UNIVERSIDAD DE GUAYAQUILFACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

INGENIERÍA QUÍMICA

Operaciones unitarias 402

filtracion por gravedad

INTEGRANTRES:Jorge Vargas Ronald Saona

Jorge León Yenniffer Ávila

Josselyn Tumbaco

ING. LUIS BONILLA Msc.

4TO AÑO B

2014

INTRODUCCION:

La filtración es una operación unitaria donde se consigue la separación de los sólidos que se encuentran suspendidos en un medio líquido haciendo pasar la suspensión a través de un medio poroso, el cual va a retener las partículas sólidas dejando pasar el líquido. Los sólidos quedarán retenidos en función de su granulometría y según sea el tamaño de los poros.

El medio filtrante es la barrera que retiene los sólidos y deja pasar el líquido, puede ser un tamiz, una tela, un tejido de fibras, fieltro, membranas poliméricas o un lecho de sólidos. El líquido que atraviesa el medio filtrante se denomina filtrado. Distintos tipos de mallas para el medio filtrante

Un proceso de filtración presenta diversas características que se han de tener en cuenta para clasificar el proceso y seleccionar el equipo adecuado. Como son:

La fuerza impulsora de la filtración.- Gravedad- Presión o vacío- Centrifuga

El mecanismo de filtración: Filtración por torta Filtración de lecho profundo

El ciclo de operación.- Continuo- Discontinuo La naturaleza de los sólidos: Torta compresible- Torta

incompresible

Existen numerosos tipos de filtros dependiendo de aplicación a que estén destinados, como son:

o Filtros clarificadores o de lecho profundo.o Filtros de torta.

INDICE

OBJETIVO 4

MARCO TEÓRICO 5

Filtración

Mecanismos de filtración

Etapas de filtración

Filtración por gravedad

Tipos de filtro de gravedad

Ventajas

Desventajas

ANÁLISIS-CONCLUSIÓN 13

BIBLIOGRAFIA 13

OBJETIVOo CONOCER LA OPERACIÓN DE FILTRACION Y SUS MECANISMOS.o IDENTIFICAR LOS TIPOS DE FILTRACION SEGÚN SU FUERZA

IMPULSORA Y SUS TIPOS DE OPERACIÓN.

MARCO TEORICOFiltración

La filtración es la separación de una mezcla sólida y fluida que incluye el paso de la mayor parte del fluido a través de un medio poroso, que retiene la mayor parte de las partículas sólidas contenidas en la mezcla. Filtración es el nombre de la operación unitaria.

Un filtro es un equipo de las operaciones unitarias por medio del que se realiza la filtración. El medio filtrante es la barrera que permite que pase el líquido, mientras retiene la mayor parte de los sólidos, dicho medio puede ser una pantalla, tela, papel o un lecho de los sólidos. El líquido que pasa a través del medio filtrante se lo conoce como filtrado. La filtración y los filtros se puede se puede clasificar de las siguientes formas:

Por la fuerza impulsora:Gravedad, presión y vacío.

Por el mecanismo de filtración Por la función Por ciclo operacional Por naturaleza de los solidos

Mecanismo de una filtración

Debido a la enorme variedad de materiales que se han de filtrar y las diferentes condiciones de operación de los procesos, se han desarrollado diferentes mecanismos de filtración.

Mecanismo de retención.

Pueden ser:

Filtros en superficie (en torta, sobre soporte): Cuando las partículas tienen un tamaño suficiente, quedan retenidas en la superficie filtrante, perpendicularmente al flujo del agua.

Filtros en profundidad (en volumen, sobre lecho filtrante): Cuando las partículas tienen un tamaño pequeño, pueden quedar adsorbidas en el interior de la masa porosa por diferentes mecanismos (Van der Waals, coagulación…)

Filtros tangenciales: Análogos a los filtros en superficie, pero con la diferencia de que el agua circula paralelamente a la superficie de filtración.

Etapas de una filtración

FILTRACIÓN POR GRAVEDAD

Son los que, operando en sistema convencional, el agua sale del filtro por gravedad, es decir, sin ninguna presión, por lo que no puede ser conducida a ninguna cota que quede más elevada que el filtro.

Suelen contener medios diversificados para filtración mecánica y para filtración biológica, alojados en una o varias cámaras. Los medios para filtración biológica facilitan el asentamiento de bacterias y organismos que son los que realizan la filtración biológica.

La tapa de los filtros de gravedad no es hermética. El agua fluye sin presión a través de los elementos filtrantes y sale del filtro por gravedad. El caudal de la bomba debe ajustarse convenientemente para evitar que el agua pueda desbordar el filtro.

Lo más generalizado es instalar los filtros para que operen en sistema convencional, pero hay modelos específicos que pueden también operar en sistema gravitacional.

Se realiza a través de un embudo de vidrio provisto de un filtro de papel, cónico o de pliegues.

El líquido pasa a su través por efecto de la gravedad, quedando la parte sólida retenida en el filtro.

El filtro cónico es útil cuando lo que interesa recoger de una mezcla que se está filtrando es la parte sólida, ya que su superficie es lisa y es más fácil de separar el sólido una vez depositado.

El papel se acopla a un embudo cónico y se adiciona una pequeña cantidad del disolvente que se utiliza en la disolución y el papel humedecido se presionará contra el embudo para conseguir una fuerte

ETAPAS DE UNA FILTRACION

Acondicionamiento del filtro

Clarificación previa

del liquido

Decantación del liquido

Traslado del

solido al filtro

Lavado del

precipitado

adherencia. A continuación se va adicionando la disolución a filtrar, evitando salpicaduras. Nunca se llenará el embudo del todo, para impedir que el sólido o el líquido se introduzcan entre el papel y la pared del embudo.

Si lo que interesa es lo que permanece en la disolución, se utiliza el filtro de pliegues ya que la filtración es más rápida debido a que:

- Presenta una superficie de filtración mayor

- Permite el paso del aire con más facilidad, dado que al tener pliegues no se adhiere al embudo.

Si se trata de filtrar una cantidad pequeña de sólido y es necesario recuperar tanto el sólido como la disolución, se utiliza un embudo de pico largo con un papel del filtro que adecuadamente doblado en cono se adhiera totalmente a las paredes. De este modo, el flujo del líquido a través del papel se acelera por la succión debida a la columna de líquido del vástago del embudo, que debe permanecer lleno a lo largo de toda la operación.

Los pasos a seguir para preparar un embudo de pliegues y uno liso se indican a continuación:

Tipos de filtro de gravedad.

Sistema convencional

El filtro se ubica fuera del estanque y a una cota superior a la del mismo. La bomba para alimentar el filtro se instala dentro del estanque. Para operar una cascada o un arroyo se tendrá que ubicar el filtro en sitio y cota de altura adecuada, de forma que el agua, al caer por gravedad, forme la cascada o el arroyo.

Sistema gravitacional

Utiliza el principio de vasos comunicantes para que el agua fluya a través del filtro situado fuera del estanque. La bomba se sitúa fuera del estanque, por debajo del nivel agua del filtro.

La bomba aspira el agua del estanque a través del filtro y la podrá elevar a una altura que permitirá operar una cascada o un arroyo.

El sistema gravitacional se suele utilizar en estanques-piscina biológicos con el fin de situar la bomba a la distancia de seguridad reglamentaria para piscinas. También se utiliza en estanques de gran capacidad y para kois.

Ventajas, Detalles y Aplicaciones.

Ventajas

* Sin consumo de energía (electricidad, aire comprimido, etc.)

* Sin material de consumo

* Sin piezas de desgaste

* Sin costes de mantenimiento

Desventajas

* Difícil limpieza.

* Bajas velocidades de filtración.

* Área excesiva de piso que ocupa por unidad de área de filtración.

* Costos elevados de mano de obra que se requieren.

Detalles.

* Sin aparatos de regulación: el filtro no requiere piezas móviles (válvulas, medidores de flujo, mecanismos de regulación, indicadores) para sus funciones de filtración, retrolavado y enjuague.

* Sin bombas: el agua de retrolavado necesaria se almacena en el depósito que hay dentro del filtro. Gracias a esto, no hace falta recurrir a una bomba de retrolavado.

* Sin aire comprimido, agua a presión ni energía eléctrica: el filtro controla y lleva a cabo todos los procesos de manera completamente autónoma.

* Sin operarios: el filtro funciona de manera completamente automática, sin intervención externa.

* Sin piezas de desgaste: sin piezas móviles y sin desgaste.

Campos de aplicación

El filtro de gravedad sirve para casi todas las tareas de filtración, p. ej.

* Filtraciones de corriente parcial de agua refrigerante

* Tratamientos de flujo, servicio y agua potable

* Desferrizaciones de agua de fuente

* Limpieza de aguas residuales para reducir el contenido de suspensiones, CSB, BSB5 y fosfato (4ª fase de limpieza) etc.

TIPOS DE FILTRACIÓN EN GRAVA Y ARENA

El filtro más ampliamente usado para remover sólidos suspendidos es el filtro de grava y arena y se le llama así precisamente porque es un lecho de grava y arena el que retiene las partículas suspendidas en el agua.

El mecanismo de remoción de estos sólidos es de diferente naturaleza. En el proceso intervienen fuerzas de cohesión entre el material formado y las partículas en suspensión, aunque también se manifiestan fuerzas de atracción electrostática del tipo de fuerzas de London y de Van Der Waals.

En este tipo de filtros, el agua fluye a través de un lecho de grava y arena. Las propiedades del medio, causan que el agua tome caminos erráticos y largos trayectos, lo cual incrementa la probabilidad de que el sólido tenga contacto con otras partículas suspendidas, y con el medio formado en la superficie del gránulo de grava o arena, siendo de esta manera retenido entre el material filtrante. Para una filtración o separación de sólidos más eficiente, también es conveniente darle un tratamiento previo al agua a tratar, agregándole substancias químicas que causen la coagulación y floculación de las partículas, ya que es más probable que el coágulo o flóculo sea retenido en el lecho del filtro que una sola partícula en estado coloidal

En forma general los filtros se clasifican en filtros de gravedad o filtros lentos y filtros a presión o filtros rápidos.

Filtros lentos o de gravedad: Un filtro lento es aquel que tiene un lecho de grava y arena y el agua fluye a través de este lecho por el solo efecto o acción de la gravedad y por tal motivo se les conoce también como filtros de gravedad. La velocidad de filtración en este tipo de filtros es muy lenta, por lo que se requiere de una gran área o superficie de filtración para un flujo determinado.

Para caracterizar un filtro y conocer sus dimensiones para un flujo o gasto de agua determinado se emplea la relación Gasto/Área ó Q/A. Para un filtro lento o de gravedad se emplea una relación Q/A de 0.6 a 6 LPM/mt2 (litros por minuto por metro cuadrado ó lts/min×mt2)

Cuanto menor sea la relación Q/A menor es el gasto o flujo por unidad de área del filtro, lo cual tiene como consecuencia una más eficiente remoción de los sólidos suspendidos, pero por otro lado, si se desea trabajar con bajos valores gasto/área ó Q/A se requerirá de una gran superficie de filtración para un gasto de agua específico.

El valor de diseño seleccionado finalmente dependerá de factores tales como: disponibilidad de terreno, presupuesto o recursos disponibles, calidad deseada del agua tratada, características del agua a filtrar, etc.

Un filtro típico de grava y arena que opera por gravedad es el que se presenta en la Figura 1.

 

Características y construcción de un filtro lento de grava y arena: Una de las ventajas del filtro lento de gravedad, además de su eficiencia en la clarificación del agua, es la facilidad y sencillez de construcción de un filtro de este tipo, cuando hay superficie o terreno disponible para su construcción. El cuerpo del filtro puede ser un tanque de concreto, el cual tiene un arreglo de tubería en el fondo de este filtro para captar el agua que fluye a través del lecho de grava y arena y llega ya filtrada al fondo del tanque, de donde es extraída después del proceso

Filtro lento o de gravedad con detalles de construcción antes de colocar las capas de grava y arena

El agua a tratar o influente, llega al filtro a través de una tubería o canaletas que se encuentran en la parte superior del filtro. La distribución de esta tubería o canaletas debe ser hecha tratando de que el agua a

tratar se distribuya uniformemente en toda el área del filtro para que el área de filtración efectiva sea el área disponible en el filtro.

Después de que el agua cae a la parte superior del filtro, ésta inicia su trayecto a través de las diferentes capas de grava y arena. En la parte superior se encuentra la arena más fina, dispuesta así con la intención de que los sólidos se retengan en esta parte superior del lecho. De las diferentes capas del filtro, ésta primera capa de arena es la que retiene la mayoría de los sólidos suspendidos. Después de la primera capa de arena le sigue otra capa de arena más gruesa, posteriormente una capa de grava fina y al último una capa de grava gruesa.

Estas capas más internas casi no captan sólidos, pero se encuentran ahí para soportar la capa de arena y generar un gran número de huecos para que realmente se presente un vacío y se manifieste el flujo descendente del agua por acción de la gravedad.

El número de capas, la granulometría del material y la altura de cada una de las diferentes capas son factores de diseño y no existe una forma única de filtro de gravedad. Cada uno de estos aspectos depende de factores tales como: disponibilidad del material empleado para construir los diferentes lechos de material filtrante, la relación Q/A que se empleará, la calidad de agua a tratar y la deseada en el efluente, la experiencia previa en la operación de filtros de éste tipo y también es muy importante evaluar en pruebas piloto los coagulante y floculantes empleados, así como las diferentes capas de material filtrante que se desea emplear en una operación a gran escala. 

CONCLUSIONESLa variedad de dispositivos de filtración o filtros es tan extensa como las variedades de materiales porosos disponibles como medios filtrantes y las condiciones particulares de cada aplicación: desde sencillos dispositivos, como los filtros domésticos de café o los embudos de filtración para separaciones de laboratorio, hasta grandes sistemas complejos de elevada automatización como los empleados en las industrias petroquímicas y de refino para la recuperación de catalizadores de alto valor, o los sistemas de tratamiento de agua potable destinada al suministro urbano.La elección del tipo de filtro más adecuado depende de muchos factores diferentes: de la especie, cantidad y tamaño de partículas a separar, de la especie, volumen y temperatura del medio a filtrar, así como del método de filtración y de la precisión requerida.Las exigencias para el filtro son tan diferentes como lo son cada uno de los campos de aplicación. Se tienen que tener en cuenta las características químicas y físicas de la muestra a filtrar, así como el consiguiente análisis o manipulación del precipitado o del filtrado.

BIBLIOGRAFIAEnrique, M. (2011). Obtenido de http://goo.gl/UVD6rJ

quimica, d. d. (s.f.). Obtenido de http://goo.gl/1VV04b

. Manual del Ingeniero Quimico. sexta edicion.