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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS, MATEMATICA Y DEL MEDIO AMBIENTE

LABORATORIO UNITARIAS II FILTRACIÓN EN FILTRO PRENSA DE MARCO

Nombre del Profesor: Eric Gahona Muñoz Nombre de Ayudante(s): Jacob Donoso Integrantes: Camilo Ayala Alexis Luengo Carolina Martínez Fecha de laboratorio: Fecha entrega informe:

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INDICE

3 ____________________________________________ Resumen 4 ____________________________________________ Introducción 5____________________________________________ resistencia medio filtrante 6 ____________________________________________ Medio filtrante 7____________________________________________desarrollo experimental 8_____________________________________________Resultados 9_____________________________________________Anexos

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RESUMEN La filtración es una operación muy utilizada en la industria en general y en el caso particular la industria alimentaria). Se distinguen tres tipos característicos de filtración. En uno de ellos se incluyen las suspensiones que contienen cantidades apreciables de sólidos insolubles, y al ser filtrados forman una torta sobre el medio filtrante, pudiendo interesar la obtención del sólido, del filtrado o de ambos. Otro tipo es el que incluye las suspensiones con pocos sólidos insolubles, que por la regla general suelen ser indeseables, y en cuyo caso la filtración se denomina clarificación Por ultimo se debe citar la microfiltración, que se da en el caso que las partículas sólidas a separar son de tamaño del orden de 0,1mm. En el proceso de filtración se utilizan una serie de equipos que constan básicamente de un soporte mecánico, conductos por los que entra y sale la solución y dispositivos para extraer la torta. La presión se puede proporcionar en la parte inicial del proceso, antes del filtro o bien se puede utilizar vacío después del filtro, o ambas a la vez, de forma que el fluido pase a través del sistema. La mayoría de los filtros industriales operan a vacío o a presión superior a la atmosférica. En la experiencia realizada se trabajo con un filtro de prensa, en estos se coloca una tela o una malla sobre placas verticales, de manera tal que sean los bordes los que soporten a la tela y al mismo tiempo dejen debajo de la tela un área libre lo más grande posible para que pase el filtrado. En esta clase de filtros se alternan placas acanaladas cubiertas en ambos lados por medio filtrante, con marcos, en conjunto se encuentran apretada por tornillos o una prensa hidráulica que la cierran herméticamente. Como ya se ha mencionado antes la filtración tiene múltiples aplicaciones en la industria como en el tratamiento de aguas, en los diferentes procesos de producción de alimentos, en estos se presenta la necesidad de separar los componentes de una mezcla en fracciones, para de esta manera poder describir los sólidos divididos y predecir sus características. El Objetivo de nuestro practico es poder mediante la experiencia Graficar t/ v versus V y obtener la pendiente de la curva y el corte en el eje de las coordenadas. Calcular la resistencia específica de la torta Rm, la porosidad media de la torta designada por E., finalmente determinar el tamaño de la partícula.

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INTRODUCCIÓN La filtración es una operación Unitarias cuya finalidad es la separación de un sólido insoluble que esta presente en una suspensión sólido liquido, haciendo pasar dicha suspensión a través de una membrana porosa que retiene las partículas sólidas. A la membrana porosa se le denomina medio filtrante, mientras que las partículas retenidas en la membrana forman una capa que se llama torta y el liquido que atraviesa la membrana porosa y esta exento de sólidos se denomina filtrado. En la filtración puede ocurrir que la fase deseada sea al filtrado, la torta o ambos. Cuando lo que se desea obtener es la parte sólida, una vez obtenida la torta, ésta debe lavarse para eliminar las impurezas que pueda contener. Para obtener el flujo de filtrado a través del medio filtrante se puede operar por simple gravedad, o bien aplicando una presión superior a la atmosférica en la parte anterior del medio filtrante o vacío en su parte posterior, denominándose filtración a presión y filtración a vacío, respectivamente. FUNDAMENTOS DE LA FILTRACIÓN Los filtros mas utilizados son los filtros prensa de marcos de placas. Inicialmente, la palpilla para a través del medio filtrante, pero a medida que se va filtrando se forma la torta, que se va aumentando su espesor, por lo que el fluido de la palpilla debe atravesar, no sólo el medio filtrante, sino también la torta formada. Esto supone que la caída de presión a través del filtro es cada vez mayor, o bien el caudal del filtrado es menor. Esto indica que la forma de trabajar puede ser a caída de presión constante o a caudal constante filtrado. En el primer caso, al mantener la caída de presión constante, el caudal del filtrado irá disminuyendo a lo largo del tiempo de filtración. Por el contrario, si se desea que el caudal de filtrado sea constante, la caída de presión se hará cada vez mayor. A medida que se va filtrando, va aumentando el espesor del sólido depositado con lo que constituye un caso no estacionario de c circulación de fluidos a través de alturas de rellenos variables. En el filtro podrán distinguirse dos zonas, la de la torta filtrante y la del medio filtrante. La primera de ella constituye un relleno que puede cambiar de características ( superficie especifica, porosidad…) mientras que el medio filtrante posee características fijas. En general, para un filtro en el que se forma una torta, la caída de presión total que experimenta el fluido ( - ∆P) es la suma de la que experimentan a través del medio filtrante ( - ∆P m) y a través de la torta ( - ∆P t). RESISTENCIA DE LA TORTA DE FILTRACIÓN Si se supone un filtro prensa de marcos y placas, la superficie filtrante es plana y vertical. El fluido pasa a través de una torta de espesor z, en la que la caída de la presión es ∆P t . Al aplicar la ecuación de Bernoulli .

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RESISTENCIA MEDIO FILTRANTE El caudal del medio filtrado que atraviesa el medio filtrante es el mismo que atraviesa la torta. En esta zona puede aplicarse la ecuación de Kozeny para el calculo de la perdida de presión

LAVADO DE LA TORTA. Una vez obtenida la torta de filtración por lo general se lava para eliminar los sólidos indeseables que puedan contener. Este lavado se realiza sobre el mismo filtro, haciendo pasar el líquido de lavado a través de la torta. Esta operación se realiza a caída de presión y caudal volumétrico constante, pudiendo el liquido de lavado seguir el camino que el filtrado, o bien uno distinto. 1

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Operaciones Unitarias en la Ingeniería de alimentos 2005, Albert Ibartz- Gustavo V Barbosa- Cánovas- 2005, Edición mundi-prensa Deposito legal: M. 4.505-2005

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IMPORTANCIA DEL MEDIO FILTRANTE

Es de mucha importancia y este puede consistir en tela, papel o material poroso o tejido cuya función es promover la formación de una torta de sólidos. Un medio filtrante debe cumplir con los siguientes requerimientos: 1. Tener facilidad para remover la fase sólida dando un filtrado claro. 2. Debe ofrecer la mínima resistencia al flujo para la rápida formación de la torta de filtración. 3. Tener resistencia a las condiciones del proceso, es decir, ser lo suficientemente fuerte para soportar la torta y aguantar bajo condiciones extremas del proceso. 4. No debe obstruirse o sesgarse, es decir, tener alto rendimiento del líquido para un ΔP dado. 5. Debe ser químicamente inerte y no tóxico. 6. Debe permitir facilidad del retiro de la torta limpia y completa.

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Desarrollo experimental

Armar Filtro de prensa: Colocar la tela alrededor de los marcos y ajustar hasta que quede bien apretado para que no ocurran filtraciones.

Homogenizar la solución a filtrar: Esta se homogenizo previamente mediante agitación.

Una vez homogenizada la solución encender la bomba a presión, la cual empujara la solución a filtrar para que pase por el filtro.

Una vez encendida ajustar el manómetro para mantener una presión constante de 10 psi.

Iniciar la corrida

Recolectar el volumen de filtrado en probetas de un litro y registrar el tiempo que se demoro en llenar.

Una vez que deje de salir líquido. Apagar el sistema.

Desarmar el filtro de prensa

Dejar secando la tora, e ir a pesar pasado 3 días aprox. y registrar peso.

Pesar en balanza Filtro+ tela + torta. Registrar peso

Realizar la filtración hasta que ya no salga más líquido.

Sacar la torta del filtro.

Pesar el marco + tela. Registrar peso

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RESULTADOS 1. Tabla de datos

Presión ( psi) Constante 10

Peso tela+marco+torta (kg) 7,85

Peso marco + tela (kg) 6,1

Peso Inicial Torta (Kg) 1,75

Tiempo (seg) 21.21 59.69 87 147.6 241.8 327

Volumen de filtrado en m3 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006

429 564

0.007 0.008

667.2 799.8

0.009 0.01

979.8 1165.8

0.011 0.012

1386

0.013

1587 1860 3027.6

0.014 0.015 0.016

Peso Final Torta (Kg) 1,56

Temperatura Temperatura Inicial (ºC) Inicial (ºC) 20 20

Δt/Δv (s/m3) 21210 29845 29000 36900 48360 54500 61285.71 43 70500 74133.33 33 79980 89072.72 73 97150 106615.3 85 113357.1 43 124000 189225

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CALCULOS a. Resistencia del medio filtrante.

β = µ*Rm A*ΔΡ

Dónde: β = Intercepto. A = área de la torta. ΔΡ = diferencia de presión.

Pendiente ɱ= 8637,8x Intersecto β= 3149,4 β = µ*Rm A*ΔΡ 3149, 4 = 1.002*10-3[kg/m*s] *Rm 0,0856 m2 * 32377,9 [kg/m*s] Rm = 8, 7 E 9 m2 Δp = ( 10 psi – 1 atm) 9

Δp = ( 10 psi - 14,696 psi) Δp = 4,696 [kg/m*s] Δp = 32377,9 [kg/m*s]

b. Porosidad media de torta designada por ε 1

=

ε

ms * р 1 m1 * ps

+1

Dónde: - ε = porosidad de la torta. -

ms = Masa de sólido seco en torta.

-

m1 = Masa del líquido en torta.

-

pl = Densidad del agua a temperatura de trabajo.

-

Ρs = Densidad del solido (CaCO3) (2630 [kg/m3] densidad del CaCO3, sacada por libro)

Reemplazado 1

=

ms * р

+1

ε

m1 * ps

1/ ε =

1,56 Kg * 1000 Kg/m3

+1

0.19 Kg * 2630 Kg/ m3 1/ ε = 4,121873124 ε = 1/4,121873124 10

ε = 0.2426081468

c. Calculo para determinar α Pendient e 8637,8 intercepto 3149,4 Kp =pendiente /2 Por lo tanto kp = 4318,9 Cálculo de la CS = Kg de CaCO3 m3 de H2O Reemplazando CS = 1,56 Kg / 0,016 m3 Cs = 97,5 Kg/ m3

Kp = µ α Cs A2 ΔΡ Donde: µ = viscosidad del agua a 20 ºC Cs = Concentración de la solución de CaCO3. A2 = área de la torta. ΔΡ = diferencia de presión

Reemplazando

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Kp =

µ α Cs A2 ΔΡ

4318,9 = 1.002*10-3[kg/m*s] * α* 97,5 [kg/m3] (0, 0856 m2)2 * 32377, 9 [kg/m*s]

α=10488104,79

Sy = 7904,67 micras

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DISCUSION La grafica muestra en un principio una alta velocidad de filtración, la cual esta va disminuyendo a medida que transcurre el tiempo. Durante este tiempo es donde se forma la torta de filtrado haciendo que por cada vez que circula el agua se añade una capa de CaCO3 a la torta de filtrado formado literalmente una torta compuestas por capas. Además la tela de filtrado es la que da tanto el medio inicial de filtrado como la matriz para la formación de la torta. Se llaga a un punto en donde ya no sale más agua del filtrado lo que se asume que el proceso ha finalizado. Con los datos obtenidos de la gráfica, usando la pendiente se calcula la resistencia del medio filtrante a una presión constante. Esta queda en unidades de área. A la vez se obtuvo la porosidad media de la torta representada por el símbolo “ε” Luego se calcula el α para poder determinar el tamaño de la partícula, esta medida en micras y representada por Sy. Pese a que el tamaño de la partícula puede ser bastante menor al orificio que pueda presentar la tela, si lo vemos en relación al diámetro, esta partícula de CaCO3 forma la torta filtrante, no porque no cabe en el orificio de la tela, sino porque él un conjunto de partículas que intentan pasar por un mismo poro haciendo que este se taponee y es lo que finalmente forma la torta de filtrado, donde son millones de partículas las que se agrupan para formar finalmente una torta de CaCO3 rígida como la hemos conocido. CONCLUSION La operación de filtración consiste en la separación de partículas de un líquido por medio de una tela filtrante o un medio poroso. Con esta operación se pueden filtrar partículas pequeñas o muy grandes por ejemplo plásticos, madera un ejemplo es la filtración primarias de aguas que vengan con contaminación de gran tamaño. Los filtros se pueden clasificar por la posición ya sea por gravedad o presión. La porosidad de la tela o medio filtrante es de mucha importancia ya que se debe conocer para determinar que tipo de soluciones se podrían filtrar. Si las solución a filtrar contiene partículas pequeñas lo óptimo es usar un medio filtrante de abertura pequeña. 13

La operación de filtrado ha sido una operación de unitaria de gran importancia a nivel industrial, cabe destacar que en minería es muy utilizada como proceso de obtención del cobre, además que constituye una de las operaciones mas antiguas usadas por el hombre, se puede citar que en la misma fabricación de vino existe un laborioso proceso de filtrado con el fin de obtener el mosto de uva.

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