FILTRACIÓN Por Mercedes Fernández Arévalo

8/9/2019 FILTRACIN Por Mercedes Fernndez Arvalo

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FILTRACINFILTRACIN

Mercedes Fernndez Arvalo


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FILTRACIFILTRACINN

OPERACIOPERACIN UNITARIA PARAN UNITARIA PARASEPARAR UN SSEPARAR UN SLIDO DESDE UNLIDO DESDE UN

FLUIDO O UN FLUIDO DESDE OTROFLUIDO O UN FLUIDO DESDE OTRO


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FILTRACIFILTRACINN

PrecipitadoPrecipitado

FILTROFILTRO

FILTRADOFILTRADO

FLUIDO INICIALFLUIDO INICIAL((efluenteefluente,, turbioturbio))

RESIDUORESIDUO((tortatorta))

LLqq.. transparentetransparente ((ssll--llqq..oo llq.q.--llqq.).)

EsterilizarEsterilizar ((llq.q.--aireaire)) EliminarEliminar part. delpart. del aireaire

PP


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1.1. MATERIAL A SEPARARMATERIAL A SEPARAR

FILTRACIFILTRACINN

CLASIFICACINCLASIFICACIN

2. FUERZA IMPULSORA2. FUERZA IMPULSORA

3. FLUJO3. FLUJO4. MECANISMO RETENCIN4. MECANISMO RETENCIN


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1.1. MATERIAL A SEPARARMATERIAL A SEPARAR::

Filtracin convencionalFiltracin convencional (= clarificacin):(= clarificacin): 10 m 10 m (clarifar soluciones)(clarifar soluciones)

MicrofiltracinMicrofiltracin::0.10.1 10 m10 m (agua p. iny.)(agua p. iny.)

UltrafiltracinUltrafiltracin::0.0010.001 0.1 m0.1 m (macromolculas)(macromolculas)

(MEMBRANAS)(MEMBRANAS) smosis inversasmosis inversa::0.0010.001 0.0001 m0.0001 m (iones)(iones)

(MEMBRANAS(MEMBRANAS-- P)P)

FILTRACIFILTRACINN

CLASIFICACINCLASIFICACIN


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2.2. FUERZA IMPULSORAFUERZA IMPULSORA:: Hidrosttica (gravedad)Hidrosttica (gravedad) PresinPresin

VacoVaco CentrifugacinCentrifugacin

3.3. FLUJOFLUJO:: ConstanteConstante VariableVariable

4.4.

MECANISMO RETENCINMECANISMO RETENCIN

::

CribadoCribado AdsorcinAdsorcin Formacin tortaFormacin torta

FILTRACIN:FILTRACIN: SuperficieSuperficie

ProfundidadProfundidad

FILTRACIFILTRACINN

PP


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Filtracin en SuperficieFiltracin en Superficie

CribadoCribado: Retencin mecnica: Retencin mecnica f(f())

Filtros de membranaFiltros de membrana

Lmite de separacin absolutoLmite de separacin absolutoEstructura homogneaEstructura homogneaEspesor pequeo (no absorbenEspesor pequeo (no absorben

lquidos)lquidos)ColmatacinColmatacin rpidarpida (>S,(>S,prefiltrosprefiltros, coadyuvantes), coadyuvantes)

FILTRACIFILTRACINN


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FILTRACIFILTRACINN

Filtros en profundidadFiltros en profundidad AdsorcinAdsorcin: (atraccin: (atraccin electrostelectrost..o fuerzas de Vano fuerzas de Van derder WaalsWaals))

Estructura tridimensionalEstructura tridimensionalGran tortuosidadGran tortuosidadAdsorcin + CribadoAdsorcin + CribadoLmite de separacin nominalLmite de separacin nominal

Cesin fragmentos y/o impurezasCesin fragmentos y/o impurezasNo se colmatan rpidamenteNo se colmatan rpidamenteGran capacidad de retencinGran capacidad de retencin> Absorcin de lquido> Absorcin de lquido


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FILTRACIFILTRACINN

Formacin de tortaFormacin de torta


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FILTRACIFILTRACINN

CAUDALCAUDAL:: Q =Q = dVdV//dtdt (m(m33ss--11))

FLUJOFLUJO:: J =J = dVdV//AdtAdt ((mmss--11))

PP EcEc. POISEUILLE. POISEUILLE::

J =J = dVdV//AdtAdt == rr44

88 ll

PP22

PP11rr

ll

VELOCIDAD LINEAL MEDIAVELOCIDAD LINEAL MEDIA::

Q = JAQ = JA

VVmm ==ddmm22PP

KK llmm= J / e= J / e


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FILTRACIFILTRACINN

POROSIDADPOROSIDAD:: e = V poros / V total (e = 0e = V poros / V total (e = 0 1)1)

SUPERFICIE EFECTIVA DE FILTRACIONSUPERFICIE EFECTIVA DE FILTRACION::SSBB = A poros / V filtro= A poros / V filtro

SUPERFICIE TOTALSUPERFICIE TOTAL:: SS = A total / V filtro= A total / V filtro

SUPERFICIE OPACASUPERFICIE OPACA:: SSOO = S (1= S (1 e)e)


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FILTRACIFILTRACINN

ECUACIN DEECUACIN DEKOZENYKOZENY ddmm = e / S= e / SOO = e / S (1= e / S (1 e)e)

J =J = VVmm e = e =e = e =ddmm

22

PPKK llmmPP llmm

ee33

K SK S22 (1(1 e)e)22

1 /1 / RRmm

RESISTENCIARESISTENCIAESPECFICAESPECFICA

(del medio filtrante)(del medio filtrante)

J =J = PPRRmm llmm

ee33

K SK S22 (1(1 e)e)22

> e e < RmRm > J> J K = 5 (K = 5 (ctecte.).)Ej.: S = 4Ej.: S = 4e = 0.3e = 0.3 RmRm = 1451.8= 1451.8e = 0.6e = 0.6 RmRm = 59.26= 59.26


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FILTRACIFILTRACINN

ECUACIN DEECUACIN DECARMANCARMAN Lecho del filtro no es constanteLecho del filtro no es constanteR =R = RmRm ++ RtRt (torta)(torta)

J =J = dVdV//AdtAdt = == =PP

(Rm + Rt)(Rm + Rt)

PP (Rm +(Rm + w V/A)w V/A)

= Resistencia espec= Resistencia espec

ficafica

de la tortade la tortawVwV = s= slidos por unidad de Vlidos por unidad de V

InversaInversa

IntegraIntegra

P =P = ctecte..

t / V/A =t / V/A = KpKp V/A + CV/A + C

t / V/A = +t / V/A = + w Vw V

22PP AA

RmRm

PPKpKp

CC

t / V/At / V/A

V/AV/A


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FILTRACIFILTRACINN ECUACIN DE CARMANECUACIN DE CARMAN

ww22PP RmRm

PP

t / V/At / V/A

V/AV/A

CONSIDERACIONESCONSIDERACIONES

PRCTICAS SOBRE LAPRCTICAS SOBRE LAVELOCIDAD DEVELOCIDAD DEFILTRACINFILTRACIN

CONSIDERACIONES PTIMAS DE FILTRACINCONSIDERACIONES PTIMAS DE FILTRACIN

1.1. PresinPresin2.2. Cantidad y caractersticas de los slidosCantidad y caractersticas de los slidos

3.3. Medio y rea de superficie filtranteMedio y rea de superficie filtrante4.4. Viscosidad del filtradoViscosidad del filtrado


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CONSIDERACIONES PRCTICAS SOBRE LACONSIDERACIONES PRCTICAS SOBRE LAVELOCIDAD DE FILTRACINVELOCIDAD DE FILTRACIN

1.1. PRESINPRESIN: Fuerza impulsora: Fuerza impulsora

dVdV//dtdt

PP

Tortas incompresiblesTortas incompresibles

Tortas compresiblesTortas compresibles

Slidos cristalinosSlidos cristalinosIndeformablesIndeformables

Tamao uniformeTamao uniforme

TortasTortas floculentasfloculentasGelesGeles


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2.2. CANTIDAD Y CARACTERSTICAS DEL SLIDOCANTIDAD Y CARACTERSTICAS DEL SLIDO

> W> W


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ProcesoProceso dede filtracinfiltracin porpor flujoflujo

directodirecto

FiltracinFiltracin tangencialtangencial ProcesoProceso continuocontinuo

MnimoMnimo depsitodepsito dede slidosslidos

MicroMicro-- y ultray ultra-- filtracinfiltracin yy smosissmosis

inversainversa >> aporteaporte energaenerga ((desplazamientodesplazamiento

tangencialtangencial yy gradientegradiente de P)de P)


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3.3. MEDIO Y REA FILTRANTEMEDIO Y REA FILTRANTE

J> J

> e> e > S> SBBSSBB = A poros / V filtro= A poros / V filtro

AUMENTAR LAAUMENTAR LA

SUPERFICE DESUPERFICE DEFILTRACINFILTRACIN(filtros prensa, cartuchos,(filtros prensa, cartuchos,

filtros plieguesfiltros pliegues))

4.4. VISCOSIDAD DEL FLUIDOVISCOSIDAD DEL FLUIDO

J> J


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Caractersticas de los medios filtrantesCaractersticas de los medios filtrantes

Elevado poder deElevado poder de

retencinretencin

de partculas ode partculas o

microorganismosmicroorganismos GranGran resistenciaresistencia qumica y mecnicaqumica y mecnica Facilidad deFacilidad de desprendimientodesprendimiento de la tortade la torta

MximoMximo volumen filtrablevolumen filtrable Elevado caudalElevado caudal de filtracin conde filtracin con mnimamnima

resistenciaresistencia al flujoal flujo

No exista extraccinNo exista extraccin de ningn componente delde ningn componente delfiltrofiltro Escasa o nula capacidad deEscasa o nula capacidad de adsorcinadsorcin dede

sustancias (macromolculas, conservantes, etc.)sustancias (macromolculas, conservantes, etc.)

FILTRACIFILTRACINN


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MATERIALES FILTRANTESMATERIALES FILTRANTES (1)(1)1. Materiales filtrantes sueltosAlgodn, lana de vidrio, pasta decelulosa, slice, carbn vegetal

Separacin partculas grandesSeparacin partculas grandes Cesin de filamentos (filtrar varias veces)Cesin de filamentos (filtrar varias veces)

2. Materiales porososVidrio fritado:Metales sinterizados:

Porcelana porosa y slice

Inercia qumicaInercia qumica, carga negativa, carga negativaFiltracin de gasesFiltracin de gases

FILTRACIFILTRACINN

Filtracin en profundidadFiltracin en profundidad

Filtracin en profundidadFiltracin en profundidad


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3. Tejidos y membranas (1)

FILTRACIFILTRACINN

Placas, discos, papeles (ceden fibras) Estado seco: lquidos polares y apolares

Estado hmedo: lquidos polares Filtro en profundidad Esterilizables con vapor de agua Clarificacin y prefiltro

MATERIALES FILTRANTESMATERIALES FILTRANTES (2)(2)

3.1. Fibras de celulosa:


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FILTRACIFILTRACINN


Membranas de nitrocelulosa y acetato decelulosa: muy utilizados

Amplia gama de tamao de poro y biendefinidos Muy porosos (80%): elevado caudal de

filtracin

Filtracin en superficie y esterilizante Estabilidad trmica limitada (80 C) Componentes extrables (nitrocelulosa)

Incompatibles con ciertos disolventesorgnicos

3.2. steres de celulosa:


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3.3. Fibra de vidrio:

FILTRACIFILTRACINN


Retculo de fibras finas de vidrio, relativamentegrueso (0.25 mm)

Caudal alto, gran capacidad antes de colmatarse yelevada resistencia qumica Resistentes al calor y de bajo costo Cesin de fragmentos al filtrado

Filtracin en profundidad


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3.3. Fibras sintticas

FILTRACIFILTRACINN


Polipropileno, Nylon, Polisulfona, Difluoruro depolivinilideno (PVDF), Politetrafluoruro deetileno (PTFE o tefln), Policarbonato

Alta resistencia y ceden pocas fibras Filtracin en superficie

Alta porosidad, tamao uniforme de poros

Se utilizan como filtros finales (micro- yultrafiltracin) y algunos en filtracinesterilizante


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FILTRACIFILTRACINNCOADYUVANTES DE LA FILTRACINCOADYUVANTES DE LA FILTRACIN

Tierra de diatomeasTierra de diatomeas Pulpa de celulosaPulpa de celulosa

Carbn activoCarbn activo ArcillaArcilla TalcoTalco

Se incorporan allquido a filtrar

1. Facilitan el depsito de impurezas1. Facilitan el depsito de impurezas2. Evitan el colmatado rpido2. Evitan el colmatado rpido3. Retienen por adsorcin diversas impurezas3. Retienen por adsorcin diversas impurezas

Polvos insolubles e inertes Capa de depsito pulverulento sobre filtro rgido que acta como

soporte La tenuidad del polvo condiciona la porosidad

Tienen gran capacidad adsorbente: pueden retener frmacos disueltospueden retener frmacos disueltosy colorantesy colorantes


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DISPOSITIVOS DE FILTRACINDISPOSITIVOS DE FILTRACIN

5.5. Resistencia trmicaResistencia trmica: el filtro debe esterilizarse: el filtro debe esterilizarse

6.6. El filtro debe serEl filtro debe ser compatible con el fluidocompatible con el fluido::Tablas de compatibilidad entre filtros y disolventesTablas de compatibilidad entre filtros y disolventes

CRITERIOS DE SELECCINCRITERIOS DE SELECCIN

1.1. Volumen de lquido a filtrarVolumen de lquido a filtrar: laboratorio o industrial: laboratorio o industrial2.2. Fuerza impulsoraFuerza impulsora:: gravedad, presin, vaco, f. centrfugagravedad, presin, vaco, f. centrfuga

3.3. Grado de separacinGrado de separacin: tamao de poro: tamao de poro4.4. Producto que se seleccionaProducto que se selecciona: filtrado o torta: filtrado o torta

7.7. Rgimen de trabajoRgimen de trabajo: continuo o discontinuo: continuo o discontinuo

FILTRACIFILTRACINN


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FILTROS PRENSAFILTROS PRENSA

Gran superficie de filtracinGran superficie de filtracin


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DISCOS APILADOSDISCOS APILADOS

Gran superficie deGran superficie de

filtracinfiltracin


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ROTARY DRUMROTARY DRUMVACUUM FILTERVACUUM FILTER


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DISCOS FILTRANTESDISCOS FILTRANTES

DE MEMBRANASDE MEMBRANAS

PARA JERINGASPARA JERINGAS


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FILTRACIN DE GASESFILTRACIN DE GASES: OBJETIVOS: OBJETIVOS1. Eliminar polvo o grmenes1. Eliminar polvo o grmenes::

zonas aspticas (habitaciones o locales)zonas aspticas (habitaciones o locales)campanas de flujo laminarcampanas de flujo laminar

2. Recuperar partculas de polvo generadas durante el2. Recuperar partculas de polvo generadas durante el

desarrollo de una OTF:desarrollo de una OTF:(pulverizacin, mezclado, compresin....)(pulverizacin, mezclado, compresin....)

MATERIALES FILTRANTES:MATERIALES FILTRANTES: LANA DE VIDRIO (+ lquido viscoso)LANA DE VIDRIO (+ lquido viscoso) METAL SINTERIZADOMETAL SINTERIZADO TUBOS O MANGAS FILTRANTESTUBOS O MANGAS FILTRANTES

FILTRACIFILTRACINN


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CONTROLES DEL PROCESO DE FILTRACINCONTROLES DEL PROCESO DE FILTRACIN

1) ENSAYO DE INTEGRIDAD:1) ENSAYO DE INTEGRIDAD:

Punto de burbujaPunto de burbuja

-- Mtodo simple y no destructivoMtodo simple y no destructivo-- Se utiliza en filtros de membranaSe utiliza en filtros de membrana

-- Presin necesaria para desalojar el liquido quePresin necesaria para desalojar el liquido queocupa los poros de una membrana y que provoca laocupa los poros de una membrana y que provoca laaparicin de burbujas de aire visibles a la salida delaparicin de burbujas de aire visibles a la salida delfiltrofiltro

-- La presin necesaria es inversamente proporcionalLa presin necesaria es inversamente proporcionalal radio del poro y tiene que ser similar alal radio del poro y tiene que ser similar alespecificado por el fabricanteespecificado por el fabricante

FILTRACIFILTRACINN

F N


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2) DETERMINACIN DEL CAUDAL:2) DETERMINACIN DEL CAUDAL:

-- Tiene inters en el mbito industrial yTiene inters en el mbito industrial yproporciona una medida de la porosidad (superficieproporciona una medida de la porosidad (superficieefectiva de filtracin)efectiva de filtracin)

-- Se determina a partir del tiempo que invierte unSe determina a partir del tiempo que invierte unvolumen determinado de lquido en atravesar unvolumen determinado de lquido en atravesar unfiltrofiltro

CONTROLES DEL PROCESO DE FILTRACINCONTROLES DEL PROCESO DE FILTRACINFILTRACIFILTRACINN

F LTR CFILTRACINN


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3) RESISTENCIA A LA COLMATACIN3) RESISTENCIA A LA COLMATACIN

(VOLUMEN MXIMO FILTRABLE)(VOLUMEN MXIMO FILTRABLE)-- Volumen mximo que una membrana es capaz deVolumen mximo que una membrana es capaz defiltrar antes de colmatarsefiltrar antes de colmatarse

-- Estima la duracin de un filtroEstima la duracin de un filtro

-- Depende de la viscosidad del fluido que se filtre,Depende de la viscosidad del fluido que se filtre,de la cantidad de partculas en el medio y de lade la cantidad de partculas en el medio y de lapresin aplicadapresin aplicada

FILTRACIFILTRACINN


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4) ADSORCIN DE COMPONENETES DE4) ADSORCIN DE COMPONENETES DELA FORMULACINLA FORMULACIN

-- Principios activos, protenas y conservantesPrincipios activos, protenas y conservantes

--Depende de la naturaleza de le membrana y de lasDepende de la naturaleza de le membrana y de las

interacciones electrostticas einteracciones electrostticas e hidrofbicashidrofbicas--Valoracin de sustancias en el filtradoValoracin de sustancias en el filtrado

FILTRACIFILTRACINN


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5) EXTRAIBLES DE LA MEMBRANA5) EXTRAIBLES DE LA MEMBRANA

-- Impurezas de fabricacin (calidad del filtro)Impurezas de fabricacin (calidad del filtro)--Control analtico: extraccin (condicionesControl analtico: extraccin (condicionesagresivas) + valoracin HPLCagresivas) + valoracin HPLC

-- Control toxicolgico en animalesControl toxicolgico en animales

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