Procesos de Separación: Filtración, Centrifugación y Cristalización

Filtración: Proceso y Fundamentos

La filtración es una técnica, proceso tecnológico u operación unitaria de separación, por la cual se hace pasar una mezcla de sólidos y fluidos a través de un medio filtrante. En este proceso, se retiene la mayor parte de los componentes sólidos de la mezcla.

Preparación Mecánica de Sólidos

La preparación mecánica de sólidos se agrupa en cuatro categorías principales. El tipo de separación a utilizar dependerá de la naturaleza de las partículas y de las fuerzas que actúan sobre ellas. Estas categorías son:

• Sedimentación
• Centrifugación
• Tamizado
• Filtración

Las características más importantes de las partículas para la separación mecánica son:

• Tamaño: Las dimensiones de las partículas sólidas.
• Forma: La geometría de las partículas.
• Densidad: Tanto en el estado sólido como, en el caso de los fluidos, su densidad y viscosidad.

Modos de Filtración

Los modos de filtración dependen de la función según el tipo de flujo:

• A presión constante: En un filtro, la variable principal a controlar es la caída de presión. Si esta diferencia se mantiene constante, la velocidad del flujo es máxima al comienzo de la filtración y disminuye progresivamente a medida que se forma la torta.
• A velocidad constante: Al comienzo de la filtración, la resistencia del filtro es grande en comparación con la resistencia de la torta que se está formando, ya que esta es muy delgada. En esta circunstancia, la resistencia ofrecida al flujo es prácticamente constante, por lo que la filtración transcurre a una velocidad casi constante.
• A presión y velocidad variable: Un modo combinado donde ambas variables cambian durante el proceso.

Requisitos de un Medio Filtrante

Un medio filtrante eficaz debe cumplir con los siguientes requisitos:

• Tener facilidad para remover la fase sólida, dando un filtrado eficientemente claro.
• Ofrecer la mínima resistencia al flujo para permitir la rápida formación de la torta.
• No debe destruirse ni degradarse durante el proceso.
• Tener resistencia a las condiciones del proceso (temperatura, presión, pH, etc.).
• Debe ser químicamente inerte y no tóxico.
• Debe permitir fácilmente el retiro de la torta de forma limpia y completa.
• Debe ser económico y rentable.

Resistencias en la Operación de Filtración

Durante la filtración, se presentan diferentes resistencias al flujo:

• Resistencia de los canales: Es la resistencia que ofrecen los conductos que llevan la suspensión hasta la cara anterior de la torta y el filtrado desde que sale del medio filtrante.
• Resistencia del medio filtrante: Es la resistencia total que establece el medio, incluyendo las partículas que puedan quedar incrustadas en él. Es especialmente importante durante los primeros momentos de la filtración.
• Resistencia de la torta formada: Es cero al inicio de la filtración. A causa de la deposición continua de sólidos sobre el medio, esta resistencia aumenta continuamente con el tiempo y es proporcional al espesor de la torta.

Centrifugación como Método de Separación

La centrifugación es un método por el cual se pueden separar sólidos de líquidos, o líquidos inmiscibles de diferentes densidades, mediante una centrifugadora. Este equipo imprime a la mezcla un movimiento rotatorio con una fuerza de mayor intensidad que la gravedad, provocando la sedimentación del sólido o de las partículas de mayor densidad.

Tipos de Centrifugación

• Centrifugación diferencial
• Centrifugación zonal o isopícnica
• Ultracentrifugación

Cristalización y Pureza

En un proceso de cristalización ideal, las impurezas quedan disueltas en la solución madre, mientras que las sustancias que se cristalizan quedan puras. Sin embargo, en la práctica, en la mayoría de los casos es necesario efectuar varias cristalizaciones sucesivas para purificar cada vez más el sólido deseado.

Tipos de Cristales

Los cristales que se forman se pueden clasificar según su estructura en los siguientes sistemas cristalinos:

1. Cúbico
2. Tetragonal
3. Ortorrómbico
4. Hexagonal
5. Monoclínico
6. Triclínico