¿Qué determina la eficiencia de un filtro granular? | Zeomedia 

Leonardo Courtade

CEO de Zeomex

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¿Qué determina la eficiencia de un filtro granular?

filtro granular

El especificar correctamente el medio filtrante adecuado y determinar cuáles son las características idóneas para nuestro proyecto representa un verdadero reto, ya que de esto depende en gran medida la eficiencia y desempeño de todo el sistema de tratamiento o purificación a construir.

La eficiencia de un sistema de filtración granular depende de varios factores, entre ellos:

  • El rango efectivo de mallas: los medios filtrantes granulares se producen a partir de un proceso de separación por tamizaje. El rango efectivo se refiere a dos tamaños de tamices o mallas donde se retiene el 90% de material, ejemplo si la malla es 14-30, significa que el 90% del grano se retiene entre estas dos mallas o tamices.

Entre más pequeño es el tamaño de grano, menor será su permeabilidad y por consecuencia brindara una carrera de filtración más corta, pero a su vez tendrá mayor su capacidad de retener partículas más pequeñas.

  • El Tamaño efectivo del grano o D10: Se trata de un cálculo logarítmico, donde se determina el tamaño de partícula promedio del 10% del material más fino. Generalmente para seleccionar el tamaño de un medio granular se determina en base al rango efectivo de malla o al d10. A menor tamaño mayor será la capacidad de retener partículas en suspensión, pero reducirá la permeabilidad y, por consecuencia, la carrera de filtración del mismo.
  • Coeficiente de uniformidad (Cu): Con relación al porcentaje (en peso) que pasa por el tamiz de una serie granulométrica, el coeficiente de uniformidad es igual a la relación entre el tamaño de los granos correspondiente al 60% y el tamaño de los granos correspondiente al 10%. A menor coeficiente de uniformidad, menor será el espacio entre los granos y mayor será la retención de sólidos en suspensión.
  • Coeficiente de esfericidad: En su expresión más simple, el coeficiente de esfericidad mide la desviación que existe entre el área de una esfera de un volumen equivalente al área de la partícula que se está analizando. Se calcula obteniendo el área superficial de una esfera que tiene un volumen igual que la partícula y dividiéndola entre el área superficial de la misma.

 

Fuente: Criba. (s. f.). Sólidos. Recuperado 1 de septiembre de 2022, de http://www.criba.edu.ar/cinetica/solidos/Capitulo2.p

  • Solubilidad en ácido: Se define como la cantidad de peso que el material filtrante pierde al estar expuesto por 10 minutos a una solución de ácido clorhídrico al 50%. Este parámetro es muy importante ya que garantiza que el material filtrante no aporte contaminantes durante la operación del filtro.

Cabe señalar que entre menores sean el coeficiente de uniformidad, esfericidad y tamaño de partícula, la capacidad de retención de partículas más pequeñas aumenta, pero es inversamente proporcional a la duración de la carrera de filtración. Es importante hacer un balance preciso para seleccionar un material filtrante con los coeficientes y tamaños adecuados que garanticen una buena remoción de sólidos en suspensión; pero, a su vez, buscando que permitan una carrera de filtración adecuada, que generalmente debiera ser mayor a 24 horas. 

Es importante destacar también que, entre mayor tiempo de vida en operación tiene un material filtrante, su tamaño efectivo, coeficiente de uniformidad, y esfericidad tienden a disminuir por efecto de la erosión, mejorando drásticamente la capacidad mecánica de retención de sólidos en suspensión, pero con una pérdida de permeabilidad cada vez mayor; es decir, brindando una carrera de filtración cada vez más corta.

La capacidad de adsorción y su efecto en la filtración

La porosidad o el área superficial es otra propiedad que afecta significativamente el desempeño de un material filtrante, ya que le brinda capacidades de retención de partículas no solo de forma mecánica sino también de forma electroquímica.

Los medios filtrantes porosos como las zeolitas, arcillas expandidas, entre otros, tienen la capacidad de retener partículas electroquímicamente entre sus granos a través de fenómenos distintos de adsorción como lo son:

  • Adsorción por intercambio 

En este proceso el soluto (los iones o partículas a absorber) y el adsorbente (el material filtrante) se atraen por fuerzas electrostáticas. Dicho de otra manera, los iones del soluto se concentran en la superficie del sorbente, que se halla cargada eléctricamente con signo contrario a los iones del soluto. Los iones de la superficie tienen una carta negativa débil en relación a los iones del soluto o sustancia a absorber o adsorbato, de forma que al entrar en contacto con él se da un intercambio iónico donde los iones fuertes de material sorbente reemplazan a los iones débiles del material adsorbente. Cuando ambos tienen una carga parecida lo que determina el intercambio es el peso molecular.

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  • Adsorción por fuerzas de Van der Waals

También llamada adsorción física o fisisorción. En este tipo de adsorción, el adsorbato (es decir la sustancia líquida o gaseosa a absorber) no se fija en la superficie del adsorbente (el material poroso filtrante), sino que tiene movilidad en la interfase. Es decir, conserva su naturaleza química (ni la del adsorbente ni del adsorbato), no forma un enlace covalente, y es fácilmente reversible.

Ejemplo de este tipo de adsorción es el de la mayoría de las sustancias orgánicas en agua con carbón activado o el que se da con algunas partículas orgánicas y los medios porosos. Ej. lodo en la ropa. 

 

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  • Adsorción química

Sucede cuando hay interacción química entre adsorbato y adsorbente. También llamada quimisorción. La fuerza de la interacción entre adsorbato y adsorbente es fuerte, formando un enlace químico difícilmente reversible. La mayoría de los fenómenos de adsorción son combinaciones de estos tres tipos de adsorción y muchas veces resulta difícil distinguir la fisisorción de la quimisorción.

 

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No todos los medios filtrantes porosos tienen la misma capacidad de adsorción, por lo que dependiendo del tipo de poros que contiene, así como de la magnitud de su área superficial, dependerá su eficiencia para adsorber y absorber contaminantes.

Otro aspecto relevante de los materiales filtrantes porosos es que por su propia naturaleza presentan una menor pérdida de carga y mayor permeabilidad que los medios inertes; por lo que son capaces de filtrar a mayores velocidades y sin saturarse tan rápido, es decir, presentan una mayor carrera de filtración respecto a los otros.

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Para saber cómo utilizar la zeolita en tus sistemas de filtración, no lo dudes y contacta con nosotros. Permítanos ayudarlo a elegir el medio filtrante adecuado según sus necesidades. 

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