Establishing Objects and their Local Representations

Los filtros a presión son cilindros metálicos cerrados, con un dispositivo para la entrada de agua de alimentación y otro para la salida del agua filtrada. Adicionalmente, estan provistos de un grifo para el muestreo y una placa deflectora.Pueden ser verticales (Figura 2.4) u horizontales.

Degrémont [43], clasifica estos filtros en: filtros verticales lavables solo con agua, filtros verticales lavables por aire y agua, que comprenden: filtros con capa única homogénea, lavados simultáneamente; filtros de capa única y filtros de doble capa,

lavados sucesivamente con aire y agua, filtros ultra rápidos, columnas dobles y triples, bifiltro de corrientes inversas; y filtros horizontales lavables con agua y aire.

Figura 2.4. Sección de un filtro a presión

Fuente: Metcalf & Eddy [86]

2.3.3.1. Filtros verticales lavables solo con agua

Estan equipados con un material filtrante de granulometría y densidad que dependen de la velocidad de retorno de agua de lavado, prevista para la expansión. La capa filtrante está colocada sobre un soporte de lechos sucesivos de materiales de granulometría creciente hacia abajo y la toma de agua se hace por un colector ramificado perforado, embebido en la capa de granulometría mayor. Generalmente la capa filtrante es una, de arena o antracita; aunque pueden utilizarse capas múltiples, como arena fina y sobre ella antracita de granulometría mayor.

La velocidad de filtración puede variar entre 5 y 50 m/h, dependiendo de la granulometría del lecho filtrante. La pérdida de carga máxima, que puede ser de 0,2 a 2 bar, al final del ciclo, depende de la finura de la capa filtrante y de la velocidad de filtración. La velocidad de lavado también depende de la granulometría y debe permitir una expansión de la altura del lecho filtrante entre un 15 y 25%; así mismo para controlar esta velocidad, evaluar la calidad del agua evacuada y regular la duración del lavado, se coloca en la arqueta de fangos un vertedero de medida. La duración del lavado varía entre 5 y 8 minutos, dependiendo de la altura de arena y el material retenido.

2.3.3.2. Filtros verticales lavables por aire y agua

2.3.3.2.1. Con capa única homogénea, lavados simultáneamente

El lecho filtrante es homogéneo en toda la altura y está dispuesto sobre un falso fondo metálico perforado, en el cual se fijan unos anillos para roscar las boquillas metálicas o de plástico, que dependen de la naturaleza y temperatura del fluido a filtrar.

Estos filtros se cargan con arena, el lavado se realiza por retorno simultáneo de aire y agua filtrada a caudal reducido, seguido por un aclarado de agua filtrada a caudal pleno.

Sus principales características son:

- Granulometría (talla efectiva) 0,7 a 1,35 mm

- Caudal de aire 50 m3_{/h por m}2 _{de filtro}

- Caudal de agua durante la inyección de aire 5-7 m3_{/h por m}2 _{de filtro}

- Caudal de agua de aclarado 15-25 m3_{/h por m}2 _{de filtro}

- Pérdida de carga final del ciclo 100-400 mbar

La altura de la capa depende de la velocidad de filtración y de la materia a retener. La velocidad de filtración varía entre 4 y 20 m/h. Para tratamientos industriales se utilizan estos filtros con una altura de capa de 1 a 2 m, y granulometría de talla efectiva entre 0,65 y 2 mm. Las velocidades pueden ser de 20 a 40 m/h con capa de arena de 1,8 a 2 mm de talla efectiva, para aguas cargadas de óxidos metálicos, y de 30 a 60 m/h con capa de arena de 0,65 mm para aguas de mar profundas.

Esta clase de filtros se pueden utilizar en baterías de unidades de diámetro grande. Algunas ventajas son, fácilidad de manejo, seguridad en el funcionamiento y caudal pequeño de agua de lavado.

2.3.3.2.2. De capa única o doble, lavados con aire y luego con agua

Los filtros con capa única homogénea, lavados simultáneamente, pueden adaptarse para la carga de una capa de material ligero, antracita o carbón activo granulado, o en varias capas de materiales diferentes.

Al usar materiales diferentes es necesario realizar el lavado por otro método, teniendo en cuenta la expansión de los mismos. El lavado comienza con inyección de aire, después de reducir el nivel de agua hasta la superficie de la capa superior. Cuando las impurezas y el material fino de la capa inferior se difunden en toda la altura filtrante se realiza el lavado de agua a contracorriente y a gran velocidad, para que el lecho filtrante se expanda y permita la evacuación de las partículas y la clasificación los materiales. La velocidad de retorno del agua filtrada depende de la naturaleza del material, granulometría, temperatura y el porcentaje de expansión deseado.

2.3.3.2.3. Filtros ultra-rápidos

Son filtros de doble capa, con granulometría de antracita y arena, que dependen del tipo de filtración empleada. Estan diseñados para funcionar a velocidades de 25 a 50 m/h y para retener materias densas, con una cantidad considerable de sólidos en suspensión.

Las características de estos filtros son:

- Emplean pares óptimos de granulometría arena-antracita.

- Altura de capa filtrante ≥ de 2 m.

- La inyección de aire y la recogida de los fangos se adapta a la evacuación de

cargas grandes de materia retenida.

Los filtros ultra-rápidos están compuestos por celdas cilíndricas verticales, metálicas o de hormigón. Los ciclos de filtración pueden ser largos. Se utilizan en el tratamiento de aguas industriales y residuales.

2.3.3.2.4. Columnas dobles y triples

Estan compuestos por la superposición de dos o tres filtros de capa única o de doble capa, dentro de una misma abrazadera. Las columnas se comportan como unidades separadas, de las mismas dimensiones que las células unitarias. La ventaja respecto al filtro único de la misma superficie total, es la reducción de área de terreno. Por otro lado, la disposición de los filtros exige un caudal menor de agua de lavado, que puede

ser relevante, cuando éste debe tomarse del caudal filtrado, y cuando, el caudal de agua filtrada debe mantenerse constante y por ello se debe incrementar la velocidad de filtración en las otras células en servicio.

2.3.3.2.5. Bifiltro de corrientes inversas

Con estos filtros se duplica la velocidad de filtración por m2 _{de sección horizontal. Se}

utiliza un lecho filtrante que es recorrido simultáneamente en sentido descendente y ascendente, el agua filtrada se recoge en el centro del filtro.

Esta compuesto por:

- Una alimentación de agua a filtrar que se separa en dos flujos, uno con bombeado superior y el otro con bombeado inferior ambos dirigidos hacia el fondo.

- Un falso fondo provisto con boquillas especiales, de cola larga, y orificios de paso amplios, sumergidos en una capa de grava soporte.

- Una capa alta de arena filtrante, de granulometría homogénea en toda la altura. - Un colector ramificado para la recogida de agua filtrada, embebido en la parte

central del lecho filtrante.

- Una arqueta de recogida del agua de lavado, que la dirige al desagüe a través de una tubería.

Este filtro es la superposición de dos filtros similares, que trabajan con flujos inversos a igual velocidad de filtración, con la misma pérdida de carga. Los dos flujos bloquean la arena en su posición inicial. Este sistema de funcionamiento se puede aplicar sólo en lechos filtrantes homogéneos en toda su altura.

El lavado no debe provocar expansión del lecho. Se realiza por retorno de aire y agua inyectados simultáneamente a velocidades adaptadas a la talla efectiva de la arena y al tamaño de las partículas que se van a retener. Cuando las partículas a retener son pesadas y abundantes, se debe realizar el lavado por el sistema pulsado, y de esta manera se garantiza la conservación de las capas filtrantes, sin acumulación de impurezas a lo largo de los ciclos de filtración. En el lavado pulsado se utilizan equipos normalizados para otros sistemas y se coloca además una válvula de mariposa para el circuito de aire comprimido, accionada automáticamente, por medio de un temporizador.

Las características son:

- Caudal de aire 60-80 m3_{/h por m}2 _{de filtro}

- Caudal de agua durante la inyección de aire 10-15 m3_{/h por m}2 _{de filtro}

- Caudal de agua de aclarado

Para retención de materias ligeras 20-30 m3_{/h por m}2 _{de filtro}

Para retener precipitados pesados 30-50 m3_{/h por m}2 _{de filtro}

Estos filtros se utilizan para realizar filtración directa de agua de río, relativamente cargadas, o en casos que requieran mantener ciclos largos entre lavados.

2.3.3.3. Filtros horizontales lavables con agua y aire

El filtro vertical lavable con agua y aire también se puede construir con cuba cilíndrica de eje horizontal. De esta manera se reducen los costos de construcción cuando se requieren superficies filtrantes grandes, porque se puede modificar la longitud sin modificar el diámetro. Estos filtros funcionan de la misma manera que los filtros verticales. Se emplean en la filtración de aguas brutas poco o medianamente cargadas, debido a que la altura de la capa es limitada, también se pueden adaptar para la filtración de agua decantada, funcionando a presión o por gravedad.