REPORTE FINAL FILTRACION

INSTITUTO TECNOLOGICO DE MATAMOROS REPORTE FINAL 3.1 FILTRACION ASIGNATURA: Laboratorio Integral 1 CARRERA: Ingeniería Química CATEDRATICO: IQ. Contreras Ballesteros Sonia INTEGRANTES: 

Chávez De La Garza Julio Alexiss ___________________

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Sauceda Miranda Marisol ___________________

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Ayala Rodríguez Ricardo ___________________

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Cruz Mendoza Liliana Monserrat _____________________

H. MATAMOROS, TAM .

FEBRERO DE 2017 SEPTIEMBRE 2016

INDICE

SECCION Objetivo Caso practico Fundamentos teóricos Equipo Fenómeno físico simplificado Hipótesis: sobre las condiciones de operación Modelo matemático Diseño de la practica Variables y parámetros Eleccion del sistema Hoja de datos Equipo y materiales Desarrollo de la practica Referencias bibliográficas Anexos.

OBJETIVO   

Determinar experimentalmente la resistencia especifica de la torta (α) y diferentes valores de presión (ΔP). Determinar experimentalmente la resistencia especifica del medio filtrante (Rm) a diferentes valores de presión (ΔP). Determinar experimentalmente el coeficiente de comprensibilidad de la torta.

CASO PRÁCTICO Nuestra practica representa en la práctica de la Industria Alimentaria en el proceso de Filtración por Membrana que constituye un modo eficaz de lograr una calidad similar a ala de los alimentos frescos con una menor contaminación microbiana. La filtración por membrana es una de las tecnologías más modernas utilizadas para la clarificación, concentración, separación de componentes, desalación y purificación de bebidas. También puede aplicarse para incrementar la seguridad de algunos productos alimentarios sin tener que recurrir a tratamientos térmicos. El principio de actuación de esta técnica es bastante simple. La membrana funciona como una pared de separación selectiva. De esta forma, algunas sustancias pueden atravesar la membrana mientras que otras quedan atrapadas en ella. Por ello, la filtración de membrana se puede utilizar como una alternativa a la floculación, las técnicas de purificación de sedimentos, la adsorción (filtros de arena y filtros de carbón activado, intercambiadores iónicos), extracción y destilación. Los productos por excelencia a los que se les aplica la tecnología de la filtración por membrana son la leche y los zumos. Se trata de productos líquidos, relativamente abundantes, baratos y con nivel de consumo importante. Entran en este aparatado los zumos de fruta y verdura, como el de manzana o zanahoria; algunos quesos y productos lácteos, como el queso cheddar, la ricota y algunos postres lácteos; los helados, la mantequilla o algunas leches fermentadas; los productos lácteos desnatados o bajos en lactosa; la leche micro filtrada; la cerveza, el vino y la sidra sin alcohol, entre otros.

FUNDAMENTOS TEORICOS En la filtración, las partículas suspendidas en un fluido, ya sea líquido o gas, se separan mecánica o físicamente usando un medio poroso que retiene las partículas en forma de fase separada que permite el paso del filtrado sin sólidos. La filtración es una operación básica que consiste en la separación de sólidos finamente divididos del líquido en que están suspendidos. Para ello se utilizan medio filtrante que es permeable al líquido, reteniendo los sólidos de la suspensión. En realidad,

la filtración es una operación compleja que puede ser analizada simplemente en función de una variable, sin tener en cuenta la influencia de las demás. EQUIPO  Licuadora de trituración: Consta de un motor eléctrico en una carcasa generalmente de metal o plástico desde donde por medio de un eje que se conecta al vaso (cuyo fondo hay unas cuchillas en forma de hélice) que hace girar las asas de la misma, generando un torbellino que atrae los alimentos hacia las cuchillas giratorias moliéndolos o bien triturándolos.  1 matraz Kitasato: También llamado Matraz de filtración, sirve para realizar experimentos con agua, como destilación, recolección de gases hidroneumática (desplazamiento de volúmenes), filtraciones al vacío, etc.

 Embudo Büchner: Es una pieza del material de laboratorio de química utilizado para realizar filtraciones al vacío o filtración a presión asistida. Tradicionalmente se produce en porcelana, por lo que se lo clasifica entre el material de porcelana.  Papel filtro: Es un Papel utilizado como tamiz que se usa principalmente en el laboratorio para filtrar. Es de forma redonda y este se introduce en un embudo, con la finalidad de filtrar impurezas insolubles y permitir el paso a la solución a través de sus poros. También son utilizados para la exhibición de muestras sobre él. Existen de distintos tamaños y proporciones  Bomba al vacío: Son aquellos dispositivos que se encargan de extraer moléculas de gas de un volumen sellado, formando un vacío parcial, también llegan a extraer sustancias no deseadas en el producto, sistema o proceso.  Balanza Analítica: Es una clase de balanza de laboratorio diseñada para medir pequeñas masas, en un principio de un rango menor del miligramo (y que hoy día, las digitales, llegan hasta la diezmilésima de gramo: 0.0001g o 0.1mg).

FENOMENO FISICO SIMPLIFICADO La filtración es una operación básica, muy utilizada en la industria química, consistente en la separación de partículas sólidas de una suspensión mediante un medio filtrante que deja pasar el líquido y retiene el sólido. Las partículas sólidas retenidas sobre el medio filtrante van formando un lecho poroso, a través del cual circula el fluido, denominado torta filtrante (figura l).

Figura 2. Principio de filtración

HIPOTESIS SOBRE LAS CONDICONES DE OPERACIÓN

 El volumen del filtrado aumentara al pasar el tiempo, en una presión constante.  La resistencia especifica del medio filtrante está dada a un solo valor de presión.

MODELO MATEMATICO

ECUACIONES DE FILTRACIÓN PARA PROCESOS A PRESIÓN CONSTANTE

4.1 Ecuaciones básicas para la velocidad de filtración en los procesos por lotes. Con frecuencia, las filtraciones se llevan a cabo en condiciones de presión constante. La ecuación anterior se puede invertir y reordenar para obtener: 𝑑𝑡 𝑑𝑣

=

𝜇𝛼𝐶𝑠 𝐴2 ∆𝑃

.𝑉 +

𝜇 𝐴.∆𝑃

(1)

. 𝑅𝑚 = 𝐾𝑝 . 𝑉 + 𝐵

Donde 𝐾𝑝 se da en s/m6 (s/pie6) y B en s/m3 (s/pie3).

𝐾𝑝 = 𝐵=

𝜇𝛼𝐶𝑠 𝐴2 ∆𝑃

(2) 𝜇 . 𝑅𝑚 𝐴.∆𝑃

(s/m6)

(s/m3)

(3) Donde:

𝑉 : Volumen del filtrado 𝑑𝑡

: A presión constante, diferencial del tiempo respecto al filtrado 𝑑𝑣 A : Área circular del embudo Büchner Cs: Concentración

4.2 Ecuaciones para encontrar las resistencias

y = a + bx

𝑎=

𝜇. 𝑅𝑚 𝐴. ∆𝑃

𝜇. 𝛼. 𝐶𝑠 𝑏= 2 𝐴 . ∆𝑃

𝛼 = 𝛼0 (∆𝑃)𝑠 S: Coeficiente de Comprensibilidad

𝑅𝑚 =

𝑎. 𝐴. ∆𝑃 𝜇

𝑏. 𝐴2 . ∆𝑃 𝛼= 𝜇. 𝐶𝑠

ln 𝛼 = 𝑙𝑛0 + 𝑆 (∆𝑃)

Resistencia especifica del Medio Filtrante

Resistencia Específica de la Torta

DISEÑO DE LA PRACTICA VARIABLES Y PARAMETROS

Se utilizarán ecuaciones de filtración para procesos a presión constante y para ello se calcularán las siguientes variables: la velocidad de filtración resistencia especifica del medio filtrante resistencia especifica de la torta.

ELECCION DEL SISTEMA Los papeles filtros pueden ser utilizados principalmente en laboratorios analíticos para filtrar soluciones heterogéneas. Es muy habitual usarlo cuando nos interesa sobre todo el líquido del proceso filtrado. La transparencia del filtrado es la observación más importante en estos casos. Otros tipos de productos para el que están indicados son:      

Fosfatos Azucares Fertilizantes Metalúrgicos Ácidos Grasas

Por último, se utilizan para el control de emisiones y separaciones de polvo y gas a altas temperaturas.

HOJA DE DATOS Tabla1. Datos de tiempo y volumen de los experimentos de filtrado. V(m3) 0.000037 0.0000722 0.0000987 0.0001235 0.0001498 0.000178 0.000198 0.0002161 0.0002297 0.0002434

t(s) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

2500000

dt(s) 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30

dV(m3) 0.000037 0.0000352 0.0000265 0.0000248 0.0000263 0.0000282 0.00002 0.0000181 0.0000136 0.0000137

dt/dV(s/m3) 810810.8108 852272.7273 1132075.472 1209677.419 1140684.411 1063829.787 1500000 1657458.564 2205882.353 2189781.022

V prom.(m3) 0.0000185 0.0000546 0.00008545 0.0001111 0.00013665 0.0001639 0.000188 0.00020705 0.0002229 0.00023655

Vprom vs. dt/dV

dt/dV(s/m3)

2000000 y = 7E+09x + 379229 R² = 0.7726

1500000

1000000

500000

0 0

0.00005

0.0001

0.00015

0.0002

V promedio(m3)

Figura. Volumen promedio (m3) vs. dt/dV(s/m3)

0.00025

Tabla 2. Resistencia especifica de la torta (α), la resistencia específica del medio filtrante (Rm). Wtorta(kg) Volumen total filtrado(m3)

0.0004164

Área

0.00636174

µ

             

1.68

α (m/Kg)

1.00153E+11

Rm (m-1)

1.45507E+11

Cs (kg/m3)

170.6051873

EQUIPO Y MATERIALES 

0.07104

Biológico: 3 Piñas Agua Materiales de Laboratorio: Licuadora 1 kitasaco Embudo Büchner Papel filtro Algodón Bomba al vacío Botella de vidrio Jebe Cuchillo Mangueritas delgadas Balanza Analítica.

DESARROLLO DE LA PRACTICA PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS DE PIÑA

     

Lavar las piñas y cortar las coronas de cada una de las piñas. Se procede a cortar cada una de las piñas en pedazos en forma de rectángulos o cuadrados Los pedazos o cortes de la piña se ponen en la licuadora y se procede a licuar. Se llena en un depósito el jugo de la piña y se procede a pesar en la balanza analítica, para luego hacer una dilución (si se pesa 1Kg se añade 1Kg de agua). La proporción conseguida debe de estar en un litro y debemos separar en tres muestras para hacer en diferentes concentraciones de presiones. No olvidar que la proporción de agua añadida al jugo de piña de piña debe ser de 1 a 1.

TOMA DE DATOS

     

Montar el equipo de filtración Llenar el embudo con la suspensión y añadir regularmente la solución de piña preparada, procurando que siempre haya suspensión en él. Poner el cronómetro en marcha en el momento que caiga la primera gota, y anotar el tiempo cada 30 segundos de filtrado. Conectar el vacío y regular la diferencia de presión. Cuando se haya llenado la probeta se desconecta el vacío, se recoge la torta y se coloca en una placa petri y se pesa (peso de la torta húmeda) Repetir la experiencia para diferentes presiones (bueno en nuestro caso solo tomamos a una sola presión por cuestiones del equipo que no se contaba).

Figura 7. Esquema de filtración

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

RAMALHO, R. (1996). Tratamiento de aguas residuales. Ed. Reverte, Barcelona. WEBER, W. (2003). Control de calidad del agua Procesos fisicoquímicos. Ed. Reverte,, España. GEANKOPLIS C. (2002). Procesos de transporte y operaciones unitarias, editorial continental, 2002. ARANCETA, J. (2006). Frutas, Verduras y Salud. Elsevier España, 2006 - 268 páginas

ANEXOS