Filtros (química) QUÍM.

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Química

La filtración es un proceso en el cual las partículas sólidas que se encuentran en un fluido líquido o gaseoso se separan mediante un medio filtrante, o f., que permite el paso del fluido a su través, pero retiene las partículas sólidas. Unas veces, interesa recoger el fluido; otras, las partículas sólidas y, en algunos casos, ambas cosas.

El arte de la filtración era ya conocido por el hombre primitivo que obtenía agua clara de un manantial turbio haciendo un agujero en la arena de la orilla a profundidad mayor que el nivel del agua. El agujero se llenaba de agua clara filtrada por la arena. El mismo procedimiento, perfeccionado y a gran escala, ha sido usado durante más de cien años para clarificar el agua de las ciudades

Los elementos que intervienen en la filtración son: 1) un medio filtrante; 2) un fluido con sólidos en suspensión; 3) una fuerza, una diferencia de presión que obligue al fluido a avanzar; y 4) un dispositivo mecánico, llamado f., que sostiene el medio filtrante, contiene el fluido y permite la aplicación de la fuerza.

Medios filtrantes. Se pueden dividir en dos grupos: a) los que actúan formando una barrera d, lgada que permite el paso sólo del fluido y no de las partículas sólidas en suspensión en él; b) los que actúan formando una barrera gruesa al paso del fluido. Entre los primeros, se encuentran los f. de tela, los de criba y el papel de f. común de los laboratorios. Entre los segundos, mencionaremos los f. de lecho de arena, los de cama de coque, de cerámica porosa, metal poroso y los de precapa empleados en ciertas filtraciones industriales que contienen precipitados gelatinosos.

Un medio filtrante delgado ofrece una barrera en la que los poros son más pequeños que las partículas en suspensión, que son separadas del fluido y retenidas en el f. En los medios filtrantes gruesos los poros pueden ser más gruesos que las partículas que se van a separar, las cuales pueden acompañar al fluido alguna distancia a través del medio, pero son retenidas más pronto o más tarde por el medio filtrante en los finos intersticios que existen entre las partículas que lo constituyen. El medio filtrante acaba cegándose por las partículas acumuladas; se debe entonces lavar con fluido claro para limpiarlo y permitir que siga la filtración. Los medios filtrantes delgados también pueden cegarse cuando por ellos se filtran líquidos gelatinosos o que contienen partículas blandas y elásticas en suspensión.

Como medios filtrantes, para temperaturas menores de 100° C, se emplean fieltros de algodón o lana; ciertas fibras sintéticas hasta los 150° C; vidrio y amianto o sus mezclas hasta 3500C. Para temperaturas muy altas se usan mallas metálicas, elementos porosos cerámicos o de acero inoxidable.

Fuerza de filtración. El fluido atravesará el medio filtrante sólo cuando se le aplique una fuerza, que puede ser causada por la gravedad, la centrifugación, la aplicación de una presión sobre el fluido por encima del f. o de un vacío debajo del mismo o por una combinación de estas dos cosas. La fuerza de la gravedad se usa en los grandes f. de lecho de arena y en las filtraciones sencillas de laboratorio. Las centrifugadoras pueden considerarse como f. en los que la fuerza gravitatoria es sustituida por la fuerza centrífuga, muchas veces mayor que la primera. El líquido es obligado por la fuerza centrífuga a pasar a través de las paredes de un tambor giratorio (rotor) finamente agujereadas y tapizadas muy a menudo con una tela filtrante. El sedimento queda retenido, saliendo el líquido clarificado.

En filtraciones lentas, se aplica en el laboratorio muchas veces un vacío parcial. La mayoría de las filtraciones industriales se realizan con ayuda de la presión o el vacío, dependiendo del tipo de f. usado.

Tipos de filtros. Los f. se pueden clasificar, de acuerdo con la naturaleza de la fuerza que causa la filtración, en f. de gravedad, de presión y de vacío. También se clasifican, según sus características mecánicas, en f. de platos y marcos, de tambor rotatorio, de discos, de lecho de arena y de pre-capa, entre otros.

Filtros de gravedad. Son los más antiguos y también los más sencillos; entre ellos, citaremos los f. de lecho de arena, instalados en las plantas depuradoras de agua de las ciudades, que funcionan con un excelente rendimiento. Están formados por tanques o cisternas que tienen en su parte inferior una rejilla o falso fondo sobre el que hay una capa de arena o grava de igual tamaño.

Filtros de presión o de vacío. Son los más usados en la industria, con preferencia a los de gravedad. La fuerza impulsora es suplida por presión o vacío y es muchas veces mayor que la de la gravedad, lo que permite más altos rendimientos de filtración. El tipo más común de f. de presión es el Gprensa, del que hay diferentes tipos. Dispone de una elevada superficie filtrante en poco espacio, por lo que su eficacia es muy grande. Citaremos varios tipos de f: prensa:

a) De cámaras. Formado por varias unidades de filtración (células, cámaras o placas), constituidas por placas cóncavas de superficie estriada, entre las que se coloca el elemento filtrante (paños de lana, seda, nilón, placas de amianto, papel de f., etc.). Las unidades, que son todas iguales, se montan unas al lado de otras y se comprimen. Las placas primera y última son distintas. La primera (cabezal) es fija y va conectada al tubo alimentador del líquido turbio. En el centro o en la peririferia de cada elemento (según el modelo) existe un orificio que corresponde al tubo de alimentación de líquido turbio. Por el canal que forma el conjunto de orificios de cada placa penetra el líquido, que atraviesa las telas filtrantes, escurre por las estrías de cada elemento y se recoge, filtrado, en la parte inferior de cada célula. La salida del líquido limpio se realiza por grifos individuales para cada elemento, o mediante un tubo colector para todos ellos. La placa final es idéntica al cabezal, pero móvil. De esta manera, entre ella y el cabezal se pueden intercalar un número variable de elementos según las necesidades y el volumen del líquido que se filtra.

b) De bastidores. Entre cada placa o cámara se coloca un nuevo elemento, consistente en un marco que hace de depósito del sedimento, con lo cual aumenta mucho la capacidad del f. y permite filtrar líquidos con gran cantidad de impurezas o, lo que es muy frecuente, líquidos turbios añadidos de sustancias pulverulentas coadyuvantes de la filtración (carbón, kieselgur, etc.). El elemento filtrante se coloca entre las placas y los marcos.

c) De bastidores y placas lavadoras. Es el más completo desde el punto de vista del lavado del sedimento. Se utiliza, sobre todo, cuando lo que interesa es el precipitado y no tanto los líquidos de filtración.

La mayoría de los f. de vacío están formados por tambores divididos en compartimentos y recubiertos de tela metálica, metal perforado, algodón, lona o materiales sintéticos. El tambor gira en un depósito que contiene la masa a filtrar. El vacío practicado en el interior del tambor absorbe el líquido y deposita los sólidos en el elemento filtrante. El filtrado se evacua a través de una válvula del eje. A medida que gira el tambor, puede lavarse y secarse parcialmente por vacío la materia sólida depositada, antes de ser desprendida por un rascador. Para los materiales viscosos, los tambores se revisten antes de la operación con dichos materiales y, a medida que giran, una cuchilla giratoria continua desprende los sólidos depositados con una pequeña cantidad del elemento filtrante.

Finalmente, entre los f. usados para gases citaremos los captadores de tela también llamados mangas. En ellos, el gas cargado de polvo pasa por un tejido, sobre el cual la deposición gradual del polvo forma una capa, que a su vez actúa como f. para el polvo siguiente. Como el polvo se acumula continuamente, la resistencia al paso del gas aumenta paulatinamente. Por tanto, los f. se deben sacudir o flexionar periódicamente para desalojar el polvo acumulado.

J. MA BOFILL DE QUADRAS.

BIBL.: G. D. DICKEY y C. L. BRYDEN, Theory and practice of filtration, 1946; W. L. MCCABE y J. C. Smtirtl, Unit operations of Chemical engineering, 1956; J. H. PERRY, Chemical engineer’s handbook, 3 ed., 1950; C. L. JACOBSON, Los filtros, Barcelona; Filtración, en Enciclopedia Salvat de la ciencia y de la tecnología, Barcelona 1967.