Ejemplo de Filtración

La Filtración es un método de separación física de los componentes de una mezcla en estado líquido, que consiste en el paso del líquido disolvente a través de un medio filtrante (generalmente una tela o papel permeable), quedando atrapados en dicho medio los solutos, que son sólidos.

La filtración es un mecanismo que se considera poco útil para separar mezclas de líquidos, ya que éstos pueden llegar a ser miscibles entre sí, y el producto final pudiera quedar contaminado con una parte del componente que no interesa, generando un resultado incierto. Para una mezcla constituida exclusivamente por líquidos, es mejor un procedimiento de separación por densidades al dejarla en reposo, y finalmente apartar en una posterior Decantación.

La intención de la Filtración es dejar aparte un líquido con un alto grado de pureza, y la cantidad total de sólidos secos. Hay requisitos muy específicos para que una filtración sea efectiva, y están determinados por los factores que se describen a continuación. 

Condiciones para una filtración efectiva

Se recurre a la Filtración cuando la mezcla es homogénea, y las partículas de soluto sólido son tan pequeñas que permanecen suspendidas, por lo que es muy poco práctico permitir una sedimentación; tomaría muchísimo tiempo para que dichas partículas llegaran al fondo del recipiente. Esto si la mezcla se encuentra en reposo. De haber turbulencia o agitación, sería imposible la precipitación del sólido.

Antes que todo, hay que asegurar que el sólido presente en la mezcla sea insoluble, y tenga las partículas lo suficientemente gruesas para permanecer atrapado en la estructura del medio filtrante. Si llega a haber partículas cuyo tamaño sea inferior a los poros del medio filtrante, el proceso ya se echó a perder, y no dará resultados.

De la mano con lo anterior, va otro factor, que es una adecuada selección del medio filtrante. A nivel laboratorio, se manejan medios filtrantes en forma de papel cortado en círculo. El papel filtro se comercializa en varios grados de gramaje, cada uno adecuado para la retención de diferentes medidas de partículas sólidas.

También la Temperatura de la mezcla puede influir en la eficiencia de la Filtración, puesto que la Solubilidad en una gran mayoría de casos aumenta con el calentamiento. Si la mezcla se enfría previamente, de tal modo que el soluto no se involucre tanto, será más sencillo atrapar este último en el filtro.

La Presión es una condición que puede participar favorablemente en el proceso de Filtración. Si al recipiente receptor del filtrado (que es el líquido final más puro) se le aplica vacío, el filtrado logrará salir con más rapidez de la tensión contra el filtro. Así se optimiza el tiempo cuando se detecta que el líquido final va a saliendo por goteo, lentamente.

En la industria, un factor que se aplica al diseño de filtros, es el Área de contacto o Superficie Filtrante, que será sobre la que se repartirá la mezcla para comenzar a separarse. Mientras más Área haya en el filtro, se va a saturar más despacio, y habrá más oportunidad para el filtrado de salir.

Filtración por acción de la gravedad

En las filtraciones de Laboratorio, primero se monta el equipo, que consta de un soporte universal, en el que se ajusta un anillo, el cual sostendrá un embudo, y en éste último se coloca un papel filtro doblado estratégicamente para cubrir toda el área cónica del embudo. El papel filtro se sella al vidrio del embudo con un chorro de agua destilada. Debajo de la punta del cono se coloca un Matraz Erlenmeyer si se va a realizar un análisis volumétrico en el filtrado. En el resto de los casos, se pone un vaso de precipitados, sencillamente.

Cuando el equipo está montado, sólo es cuestión de ir vaciando la mezcla en el embudo, siempre hacia el papel filtro, para que no haya pérdida de materiales o una fuga de sólidos en las inmediaciones. La fuerza de gravedad es la encargada de hacer que el líquido atraviese el medio filtrante.

En Análisis de Aguas, en la Determinación de Dureza de Magnesio como Concentración de Carbonato de Magnesio, se somete la muestra de agua a una Filtración, en la que los Carbonatos con partícula de menor tamaño, que son los de Magnesio, pasan en solución a través del papel filtrante, hacia un Matraz Erlenmeyer, donde se calculará su Concentración con indicador Negro de Eriocromo, en una Titulación. En el medio filtrante queda retenida por completo la especie de mayor tamaño de partícula, que es el Carbonato de Calcio, que en este análisis exclusivo no interesa.

Filtración por aplicación de vacío 

A nivel Laboratorio, se puede aplicar otra modalidad de la Filtración, que es la Filtración al Vacío. Para este proceso se dispone de una línea de vacío, un Matraz Kitazato, que es especial para este caso, un accesorio para el Matraz que consiste en un tapón de goma que termina en un tubo por el que saldrá el filtrado, y un Crisol Coors, que es un vaso pequeño de porcelana con perforaciones en la base, que se ajusta al tapón de goma del Matraz. Se coloca un papel filtro circular para cubrir completamente el fondo del Crisol Coors.

Ya ensamblado todo, se conecta con una manguera el Matraz Kitazato a la línea de vacío, y se activa la succión. Se sella con agua destilada el filtro que está en el fondo del Crisol, y se procede a vaciar poco a poco la mezcla.

Cuando se aplica este tipo de Filtración, es porque la sustancia de interés es el soluto sólido. Normalmente el filtrado se desecha.  

Ejemplos de Filtración a nivel Industrial

 A nivel industrial, hay varias configuraciones de filtros que se pueden destacar. El uso de cada uno de ellos depende del producto final que prefiera la empresa, si el filtrado o los sólidos.

Existe el Filtro Prensa, que consta de una serie de placas cuadradas a las que se coloca como cubierta la tela filtrante individualmente. La serie de placas se utiliza numerosa para que no se saturen tan rápido las superficies. Se inyecta a presión la mezcla a separar, y después de un rato, se desensambla el filtro para retirar la Torta, que es la formación del sólido que quedó atrapado entre placas.

Está también el Filtro Centrífuga, muy parecido a una lavadora doméstica. Está constituido por un contenedor con poros en su estructura, con el interior recubierto con la tela filtrante. Mientras el contenedor gira a gran velocidad, se va inyectando tangencialmente la mezcla a presión. Con la fuerza centrífuga, la tela filtrante recibe el impacto de la mezcla, y el líquido atraviesa los poros, dejando atrás el depósito de sólidos. Terminando, se desprende la tela filtrante y se mide el espesor de la Torta.

El Filtro de Tambor Rotatorio, compuesto de un gran tambor horizontal perforado, en cuyo centro se conecta una línea de vacío, tiene su recubrimiento de tela filtrante sumergido parcialmente en una artesa o charola profunda llena de la mezcla a tratar. La mezcla, gracias a la acción del vacío, se adhiere a la cubierta filtrante, y gracias a que el tambor, además, da vuelta, el área sumergida se irá moviendo hasta encontrarse con el exterior. El filtro cuenta también con una navaja que va retirando la acumulación de sólido de la superficie que va girando. Se encuentra justo al término de una revolución.

En Tratamiento de Aguas Residuales, se utiliza la Ultrafiltración, como una parte del Tratamiento Terciario, que es el dedicado a asignarle al agua la característica de Potable. El agua que proviene del Tratamiento anterior, el Secundario, llega a presión a cartuchos filtrantes que tienen porosidades de orden micrométrico. Así se permite retirar agentes contaminantes que puedan hacer daño a la salud humana.