Introducción a la filtración de líquidos

Introducción

La filtración es un proceso de separación sólido-líquido que se utiliza en los sistemas de tratamiento de agua para disminuir la concentración de sólidos suspendidos (partículas) que se encuentran en ella. Existen varios tipos de filtros y cada uno de ellos tiene su aplicación dependiendo del tamaño y concentración de partículas que a retener. En la Figura 1 se pueden apreciar los diferentes tipos de filtración y el tamaño típico de partículas que retienen.

Comparación de procesos de filtración y rangos de tamaño de las partículas que retienen Figura 1. Comparación de procesos de filtración y rangos de tamaño de las partículas que retienen (Weiner, 2012)

 

En cuanto a la concentración de partículas, en una línea de filtración, se puede tener diversos filtros en serie para retener partículas del mismo tamaño. Esto debido a que existen filtros para altas cargas de sólidos y otros para cargas menores. Entonces, ¿Por qué elegir un filtro para retener bajas concentraciones de sólidos?

Todo es cuestión de eficiencia… Los filtros que se utilizan cuando tenemos altas cargas de sólidos, tienen la peculiaridad de contar con mecanismos de limpieza que se activan al saturarse el filtro. Entre ellos se encuentran los filtros de mallas, de discos y de medios granulares. Sin embargo, la mayoría de estos filtros dejan pasar un cierto porcentaje de partículas iguales o superiores al micraje que dicen retener. La cantidad de partículas que se fugan al efluente depende del diseño de cada fabricante. Existen aplicaciones donde no se puede permitir el paso de partículas, por lo que se hace uso de otro tipo de filtros. Estos se eligen de acuerdo a su eficiencia de filtración y el tamaño de partículas que se busca retener. Entre ellos están: los filtros bolsa, membranas y filtros de cartucho. Al no contar con un mecanismo de limpieza, una vez que estos filtros se saturan generalmente hay que desecharlos, por ello no es viable filtrar corrientes con altas cargas de sólidos con este tipo de tecnologías.

Medios filtrantes

Un medio filtrante se define como: “cualquier material que, en condiciones de operación específica, es permeable a uno o más componentes de una mezcla, solución o suspensión e impermeable a los componentes restantes” (Purchas y Sutherland, 2002). El principal rol de un medio filtrante es causar la separación de partículas de un fluido con el mínimo consumo de energía.

Existen varios tipos de materiales filtrantes, estos tienen la característica de tener o formar poros (espacios vacíos), como:

Mallas y telas tejidas de metales, polímeros o fibras naturales como el algodón.

Telas y tejidos

Los materiales no tejidos (Non-woven) son una acumulación de fibras adheridas entre sí, por agentes químicos (resinas o adhesivos) o medios físicos (como la temperatura y presión). Algunos ejemplos son las fibras termo-adheridas o los polímeros espumados. Estos materiales generalmente crean porosidades más complejas, de esta forma se complica el paso de los sólidos a través de ellos.

Materiales no tejidos

Las Membranas son materiales permeables. Usualmente son polímeros y cerámicos, que de acuerdo con el método de fabricación de la membrana, se pueden obtener diversas estructuras, como las que se muestran a continuación:

Membranas

Los materiales granulares se usan como medios filtrantes o sistemas de soporte en los filtros de lecho profundo. En columnas empacadas estos forman espacios intraparticulares, el tamaño de estos espacios dependerá de la forma y del tamaño del medio granular. A continuación de muestra una imagen del acercamiento de una cama de arena sílica.

Medios granulares

Filtración de superficie y de profundidad

Los medios filtrantes retienen partículas de dos formas. La primera es cuando las partículas son más grandes que los poros del medio filtrante, estas se depositan en la superficie del medio formando una torta (Figura 2), a este fenómeno se le conoce como filtración de superficie.

Filtro de superficie. (Donaldson)

Figura 2. Filtro de superficie. (Donaldson)

Cuando las partículas son más pequeñas que los poros del medio filtrante, la retención ocurre en la estructura interna o profundidad del material. Esto se logra por la atracción de cargas electroestáticas entre el material y el contaminante, y por el camino tortuoso que tienen que recorrer los sólidos dentro de la profundidad del medio filtrante. Sin embargo, no todas las partículas se retienen en la estructura interna, algunas logran pasar al efluente. A este fenómeno se le denomina filtración de profundidad (Figura 3).

Filtro de profundidad y de poro no fijo. (Donaldson)

Figura 3. Filtro de profundidad y de poro no fijo. (Donaldson)

Bibliografía

  • Wakeman(2005), Richard J., Solid/liquid separation: principles of industrial filtration. Elsevier.
  • (1999). Water Quality &Treatment a Handbook of Community Water Supplies. McGraw-Hill.