filtración y tamizado en el laboratorio

Andrea Peñalver
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Andrea Peñalver
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Tema 8, primera parte

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Question Answer
¿Qué es filtrar? Separación mecánica de un sólido respecto de un líquido en el que está inmerso. ¿Qué es un filtro? Un cuerpo permeable que retiene el sólido. El líquido que pasa a través es el filtrado y en el filtro queda el residuo sólido
¿Para qué filtramos en el laboratorio? Para purificar-eliminar partículas que impurifican. ejemplo: depuración de aguas, de aceites ...
Cuando interesa el sólido: facilitar el secado- separar el precipitado- separar sólido cristalino. Ejemplo: obtención de un producto farmacéutico.
Los materiales porosos utilizados para la filtración son muy diversos: (detrás) 1 Filtros de papel: para embudo cónico y tipo büchner. 2 Microfibra de vidrio. 3 Membranas 4 Placas filtrantes de porcelana o vidrio, y se pueden fabricar sis. de filtración de arena fina.
Aparatos (detrás) -Embudo cónico -Embudo büchner -Embudo büchner de vidrio -Embudo de placa pòrosa -Crisol de Gooch.
Características importantes de cualquier filtro - Eficacia en la retención de partículas. - Velocidad de flujo: vol. que pasa a través de un filtro por unidad de tiempo y superficie del filtro. - Capacidad de carga: resistencia que presenta el filtro a la carga del material.
Tipos de mecanismos de filtración : ( detrás) - M. superficial: todas las partículas se retienen en la superficie del filtro, recogiéndose todas las partículas mayores que el tamaño de poro. - M. de profundidad: las partículas son retenidas en la superficie y también en la profundidad del filtro.
Características importantes del papel de filtro: (detrás) - En análisis cuantitativo debe ser de cenizas conocidas. ( aprox 8.10 -5) - En general las numeraciones de cada marca de papel nos indican que al aumentar dicha numeración disminuye el tamaño del poro.
Tipos de filtros: -Con pliegues: filtraciones rápidas pero menos eficaces. - Lisos: filtraciones lentas y de mayor precisión.
Microfibra de vidrio: - ¿Cuándo se utilizan? Cuando aquello que va a ser filtrado puede deteriorar el papel de filtro.( muy por encima de 120º, o ácidos o bases fuertes) - ¿De qué están formado? Son de borosilicato, de profundidad tienen una retención de partículas incluso de 1 micra.Resisten Tª hasta 500Cº lo que pueden usarse en análisis gravimétrico que no implique ignición. Se utilizan con los crisoles Gooch y en los embudos Büchner.
Filtración con membrana: -Tienen la estructura de un polímero y tienen poros extraordinariamente finos. - Los materiales utilizados son: acetato de celulosa, nitrato de celulosa,nylon, teflón. - Son filtros de superficie, retienen todas las partículas con diámetro superior al poro de la membrana. -El diámetro de poro más habitual es de 0,45 um - Funciona con aplicación de presión o vacío. -Es muy usado en microbiología para retener bacterias. - La succión se produce con una jeringuilla.
Crisol o embudo de placa porosa PRECAUCIONES: (Detrás) - Tª máxima de 500Cº - El calentamiento y enfriamiento de las piezas, ha de ser en mufla.(no resisten los choques térmicos) - La máxima diferencia de presión que puede soportar es de 1 Kg/cm2 ( aprox 1atm) - El HF, HPO3,( concentrados y calientes), soluciones alcalinas (concentradas y calientes) NO DEBEN SER UTILIZADOS como agentes de limpieza de los filtros.Si estos productos han de ser filtrados, no se podrá evitar un ensanchamiento de los poros del filtro.
Sistemas de filtración: - Filtración por gravedad o a presión normal. - Filtración en caliente. - Filtración a presión reducida.
Filtración en caliente: Útil para filtrar precipitados finos, ya que así se aumenta el tamaño de los cristales. Es empleado en aquellas disoluciones saturadas en que no interesa que se separen los cristales.
Filtrado a presión reducida: (Recordatorio) - La trompa de vacío o trompa de agua: se consigue un vacío de entre 10 y 25 mmHg. - La bomba de vacío. puede conseguir un vacío inferior a 0.1 mmHg. - Se conectan a embudos Büchner, crisoles son placa porosa, crisol de Gooch, Kitasatos y desecadores especiales de vacío.
Filtración a vacío con embudo büchner Filtración a presión reducida
Microfiltración: - Técnica de filtración a presión, que se aplica para cantidades muy pequeñas de suspensión a filtrar ( análisis cualitativo). - Se puede realizar con filtros de membrana que se acoplan a una jeringuilla.
Coadyuvantes ( problema) Los precipitados gelatinosos, de tipo coloidal (con partículas muy pequeñas), se filtran mal y lento, porque: -Parte del sólido atraviesa los poros el filtro. - Durante la filtración obstruyen los poros disminuyendo la permeabilidad del filtro. Solución: - Facilitan la rentención del sólido y aceleran la filtración. - Los coadyuvantes sólo deben utilizarse cuando lo que interesa es el filtrado y no el precipitado.
Los coadyugantes pueden usarse de dos formas: - Añadir el líquido turbio (con el precipitado difícil de filtrar). Dispersar agitando y filtrar el conjunto. - Depositar el coadyuvante sobre el material filtrante ( se filtra una suspensión del coadyuvante) y después filtrar la mezcla problema. Los más usados son: - Pasta o pulpa de papel de filtro: adecuados para precipitados gravimétricos. ( aceleradores whatman). - El sulfato alumínico potásico. - La tierra de diatomeas: formada por esqueletos silíceos de pequeñísimos fósiles marinos. - Otros coadyuvantes muy usados en industria son: mármol,CaCO3, precipitado, etc.
Filtración en la industria: - Operación que forma parte de muchos procesos que tienen lugar en las instalaciones industriales. - Frecuentemente están relacionados con sistemas que funcionan bien bajo presión o haciendo el vacío. Ejemplos de instalaciones en las que se necesita la filtración: - Tratamientos y depuraciones de aguas en las grandes ciudades. -EDAR - purificación de aceites, azúcares, jugos vegetales, colorantes, cervezas, productos farmacéuticos,etc.
Filtros de arena: - Se emplean especialmente en el tratamiento de aguas no muy contaminadas. -El material filtrante es arena, debe ser de una granulometría clasificada de menor a mayor, desde la entrada a la salida del líquido a tratar.
Filtros de arena: - Cuando la filtración disminuye, por taponamiento de los espacios porosos con las impurezas, se procede al paro de la operación y lavado del filtro. - Esta operación tiene lugar por inversión del sentido de la filtración, removiendo la arena y desplazando al sedimento.
Filtros a vacío tipo NUTCHAS: - Este tipo de filtros se encuentran montados en aparatos de forma cilíndrica que disponen de dos aberturas, una para la salida del filtrado y otra para conectar a la bomba de vacío. - Dentro del recinto existe una placa agujereada que es el soporte de un tejido o malla filtrante. - Al hacer el vacío mejora mucho el rendimiento de la filtración.
Filtros de vacío tipo rotatorio
Filtración a presión: - En el filtro prensa se comprime el precipitado contenido en una bolsa de tejido filtrante con una prensa que puede ser manual o automática.
Filtración a presión (filtro de caja) - Consta de una caja o carcasa en cuyo interior se alojan unas hojas o bolsas planas cuya parte interior de todas ellas comunica con una mismas tubería encargada de recoger el líquido filtrado. - El líquido turbio que se va a filtrar se inyecta a presión y penetra en la caja y va entrando en las placas filtrantes. ...
Tamizado o cribado (objetivos): - Selección y separación de un determinado rango de tamaño de partículas de una material. - Determinación de la distribución por tamaños de las partículas del mismo. ¿Cómo se lleva a cabo? - Se utilizan unos tamices que constan de una tela metálica con orificios de tamaños característicos. - Los tamices están normalizado( normas UNE,DIN...) existiendo para cada luz de malla (hueco de la rejilla) un número de tamiz.
En los tamices hay que distinguir: - Luz de malla (L): es el espacio libre delimitado entre dos hilos consecutivos del tamiz. - Malla (M): Es la trama formada por los hilos. Se considera el ancho de malla como la distancia comprendida entre los ejes de dos hilos consecutivos. - Se relacionan: M = L+D
Máquinas de tamizar: - El proceso de tamizado automatiza y controla empleando unas máquinas electromagnéticas que originan unas vibraciones en sentido vertical mediante un electroimán. - Esto confiere al proceso rapidez y evita el taponamiento de las mallas de los tamices.
Sistemas en paralelo: - La alimentación llega al tamiz de menor luz de malla, obteniéndose un cernido C1, y un rechazo R1, que pasa al tamiz siguiente. - De éste se obtienen, de nuevo, un cernido C2 y un rechazo R2 y así sucesivamente. - Tiene el inconveniente de soportar todo el material el tamiz de menor malla, por lo que fácilmente se deteriora.
Sistemas en serie o cascada: La alimentación llega al tamiz de mayor luz de malla dando un primer rechazo R1 que se retira, y un cernido C1 que pasa al tamiz siguiente, de menor luz de malla, constituyendo su alimentación, y así sucesivamente. Es el sistema más utilizado e incluso las máquinas se han adaptado a este tipo.
¿Qué es el análisis granulométrico? - Determinación de la composición por tamaños de un sólido granular. - Hay varios tipos de análisis granulométricos, la utilización de uno u otro depende del sector industrial al que se aplique y de los requerimientos del análisis que se precise. Se manejan los parámetro que se indican: - Rechazo: es el % de material que queda en cada tamiz. - Cernido: es el % de material que pasa por aquel tamiz. - Rechazo acumulado: es la suma del % de rechazo de cada tamiz con el de los anteriores. - Cernido acumulado: es la diferencia entre el 100% del material y el rechazo acumulado.
Diagramas de tamizado (tipos) - Diagrama de rechazos y cernido: en él representamos la luz de malla del tamiz frente al porcentaje de rechazo y porcentaje de cernido del mismo. - Diagrama acumulativo: se representa la luz de malla de cada tamiz frente a los porcentajes se rechazos y cernidos acumulados.
Tamizadoras usadas en la industria - Según que tipo de proceso, mayor menor material, tiempo de tamizado, etc, se requieren distintos tipos de tamices y máquinas tamizadoras. Son comunes tres tipos de tamices en la industria: - Tamiz plano - Tamiz de tambor - Tamiz rotatorio
Tamiz plano: - Debido al movimiento y a la inclinación del tamiz, se separan el material tamizado semitono y fino por la parte inferior de las mallas, mientras que encima se queda el residuo de tamizado que se devuelve al molino para su posterior afinado.
Tamiz de tambor: Consta de un cilindro perforado con tres zonas de orificios de distinto tamaño y gira movido por un motor eléctrico de gran potencia. El material voltea en su interior y se clasifica en tres tamaños: grueso, semitono y fino ( que se recoge en unos colectores)
Tamiz vibratorio o zaranda: Se halla suspendido por medio de unas ballestas y accionado por una rueda excéntrica. El movimiento de vaivén que el sistema imprime al tamiz hace que el material fino pase a través de las mallas y el grueso se recoge en otra tolva, impulsado por el movimiento del tamiz.
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