INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TACAMBARO

1. INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE TACAMBARO INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS MATERIA: FLUJO DE FLUIDOS EQUIPO: 5 • TEMAS: UNIDAD 3 FILTRACION. • Definicion, caracteristicas y fundamentos de un sistema de filtrado • Equipos, elementos y tipos de filtracion • Innovaciones tecnologicas de sistemas de filtracion • Selección, mantenimiento y costos de operaciones en la industria de alimentos considerando proovedores y cotizaciones de equipos, minimizando el impacto ambiental. • PROFESOR: Ing. Uriel Olivares Molina • EQUIPO: JOSE ENRIQUE GOMEZ TORRES • JOSE ANTONIO MARTINEZ VILLALOBOZ • JOSE MANUEL GALLEGOS GARCIA OCTUBRE 2012

2. FILTRACION • Proceso de separar un solido suspendido (como un precipitado) del liquido en el que esta suspendido al hacerlos pasar a través de un medio poroso por el cual el liquido puede penetrar fácilmente . La filtración es un proceso básico en la industria química que también se emplea para fines tan diversos como la preparación de café, la clarificación de azúcar o el tratamiento de aguas residuales.

3. LA FILTRACIÓN: es un proceso empleado en la industria para remover contaminantes de las mezclas de fluidos que a veces pueden ser rehusados en sistemas de recirculación. • En los procesos de filtración se emplean 4 tipos de material: • Granulares como arena o carbón triturado • Laminas filtrantes de papel o filtros trenzados de tejidos y redes de alambre. • Filtros rígidos como los formados al quemar ladrillos o arcilla (barro) a baja temperatura • Filtros compuestos de membrana semipermeables o penetrables como las animales.

4. Fundamentos de la Filtración • La filtración es un ejemplo especial de flujo a través de un medio poroso, cuya resistencia al flujo no es constante sino aumenta a medida que el medio filtrante se va obstruyendo o se forma una torta de filtración. Magnitudes de interés : - Velocidad de flujo a través del filtro - Caída de presión A medida transcurre el proceso o bien disminuye la velocidad de flujo o aumenta la caída de presión. En la filtración a presión constante, Δp permanece constante y disminuye la velocidad de flujo con el tiempo, mientras que en la filtración a velocidad constante, la caída de presión aumenta progresivamente permaneciendo constante la velocidad .

5. Teoría básica de la filtraciónCaída de presión del fluido a través de la torta. La figura muestra el corte transversal de una torta de filtración y un medio filtrante, en un tiempo definido t s desde el inicio del flujo del filtrado. En dicho momento, el espesor de la torta es L m (pie). El área de corte transversal del filtro es A m2 (pie2) y la velocidad lineal del filtrado en la dirección L es v m/s (pie/s), con base en el área de filtración A m2.

6. El flujo del filtrado a través del lecho empacado de la torta puede describir por medio de una ecuación similar a la ley de Poiseuille, suponiendo un flujo laminar en los canales del filtro. La expresión de Poiseuille para flujo laminar en un tubo recto, y se puede escribir como sigue: donde ∆ p es la caída de presión en N/m2 (lbf/pie2), v es la velocidad en el tubo abierto en m/s (pie/s), D es el diámetro en m (pie), L es la longitud en m (pie), µ es la viscosidad en Pa 1s o kg/m . s (lbm/pie .s) y gces 32.174 Ibm . pie/lbf .s2. Para el flujo laminar en un lecho empacado con partículas, la relación de Curman-Kozenyes similar ala ecuación (l4.2-1) se ha demostrado que es aplicable ala filtración.

7. donde k1, es una constante igual a 4.17 para partículas aleatorias, de tamaño y forma definidos, µ es la viscosidad del filtrado en Pa *s (lb,/pie * s), v es la velocidad lineal basada en el área de filtración, en m/s (pie/s), E es la fracción de espacios vacíos o porosidad de la torta, L es el espesor de torta en m (pie), Sc es el área superficial específica de las partículas en m2 (pie2) de área de partícula por m3 (pie3) de volumen de partículas sólidas y ∆p, es la caída de presión en la torta en N/m2 (lbf/pie2). En unidades del sistema inglés, el lado derecho de la ecuación (14.2-2) se divide entre gc. La velocidad lineal es

8. donde A es el área del filtro en m2 (pie2) y Ves el total de m3 (pie3) de filtrado recolectado en el’ tiempo t s. El espesor de la torta L puede relacionarse con el volumen de filtrado V, por medio de un balance de materia. Si cs es kg de sólidos/m3 (Ibm/pie3) de filtrado, el balance de materia nos da: donde ρpes la densidad de las partículas sólidas de la torta en kg/m3 (lbm/pie3) de sólido. El término final de la ecuación (14.2-4) es el volumen del filtrado retenido en la torta. Este suele ser pequeño y se desprecia.

9. Al sustituir la ecuación (14.2-3) en la (14.2-2) y al usarla (14.2-4) para eliminar L, se obtiene la ecuación final • donde αes la resistencia específica de la torta en m/kg (pie/lbm), que se define como • Para la resistencia del medio filtrante, por analogía con la ecuación (14.2-5), se puede escribir la expresión

10. donde Rmes la resistencia del medio filtrante al flujo de filtración en m-t1(pie-1) y ∆pfes la caída de presión. Cuando Rmse trata como constante empírica, incluye tanto la resistencia al flujo en las conexiones de tuberías hacia y desde el filtro como la resistencia del medio filtrante. • Puesto que las resistencias de la torta y del medio filtrante están en serie, se pueden combinar las ecuaciones (14.2-5) y (14.2-7), con lo que se obtiene • donde ∆p= ∆p, + ∆ pfAlgunas veces, (14.2-8) se modifica como sigue:

11. donde Ve es el volumen de filtrado necesario para formar una torta de filtración ficticia cuya resistencia sea igual a Rm. • El volumen del filtrado V también se puede relacionar con W, que son los kilogramos de sólido acumulado como torta seca. • donde Cxes la fracción de masa de sólido en la suspensión, m es la relación de masa de la torta húmeda respecto a la torta seca y ρes la densidad del filtrado en kg/m3 (Ibm/pie3).

12. Características principales. El medio para filtraciones industriales debe tener ciertas características. • Permite separar los sólidos de la suspensión y producir un filtrado transparente. • Los poros no se deben obstruir con facilidad para que la velocidad del proceso no sea demasiado lenta. • El medio filtrante debe permitir la extracción de la torta sin dificultades ni perdidas. • Debe tener una resistencia suficiente para no regarse y no ser afectado por los productos químicos presentes.

13. Tipos de equipos de filtración • Lecho de filtración. El tipo más sencillo de filtro es el de lecho. Este tipo es útil principalmente en casos en los que pequeñas cantidades relativas de sólidos se separan de grandes cantidades de agua y se clarifica el líquido. Con frecuencia, las. capas inferiores se componen de piezas burdas de grava que descansan sobre una placa perforada o ranurada. Por encima de la grava hay arena fina que actúa como el medio de filtración real.

15. Filtros prensa de placas y marcos. Uno de los tipos de filtros más importantes es el filtro prensa de placas y marcos. Estos filtros consisten de placas y marcos alternados con una tela filtrante a cada lado de las placas, Las placas tienen incisiones con forma de canales para drenar el filtrado en cada placa. La suspensión de alimentación se bombea en la prensa y fluye a través del conducto al interior de cada uno de los marcos abiertos, de manera que va llenando los espacios vacíos. El filtrado fluye entre la tela filtrante y la superficie de la placa, a través de los canales y hacia el exterior, mientras los sólidos se acumulan como torta en los marcos.

17. Filtros de hojas. El filtro prensa es útil para muchos propósitos pero no es económico para el manejo de grandes cantidades de lodos, ni para el lavado eficiente con cantidades pequeñas de agua. Estas hojas se cuelgan en paralelo en un tanque cerrado. La suspensión entra al tanque y la presión llega a la tela filtrante, donde la torta se deposita en el exterior de la hoja. El filtrado fluye por el interior del marco hueco hacia un cabezal de descarga y el líquido de lavado sigue la misma trayectoria de la suspensión, De esta forma, el lavado resulta más eficiente que en los filtros prensa. Para extraer la torta se abre la coraza del tanque.

19. Filtros rotatorios continuos. Los filtros de placas y marcos y los de hojas tienen las desventajas típicas de los procesos intermitentes y no se pueden usar para procesos de gran capacidad. Existen varios filtros de tipo continuo disponibles: • a) Filtro rotatorio continuo de tambor al vacío, El tambor cilíndrico se recubre de un medio filtrante adecuado, se hace girar, y una válvula automática en el centro sirve para activar las funciones de filtrado, secado, lavado y descarga de la torta del ciclo de operación. El filtrado sale por el eje del filtro.

21. b) Filtro de disco rotatorio continuo. Este filtro consta de discos verticales concéntricos montados en un eje horizontal rotatorio. El filtro opera con el mismo principio que el filtro rotatorio de tambor al vacío. Todos los discos están huecos y cubiertos con un filtro de tela que se sumerge parcialmente en la suspensión. La torta se lava, se seca y se descarga raspándola cuando el disco está en la sección superior de su rotación. • c) Filtro horizontal rotatorio continuo. Éste es un filtro al vacío cuya superficie filtradora anular rotatoria está dividida en sectores. Conforme el filtro horizontal gira recibe suspensión, luego se lava, se seca y se le quita la torta. Se usa mucho en procesos de extracción de minerales, lavado de pulpas y otros procesos de gran capacidad.

22. Tipos de filtracion • Filtración mecánica. Pasa el fluido a través de diferentes materiales con el fin de retener las partículas en suspensión. • Filtración química. Su principal función es la eliminación de compuestos químicos que con la filtración mecánica no seria posibles. El material filtrante utilizado es: • Carbón activado • Resinas sintéticas

23. Tipos de filtracion • Según la presión de trabajo. • Filtración por caída o gravitación Se realiza a presión atmosférica. Es un proceso lento, ideal para pequeñas cantidades.

24. Filtración bajo presión. Se realiza ejerciendo una presión, superior a la atmosférica, sobre el líquido que hay que de filtrar. • Filtración por succión o a presión reducida Se realiza haciendo el vacío en el recipiente donde se recoge el líquido filtrado.

25. SEGÚN EL TAMAÑO DE PARTÍCULA: • Filtración : 450-10 μm (Clarificante) • Micro filtración: 10 -0,1 μm (Germicida) • Ultrafiltración: 200-10 nm (Esterilizante)

26. Según la forma de retención. • Por cribado: fenómeno mecánico en que los filtros actúan como tamices: retienen partículas de tamaño superior a sus poros. • Por adsorción: fenómeno físico que permite retener partículas más pequeñas que los poros por fuerzas muy débiles. • Por formación de torta: La acumulación de solutos en la superficie del filtro forma una capa que actúa de lecho filtrante . • Por solubilizarían y difusión: laretención depende de la solubilidad en la membrana que forma el filtro y de la velocidad de difusión a través de sus poros . • Por evaporación y difusión: la retención depende del punto de ebullición y de la velocidad de difusión a través de los poros de la membrana que forma el filtro.

27. Según el tipo de filtro Filtración de profundidad: La filtración tiene lugar en la masa del filtro por adsorción y en la superficie por cribado. La estructura no es regular y, por lo tanto, no se puede determinar exactamente la capacidad de retención: elimina partículas más pequeñas que sus poros.

28. Filtración de superficie: Las partículas se retienen en la superficie del filtro por cribado.

29. FILTROS POSITIVOS En filtración positiva, el fluido de corte de metal pasa a través de medios porosos por gravedad, presión o vació, dejando partículas sólidas (rebaba) en el medio filtrante.

30. INNOVACIONES TECNOLOGICAS • Entre los diferentes tipos de filtros existentes en el mercado, los mayores avances se concentran en los sistemas automáticos de maya, permitiendo una mayor precisión de filtrado en contra posición de un consumo energético nulo en funcionamiento completamente hidráulico de los mismos lo cual permite una menor dependencia de los recursos eléctricos.

31. Un filtro automático de maya es un equipo cuyo elemento filtrante consiste en un cartucho fabricado que mantiene un grado de filtración estable durante su vida útil. • Actualmente, estos sistemas se han mejorado notablemente tanto en las presiones máximas de funcionamiento, al igual como en las presiones mínimas de trabajo. Además se han reducido el tiempo de lavado y los caudales

32. Otra innovación se presenta en una nueva generación de filtros auto limpiantes como por ejemplo el sistema EKO filtro que ofrece un caudal de filtración sobresaliente. El sistema de limpieza es de concepción sobria ala ves que eficaz por lo que el gasto de agua se considera insignificante.

33. Otra innovación se ha dado en la ultima generación de filtros de anillos automáticos se han diseñado con cuerpos mas reforzados, y junto con su cierre a la bayoneta, la maniobra de apertura o cierre se realiza de manera sencilla y segura, sin necesidad de utilizar abrazaderas. Para ofrecer aun mas seguridad, hemos incorporado un dispositivo compuesto por un nuevo pasador de acero inoxidable.

35. SELECCIÓN DEL FILTRO • La meta al seleccionar un filtro es alcanzar la filtración necesaria y maximizar la eficiencia de funcionamiento, mientras se minimizan los costos. • La selección final del tipo y tamaño del filtro que se ha de utilizar debe estar basada en las siguientes directrices: • Con el fin de mejorar el resultado final, se debe tener en cuenta la eficacia y eficiencia de los filtros o elementos filtrantes. • Material de fabricación: • Los filtros pueden ser fabricados de multitud de materiales, en función del destino de su uso. Hay Filtros fabricados en celulosa, textiles, fibras metálicas, polipropileno, poliéster, arenas y minerales, etc.

36. Propiedades de filtrado: Una catalogación muy importante de los Filtros o elementos filtrantes es el tamaño máximo de las partículas que permiten pasar, definido por el tamaño del poro. Por ejemplo, se habla de filtros de 2 micras, filtros de 10 micras, etc. • Caudal de Filtrado: Cada filtro posee, en función de su porosidad y superficie, un Caudal máximo de filtrado, por encima del cual el elemento filtrante ( filtro) estaría impidiendo el paso de forma significativa del fluido a filtrar. • Elemento a filtrar: Existen Filtros para Agua, filtros de Aceite, de Aire, gasolinas y combustibles, de gases, etc. • Forma: • Los Filtros pueden ser planos, redondos, Filtros de manga, de cartucho, de bolsa, etc.

37. MANTENIMIENTO Y COSTOS DE OPERACION • La unidad de tipo tubular de ultrafiltración: es menos propensa a ensuciarse y se limpia mas fácilmente que otros tipos pero es un tanto costoso. • Las membranas de hojas planas en una unidad de placas y marcos ofrecen la mayor versatilidad pero al mayor costo de capital. Las membranas se pueden limpiar o remplazar fácilmente desarmando la unidad.

38. Filtros prensa de placas y marcos • Estas presentan inconvenientes comunes a todos los procesos por lotes. • El costo de mano de obra para extraer las tortas y volver a ensamblar la unidad mas los costos fijos por tiempos muertos pueden constituir una porción muy elevada de los costos totales de operación. • Algunos modelos modernos de prensas de placas y marcos tienen un juego duplicado de marcos lo que reduce los costos de mano de obra.

40. Filtros rotatorios • Las ventajas importantes son que los procesos son continuos y automáticos y los costos de mano de obra son relativamente bajos. Sin embargo la inversión inicial es relativamente alta. • Adicionalmente en caso que el equipo lo incorpore, puede ser controlada la periodicidad con la que se debe realizar la operación del sistema de limpieza de la superficie filtrante, que limpia el equipo.

41. Proveedores y cotizaciones • Precio estimado de filtros prensa tipo placa y marco 50000 USD / Kilogramos para 0 0 / Diario. EQUIPOS DE PROCESO ULLMANN: Somos un proveedor de filtros prensa tipo placa y marco, filtros prensa en Pocito No. 141 Col. Popotla, Distrito Federal, D.F. C.P. 11400. Industria. Tenemos cobertura en México. • Precio estimado de filtros prensa tipo placa y marco 6000 USD / Metros cúbicos para 0 0 / Diario. American Air Filter International: Ofrecemos Filtros prensa tipo marco, Filtros prensa tipo placa, Filtros de prensa de placa, Filtros de marco de cartón en Av. Primero de Mayo 85 Col. San AndresAtenco, Tlalnepantla, Estado de México C.P. 54040. Industria. Nuestra cobertura abarca Latinoamérica

42. Filtro rotatorio, costo aproximado de entre 5000 y 10000 dólares. • Filtro de pantalla rotatorio de alta frecuencia, costo aproximado de 2966.99 y 14988.8 dólares.

43. Minimizando el impacto ambiental • Con el propósito de reutilizar el efluente residual proveniente de una industria alimenticia, se analizan los resultados de su tratamiento utilizando membranas de microfiltración. • Con estas características, el agua fue tratada por microfiltración para plantear su rehusó en la industria de procedencia. • La experimentación se llevó cabo con dos membranas cerámicas de óxido de titanio y óxido de zirconio. • Como resultado se destaca que ambas membranas fueron eficientes para tratar estos efluentes, la remoción de coloración hasta en 98 %, obteniendo características óptimas en el efluente para ser considerado para su rehusó.

44. Pero en realidad donde se observa mas la minimización del impacto ambiental de un sistema de filtración es en el ahorro de energía eléctrica y en algunos otros en el sistema de limpieza que puede ser de concepción sobria ala ves que eficaz por lo que el gasto de agua se considera insignificante.

45. BIBLIOGRAFIA: • http://www.quiminet.com/productos/filtros-rotatorios-3520662619/proveedores.htm ARCHIVOS PDF: • selección y mantenimiento • O&M_tratamiento_Filtración_ME • T.09-Filtracio(TIPOS DE FILTRACION). • FILTRACION INDUSTRIAL. • MICROSOFT STUDENT CON ENCARTA PREMIUM 2009. • Procesos de transporte y operaciones unitarias, C. J. Geankoplis, tercera edición, ed CECSA.