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filtros de discos y filtros de lecho profundo

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Diferencias entre filtros de discos y filtros de lecho profundo

La primera etapa de los trenes de tratamiento de agua destinada al consumo humano y a los procesos industriales suele ser un proceso de filtración. Con este se busca separar los sólidos suspendidos de mayor tamaño que contiene el agua que se va a purificar.

En la historia técnica del ser humano, los filtros que más se han utilizado para este fin, son los de lecho profundo. Consisten en medios granulares que se aplican en un tanque. El agua circula en sentido descendente, ya sea por la fuerza de gravedad (en tanques abiertos) o a presión (en tanques cerrados). Los medios granulares que se utilizan con mayor frecuencia son: arena, antracita, garnet (granate) y zeolita. Estos filtros se denominan de “lecho profundo”, porque la cama del medio granular requiere una profundidad mayor a 20 cm. 

Ya que los medios granulares filtrantes son relativamente económicos, como medida de protección, las camas se colocan con una altura de entre 50 y 60 cm.

Algunos filtros de lecho profundo se componen de dos o tres medios granulares. Los primeros se denominan “duales” y los segundos “multimedia”.

Se ha innovado en diversos procesos de tratamiento de agua, pero no ha sido así en el de filtración. El filtro de lecho profundo sigue siendo, por mucho, la tecnología más conocida y utilizada.

En los años 60s del siglo pasado, partiendo de una tecnología desarrollada para filtrar el fluido hidráulico de algunos aviones Boeing, el sector agrícola desarrolló los llamados filtros de discos, que han sido muy exitosos para tratar el agua que se distribuye a través de sistemas de irrigación y boquillas. Su éxito ha radicado, principalmente, en el enorme ahorro de agua que requieren para retrolavarse.

Carbotecnia, como empresa dedicada a la potabilización y a la producción de agua para procesos, detectó que los filtros de discos autolimpiantes, particularmente de la marca Azud, tienen la vocación para constituir la más importante innovación en filtración para retener partículas suspendidas en agua, de entre 5 y 400 micras.

Los filtros de lecho profundo tienen ventajas técnicas y económicas que los seguirán haciendo la mejor alternativa para unos casos, pero los filtros de discos tienen ventajas técnicas competitivas que los llevarán a ser la mejor opción para otros casos.

Descripción básica de los filtros de discos autolimpiantes

Por la dinámica con la que circula el agua que se filtra, los filtros de discos se parecen a los de cartucho. El elemento filtrante tiene la forma de un tubo hueco. La pared de dicho tubo tiene un espesor de alrededor de 1.5 cm. 

Lo que diferencia a un filtro de discos de uno de cartucho, es que el elemento filtrante está formado por discos que tienen ranuras en sus caras. El agua circula a través de dichas ranuras, y va de la parte externa a la interna. Los sólidos suspendidos quedan retenidos en el trayecto que forman las ranuras. Cuando el agua llega a la parte interna, ha quedado filtrada.

Las ranuras van quedando ocluidas por los sólidos retenidos, hasta que la caída de presión alcanza un nivel en el que es conveniente retrolavar. Para retrolavar, el agua se inyecta en sentido opuesto al de filtración, y los discos se separan entre sí. Al separarse, permiten que el agua arrastre los sólidos.

               Etapa de filtración                                                                              Etapa de retrolavado

               Cada disco está en contacto con                                             Los discos se separan entre sí para permitir 

                   el de arriba y el de abajo .                                                          que el agua arrastre los sólidos que   

                                                                                                                            quedaron atrapados en las ranuras.

Azud ofrece discos para distintos grados de filtración o abertura, que van de 5 a 400 micras.    

Un filtro de discos se compone del número de elementos filtrantes necesarios para que el equipo tenga la capacidad requerida.

Filtros de discos de dos, cuatro y múltiples elementos filtrantes. Todos los elementos son iguales.

Contraste entre estos dos filtros de discos y filtros de lecho profundo

Ambos son de profundidad, sin embargo, la profundidad de los filtros de lecho profundo es mayor

Los filtros se pueden clasificar en dos grupos:  de superficie o de profundidad. En los de superficie, los sólidos retenidos no penetran por los espacios vacíos que forman parte del medio filtrante. Suelen ser fácilmente lavables. Tienen la desventaja de que se colmatan (se tapan) cuando han retenido una cantidad de sólidos relativamente pequeña. 

En los de profundidad, los sólidos entran por los espacios vacíos, que pueden ser ranuras, “poros” o espacios interparticulares. Se eligen con el grado de filtración (abertura) que retenga la mayoría de las partículas mayores a cierto tamaño. Su ventaja respecto a los de superficie es que pueden retener una mayor cantidad de sólidos antes de colmatarse. Su desventaja es que, si el medio filtrante no puede expandirse, una vez que se colmatan, deben desecharse.

Como se ha mencionado en líneas anteriores, la profundidad de un filtro de discos no es mayor a 2 cm, mientras que, en los de lecho profundo, la filtración se lleva a cabo en los primero 20 cm de cama. Comparando filtros con espacios vacíos de tamaño similar, uno de lecho profundo tendrá mayor capacidad de retención de sólidos antes de colmatarse y requerir retrolavado.

El grado de filtración de un filtro de discos está más controlado y es más previsible

El medio filtrante de un lecho profundo está formado por gránulos que, aunque idealmente deben tender a ser redondos, no dejan de ser irregulares en sus formas y en su superficie. Por otro lado, los gránulos también difieren en tamaño, aunque este queda dentro de cierto rango. Como consecuencia, los espacios vacíos de un filtro de lecho profundo son complejos.

En un filtro de discos, las ranuras de cada disco son iguales, y se puede conocer mejor el grado de filtración que se puede lograr. 

Un filtro de lecho profundo retendrá partículas con una mayor gama de tamaño que uno de discos.

No obstante, en el de discos, será más previsible lo que puede lograrse.

En los de lecho profundo se pueden instalar camas con dos o tres medios (el superior con gránulos mayores, para retener primero las partículas mayores). En los de discos, se pueden instalar filtros en serie, iniciando con los de mayor grado de filtración.

Ambos filtros se pueden retrolavar automáticamente. Es decir, pueden ser autolimpiantes

Ambos tipos de filtros de pueden retrolavar automáticamente una vez que la caída de presión ha aumentado hasta alcanzar cierto valor que se considera como máximo conveniente o permisible. También se puede programar el retrolavado para que se lleve a cabo cada cierto tiempo.

Mientras mayor es la velocidad del flujo de retrolavado, menor es la cantidad de agua requerida para limpiar el medio filtrante. Ya que un filtro de discos puede retrolavarse a velocidades muy altas, el ahorro de agua es muy alto. Esta es, quizás, la principal ventaja de los filtros de discos

Para retrolavar adecuadamente un filtro de lecho profundo, es indispensable lograr que la cama se expanda durante dicha operación.

Uno de los más grandes errores que cometen técnicos en tratamiento de agua y usuarios de filtros de lecho profundo, es que elijen medios granulares con baja densidad de partícula. Lo hacen con el objeto de requerir flujos de retrolavado de menor velocidad. Estiman que esto traerá ahorro en agua. Sin embargo, ocurre lo contrario. Mientras menor es la velocidad del flujo de retrolavado, los sólidos retenidos en la cama serán arrastrados con mayor lentitud; el retrolavado requerirá más tiempo y en casi todos los casos, la cantidad de agua utilizada para retrolavar, será mayor.

Ahora bien, la velocidad del agua de retrolavado de un filtro de lecho profundo es la que logra expandir los gránulos del medio. Si se utiliza una velocidad mayor, todo el medio se desplaza como un tapón a la parte superior del filtro. La cama no se expande, los gránulos no se separan entre sí, y por lo tanto, no se eliminan eficazmente los sólidos retenidos. Los gránulos del medio filtrante pueden salir arrastrados con el agua de retrolavado.

Por otro lado, un filtro de discos puede retrolavarse con agua a mucha mayor velocidad y en muy corto tiempo, lo que lleva a ahorros enormes en el volumen de agua requerida. Azud también desarrolló filtros que retrolavan con asistencia de aire comprimido y que logran un ahorro aún mayor. Un filtro de discos convencional suele ahorrar más de 80% de agua de retrolavado que uno de lecho profundo. Y uno asistido por aire, puede ahorrar más del 95%.

Los filtros de discos pueden armarse modularmente

Los filtros de discos pueden armarse con el número de elementos filtrantes necesarios para cumplir con la capacidad de filtración requerida.

Por otro lado, pueden adaptarse a la forma y al espacio disponible para instalarlos. Es posible instalarlos, todos a nivel de piso o en racks, formando distintos niveles.

Los filtros de discos requieren mucho menor área de piso y de espacio

Gracias a que las ranuras de los discos están diseñadas con formas y tamaños específicos, y a que los discos están compactados entre sí con una fuerza mecánica conocida y controlada, los filtros de discos operan con un “flux” mayor que los de lecho profundo. El flux es el flujo, dividido entre al área de sección transversal del filtro, respecto al sentido del flujo. Como consecuencia, el área de sección transversal que requiere un filtro de discos es menor que la que requiere uno de lecho profundo.

El área de un elemento filtrante de la marca Azud es de 1620 cm2 (1.74 ft2). Si se requiere tratar agua de calidad media y se busca retener partículas mayores a 30 micras, el filtro de discos se opera con una velocidad de 53 gpm/ft2, mientras que el de lecho profundo se opera con una velocidad de 7 gpm/ft2. Esto significa que un filtro de discos requiere 87% menor área de filtración de uno de lecho profundo.

En cuanto a la profundidad del medio filtrante, la de los discos es de alrededor de 1.5 cm, y la distancia entre la pared exterior de los discos y la carcaza que los cubre es de alrededor de 3 cm. Es, decir, la profundidad total requerida es de 4.5 cm. En el caso de los filtros de lecho profundo, la profundidad típica es de 50 cm. Por otro lado, se requiere una altura para expansión de la cama del 50% de la altura de la misma. Esto significa que la profundidad que tiene un filtro de lecho profundo es de al menos 75 cm. Esto significa que la profundidad total de un filtro de discos es, al menos, 94% menor que la de un filtro de lecho profundo. Esto, aunado a la menor necesidad de área de filtración, tiene como consecuencia que los filtros de discos requieran mucho menor espacio que los de lecho profundo.

Los filtros de discos formados por dos o más elementos filtrantes, se retrolavan de manera secuencial.

Cuando un filtro de discos está formado por dos o más elementos filtrantes, el controlador del equipo manda retrolavar los elementos de manera secuencial. El agua para retrolavar el o los elementos en turno, es agua filtrada que producen los elementos que están en operación.

Una ventaja del lavado secuencial de filtros formados por tres o más elementos, es que la cantidad de agua filtrada que el equipo entrega al proceso durante el retrolavado disminuye, pero no se va a cero. Si el proceso posterior requiere que el caudal se mantenga, al filtro se le agregan los elementos necesarios para este fin.

Para el caso de un filtro de lecho profundo, cuando se requiere que este no deje de entregar agua a las siguientes etapas del proceso, es necesario colocar un tanque de balance (que recabe el agua requerida para que el proceso continúe mientras el filtro se retrolava) o instalar un filtro adicional y un controlador que no utiliza en un filtro convencional.

Los filtros de discos requieren mayor cantidad de partes eléctricas y electrónicas

Ya que los filtros de discos autolimpiantes, por su naturaleza requieren un número sustancialmente mayor de partes eléctricas o electrónicas, la posibilidad de fallas hace necesario que se cuente con un inventario suficiente para llevar a cabo el mantenimiento correctivo que pueda requerirse.

El mantenimiento de un filtro de discos es más sencillo, ya que se utiliza un solo tamaño de carcaza, que se cambiar con facilidad.

La carcaza de cada elemento que forma un filtro de discos, se retira y se reinstala de manera sencilla y sin necesidad de herramientas. Los discos se extraen y se cambian de manera sencilla. Una sola persona puede hacer esta labor.

Abrir un filtro de lecho profundo, extraer el medio filtrante o instalarlo de nuevo, es una labor más compleja, que suele requerir más de una persona.

En caso de que el ensuciamiento de un medio filtrante no pueda resolverse mediante los retrolavados, es mucho más sencillo limpiar discos que medio granulares

En muchos casos, los discos pueden limpiarse mediante chorros de agua (como los que aplica una lavadora tipo Kärcher). En ocasiones, es necesario o conveniente agregar un surfactante a esta agua para que logre su función con mayor eficacia.

La limpieza de un medio granular es una tarea bastante más compleja. De hecho, es común que, en caso de ensuciamiento, resulte menos costoso cambiarlos que limpiarlos.

Los filtros de discos Azud pueden operarse con flujo cruzado

Los elementos de los filtros de discos Azud poseen una hélice fija en su base. Esta provoca que el agua que ingresa lo haga con un movimiento espiral. Si los sólidos que se van a retener son más densos que el agua, la fuerza centrífuga los hace desplazarse hacia la coraza. A la coraza se le puede hacer un barreno en la parte superior, y por ahí puede dejarse salir cierto porcentaje del flujo a tratar. Este va a ser un “flujo cruzado”, que va a arrastrar las partículas que se desplazaron hacia la coraza. Con esta forma de operar, se puede disminuir sustancialmente la frecuencia con la que el filtro se colmate.

Los filtros de lecho profundo no pueden operarse con flujo cruzado.

Los filtros de discos Azud asistidos por aire pueden programarse para que envíen pulsos de aire antes de retrolavar

En casos en que el retrolavado asistido por aire sea insuficiente para despegar sólidos que se van quedando adheridos a la pared de los discos, enviar pulsos de aire antes de retrolavar puede mejorar la efectividad de la limpieza. Es una acción que debe probarse para constatarse.

Los filtros de discos pueden retrolavarse con agua que contenga un surfactante

Tanto los filtros de lecho profundo como los de discos, pueden retrolavarse con una fuente de agua externa.

Ya que los discos son de un material plástico (polietileno o polipropileno), dicha fuente puede contener un surfactante que facilite la limpieza de los mismos en caso necesario.

Retrolavar un filtro de lecho profundo con agua que contenga surfactante no se hace, porque se requeriría enjuagar con mucha agua para retirar los restos de surfactante del medio granular.

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