Práctica 3 Filtro Rotatorio UPIBI-IPN

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA

GRUPO: 4BM1

LABORATORIO DE BIOSEPARACIONES

PRÁCTICA No. 3 FILTRACIÓN: FILTRO ROTATORIO

EQUIPO 6: BETANCOURT TREJO KARLA L. DÍAZ MERAZ SALVADOR M. OLIVARES BANDA ROBERTO

PROFESORES: ANGULO RIBA ALAN DE JESUS RIVERA HERNANDEZ AGUSTIN

FECHA DE ENTREGA: 09 DE SEPTIEMBRE DEL 2014

GUIA DE OBSERVACIÓN PARA LA EVALUACIÓN DEL REPORTE

Fundamentos

La filtración es la separación de partículas sólidas a partir de un fluido mediante el paso del fluido a través de un medio filtrante o pared separadora sobre el que se depositan los sólidos. Las filtraciones industriales van desde un sencillo colado hasta separaciones altamente complejas. El fluido puede ser un líquido o un gas, y la corriente valiosa procedente de un filtro puede ser el fluido, los sólidos o ambos productos. En algunos casos ambas corrientes carecen de valor, como en el caso de la separación de sólidos residuales de un fluido residual antes de su vertido. En general se tienen tres mecanismos de la filtración con formación de torta, membrana y de lecho profundo estos se encuentran esquematizados en la Figura 1. Figura 1. Mecanismos de filtración a) Formación de torta, b) Lecho profundo y c) Membrana flujo transversal.

Debido a la enorme variedad de materiales que se han de filtrar y las diferentes condiciones de operación de los procesos se han desarrollado numerosos tipos de filtros, entre los cuales se encuentran el filtro prensa, de carcasa y hojas, filtro rotatorio, filtro-centrifuga entre otros. Asimismo existen diversos materiales para los medios filtrantes entre los cuales destacan: Lona, celulosa, nylon, papel, telas metálicas, dacrón, etc. Los filtros rotatorios se caracterizan por tener una tela cilíndrica rotatoria, la cual se encarga de filtrar el flujo que pasa a través de éste. Dicha tela es unida sobre la periferia de uno de los tambores sobre los que se está llevando a cabo el proceso de filtrado, aplicando así mayor fuerza de vacío. Los filtros rotatorios se utilizan principalmente en los tratamientos primarios, o donde se requiera remover sólidos grandes o gruesos, de manera rápida y a un bajo costo de operación, ya que estos pueden causar obstrucciones en los ductos, por lo tanto estos filtros son muy útiles en diferentes industrias como: Plantas procesadoras de alimentos Bebidas, Azucarera, Ganadera, Alimenticia, Minería, Cementera, Plantas de tratamiento de aguas residuales, etc. Figura 2. rotatorio.

Tambor

Para esta práctica se manejaron dos condiciones de operación en el filtro rotatorio. Condiciones 1: N=0.1491rpm, C= 6.66% Y Homogeneidad del Dp y Condiciones 2: N=0.6060rpm, C= 10% Y Heterogeneidad del Dp

RESULTADOS. Tabla 1. Características del equipo de Filtración del Tambor Rotatorio para ambas condiciones de filtración. Elemento Descripción Filtro Rotatorio Marco RY6 Industrial Material de Lona Fabricación del medio filtrante Velocidades de NI=0.1491 rpm,N2=0.6060 rpm, tambor N3= 0.9375 rpm, N4= 1.3050 rpm Dimensiones del Ancho=12.5cm ; Diámetro= 32.2 cm tambor Bombas de Vacío MLV 192-TE SERIE ; SM3 2000-81 2HP

RESULTADOS. PARA LAS CONDICIONES N=0.6060RPM, C= 10% Y HETEROGENEIDAD

DE DEL

FILTRACIÓN

DP.

Tabla 2. Registro de variables durante la filtración mediante tambor rotatorio bajo las condiciones: las condiciones: N=0.6060rpm, C= 10% Y Heterogeneidad del Dp

Filtro Rotatorio Velocidad del Tambor 0.6060 rpm Dimensiones del Tambor Ancho=12.5cm ; Diámetro= 32.2 cm 2 Área de ciclo de Filtración 0.126449 m Tiempo de Proceso Ciclo de Filtración Presión de Vacío Secado Presión de Vacío Lavado

110 min , 6600 s 99 s 28 cm Hg , 37 330. 26 Pa 16 cm Hg ; 21 331.57 Pa Torta

Masa inicial del Sólido Masa Húmeda Recuperada de Sólido Masa Seca Recuperada de Sólido Porcentaje de Humedad Volumen de líquido en la torta Sólidos Perdidos Filtrado Volumen inicial de la solución Volumen final del filtrado Volumen en la torta Volumen Perdido

5 Kg 4.900 Kg 3.980 Kg 18.7755 % 0.92 L 1.02 Kg 50 L 43.1026 L 0.92 L 5.9774 L

Tabla 3. Registro de variables durante la filtración mediante tambor rotatorio bajo las condiciones: las condiciones: N=0.1491rpm, C= 6.66% Y Homogeneidad del Dp

Filtro Rotatorio Velocidad del Tambor 0.1491 rpm Dimensiones del Tambor Ancho=12.5cm ; Diámetro= 32.2 cm 2 Área de ciclo de Filtración 0.126449 m Tiempo de Proceso Ciclo de Filtración

35 min , 2100 s 402.41 s

Torta Masa inicial del Sólido Masa Húmeda Recuperada de Sólido Masa Seca Recuperada de Sólido Porcentaje de Humedad Volumen de líquido en la torta Sólidos Perdidos Filtrado Volumen inicial de la solución Volumen final del filtrado Volumen en la torta Volumen Perdido Indicador Condiciones de filtración

Eficaci a

Rendimien to %

4.5 Kg - Kg 3.8 Kg -% -L 0.7 Kg 30 L 28 L -L -L Productivid ad del proceso Kg Horas

Productividad por horas hombre

Constantes de filtración 10−10

Kg Horas ∙ Hombre

2.1713 0.1973 ∝ 4. 4490 N=0.6060 rpm 79.60 C= 10% Heterogeneidad Rm=4.1458 del Dp 0.5010 N=0.1491 rpm 84.44 6.51 No se C= 6.66% determinaron Homogeneidad del las ctes de Dp filtración. Tabla 4. Indicadores de calidad y rendimiento del proceso para ambas condiciones de filtración.

DISCUSIÓN

Y

RESULTADOS

El filtro rotatorio que se opero tiene como medio filtrante una lona de alta resistencia de la cual no se cuenta con sus especificaciones, con excepción del mecanismo de filtración del medio, la formación de torta. Partiendo de este punto para el proceso, el diseño del equipo y el procedimiento del experimento tenemos que considerar primordialmente: Resistencia del medio filtrante, resistencia específica de la torta, nivel de la cuba, velocidad angular del tambor, la caída de presión dentro del tambor así mismo como los índices de calidad y rendimiento del proceso. Como se observa en la tabla 4…

CONCLUSIONES

Y

RECOMENDACIONES

La intervención de un exceso de personas en la operación del filtro rotatorio reduce la productividad por horas hombre lo que reflejaría un elevado costo de operación del equipo. Se obtuvieron mejores resultados con las siguientes condiciones de operación del filtro rotatorio: 0.1491 rpm, concentración 6.66% y homogeneidad del tamaño de partícula (tamizado) en comparación con: 0.60 rpm, concentración 10% y tamaño de partícula heterogéneo.

MEMORIA

DE

CÁLCULO

DETERMINACIÓN DE LAS VELOCIDADES DE OPERACIÓN DEL TAMBOR ROTATORIO

Velocidad del tambor (N )=

revoluciones minutos

N 1=10 motor =

0.25 rev rev =0.1491 1.6767 min min

N 2=20 motor=

1 rev rev =0.6060 1.65 min min

N 3=30 motor=

1 rev rev =0.9375 1.0666 min min N 4 =40 motor=

1rev rev =1.3049 0.7666 min min

ÁREA DE FILTRACIÓN

Área del ciclo de filtración=Dtf × π × l Donde:

Dtf =Diametro del tambor rotatorio

l=Grosor del tambor Área del ciclo de filtración=Dtf × π × l=0.322 m× π ×0.125 m=0.126449m2

CICLO

DE FILTRACIÓN EN EL FILTRO DE TAMBOR ROTATORIO

Ciclo de filtración=

revolución 1 revolución = N 0.6060revoluciones /min

Ciclo de filtración=1.65 min ×

60 segundos =99 s 1 min

HUMEDAD EN LA TORTA, MASA Y VOLUMEN DEL AGUA EN LA TORTA DE RECUPERACIÓN

%Humedad en la torta=

Masa húmedad decalite−Masa seca dicalie ×100 Masa húmedad decalite

%Humedad en latorta=

4.9 Kg−3.980 Kg ×100=18.7755 4.9 Kg

Masadel agua en latorta=4.9 Kg−3.980 Kg=0.92 Kg=92 L

RENDIMIENTO EN BASE A LA OBTENCIÓN DEL SÓLIDO DE INTERÉS (DICALITE)

Rendimiento=

Sólido recuperado 3.980 Kg x 100= x 100=79.60 Sólido inicial 5.0 Kg

PRODUCTIVIDAD POR HORAS HOMBRE

Productividad por horas hombre=

Productividad por horas hombre=

Masa del producto Tiempo de Proceso× No . hombres

3.980 Kg Kg =0.1973 1.833 Horas ×11 Horas ∙ Hombre

Productividad por horas hombre=

3.8 Kg Kg =0.501 0.58 Horas ×13 Horas ∙ Hombre

PRODUCTIVIDAD DEL PROCESO

Productividad del proceso=

Productividad del proces 0=

3.980 Kg Kg =2.1713 1.833 Horas Horas

Productividad del proces 0=

VOLUMEN

DE

FILTRADO

Y

VOLUMEN

Masadel producto Tiempo de Proceso

3.8 Kg Kg =6.51 0.58 Horas Horas

DEL FILTRADO

Tabla 5. Volumen de filtrado atreves del tiempo de proceso de filtración por tambor rotatorio para las condiciones: N=0.1491rpm, C= 6.66% Y Homogeneidad del Dp

Tiempo (min)

Altura nivel (cm)

Volumen tanque de alimentació n (L)

Volumen filtrado (L)

0 5 10 15

13 5.5 5.5 4.5

30 13.54 13.54 11.08

0 16.54 16.54 18.92

20 25 30 35

3.2 1.5 0.5 0

7.88 3.69 1.23 0

22.12 26.31 28.77 30

Volumen deltanque de alimentación=h× r 2 × π Volumen filtrado=Volumeninicial−Volumen del tanquede alimentación Tabla 6. Tiempo, Volumen de filtrado y relación tiempo por volumen para la determinación de las constantes de filtración

Tiempo (s)

0 300 600 900 1200 1500 1800 2100

Volumen de filtrado m3 × 103

t/V m × 103

Presión (Kg/m)

0 16.54 16.54 18.92 22.12 26.31 28.77 30

0 18.138 36.276 47.569 54.249 57.012 62.565 70

30 29 28 20 20 30 30 32

3

DETERMINACIÓN DE LAS CONSTANTES DE FILTRACIÓN

Determinación de las constantes de Filtración f(x) = 7.77x + 18.31 R² = 0.92

Fig ura 3. Determinación de las constantes de filtración mediante tambor rotatorio para las condiciones las condiciones: N=0.1491rpm, C= 6.66% Y Homogeneidad del Dp

B=18 315 y

Kp s =7.7717 ×106 6 2 m

∝=Resistencia especificade latorta ; Rm=Resistencia del medio filtrante

2 A × (−∆ p ) × Kp ∝= μ ×∝ ×C s 2 ( 0.126449 m2 ) × ( 15 998.69 Pa ) × 15.5434 ×106 s6

m

∝= 8.937 ×10−4 Pa ∙ s × 100

Kg m3

=4. 4490 ×10 10

Rm=

m Kg

B × A ×(−∆ p) μ

s 2 × 0.126449 m ×15 998.69 Pa 3 m ¿ Rm=¿ =4.1458 ×m−1 −4 8.937 ×10 Pa ∙ s 18 315

MANUAL

DE OPERACIÓN FILTRO

ROTATORIO Partes del equipo: 

Equipo principal a. Cuba b. Tambor c. Cuchilla de raspado de torta d. Motor e. Mangueras de vacío (2) f. Manguera inyectora de aire



Equipos auxiliares A. Bomba de vacío B. Tanque de alimentación C. Agitador para el tanque de alimentación D. Tanque separador de filtrado E. Tanque de agua para la bomba de vacío F. Bomba de descarga de filtrado

G. Bomba para la alimentación 

Instrumentación y control H. Tablero de control I. Válvulas J. Regulador de velocidad del tambor K. Medidor de nivel L. Manómetros



Servicios M. Electricidad N. Agua O. Drenaje P. Aire Q. Vacío R. Mantenimiento S. Mano de obra

Pasos a seguir para la operación del equipo 1 Llenar tanque de recirculación con flotador hasta la línea naranja 2 Ajustar cuchilla 3 Conectar manguera (aire) 4 Abrir válvulas de aire (agitación neumática y secado) 5 Crear sello con bomba de vacío (30 min) 6 Poner a andar el tambor 7 Abrir válvulas de vacío 8 Empezar la alimentación en la cuba, determinando el nivel 9 Tomar flujos y presiones 10 Estabilizar en todo momento los niveles de la solución en la cuba 11 Esperar la formación de una capa homogénea de torta 12 Continuar hasta que se termine la solución de alimentación Pasos para terminar la operación del equipo 1 Apagar bomba de vacío 2 Cerrar el aire de la agitación neumática 3 Cerrar válvulas de vacío 4 Raspar con una espátula la superficie del tambor 5 Enjuagar el tambor 6 Apagar el tambor 7 Abrir la válvula del tanque de separación de filtrados 8 Prender bomba de filtrados para descargar. 9 Lavar y limpiar equipo

Precauciones para operar el equipo.  Al observar que el nivel del tanque del filtrado está por llegar al punto máximo de su capacidad, encender la bomba de filtrado y descargar.  La válvula de aire se debe abrir con mucha precaución, esto es porque no es necesario mucho aire ya que el equipo es pequeño.  En la limpieza del equipo se debe hacer con precaución.  Tener en cuenta que el tanque de recirculación tenga agua hasta la línea marcada.