FILTRACION DE HARINA DE MAIZ
2012
LABORATORIO Nº 3: FILT FI LTRACIÓN RACIÓN I. OBJETIVOS
Determinar experimentalmente la resistencia específica de la torta (α) a diferencia de ∆P. Determinar experimentalmente la resistencia específica del medio filtrante (Rm) a diferentes
valores de ∆P. Determinar experimentalmente el coeficiente de compresibilidad de la torta.
II. II. INTR INTROD ODUC UCCI CIÓN ÓN La filtración es la separación de partículas de un fluido haciendo pasar dicha mecla o solución por un tabi!ue permeable denominado "medio filtrante"# "filtro" o "septum" a trav$s del cual pasa el fluido !uedando retenidas las partículas a separar# formando por lo %eneral la llamada "torta"# "residuo" o "ca&e". 'ste m$todo de separación mecnica ha encontrado desde tiempos inmemoriales una amplia aplicación prctica en la vida del ser humano. in dudas# dudas# los primeros "filtros" empleados por por el hombre fueron sus propias manos. La filtración en la industria va desde un simple "colado" hasta separaciones mu* comple+as. 'l fluido puede ser un lí!uido o un %as# las partículas pueden ser %ruesas# finas# imperceptibles o estar en solución# pueden ser rí%idas o plsticas# redondas o alar%adas# estar separadas o formar a%re%ados. La suspensión puede contener una %ran concentración de partículas o ser $stas casi despreciables. La suspensión o solución puede estar mu* caliente o mu* fría# la operación puede realiarse ba+o vacío o empleando presiones mu* altas. ,a*ores comple+idades se introducen al analiar el valor relativo de las fases. 'n ocasiones# el fluido es la fase importante# al%unas veces las partículas# otras ambas. 'n al%unos problemas se re!uiere una virtual total separación de las fases# en otros solo se desea una separación parcial.
III. FUNDAME FUNDAMENTO NTO -un!ue la teoría de la filtración no se emplea en exclusiva para el diseo de filtros en aplicaciones concretas# es frecuentemente empleada para la interpretación de resultados a escala de laboratorio# la optimiación de aplicaciones o la predicción de cambios en las condiciones de traba+o. u principal limitación reside en el hecho de !ue las características de la mecla a tratar de partículas sólidas * fluido# a veces veces llamada llamada lechada# por su comple+idad e interacción pueden ser mu* variables en los diferentes casos reales. 1
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'l principio teórico de la filtración se fundamenta en la cuantificación de la relación bsica de velocidad un fluido o caudal/
donde la fuerza impulsora (0) !ue puede ser la fuera de %ravedad# el empu+e de una bomba de presión o de succión# o la fuera centrífu%a# mientras !ue la resistencia (R) es la suma de la ofrecida por el medio filtrante * la torta de sólido formada sobre el mismo. La velocidad del fluido se ve condicionada por el hecho de !ue tiene !ue atravesar un medio irre%ular constituido por los canales pe!ueos formados en los intersticios de la torta * el medio filtrante (percolación)# de manera !ue se puede aplicar la fórmula adaptada fluido dinmica de la le* de 1a%en2 Poiseuille/
donde la velocidad diferencial o instantnea# es decir# el volumen (3) filtrado por tiempo (4) * por unidad de superficie (-)# se relaciona con la fuerza impulsora o caída total de presión (P) sobre el producto de la viscosidad del filtrado (5) por la suma de la resistencia de la torta * la del medio de filtración (r). La resistencia de la torta se expresa por la relación entre el peso (6) * el rea en función de una constante (α) promedio característica de cada torta.7 Por su parte# si se considera la aproximación de !ue la torta es incompresible o compactada de manera uniforme# la masa de la torta filtrante (6) se relaciona con el volumen de filtrado (3) mediante un sencillo balance de materia/
Donde la masa de sólidos por unidad de volumen filtrado (8) es función de la densidad del filtrado (9)# la fracción de sólidos en la corriente de aporte o concentración (c) * la relación de masas entre la torta h:meda * la seca.
La constante de resistencia específica de la torta (α) se relaciona con la presión por la fórmula/
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Donde α; es otra constante !ue depende del tamao de las partículas !ue conforman la torta * s# una constante de compresibilidad !ue varia de <# para tortas incompresibles como diatomeas * arena fina# a =# para las mu* compresibles.
EFECTOS PRÁCTICOS DE LAS VARIABLES DE FILTRACIÓN 'l efecto de cada una de las variables incluidas en las ecuaciones resueltas de filtración se puede constatar en la ma*oría de los casos prcticos * de las aplicaciones# siendo su conocimiento * control de importancia particular para los procesos industriales •
Presión/ 'n la ma*oría de los casos# la compresibilidad de la torta de filtración se encuentra entre valores de <#= * <#> de manera !ue la ma*or parte del aumento de la p$rdida de car%a del fluido es consecuencia del medio filtrante. 'n %eneral# si el aumento de presión conlleva un aumento si%nificativo del caudal o velocidad de filtración# es un indicio de la formación de una torta %ranulada. 'n cambio# para las tortas espesas o mu* finas# un aumento de la presión de bombeo no resulta en un aumento si%nificativo del caudal de filtrado. 'n otro caso# la torta se caracteria por una presión crítica por encima de la cual# la velocidad de filtración incluso disminu*e. 'n la prctica# se prefiere operar a una velocidad constante# empeando a ba+a presión# aun!ue por el empleo %eneraliado de sistemas de bombeo centrífu%os# las condiciones habituales son de presión * caudal variables.
•
?orta de filtración/ La teoría seala !ue# considerando aparte las características del medio filtrante# el caudal promedio es inversamente proporcional a la cantidad de la torta * directamente proporcional al cuadrado del rea filtrante. @omo resultado de estas dos variables con+untas# para una misma cantidad de fluido a filtrar se observar !ue su caudal es inversamente proporcional al cuadrado del espesor de la torta al final del proceso. 'sta observación conlleva !ue la mxima productividad se alcana teóricamente con a!uellas tortas de espesor mu* fino cu*a resistencia supera a la del medio mismo filtrante. in embar%o# otros factores como el tiempo para re%enerar la torta# su dificultad de descar%a * el coste de una superficie filtrante ms amplia explica !ue en la prctica se prefiera traba+ar en condiciones de tortas espesas.
•
3iscosidad * temperatura/ 'l efecto de la viscosidad es como lo indican las ecuaciones de velocidadA la velocidad de flu+o de filtrado en cual!uier instante es inversamente proporcional a viscosidad de filtrado.
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?amao de partículas * concentración/ 'l efecto del tamao de las partículas sobre la resistencia de la torta * la tela es mu* notable. -fectan al coeficiente en la ecuación para la resistencia de la torta# * los cambios ma*ores afectan la compresibilidad.
•
,edio filtrante/ 'l medio filtrante es el elemento fundamental para la prctica de la filtración * su elección es# habitualmente# la consideración ms importante para %arantiar el funcionamiento del proceso.
•
'n %eneral# entre los principales criterios de selección del material de medio filtrante# se pueden destacar/* resistencia !uímica con la mecla •
Permeabilidad al fluido * resistencia a las presiones de filtración
•
@apacidad en la retención de sólidos
•
-daptación al e!uipo de filtración * mantenimiento
•
Relación vida :til * coste
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IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3ariación de presión/ B
mPa. @s/ FB
Tabla 1.Datos obtenidos de la filtración de harina de tri%o a presión <.> bar v!l"
#$"
v!3"
#%v
& 1&&
< =F.IC
< <.=
< =FI.C
'&&
>B.I7
<.B
F=F.C
'(&
=7=.>I
<.B
BJ.C
3&&
=>B.==
<.7
C
3(&
BJI.JB
<.7
JII.B
)&&
7CC.JI
<.F
I=C.IJ
)(&
<.F
==B=.C>>>I
)*&
CB=.
<.FC
=7<.<>CIC
B+,1&(- GpHBKBJBF#C tan αKGpHB
GpKFFI#B αK=#J
5
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/0245 1., Relación de tiempoHvelocidad promedio * la velocidad promedio
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1.3777(E81'
R!
=.>BBI'==
Tabla '. Datos obtenidos de la filtración de 1arina de tri%o a presión <.C bar. v!l"
#$"
v!3"
#%v
& 1&&
< =.CC
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=BJ.I>
<.B
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=JI.CF
<.7
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3(&
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<.7
JC7.<J
)&&
7C<.F
<.F
I<=.7
)(&
FI=.=J
<.F
=
)*&
J.7J
<.FC
=BF.JB
B+(-('* GpHBK=>F
GpK7=C>
tan αKGpHB
αK=#J
6
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/0245 '., Relación de tiempoHvelocidad promedio * la velocidad promedio.
6
9.7')*E811
R!
=.BICC'==
Tabla 3. Datos obtenidos de la filtración de 1arina de tri%o a presión <.F bar. v!l"
#$"
v!3"
#%v
&
<
<
<
1&&
=>
<.=
=><
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3&&
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<.7
I7J.>
3(&
F
<.7
==CB.CC
)&&
=.JF
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)(&
==B<.=7
<.F
BF>I.=>
)*&
>B=.IB
<.FC
=J>C.J>
MK2BC#I7 GpHBKFJ=#>
GpKI=F7#C
tan αKGpHB
αK=#J
7
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/0245 3., Relación de tiempoHvelocidad promedio * la velocidad promedio.
6
7.933E811
R!
=.B>JJ'==
Tabla ). Datos obtenidos de la filtración de 1arina de tri%o a presión <.B bar. v!l"
#$"
v!3"
#%v
& 1&&
< B7.I>
< <.=
< B7I.>
'&&
=<7.BJ
<.B
=C.7
'(&
=>C.B=
<.B
JFF.>F
3&&
BC=.>
<.7
>J=.I7
3(&
7J=.7F
<.7
=
)&&
FJ<.C
<.F
==JC.CB
)(&
C=J.CB
<.F
=7JB.FI
)*&
J<>.<7
<.FC
=7I.=IC
B+,CJ#F>=
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;%'+7B7>#I
;+CFJJ#>
#a< 6KGpHB
6+=#J<
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/0245 )., Relación de tiempoHvelocidad promedio * la velocidad promedio.
6
3.3(1&(E811
R!
BJ<<=>
Tabla (. Datos obtenidos de la filtración de 1arina de tri%o. COMPRENSIBILIDADES
l5=6"
l5=AP"
l5=R2"
1'.1)'*(*3*
F.I<7<>III
==.=IIB>FI
11.99'3''&(
F.JJ>==B
==.=<
11.9(&993'
F.C
==.=
11.('(171()
F.7<=<7
=<.F7=FFJ=
/0245 (., Relación de α vs NP. 9
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/0245 *., Relación de R vs NP.
La resistencia total !ue se establece sobre el medio (inclu*endo la de las partículas incrustadas) !ue se llama resistencia del medio filtrante * es importante durante los primeros momentos de la filtración. e%:n (@oulson# =IC>) estudio un cierto n:mero de casos idealiados en los !ue se filtraban sobre una tela una distribución re%ular de poros# suspensiones con unas distribuciones de tamao de poros especificadas. 'n primer lu%ar se supuso !ue una partícula individual era capa de por si de obstruir un solo poro. 'ntonces# al efectuarse la filtración# otros poros serian sucesivamente obstruidos * el valor aparente de la resistencia de la torta dependería de la cantidad de sólidos depositados. 's por esto !ue en 10
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la Resistencia especifica de la torta esta en función de su masa como lo podemos observar en sus unidades. e%:n ('scudero# B<).
I. RECOMENDACIONES: •
Los datos de volumen de solución filtrada deber ser medido con la ma*or exactitud posible# al
•
i%ual !ue el dimetro promedio de la torta. 'stas mediciones se hacen clave al momento de realiar el clculo de propiedades. e debe
•
%arantiar !ue no existan fu%as de lí!uido en el filtro a presión. i las fu%as se presentan# los datos !ue se ten%an no correspondern al volumen del filtro * el calculo de las resistencias en el proceso de filtración sern erradas.
•
II. CONCLUSIONES •
e determino experimentalmente !ue la resistencia específica promedio de la torta (α) fue de
•
e Determino experimentalmente !ue la resistencia específica del medio filtrante (Rm) fue de
•
'l valor a%re%ado de la experiencia realiada a nivel laboratorio de esta operación unitaria radica en la medición de propiedades de las sustancias !ue afectan radicalmente el proceso * su eficiencia. 11
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III. BIBLIO/RAF>A: •
@oulson# Q.,. * Richardson# Q.0. (=IC>) @hemical 'n%ineerin% 3ol. . BS 'd. Per%amon Press. Txford.
•
-lberto bar Ribas (B<<) operaciones unitaria en la in%eniería de alimentosU edit. -edos. Marcelona.
•
Q.P. 'scudero L.# ,.-. Londoo V. (B<
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