Filtración

La filtración es el proceso de separación de materia sólida suspendida de un líquido, haciendo que este último pase a través de los poros de algún material, llamado filtro. El líquido que ha pasado a través del filtro se llama el filtrado. El filtro puede ser papel, tela, algodón, asbesto, escoria o lana de vidrio, loza sin esmaltar, arena u otro material poroso.

La filtración es muy frecuentemente empleada en tecnología química, y a menudo presenta grandes dificultades. En la mayoría de las operaciones técnicas, la tela de algodón es el material filtrante, pero ocasionalmente es necesaria la lana o la tela. La tela puede estar pegada a un marco de madera de tal manera que se forma una bolsa poco profunda, en la cual es vertido el líquido turbio. El filtrado, en este caso, es nublado al principio, pero rápidamente se vuelve limpio, y entonces la porción turbia regresa al filtro. La filtración es a menudo retardada por la presencia de precipitados finos y fangosos, o por la formación de cristales en los poros de la tela, desde la solución caliente. Cualquier intento para acelerar la filtración, raspando o revolviendo el precipitado en la tela, siempre causará que el filtrado se vuelva turbio.

Un mecanismo mejor es la “bolsa filtrante”, que es una bolsa larga y estrecha de algodón sargado, soportado por una cubierta exterior de malla gruesa y fuerte, capaz de soportar un peso y una presión hidrostática considerables. Estas bolsas tienen a menudo de cinco o seis pies de largo y tienen ocho pulgadas o más de diámetro. El final abierto de la bolsa es atado fuertemente alrededor de un anillo metálico o un niple, por lo cual el agujero es suspendido y a través del cual el líquido a ser filtrado se introduce. “cuando son filtrados líquidos calientes, las bolsas a menudo son colgadas en lugares calentados por vapor, siendo la temperatura casi la del líquido”.

En filtración por presión, el líquido es forzado a través de los poros del filtro por presión atmosférica directa, siendo el aire agotado desde el receptor; o por presión hidrostática, obtenida por medio de una columna alta del líquido, o por una fuerza de bombeo. En el primer método, llamado filtración por succión, el líquido puede ser forzado hacia abajo a través del filtro en un receptor; el precipitado se colecta en la perta superior del filtro y se vuelve una parte de la capa de filtrado. Esto a veces causa dificultad para que las partículas de ciertos precipitados se unan para formar una capa impermeable. O el filtrado puede ser retirado hacia arriba a través del filtro, el cual es suspendido en el líquido a ser filtrado; así la obstrucción no ocurre tan fácilmente, ya que una gran parte del precipitado se sedimenta al fondo del recipiente y no entra en contacto con el filtro hasta que la mayoría del líquido ha sido retirado.

En el trabajo técnico, la presión es usualmente obtenida por el filtro prensa (fig. 8 y 8a). Este es un fuerte marco de hierro, en el cual están apoyadas un número de celdas filtrantes en bronce o hierro del este. Cada celda está hecha hasta de dos platos de metal planos con bordes elevados, separados por un agujero (marco de distancia) del mismo metal. Hay un hueco en el centro de cada plato, y surcos en cada superficie conducente a una apertura en el borde más bajo del plato. Un filtro está hecho de dos piezas de tela un poco más grandes que el plato, cocidas juntas a lo largo del margen de un pequeño corte circular abierto en el centro de cada una. Una pieza de la tela es pasada a través del agujero en el plato, y entonces ambas piezas son extendidas suavemente, una en el costado del plato.         

Otro plato es preparado en la misma forma habiendo sido colocado entre estos un marco de distancia. Así, la celda formada es puesta verticalmente en el marco de la prensa, donde es apoyada por orejetas en cada plato y marco de distancia. Cuando está listo el número deseado de celdas, estas son fuertemente apretadas por medio de un tornillo pesado, el cual pasa a través de un extremo del marco de la prensa. De esta manera se forman unas series de celdas alineadas con la tela del filtro y conectadas por un canal estrecho a través de los agujeros centrales. Una poderosa bomba de fuerza conduce el líquido a ser filtrado dentro de las celdas, donde pasa de una a otra hasta que estas están llenas. La presión hidrostática fuerza al líquido a través de los filtros dentro de los surcos en los platos, a lo largo de los cuales fluye, y escapa por las aberturas al lugar más bajo del plato. El sedimento retenido por la tela se colecta en la celda y forma un pastel sólido, el cual finalmente llenará cada celda completamente. Este proceso es entonces detenido, las celdas se llevan aparte, y habiendo sido removido el pastel de sedimento, las celdas son regresadas al marco de la prensa para ser puestas otra vez en operación. El filtrado es atrapado en un canal.  

En otra forma de prensa, a diferencia de la abertura central, hay un agujero en la esquina de cada plato y el marco de distancia está en tal posición que, cuando es colocado en la prensa, los agujeros forman un canal continuo a través de todas las series de celdas. Un pequeño agujero perforado en el interior de cada marco de distancia, en ángulo recto a la dirección del canal, admite el líquido en cada celda. El filtro es una pieza de tela colgada sobre el marco de distancia en tal forma que ambos lados del marco estén cubiertos. Un marco así cubierto se coloca entre cada par de platos acanalados. Pequeños agujeros son cortados en la tela correspondiente al canal en las esquinas de las celdas. El método de filtración es el mismo que el de las máquinas de alimentación central.

La presión obtenida por la bomba de fuerza puede ser únicamente de pocas libras, o podría elevarse a cientos de libras por pulgada cuadrada. La prensa del filtro puede contener desde una caja hasta cincuenta o más de celdas, y estas celdas pueden ser tan grandes como cuatro pies de diámetro. Para muchos propósitos, la prensa es rodeada por bobinas o camisas, a través de las cuales el vapor o las soluciones de refrigeración pueden ser circuladas, de acuerdo con lo caliente o fría que se desee la filtración. La prensa de filtro es muy rápida en su accionar y es extensamente empleada en trabajos de la industria química. Para usar con ácidos o líquidos corrosivos, los platos y la distancia del marco son a menudo cubiertos con plomo o algunas aleaciones que no son fácilmente corrosibles.

La máquina centrífuga (fig. 9) está, en gran medida, reemplazando la prensa de filtro y otros filtros, especialmente cuando los cristales están para ser removidos. esta proporciona los métodos más rápidos y deja la sustancia casi seca. La máquina centrífuga es una caja cilíndrica o cesta (A) de gaza de alambre o metal en hoja perforado, fija 011 a un eje vertical (B), el cual tota a una velocidad muy alta. El contenido de la caja es conducido afuera de la pared por fuerza centrífuga, siendo la materia sólida retenida por la gaza o la pantalla. El líquido pasa a través y es atrapado en un caparazón fija (C), alrededor de la cesta de rotación. Estas máquinas son de varios tamaños, desde 12 hasta 62 pulgadas de diámetro, y 8 a 36 pulgadas de profundidad de la cesta.                 

Dos formas generales están en uso: el tipo sobre-conductor, en el cual la polea conductora (P) se fija en el extremo superior del eje, encima de la cesta; y el tipo bajo-conductor, en el cual la cesta es puesta sobre el extremo superior del eje y la polea debajo. En el tipo sobre-conductor es frecuentemente acostumbrado a suspender el eje en cojinetes flexibles. Así, la cesta está habilitada para ajustarse a cualquier cambio en el centro de gravedad, causado por la carga desigual, y funciona sin vibración.

A veces son utilizados los filtros de arena para trabajar a una gran escala. Estos están hechos de la siguiente manera; en una caja que tiene un fondo perforado, se pone una capa de gravilla gruesa; esta es cubierta con guijarros finos; estos por arena, y un yute o tela de lona cubre todo. Una rejilla de madera o hierro es adherida para proteger el filtro, cuando el sedimento es removido. El filtro es a menudo puesto sobre un receptáculo desde el cual el aire puede agotarse, permitiendo así la filtración a presión si es necesaria.