Filtracin

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Universidad Nacional del Callao Facultad de Ingeniera Qumica

Laboratorio N1Filtracin1. OBJETIVOS1.1. General Efectuar la filtracin a presin constante de un lodo acuoso de carbonato clcico.1.2. Especficos Determinar la Resistencia del medio filtrante. Determinar la resistencia especfica de la torta. Determinar el factor de compresibilidad. 2. MARCO TERICO2.1. FILTRACIONLa filtracin es la separacin de una mezcla de slidos y fluidos que incluye el paso de la mayor parte del fluido a travs de un medio poroso, que retiene la mayor parte de las partculas slidas contenidas en la mezcla. El medio filtrante es la barrera que permite que pase el lquido, mientras retiene la mayor parte de los slidos, los cules se acumulan en una capa sobre la superficie o filtro (torta de filtracin), por lo que el fluido pasar a travs del lecho de slidos y la membrana de retencin. El sistema de filtracin va desde un simple colado hasta separaciones altamente complejas. El fluido puede ser un lquido o un gas; las partculas slidas pueden ser gruesas o finas, rgidas o plsticas, redondas o alargadas, individuales separadas o agregados. La suspensin de alimentacin puede llevar una fraccin elevada o muy baja de slidos. El filtrado pasa a travs de tres clases de resistencia en serie: 1) Las resistencias de los canales que llevan la suspensin hasta la cara anterior de la torta, y el filtrado desde que sale del medio filtrante. 2) La resistencia correspondiente a la torta. 3) La resistencia correspondiente al medio filtrante. 2.2. TIPOS DE FILTROSExisten numerosos tipos de filtros dependiendo de aplicacin a que estn destinados, y como se ha visto anteriormente, su clasificacin se puede realizar atendiendo a diferentes criterios, aunque lo ms frecuente es su caracterizacin en funcin de la fuerza motriz. Los factores principales a considerar a la hora de elegir un tipo de filtro frente a otro son: la resistencia especfica de la torta, la cantidad a filtrar y la concentracin de slidos. Otra de las caractersticas del filtro a tener en cuenta es la facilidad de descarga de la torta.Ante todo lo que va a decidir la eleccin del filtro es el factor econmico. Normalmente el precio del equipo est directamente relacionado con el rea filtrante.Los filtros clarificadores o de lecho profundo se suelen emplear cuando la cantidad de slidos presentes en el lquido es muy pequea, siendo de gran aplicacin para la depuracin de agua y el tratamiento de aguas residuales. En este grupo se tienen los filtros de lecho, los cartuchos filtrantes y otros. Los filtros de cartucho son cada vez ms utilizados en la industria por sus buenos resultados.

Cartuchos filtrantesLa mayor parte de filtros empleados en la industria qumica son filtros de torta y dentro de stos su clasificacin suele hacerse en funcin de la fuerza impulsora (presin, vaco o centrfuga). Si se debe seleccionar entre un filtro de presin o uno de vaco se deben conocer las ventajas e inconvenientes que presentan cada uno de ellos. Los filtros de presin permiten la obtencin de tortas con un menor contenido de humedad y los filtros de vaco, aunque permiten un funcionamiento en continuo, el consumo de energa es mayor debido al sistema de vaco y existe una limitacin en la diferencia de presin aplicable (ya que la presin mxima no puede sobrepasar el valor de 1 atm). A continuacin se exponen algunos de los filtros de uso ms habitual: Filtro Prensa: es uno de los filtros ms usados debido a su gran versatilidad, tanto en relacin a la amplia gama de materiales y como las diversas condiciones de operacin que se pueden aplicar, adems de su bajo coste de mantenimiento. Se emplea en los casos en que la resistencia especfica de la torta es elevada y siempre que la cantidad de slidos no sea tan elevada que obligue a desmontar frecuentemente la prensa que provocara desgastes excesivos en las telas. Sin embargo, no est recomendado su uso para tratar grandes cantidades. Consisten en una serie de elementos cuadrados o rectangulares, que pueden ser placas y marcos alternados o cmaras, entre los que se coloca la tela filtrante. De esta forma, se distinguen dos tipos de filtros prensa: la prensa de placas y marcos y la prensa de cmaras. La diferencia entre ambas radica en que la segunda prescinde de los marcos y que el canal de alimentacin se encuentra en el centro de cada una de las placas en vez de en una de las esquinas como ocurre en la prensa de placas y marcos.

Filtro prensaFiltro de Hojas: se operan de manera discontinua o por cargas. Consisten en una serie de elementos filtrantes planos, denominados hojas, que se encuentran en el interior de una carcasa presurizada. Como caractersticas fundamentales cuenta con una mayor uniformidad y mejor separacin de la torta, una mayor facilidad de lavado y de instalacin de la tela. Aunque inicialmente diseado para trabajar a vaco, los tipos posteriormente desarrollados operan a presin pudiendo aplicar presiones superiores a las que son posibles en el filtro prensa. Se emplea preferentemente en caso de que se requiera un lavado eficaz de la torta. Las hojas pueden tener diferentes formas (rectangulares o circulares) y las carcasas pueden estar dispuestas horizontal o verticalmente. Filtros Rotativos a Vaco: son muy empleados debido a que trabajan en continuo y a su bajo coste de operacin motivado por su funcionamiento automtico. Se emplea para materiales de filtracin poco complicados. Posee una gran capacidad en relacin a su tamao. Dentro de los filtros rotativos se tienen dos tipos: Filtro de tambor rotativo: consiste en un cilindro dispuesto horizontalmente, cuya superficie exterior est formada por una plancha perforada sobre la que se fija la tela filtrante. El cilindro est dividido en una serie de sectores que se encuentran conectados a travs de una vlvula rotativa. El tambor est parcialmente sumergido en una cuba a que se alimenta la suspensin a filtrar y se aplica vaco en los sectores sumergidos. De esta manera se forma una torta del espesor deseado ajustando la velocidad de rotacin del tambor. Para retirar la torta del tambor se pueden seguir varios procedimientos. Lo ms frecuente es emplear una cuchilla fija o rasqueta para descargar la torta, pero si resulta difcil de desprender tambin se puede realizar dicha operacin por medio de una cuerda o de un rodillo.

Filtro de tamborFiltro de pre-recubrimiento: se emplea cuando el material forma una torta de elevada resistencia. En primer lugar se provoca la formacin de una gruesa capa de un material de muy fcil filtracin sobre el medio filtrante para luego que se produzca la filtracin a travs de esta capa. As la torta formada es muy delgada y se retira junto con una fina capa del material de recubrimiento.- de discos: consiste en un cierto nmero de hojas filtrantes circulares montadas sobre un eje horizontal. Su funcionamiento es similar al filtro de tambor, sin embargo proporciona un lavado peor de la torta y su descarga es ms difcil. Como ventaja frente al filtro de tambor se tiene que ofrece un rea de filtracin mucho mayor en el mismo espacio. Filtro de Banda: presenta una gran flexibilidad de aplicacin y alta capacidad. Permite la filtracin en continuo. Consiste en una especie de cinta transportadora donde la cinta se ha sustituido por una banda o tela permeable. La suspensin se alimenta por la parte superior y en un extremo de la cinta, mientras que por la parte inferior de sta se hace el vaco y se recoge el filtrado. Se van a ajustar la velocidad de la cinta y la distancia a la que se aplica la suspensin para producir una torta del espesor adecuado. La torta se desprende al final de la cinta.

Filtro de bandaFiltro Nutscha: existen dos variantes a presin y a vaco.

Filtro Nutscha de presinFiltro Nutscha a vaco: son filtros de pequea capacidad pero de una gran simplicidad constructiva. Consisten en un recipiente donde la alimentacin se realiza por la parte superior y en la zona inferior se dispone el sistema de vaco. Entre ambas zonas se halla el medio filtrante.Filtro Nutscha a presin: se tienen dos tipos, uno de descarga manual y otro de descarga automtica. El primero es similar al filtro de vaco mientras que el segundo est dotado de un agitador que permite el mantenimiento de la suspensin durante el filtrado y la mejora de la eficacia por eliminacin de la humedad residual de la torta. Sin embargo este equipo presenta un precio bastante elevado debido a la complejidad del sistema.Algunos de estos filtros admiten calefaccin, lo que permite disminuir la viscosidad del filtrado, aumentar la velocidad de filtracin y, adems, producir una torta ms seca.Si se ha de elegir entre un filtro continuo y uno discontinuo, se debe tener en cuenta que el filtro continuo proporciona una capacidad de produccin ms elevada para una superficie filtrante dada, aunque la mayora presenta una limitacin de la presin mxima de filtracin. El filtro discontinuo se va a emplear cuando la torta filtrante tiene una resistencia elevada.

3. MATERIALES Y EQUIPOS Carbonato de Calcio

Equipo de filtracin (para filtracin de torta).

Compresor de aire.

Baldes y cucharas. Probeta graduada de 1000 ml. Balanza

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Preparar el lodo a filtrar, 100g de caliza y agregar agua hasta enrasar a 5L.

Armar el equipo de filtracin: es decir, se coloc la tela filtrante debajo del tanque contenedor.

Agregar el lodo a filtrar, en la boca de alimentacin del cilindro contenedor.

Abrir la vlvula del compresor. Regular la cada de presin hasta 10 psi con la vlvula que tiene el equipo de filtracin. Abrir la vlvula de salida de filtrado en el equipo de filtracin y controlar el tiempo y simultneamente haciendo las lecturas correspondientes del volumen. Se debe tratar de mantener la cada de presin constante.

Una vez terminado el proceso de filtracin. Se cierran las vlvulas del compresor y la del equipo de filtracin.

Anotar los resultados y realizar las grficas correspondientes. Repetir el procedimiento, cambiando el valor de las cadas de presin: 10 psi, 15 psi 20 y 25 psi. Repetir todo el proceso para 300g de caliza.

5. DATOS OBTENIDOS1 caso: V= 5L ; m= 100g

Presin de trabajo: (-P) total = 10 psia = 68.91156463 kPa 1 atm = 101.3xpa = 14.7 psia

Datos reportados a 10 psi10 psi

Volumen, m3Tiempo, seg

0.00023.47

0.00047.33

0.000610.89

0.000815.31

Datos reportados a 15psi15 psi

Volumen, m3Tiempo, seg

0.00023.19

0.00045.57

0.00068.71

0.000811.79

0.00115.01

Datos reportados a 20psi20 psi

Volumen, m3Tiempo, seg

0.00022.75

0.00045.01

0.00067.55

0.000810.23

0.00112.85

2casoV= 5L m= 300gDatos reportados a 10 psi10 psi

Volumen, m3Tiempo, seg

0.00021.34

0.00045.07

0.00069.81

0.000815.65

0.00121.97

Datos reportados a 15psi15 psi

Volumen, m3Tiempo, seg

0.00025.15

0.000410.43

0.000616.51

0.000822.65

0.00129.13

Datos reportados a 20psi20 psi

Volumen, m3Tiempo, seg

0.00024.33

0.00049.67

0.000614.47

0.000820.15

0.00125.27

6. CLCULOS Y RESULTADOSLa ecuacin es:

DI = 20 cm = 0.204 m A = 0.03141592654 = 100 gr Xs = 20 gr/L = 20 Kg/ (21 ) = 9.942x Pa.s De tablas de viscosidad del agua gc = 1

Dnde: DI = Dimetro interno del tanque A = rea de filtracin = Masa de carbonato de calcio Xs = Concentracin de la suspensin (-P) total = Cada de presin total (21 ) = Viscosidad del filtrado a 21 gc = constante gravitacional1 caso: Masa de slidos en la torta=100gVolumen del filtrado

10 psi

Volumen, m3Tiempo, segt/Vol

0.00023.4717350

0.00047.3318325

0.000610.8918150

0.000815.3119137.5

Se tiene la siguiente ecuacin:

= Kp . V +

=3000000. V + 16944

Que corresponde a una lnea recta, y que al evaluar la pendiente y el intercepto, permite evaluar la resistencia de la torta () y del medio filtrante ()

Se tiene entonces:

Kp = 3000000 seg/ = 16944 seg/ Calculando la resistencia de la torta (): = Reemplazando datos: =

=1.0261E+10 m/Kg Calculando la resistencia del medio filtrante ():

= Reemplazando datos:

=

= 3.6896E+10

15 psi

Volumen, m3Tiempo, segt/Vol

0.00023.1915950

0.00045.5713925

0.00068.7114516.6

0.000811.7914737.5

0.00115.0115010

Eliminando datos15 psi

Volumen, m3Tiempo, segt/Vol

0.00045.5713925

0.00068.7114516.6

0.000811.7914737.5

0.00115.0115010

Se tiene la siguiente ecuacin:

= Kp . V +

=2000000. V + 13331

Se tiene entonces:

Kp = 2000000 seg/ = 13331 seg/ Calculando la resistencia de la torta (): = Reemplazando datos: =

=1.0261E+10 m/Kg Calculando la resistencia del medio filtrante ():

= Reemplazando datos:

=

= 1.02614E+10

20 psi

Volumen, m3Tiempo, segt/Vol

0.00022.7513750

0.00045.0112525

0.00067.5512583.3

0.000810.2312787.5

0.00112.8512850

Eliminando datos20 psi

Volumen, m3Tiempo, segt/Vol

0.00045.0112525

0.00067.5512583.3

0.000810.2312787.5

0.00112.8512850

Se tiene la siguiente ecuacin:

= Kp . V +

=589600. V + 12274

Se tiene entonces:

Kp = 589600 seg/ = 12274 seg/ Calculando la resistencia de la torta (): = Reemplazando datos: =

=4.0334E+9 m/Kg

Calculando la resistencia del medio filtrante ():

= Reemplazando datos:

=

= 5.3454E+10

2 caso: Masa de slidos en la torta=300gVolumen del filtrado 10 psi

Volumen, m3Tiempo, segt/Vol

0.00021.346700

0.00045.0712675

0.00069.8116350

0.000815.6519562.5

0.00121.9721970

De la ecuacin:

Unidades en el sistema Internacional: 1/m m/kg

De la grfica anterior:La pendiente es: El intercepto es: Clculo de

Clculo de :Del valor calculado para la pendiente:

Resolviendo la ecuacin, se obtiene:

Clculo de :Del valor calculado para el intercepto:

Resolviendo la ecuacin, se obtiene:

15 psi

Volumen, m3Tiempo, segt/Vol

0.00025.1525750

0.000410.4326075

0.000616.5127516.667

0.000822.6528312.5

0.00129.1329130

De la ecuacin:

Unidades en el sistema Internacional: 1/m m/kg

De la grfica anterior:La pendiente es: El intercepto es: Clculo de

Clculo de :Del valor calculado para la pendiente:

Resolviendo la ecuacin, se obtiene:

Clculo de :Del valor calculado para el intercepto:

Resolviendo la ecuacin, se obtiene:

20 psi

Volumen, m3Tiempo, segt/Vol

0.00024.3321650

0.00049.6724175

0.000614.4724116.667

0.000820.1525187.5

0.00125.2725270

Eliminando datos20 psi

Volumen, m3Tiempo, segt/Vol

0.0020553014598.5401

0.002734014652.0147

0.00345014705.8824

De la ecuacin:

Unidades en el sistema Internacional: 1/m m/kg

De la grfica anterior:La pendiente es: El intercepto es: Clculo de

Clculo de :Del valor calculado para la pendiente:

Resolviendo la ecuacin, se obtiene:

Clculo de :Del valor calculado para el intercepto:

Resolviendo la ecuacin, se obtiene:

25 psi

Volumen, m3Tiempo, segt/Vol

0.00023.7518750

0.00047.3718425

0.000611.2518750

0.000815.6919612.5

0.00119.5519550

De la ecuacin:

Unidades en el sistema Internacional: 1/m m/kg

De la grfica anterior:La pendiente es: El intercepto es: Clculo de

Clculo de :Del valor calculado para la pendiente:

Resolviendo la ecuacin, se obtiene:

Clculo de :Del valor calculado para el intercepto:

Resolviendo la ecuacin, se obtiene:

7. ANLISIS DE RESULTADOS La relacin lineal y y la pendiente es proporcional a la resistencia especifica como en el caso de flujo de filtrado a travs de la torta filtrante sola, pero la lnea no pasa por el origen La resistencia del medio filtrante aumenta linealmente con la cada de presin. Los resultados nos indican que al ir aumentando el espesor de la torta, la resistencia al paso del fluido es cada vez mayor, por tanto se va disminuyendo el caudal del filtrado como vemos en las tablas mostradas. La resistencia de la torta () y la resistencia del medio filtrante () son altas desde el momento que se va iniciando la filtracin, y cuando se va formando la torta, como queda demostrado en los resultados con valores altos que se obtiene.

8. CONCLUSIONES La velocidad de filtrado disminuye gradualmente debido a la formacin y aumento de volumen de la torta por consecuente aumenta la resistencia El volumen de filtrado es el mismo a la misma concentracin de carbonato de calcio lo que vara nicamente es el tiempo de filtrado Los resultados nos indican que al ir aumentando el espesor de la torta, la resistencia al paso del fluido es cada vez mayor, por tanto se va disminuyendo el caudal del filtrado como vemos en las tablas mostradas. La resistencia de la torta () y la resistencia del medio filtrante () son altas desde el momento que se va iniciando la filtracin, y cuando se va formando la torta, como queda demostrado en los resultados con valores altos que se obtiene.

9. BIBLIOGRAFA Ingenieria Quimica Operaciones Basicas por Warren L. MacCabe,Julian C. Smith https://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/mgilarra/Fluid/Filtracion%202005-2006.pdf http://es.slideshare.net/keko22/filtracin-9779706

10. ANEXOFILTRACIN CON MENBRANA

Osmosis InversaOsmosis: Fenmeno natural en el cual agua pasa a travs de una membrana semi-permeable, desde una solucin menos concentrada a una solucin ms concentrada. El resultado final es la extraccin del agua pura del medio ambiente, por Ejemplo Las races permiten a las plantas extraer el agua del suelo( El agua del suelo pasa por difusin a travs de las membranas de las races para diluir la alta concentracin de sales que normalmente tiene la Savia de la planta. El objetivo de la Osmosis Natural es que los seres vivos puedan absorber el agua pura del medio ambiente. Se denomina Osmosis inversa a revertir el proceso natural de Osmosis mediante una fuerza externa.

Osmosis Inversa: Proceso en el cual se fuerza al agua a pasar a travs de una membrana semi-permeable, desde una solucin ms concentrada en sales disueltas u otros contaminantes a una solucin menos concentrada, mediante la aplicacin de presin. El Objetivo de la Osmosis Inversa es obtener agua purificada partiendo de un caudal de agua con gran cantidad de sales como puede ser el agua de Mar. De hecho una de las grandes aplicaciones de la Osmosis Inversa es obtener agua potable partiendo del agua de Mar con la escasez de agua originada por el desarrollo humano est proceso se ha vuelto ms rentable.

Equipo de tratamiento de agua: Aquatrol

Desmineralizadores Osmosis Inversa Ablandadores Conductimetros Esterilizadores U.V. Purificadores

V=500ml Para : 50psiV (ml)Tiempo (s)

10010.3

20020.8

30031.4

40042.6

50052.2

Para : 70psiV (ml)Tiempo (s)

1007.7

20015.2

30022.6

40030.1

50037.1

Conductividad: Salida: 24SEntrada: 470SRechazo: 517S

Para : 100psiV (ml)Tiempo (s)

1005.6

20010.7

30016.2

40021.7

50026.9

Conductividad: Salida: 20SEntrada: 470SRechazo: 553S

Para : 110psiV (ml)Tiempo (s)

1005.1

2009.6

30014.7

40019.2

50024.1

Conductividad: Salida: 23.5SEntrada: 470SRechazo: 575S

Laboratorio para Ingeniera Qumica II 30 Laboratorio N1: Filtracin