Dominando las Técnicas de Separación en la Industria: Filtración, Decantación y Centrifugación

Técnicas de Separación en Procesos Industriales

Las técnicas de separación son procedimientos fundamentales en la tecnología industrial que permiten obtener, por separado, todos o algunos de los componentes de una mezcla. Su aplicación es crucial para diversos fines:

• Purificación de la muestra: Eliminación de impurezas.
• Obtención de sustancias específicas: Aislamiento de componentes para su posterior estudio o uso.
• Identificación de componentes: Detección de la presencia de una sustancia particular en la mezcla.
• Cuantificación de la concentración: Determinación de la cantidad de una sustancia en la mezcla.

Fundamentos de las Técnicas de Separación

Cualquier proceso de separación se basa en la identificación y explotación de una propiedad cuyo valor sea significativamente distinto entre la sustancia que se desea separar y el resto de los componentes de la mezcla. Las propiedades más comúnmente utilizadas incluyen:

• Propiedades físicas: Como la densidad, el tamaño de partícula o la forma de la partícula.
• Propiedades electroquímicas: Basadas en la diferencia de movilidad de las moléculas en un campo eléctrico.
• Solubilidad: La capacidad de una sustancia para disolverse en un determinado disolvente.

Filtración: Separación por Tamaño de Partícula

La filtración es un método mecánico utilizado para la separación de suspensiones, basándose en la diferencia de tamaño de las partículas. Consiste en hacer pasar la suspensión a través de un medio poroso, conocido como filtro.

• Torta o Residuo: Son las partículas sólidas, de mayor tamaño, que quedan retenidas en el filtro.
• Filtrado: Es el fluido (líquido o gas) que ha logrado atravesar el filtro.
• Filtro: Dispositivo de material poroso que permite el paso del fluido y retiene las partículas cuyo diámetro es superior al del poro del filtro. De esta forma, se consigue clarificar el líquido, es decir, liberarlo de las partículas que lleva en suspensión.

Cuando una gran cantidad de partículas quedan retenidas en el filtro, el paso del fluido se dificulta o impide; en este punto, se dice que el filtro está colmatado y debe ser sustituido.

Tipos de Filtros Comunes

• Filtro Liso o Alemán: Se utiliza cuando el objetivo principal es conservar el sólido retenido.
• Filtro de Pliegue o Francés: Empleado cuando el interés recae en conservar el líquido filtrado. Este tipo de filtro permite una mayor rapidez de filtración debido a su mayor superficie de filtrado.
• Filtros de Membrana: Son filtros con forma de disco, generalmente compuestos de acetato o nitrato de celulosa. Se utilizan comúnmente para realizar filtraciones esterilizantes.
• Filtros de Vidrio Molido o Placa Filtrante: Consisten en placas fabricadas a partir de polvo de vidrio molido, tamizado y aglomerado, que se montan en un crisol o en un embudo filtrante. Se clasifican por una numeración que indica el diámetro medio de sus poros, el cual puede oscilar entre 2 y 200 μm.

Técnicas Especiales de Filtración

• Filtración al Vacío: Esta técnica aplica vacío en el extremo final del embudo para acelerar el proceso de filtración, generando un efecto de succión. Es especialmente útil cuando se desea recuperar el sólido que queda sobre el material filtrante.
• Filtración Esterilizante: Se emplea para eliminar microorganismos de líquidos que no pueden ser esterilizados mediante autoclave. El líquido se hace pasar por un filtro con poros lo suficientemente pequeños como para retener los microorganismos, asegurando la esterilidad del filtrado.

Decantación: Separación por Densidad

La decantación es un método de separación de mezclas heterogéneas que se basa en la diferencia de densidad de sus componentes. Si se deja una mezcla heterogénea en reposo durante un tiempo suficiente, las fases se separarán de la siguiente manera:

• El componente de mayor densidad se depositará en el fondo del recipiente.
• El componente de menor densidad quedará en la superficie.
• Entre ambas fases se formará una línea de separación, denominada interfase.

Centrifugación: Separación Acelerada por Fuerza Centrífuga

La centrifugación es un método mecánico de separación de mezclas heterogéneas que aprovecha la acción de la fuerza centrífuga. Esta fuerza es aquella que impulsa a los cuerpos en rotación a alejarse de su eje de giro.

Coeficiente de Sedimentación

El coeficiente de sedimentación de una partícula o macromolécula se calcula dividiendo su velocidad de sedimentación (expresada en m/s) por la aceleración aplicada (expresada en m/s²). El resultado se expresa en unidades de svedbergs (1 S = 10⁻¹³ s).

Aunque la aceleración aplicada es la misma para todos los componentes de la mezcla, la velocidad de sedimentación no lo es, ya que es directamente proporcional a la masa, la forma y el tamaño de la partícula.

La Centrífuga: Equipo Esencial

Una centrífuga es un equipo que consta de un rotor que gira alrededor de un eje central, impulsado por un motor eléctrico. El rotor contiene fundas o vainas donde se colocan los tubos con la mezcla que se va a centrifugar, permitiendo la separación eficiente de sus componentes.