis
inversa y a la nanofiltración ya que no
requiere presión.

42. OPERACIONES
UNITARIAS I
FILTRACIÓN: MICROFILTRACION
La microfiltración se utiliza para la
esterilización en frío de alimentos líquidos y
productos farmacéuticos, para la reducción
de microorganismos del agua y es común
como pretratamiento del agua para
nanofiltración y ósmosis inversa.

43. OPERACIONES
UNITARIAS I
FILTRACIÓN: ULTRAFILTRACION
Algunos ejemplos de aplicación de la
Nanofiltración son: ablandamiento del agua,
tratamiento previo para un posterior proceso
de desalinización, eliminación de
microcontaminantes para la purificación y
reutilización del agua, extracción y
separación de sales y solutos de bajo peso
molecular, etc.

44. OPERACIONES
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FILTRACIÓN: ELECTRODIALISIS
La Electro Diálisis (ED) es un proceso de
membrana, durante el cual los iones son
transportados a través de una membrana
semipermeable, bajo la influencia de un
potencial eléctrico.
Las membranas son catiónicas o aniónicas, lo
cual básicamente indica qué iones, ya sean
positivos o negativos, fluirán a través. Las
membranas selectivas de cationes son
polielectrolitos con materia negativamente
cargada, que rechaza los iones con carga
negativa y permite fluir a los iones con carga
positiva.

45. OPERACIONES
UNITARIAS I
FILTRACIÓN: ELECTRODIALISIS
Esta tecnología se emplea en mercados y
aplicaciones como la desmineralización de
suero de leche en plantas de productos
lácteos, la desmineralización de azúcar, la
desalinización de glicerina y aminas, y la
desacidificación de jugos.