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$ 6 Operaciones en las que intervienen partculas de slidos
>>V`>``i>La capacidad de un tamiz se mide por la
masa de material que puede recibir como ali-mentacin por unidad de
tiempo relacionada a un rea unitaria del tamiz. Capacidad y
eficiencia son factores opuestos. Para obtener la mxima eficiencia,
la capacidad debe ser pequea, y grandes capacidades se obtienen slo
a expensas de una reduccin de la efi-ciencia. En la prctica es
deseable un equilibrio razonable entre capacidad y eficiencia.
La capacidad de un tamiz se controla simplemente variando la
velocidad de la alimentacin de la unidad. La eficiencia que resulta
para una capacidad dada depende de la naturaleza de la operacin de
tamizado. La oportunidad total de paso de una par-tcula de un tamao
inferior determinado es una funcin del nmero de veces que la
partcula incide contra la superficie del tamiz y de la probabilidad
de paso durante un solo contacto. Si el tamiz es sobrecargado, el
nmero de contactos es pequeo y la oportunidad de paso como
consecuencia del contacto est limitada por la presencia de otras
partculas. La mejora de la eficiencia que se obtiene a expensas de
la reduccin de la capacidad es el resultado de la consecucin de ms
contactos por partcula y mejores oportunidades de paso en cada
contacto.
La probabilidad del paso de una partcula a travs de la criba
depende de la fraccin de las aberturas con respecto al total de la
superficie, de la relacin del dimetro de partcula con el ancho de
la abertura del tamiz, y del nmero de contactos entre la partcula y
la superficie de la criba. La capacidad mxima de una criba, como lo
demuestra Perry,32h es aproximadamente proporcional a D0.6 pc,
donde Dpc es la abertura de la criba, y proporcional a la densidad
de la partcula. Para cribas amplias, con aperturas de 1
4 a 4 in. (6 a 100 mm) de
tamao, la capacidad flucta entre 1 y 8 toneladas/h ft2 (2.7 a 22
kg/s m2), dependiendo de la densidad del material que est siendo
tamizado; para cribas con aperturas de 0.05 a 0.25 in. (1 a 6 mm),
la capacidad es de 0.1 a 1.0 toneladas/h ft2 (0.27 a 2.7 kg/s
m2).
A medida que se reduce el tamao de la partcula, el tamizado se
vuelve progresi-vamente ms difcil, y la capacidad y la eficiencia
son, en general, bajas para partculas de tamaos menores de 150
mallas (0.1 mm).
/,$ \" -," - ,-La filtracin es la separacin de partculas slidas
a partir de un fluido mediante el paso del fluido a travs de un
medio filtrante o pared separadora sobre el que se depositan los
slidos. Las filtraciones industriales van desde un sencillo colado
hasta separaciones altamente complejas. El fluido puede ser un
lquido o un gas, y la corriente valiosa pro-cedente de un filtro
puede ser el fluido, los slidos o ambos productos. En algunos casos
ambas corrientes carecen de valor, como en el caso de la separacin
de slidos residuales de un fluido residual antes de su vertido. En
la filtracin industrial, el contenido de sli-dos de la alimentacin
puede oscilar desde trazas hasta un porcentaje muy elevado. Con
frecuencia la alimentacin se modifica de alguna forma mediante un
pretratamiento, a fin de aumentar la velocidad de filtracin por
medio de calentamiento, recristalizacin o adicin de un coadyuvante
de filtracin, tal como celulosa o tierra de diatomeas. Debido a la
enorme variedad de materiales que se han de filtrar y las
diferentes condiciones de operacin de los procesos se han
desarrollado numerosos tipos de filtros,32d, 40a algunos de los
cuales se describen en la figura 29.3.
-C#ABEINDD
-
xx*/1" Separaciones mecnicas
El fluido circula a travs del medio filtrante en virtud de una
diferencia de presin a
travs del medio. Por lo tanto, los filtros se clasifican en
funcin de este aspecto en: fil-
tros que operan con presin superior a la atmosfrica en la
corriente superior del medio
filtrante y los que lo hacen con presin atmosfrica en la
corriente superior del medio fil-
trante y a vaco en la corriente inferior. Presiones superiores a
la atmosfrica se generan
por accin de la fuerza de gravedad actuando sobre una columna de
lquido, por medio
de una bomba o soplador, o bien por medio de fuerza centrfuga.
Los filtros centrfugos
se estudian en una seccin posterior de este captulo. En un
filtro de gravedad, el medio
filtrante no puede ser ms fino que un tamiz grueso o un lecho de
partculas gruesas ta-
les como arena. Por lo tanto, en sus aplicaciones industriales
los filtros de gravedad es-
tn restringidos a la separacin del lquido de cristales muy
gruesos, a la clarificacin de
agua potable y al tratamiento de aguas residuales.
La mayora de los filtros industriales son filtros a presin, a
vaco o separadores cen-
trfugos. Pueden ser tambin continuos o discontinuos, dependiendo
de que la descarga
de los slidos filtrados se realice de forma continua o
intermitente. Durante buena parte
del ciclo de operacin de un filtro discontinuo, el flujo del
fluido a travs del mismo es
continuo, interrumpindose peridicamente para permitir la
descarga de los slidos acu-
mulados. En un filtro continuo la descarga de los slidos y del
fluido se realiza de forma
ininterrumpida mientras el equipo se encuentra en operacin.
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1,Mecanismos de filtracin: a) filtro de torta; b) filtro
clarificador; c) filtro de flujo transversal.
-C#ABEINDD
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$ 6 Operaciones en las que intervienen partculas de slidos
Los filtros se dividen en tres grupos principales: filtros de
torta, filtros clarificadores y filtros de flujo transversal. Los
filtros de torta separan grandes cantidades de slidos en forma de
una torta de cristales o un lodo, tal como se ilustra en la figura
29.3a. Con frecuen-cia incluyen dispositivos para el lavado de la
torta y para eliminar la mayor parte posible del lquido en los
slidos antes de su descarga. Los filtros clarificadores retiran
pequeas cantidades de slidos para producir un gas limpio o lquidos
transparentes, tales como bebidas. Las partculas del slido son
atrapadas en el interior del medio filtrante tal como se indica en
la figura 29.3b, o en las superficies externas. Los filtros
clarificadores difieren de los tamices en que los poros del medio
filtrante son mucho mayores en dime-tro que las partculas a ser
eliminadas. En un filtro de flujo transversal la suspensin de la
alimentacin fluye bajo presin a velocidades ligeramente altas
atravesando el medio filtrante (vase figura 29.3c). Se forma una
capa delgada de slidos en la superficie del medio, pero la alta
velocidad del lquido mantiene la capa formada. El medio filtrante
es una membrana de cermica, metal o de un polmero con poros lo
suficientemente pequeos para excluir la mayora de las partculas
suspendidas. Parte del lquido pasa a travs del medio como filtrado
claro, dejando atrs una suspensin ms concentrada. Como se ver ms
adelante, un ultrafiltro es una unidad de flujo transversal que
contiene una membrana con aberturas extremadamente pequeas,
utilizado para la separacin y concentracin de partculas coloidales
y molculas grandes.
/,"-/",/Al comienzo de la filtracin en un filtro de torta,
algunas partculas slidas entran en los poros del medio filtrante y
quedan inmovilizadas, pero muy rpido otras partculas se depositan
sobre la superficie del medio filtrante. Despus de este breve
periodo inicial, la torta de slidos es la que realiza la filtracin
y no el medio filtrante; sobre la superfi-cie se forma una torta de
espesor apreciable que es preciso retirar peridicamente. Los
filtros de torta se utilizan casi siempre para separaciones
slido-lquido, con excepcin de los filtros de bolsa para limpieza de
gases. Como en el caso de otros filtros, pueden operar con presin
mayor que la atmosfrica en la corriente superior del medio
filtrante o con vaco aplicado en la corriente inferior. Cualquiera
de los tipos puede ser continuo o discontinuo, pero a causa de la
dificultad de descargar los slidos contra una presin positiva, la
mayora de los filtros de presin son discontinuos.
`ii`VLos filtros de presin utilizan una gran presin diferencial
a travs del medio filtrante para lograr una filtracin rpida muy
econmica con lquidos viscosos o con slidos finos. Los tipos ms
comunes de filtros a presin son los filtros prensa y los filtros de
carcasa y hojas.
Filtro prensa. Un filtro prensa contiene un conjunto de placas
diseadas para proporcionar una serie de cmaras o compartimentos en
los que se pueden recoger los slidos. Las placas se recubren con un
medio filtrante tal como una lona. La suspensin se introduce en
cada compartimento bajo presin; el lquido pasa a travs de la lona y
sale a travs de una tubera de descarga, dejando detrs una torta de
slidos hmeda.
-C#ABEINDD
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x*/1" Separaciones mecnicas
Las placas de un filtro prensa pueden ser cuadradas o
circulares, verticales u horizon-tales. Lo ms frecuente es que los
compartimentos para slidos estn formados por huecos en las caras de
placas de polipropileno moldeado. En otros diseos, el filtro est
formado por prensas de placas y marcos como los de la figura 29.4,
en donde placas cuadradas de 6 a 78 in. (150 mm a 2 m) de lado
alternan con marcos abiertos. Las placas tienen un espesor de 1
4- a 2 in. (6 a 50 mm), el espesor de los marcos es de 1
4- a 8 in. (6 a 200 mm).
Las placas y los marcos se sitan de formar vertical en un
bastidor metlico, con telas que cubren las caras de cada placa, y
se aclopan estrechamente entre s por medio de un tornillo o una
prensa hidrulica. La suspensin entra por un extremo del conjunto de
placas y marcos, y pasa a travs de una esquina, hacia el canal que
recorre el equipo de modo longitudinal. Los canales auxiliares
llevan la suspensin desde el canal de entrada hasta cada uno de los
marcos. Aqu los slidos se depositan en las caras cubiertas de tela
de las placas. El lquido pasa a travs de las telas, desciende por
las canaladuras de las caras de las placas y sale del filtro
prensa.
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1,{Filtro prensa equipado para operacin automtica. (Shriver
Filters, Eimco Process Equipment Co.)
-C#ABEINDD
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$ 6 Operaciones en las que intervienen partculas de slidos
Despus de armar la prensa, se ingresa la suspensin por medio de
una bomba o un
tanque presurizado a una presin de 3 a 10 atm. La filtracin se
contina hasta que no fluya ms licor por la descarga, o la presin de
filtracin se eleve sbitamente. Esto ocurre cuando los marcos estn
llenos de slido y ya no puede ingresar ms suspensin. Entonces, se
dice que la prensa est atestada. Entonces se puede hacer entrar
lquido de lavado para extraer las impurezas solubles de los slidos,
despus de lo cual la torta se puede insuflar con vapor o con aire
para desplazar todo el lquido residual que sea posible. Luego se
abre la prensa, y la torta de slidos se extrae del medio filtrante
y se deja caer a un transporta-dor o a un depsito de almacenaje. En
muchos filtro prensas estas operaciones se realizan automticamente,
como en el que se muestra en la figura 29.4. El lavado completo de
un filtro prensa puede llevar varias horas, pues el lquido de
lavado tiende a seguir los trayectos ms fciles y a evitar las
partes ms estrechamente empacadas de la torta.
Filtros de carcasa y hojas. Para filtrar debajo de las presiones
superiores a las que son posibles en un filtro prensa de placas y
marcos, para reducir la mano de obra, o cuando se requiere un mejor
lavado de la torta, conviene utilizar un filtro de carcasa y hojas.
En el diseo en tanque horizontal que se muestra en la figura 29.5
se sita un conjunto de hojas verticales sobre un bastidor retrctil.
La unidad mostrada en la figura est abierta para descargarla,
mientras que durante la operacin las hojas permanecen dentro del
tanque cerrado. La alimentacin entra por un lado del tanque, el
filtrado pasa a travs de las hojas y sale por un colector de
descarga mltiple. El diseo que se muestra en la figura 29.5 se
utiliza con frecuencia para filtraciones con coadyuvantes, tal como
se ver ms adelante en este captulo.
`iL>`>>?VEl filtro de banda Larox es un filtro a presin
discontinuo que separa, comprime, lava y descarga de forma
automtica la torta. La filtracin tiene lugar entre 2 y 20 cmaras
hori-zontales, colocadas una sobre la otra. Una banda de tela
filtrante pasa a travs de las cma-ras del filtro en turno. Con la
banda sostenida de modo estacionario, se llena cada cmara con
slidos durante el ciclo de filtracin. Entonces se bombea agua a
alta presin detrs de un diafragma flexible en la cmara lmite,
apretando la torta y expulsando de manera
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1,xFiltro de hojas en un tanque horizontal a presin.
-C#ABEINDD
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x*/1" Separaciones mecnicas
mecnica algo del lquido. Con el diafragma liberado, el agua de
lavado puede ser pasada
a travs de la torta, y si se desea la torta es recomprimida por
el diafragma. Por ltimo,
se sopla aire a travs de la torta para eliminar el lquido
adicional.
Entonces las cmaras se abren de forma hidrulica, as que la banda
puede moverse
a una distancia algo mayor que la longitud de una cmara. Esta
accin descarga la torta
de ambos lados del filtro. Al mismo tiempo, parte de la banda
pasa entre las boquillas de aspersin para lavado. Despus de que
toda la torta ha sido descargada, la banda es dete-nida, las cmaras
son cerradas y se repite el ciclo de filtracin. Todos los pasos se
efectan de modo automtico por impulsos desde un panel de control.
El intervalo de los tamaos del filtro va de 0.8 m2 (8.6 ft2) a 31.5
m2 (339 ft2). El ciclo global es relativamente corto, por lo
general de 10 a 30 min, as que estos filtros se utilizan en
procesos continuos.
`V>>VPor lo general, los filtros a presin son
discontinuos, mientras que los de vaco son con-tinuos. Sin embargo,
un filtro discontinuo a vaco resulta a veces muy til. Una nutcha de
vaco es poco ms pequea que un embudo Bchner grande, de 1 a 3 m (3 a
10 ft) de dimetro, y en ella se forma una capa de slidos de 100 a
300 mm (4 a 12 in.) de espesor. Debido a su sencillez, una nutcha
se construye con facilidad con materiales resistentes a la corrosin
y resulta valiosa cuando han de filtrarse cargas experimentales de
una gran variedad de materiales corrosivos. Las nutchas son poco
comunes en procesos a gran escala debido a la labor que se
desarrolla en la extraccin de la torta; sin embargo, son tiles como
filtros a presin en algunas operaciones discontinuas en las cuales
la torta debe ser secada en el filtro antes de la descarga.31
V>>VEn todos los filtros continuos de vaco, el lquido es
succionado a travs de un medio filtrante en movimiento sobre el que
se deposita una torta de slidos. La torta se aleja de la zona de
filtracin, se lava, se seca por aspiracin y se descarga del medio
filtrante para reiniciar el ciclo con la entrada de otra carga de
slidos en suspensin. En todo momento una parte del medio filtrante
se encuentra en la zona de filtracin, otra parte en la zona de
lavado y otra en la etapa de descarga de slidos, de forma que la
salida de lquidos y de slidos se realiza en forma ininterrumpida.
La presin diferencial a travs del medio filtrante de un filtro de
vaco continuo no es elevada y normalmente est comprendida entre 250
y 500 mm de Hg. Los distintos diseos de filtros difieren en la
forma en la que se introduce la suspensin, la forma de la
superficie filtrante y la manera en la que se descargan los slidos.
Sin embargo, la mayor parte de ellos aplican vaco desde una fuente
estacionaria para accionar las partes de la unidad por medio de una
vlvula rotatoria.
Filtro de tambor rotatorio. El tipo ms frecuente de filtro
continuo de vaco es el filtro de tambor rotatorio que se representa
en la figura 29.6. Un tambor horizontal, con una superficie
acanalada, gira con una velocidad de 0.1 a 2 rpm en un depsito con
la suspensin agitada. Un medio filtrante, tal como una lona, cubre
la superficie del tambor, que est sumergido parcialmente en el
lquido. Debajo de la superficie cilndrica acanalada del tambor
principal se encuentra un segundo tambor ms pequeo con una
superficie s-lida. Entre los dos tambores existen separaciones
radiales que dividen el espacio anular en compartimentos separados,
cada uno de los cuales est conectado por medio de una tubera
-C#ABEINDD
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$ 6 Operaciones en las que intervienen partculas de slidos
interna a un orificio situado en la placa de la vlvula
rotatoria. Conforme el tambor gira se alimenta aire y vaco
alternativamente en cada compartimento. Una tira de tela filtrante
cubre la cara expuesta de cada compartimento para formar una
sucesin de paneles.
Considere ahora el panel que se representa por A en la figura
29.6. Est justamente en el momento de introducirse en la suspensin.
A medida que se sumerge debajo de la superficie del lquido, se
aplica vaco por medio de la vlvula rotatoria. Se forma una capa de
slidos sobre la superficie del panel a medida que pasa lquido por
la tela hacia el interior del compartimento, a travs de la tubera
interna, a travs de la vlvula y hacia un tanque colector. A medida
que el panel sale de la suspensin y entra en la zona de lavado y
secado, se aplica vaco al panel desde un sistema exterior,
succionando lquido de lavado y aire a travs de la torta de slidos.
Como se muestra en el diagrama de la figura 29.7, el lquido de
lavado es drenado del filtro hacia un tanque separador colector.
Despus de que la torta de slidos depositada sobre la superficie del
panel ha sido suc-cionada para ser secada, el panel sale de la zona
de secado, se corta el vaco y se retira la torta rascndola con una
cuchilla horizontal o rasqueta. Se inyecta un poco de aire debajo
de la torta con el fin de despegarla de la tela. De esta forma la
torta se desprende de la tela haciendo innecesario que la cuchilla
roce la superficie del tambor. Una vez que se ha desprendido la
torta, el panel entra de nuevo en la suspensin y se repite el
ciclo. Por lo tanto, la operacin de cualquier panel es cclica, pero
como algunos paneles estn en todo momento en cada parte del ciclo,
la operacin global del filtro es continua.
Existen numerosas variantes comerciales de filtros de tambor
rotatorio. En algunos diseos no existen compartimentos en el
tambor, y el vaco se aplica a toda la superficie interior del medio
filtrante. El filtrado y el lquido de lavado se retiran
conjuntamente a travs de una tubera sumergida; los slidos se
descargan inyectando aire a travs de la lona desde un sistema
estacionario situado dentro del tambor, hinchando la tela
fil-trante y desprendiendo la torta. En otros modelos la torta se
desprende de la superficie filtrante por un conjunto de cuerdas
paralelas muy juntas, o bien separando la tela filtrante de la
superficie del tambor y hacindola pasar alrededor de un rodillo de
dimetro pequeo. El cambio brusco de direccin que provoca este
rodillo da lugar a que se desprendan los slidos. La tela puede
lavarse a medida que retorna desde el rodillo hasta la cara
inferior
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1,Filtro rotatorio continuo de vaco.
-C#ABEINDD
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*/1" Separaciones mecnicas
del tambor. El lquido de lavado puede rociarse de forma directa
sobre la superficie de la torta, o bien, con tortas que se rompen
cuando se pasa aire a travs de ellas; el rociado de lquido de
lavado puede realizarse sobre la tela que se desplaza con la torta
a travs de la zona de lavado y que presiona con fuerza sobre la
superficie exterior.
El grado de inmersin del tambor tambin es variable. La mayor
parte de los filtros alimentados por el fondo operan con
aproximadamente 30% de su superficie filtrante sumergida en la
suspensin. Cuando se desea una elevada capacidad de filtracin sin
lavado, se puede utilizar el filtro muy sumergido, con una inmersin
de 60 a 70%. La capacidad de cualquier filtro rotativo depende
considerablemente de las caractersticas de la suspensin de
alimentacin y, sobre todo, del espesor de la torta que se deposita
en la operacin prctica. Las tortas formadas en filtros rotativos de
vaco de tipo industrial tienen un espesor comprendido entre 3 y 40
mm (1
8- a 11
2- in.). Los tamaos estndar de
los tambores varan desde 0.3 m (1 ft) de dimetro y 0.3 m (1 ft)
de longitud hasta 3 m
(10 ft) de dimetro y 4.3 m (14 ft) de longitud.
`i>L>>iLos filtros de vaco rotatorios algunas veces se
adaptan para operar a presiones positivas de alrededor de 15 atm
para situaciones en las cuales la filtracin a vaco no es factible o
econmica. ste es el caso cuando los slidos son muy finos y se
filtran muy lento o
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1,Diagrama de flujo para filtracin continua de vaco.
-C#ABEINDD
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$ 6 Operaciones en las que intervienen partculas de slidos
cuando el lquido tiene una presin de vapor alta, tiene una
viscosidad mayor a 1 P, o es
una disolucin saturada que cristalizar si se enfra del todo. Con
suspensiones de filtra-cin lenta, la presin diferencial a travs del
medio filtrante debe ser mayor de la que se obtiene en un filtro de
vaco; con lquidos que vaporizan o cristalizan a presin reducida, la
presin en el lado de la corriente inferior del medio filtrante no
puede ser menor que la atmosfrica. Sin embargo, los problemas
mecnicos de la descarga de slidos de estos filtros, su alto costo y
complejidad, as como su tamao pequeo limitan su aplicacin a
problemas especiales. Cuando no es posible utilizar la filtracin al
vaco, deben conside-rarse otros medios de separacin, tales como
filtros centrfugos continuos.
`iiVLiiUn filtro de recubrimiento previo es un filtro rotativo
de tambor modificado para filtrar pequeas cantidades de slidos
gelatinosos o finos que por lo general obturan la tela fil-trante.
En la operacin de este equipo se deposita en primer lugar sobre la
tela del medio filtrante una capa porosa de un coadyuvante de
filtracin, tal como tierra de diatomeas. El lquido a filtrar se
succiona a travs de una capa del coadyuvante de filtracin,
depo-sitndose una capa delgada de slidos. Esta capa y algo de
coadyuvante de filtracin se desprenden entonces del tambor por
medio de una cuchilla que avanza lentamente, lo que da lugar a que
de forma continua exista una superficie fresca de material poroso
para que pase el lquido subsecuente. Un filtro de recubrimiento
previo tambin puede operar bajo presin. En los equipos de presin,
los slidos descargados y el coadyuvante de filtracin se recogen en
una zona de filtracin para retirarlos peridicamente a la presin
atmofrica, mientras que el tambor se recubre con un coadyuvante.
Los filtros de recu-brimiento previo slo se utilizan cuando los
slidos se desechan o cuando su mezcla con grandes cantidades de
coadyuvantes no crea un problema serio. La inmersin habitual de un
tambor de filtro con recubrimiento previo es de 50%.
Filtro de banda horizontal. Cuando la alimentacin contiene
partculas slidas gruesas que sedimentan rpido, un filtro de tambor
rotatorio funciona mal o simplemente no puede funcionar. Las
partculas gruesas no se mantienen bien en suspensin y la torta que
se forma con frecuencia no se adhiere a la superficie del tambor.
En estos casos se utiliza un filtro horizontal alimentado por la
parte superior. El filtro de banda mvil que se observa en la figura
29.8 es uno de los diferentes tipos de filtro horizontal; es
seme-jante a un transportador de banda con un soporte transversal o
de drenaje que lleva la tela filtrante, y que tiene tambin la forma
de una banda sinfn. Las aberturas centrales situadas en la banda de
soporte o drenaje se deslizan sobre una cmara longitudinal de vaco
en la que se descarga el filtrado. La suspensin de alimentacin
fluye hacia la banda desde un distribuidor situado en un extremo de
la unidad, mientras que la torta filtrada y lavada se descarga por
el otro extremo.
Los filtros de banda son en especial tiles en el tratamiento de
residuos debido a que stos con frecuencia contienen un rango de
tamao de las partculas muy amplio.40a Estn disponibles en tamaos
comprendidos entre 0.6 y 5.5 m (2 y 18 ft) de ancho y de 4.9 a 33.5
m (16 a 110 ft) de largo, y con reas de filtracin de hasta 110 m2
(1 200 ft2). Algu-nos modelos estn catalogados como filtros de
banda, con una accin similar al filtro a presin Larox que se
describi antes; en ellos el vaco se aplica e interrumpe en forma
intermitente. La banda avanza medio metro cuando se interrumpe el
vaco y se detiene
-C#ABEINDD
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*/1" Separaciones mecnicas
mientras el vaco se aplica. Esto evita la dificultad de mantener
un buen cierre de vaco entre la cmara de vaco y la banda mvil.
>VViv}>Los slidos que forman una torta porosa se pueden
separar de lquidos en una centrfuga filtrante. La suspensin se
introduce como alimentacin en una cesta rotatoria que tiene una
pared perforada recubierta con un medio filtrante tal como una lona
o una tela metlica. La presin que resulta de la accin centrfuga
obliga al lquido a pasar a travs del medio filtrante dejando los
slidos retenidos. Si se corta la alimentacin a la cesta y se sigue
centrifugando, la torta de slidos queda libre de la mayor parte del
lquido residual en un periodo corto, quedando los slidos mucho ms
secos que en el caso de un filtro prensa o un filtro de vaco.
Cuando el material de filtrado debe secarse posteriormente por
medios trmicos, el uso de una centrfuga supone una importante
reduccin de los costos.
Los principales tipos de centrfugas de filtracin son mquinas
suspendidas que operan en forma discontinua, mquinas automticas de
ciclo corto y centrfugas continuas transportadoras. En las
centrfugas suspendidas, los medios filtrantes son lonas o telas
me-tlicas. En las mquinas automticas se utilizan tamices metlicos
finos, y en las centrfugas transportadoras el medio filtrante es
generalmente la pared ranurada de la misma cesta.
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1,nFiltro de cinta horizontal.
-C#ABEINDD
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$ 6 Operaciones en las que intervienen partculas de slidos
iv}>`V>i``>Un tipo frecuente de centrfuga discontinua
en las operaciones industriales es la centrfuga
de recipiente suspendido que se muestra en la figura 29.9. Las
cestas perforadas tienen un tamao que oscila entre 750 y 1 200 mm
(30 a 48 in.) de dimetro y entre 450 y 750 mm (18 y 30 in.) de
altura y giran a velocidades comprendidas entre 600 y 1 800 rpm. La
cesta est suspendida en la parte inferior de un eje vertical
giratorio que es accionado desde la parte superior. Un medio
filtrante recubre la pared perforada de la cesta. La suspensin de
alimentacin entra en la cesta giratoria a travs de un tubo o
vertedero. El lquido escurre a travs del medio filtrante hasta la
carcasa y sale por una tubera de descarga; los slidos forman una
torta de 50 a 150 mm (2 a 6 in.) de espesor en el interior de la
cesta. A travs
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1,Centrfuga de cesta suspendida en la parte superior.
-C#ABEINDD
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x*/1" Separaciones mecnicas
de los slidos se puede rociar lquido de lavado con el fin de
separar el material soluble y despus se centrifuga la torta para
secarla lo ms posible, utilizando a veces una velo-cidad de giro
mayor que durante las etapas de carga y lavado. Se desconecta el
motor, y la cesta casi se para por medio de un freno. Con la cesta
girando muy lento, tal vez de 30 a 50 rpm, se descargan los slidos
por medio de una cuchilla rascadora que desprende la torta del
medio filtrante y cae a travs de una abertura situada en el fondo
de la cesta. Se lava el medio filtrante para limpiarlo, se conecta
el motor y se repite el ciclo.
Las centrfugas de recipiente suspendido en la parte superior se
utilizan con ampli-tud en el refinado de azcar, donde operan con
ciclos cortos de tiempo de 2 a 3 minutos por carga y producen hasta
5 tons/hora de cristales por mquina. Con frecuencia poseen
controles automticos para alguna o todas las etapas del ciclo. Sin
embargo, en la mayor parte de los procesos se utilizan otras
centrfugas automticas o centrfugas continuas transportadoras,
debido a que es preciso separar grandes tonelajes de cristales.
Otro tipo de centrfuga discontinua se acciona desde el fondo,
mientras el motor, la cesta y la carcasa estn suspendidos desde
vstagos verticales montados sobre una placa base. Los slidos se
descargan de forma manual a travs de la parte superior de la
carcasa o bien a travs de aberturas situadas en el fondo de la
cesta como en el caso de las mquinas de recipiente suspendido en la
parte superior. Excepto en el refinado de azcar, las centrfugas
suspendidas generalmente operan con ciclos de 10 a 30 minutos por
carga, descargando los slidos a razn de 300 a 1 800 kg/h (700 a 4
000 lb/h).
iv}>>?V>`V>En la figura 29.10 se representa una
centrfuga automtica discontinua de ciclo corto. En esta mquina la
cesta gira con velocidad constante alrededor de un eje horizontal.
La suspensin de alimentacin, el lquido de lavado de la torta y del
medio filtrante se rocan sucesivamente en la cesta a intervalos
controlados de tiempo. La cesta se descarga mientras gira a toda
velocidad por medio de una cuchilla que asciende peridicamente y
desprende los slidos llevndolos a un conducto de descarga.
Temporizadores del ciclo y vlvulas operadas por solenoide controlan
las diferentes partes de la operacin: ali-mentacin, lavado, cortado
de la torta, limpieza del tamiz y descarga. Es posible alargar o
acortar a voluntad cualquier parte del ciclo.
En estas mquinas el dimetro de la cesta est comprendido entre
500 y 1 100 mm (20 y 42 in.). Las centrfugas automticas tienen una
capacidad de produccin elevada con cristales que descargan con
facilidad. Por lo general no se utilizan cuando la alimentacin
contiene muchas partculas ms finas que 150 mallas. Con cristales
gruesos, el ciclo total de operacin vara entre 35 y 90 s, de forma
que la capacidad horaria es elevada. Debido a la corta duracin del
ciclo y la pequea retencin de la suspensin de alimentacin, filtrado
y slidos descargados, las centrfugas automticas se incorporan con
facilidad a procesos continuos de fabricacin. Las pequeas cargas de
slidos se lavan de manera eficaz con pequeas cantidades de lquido y
como ocurre en cualquier mquina dis-continua si es necesario el
lavado puede aumentarse temporalmente para mejorar la calidad del
material. Las centrfugas automticas no son capaces de tratar slidos
que drenan o escurren con dificultad debido a que requeriran ciclos
antieconmicos por su larga duracin, o slidos que no descargan con
facilidad. Adems se produce una considerable rotura de los
cristales por la cuchilla de descarga.
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$ 6 Operaciones en las que intervienen partculas de slidos
iv}>V>`iw>VEn la figura 29.11 se representa un
separador centrfugo continuo para cristales gruesos que corresponde
a la centrfuga de transportador reciprocante. Una cesta rotatoria
con la pared ranurada se alimenta por medio de un embudo giratorio.
El propsito del embudo es acelerar en forma suave y progresiva la
suspensin de alimentacin. La alimentacin entra por el extremo
estrecho del embudo desde una tubera estacionaria situada en el eje
de rotacin de la cesta. Se desplaza hacia la parte ancha del
embudo, ganando velocidad al desplazarse, y cuando abandona ste
sobre la pared de la cesta gira en el mismo sentido y con una
velocidad aproximadamente igual que la pared. El lquido fluye a
travs de la pared de la cesta, que puede estar recubierta con una
tela metlica. Se forma una capa de cristales de 25 a 75 mm (1 a 3
in.). Esta capa se mueve sobre la superficie filtrante por medio de
un impulsor reciprocante. Cada carrera del impulsor mueve los
cristales unos pocos centmetros hacia la parte exterior de la cesta
y durante el recorrido de vuelta se abre un espacio sobre la
superficie filtrante en la que se deposita ms torta. Cuando los
cristales alcanzan el borde de la cesta caen en una gran carcasa y
pasan a un colector de descarga. El filtrado y el lquido de lavado
que se roca sobre los cristales durante su movimiento abandonan la
carcasa por salidas separadas. La aceleracin lenta de la suspensin
de alimentacin y la desaceleracin de los slidos descargados
minimizan la rotura de los cristales. Las unidades multietapas que
minimizan la distancia recorrida por los cristales en cada etapa,
se utilizan con tortas de slidos que no se transportan de manera
adecuada en un mquina de una sola etapa. Las centrfugas
reciprocantes se utilizan con cestas cuyo dimetro vara entre 300 y
1 200 mm (12 y 48 in.). Escurren y lavan de 0.3 a 25 ton/h de
slidos que contienen no ms de aproximadamente 10% de peso de
material ms fino que 100 mallas.
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1,Centrfuga automtica discontinua.
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*/1" Separaciones mecnicas
i`w>iEl medio filtrante de cualquier filtro debe cumplir los
siguientes requerimientos:
1. Retener los slidos a filtrar, dando lugar a un filtrado
razonablemente claro.2. No obstruirse o cegarse.3. Ser qumicamente
resistente y tener suficiente resistencia fsica para soportar
las
condiciones del proceso.4. Permitir que la torta formada se
desprenda de una forma limpia y completa.5. No ser excesivamente
caro.
En la filtracin industrial, un medio filtrante frecuente es la
tela de lona, de diferentes pesos y modelos de tejido, dependiendo
del objetivo que se persiga. Los lquidos corrosivos requieren el
empleo de otros medios filtrantes tales como telas de lana, de
metal monel o acero inoxidable, de vidrio o de papel. Las fibras
sintticas como nailon, propileno, y varios polisteres tienen tambin
una elevada resistencia qumica.9, 21
En una tela de un tamao de malla dado, las fibras metlicas o las
sintticas lisas son menos efectivas que las fibras naturales para
separar partculas muy finas. Sin embargo, por lo general esto slo
es una desventaja al comienzo de la filtracin debido a que, excepto
con partculas gruesas y duras que no contienen finos, el medio
filtrante real lo constituye la primera capa de slidos depositados.
El filtrado es turbio al principio, pero luego se hace claro. El
filtrado turbio se devuelve al tanque que contiene la suspensin
para filtrarse de nuevo.
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1,Centrfuga continua de transportador reciprocante.
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