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Son filtros con medio filtrante, intermitentes, y en ellos puede aprovecharse la torta y el filtrado. Trabajan a sobrepresión o mayor presión del lado de entrada respecto al de salida.

La filtración a presión tiene ventajas sobre la filtración al vacío debido a la virtual incompresibilidad de los sólidos. Se caracteriza por el uso de presiones externas, introducidas para forzar al líquido a salir de la pulpa.

185 El principio en que se basa el funcionamiento de los filtros a presión es similar para todos ellos. Se tiende un medio filtrante sobre un bastidor de un recipiente provisto de canales para recoger y escurrir la solución y el material a filtrar es obligado por medio de la presión aplicada, a penetrar entre el espacio del medio filtrante y la envoltura exterior del recipiente.

Por su uso, los filtros a presión han llegado a ser los dispositivos en que la presión del filtrado se impone mediante una bomba, líquido o gas comprimido. La presión de trabajo puede llegar a ser tan alta como 16 bar. Así, estos filtros son alimentados con bombas especiales.

Durante muchos años los filtros a presión fueron aparatos exclusivamente intermitentes o por lotes. En la actualidad, existen filtros continuos a presión, pero la dificultad de descarga de la torta de un ambiente a presión y la desventaja de la falta de acceso, limitan más aún su utilización. Por ello, la mayoría de los filtros a presión siguen funcionando por lotes. El logro de la automatización del cicloresulta lo atractivo de la filtración por lotes.

Sus principales ventajas son:

- Permite filtraciones relativamente rápidas y la realización de separaciones difíciles que de otra forma no se podrían efectuar.

- Su tamaño compacto proporciona un área de filtración grande por unidad de espacio por el filtro.

- Los filtros a presión por lotes ofrecen mayor flexibilidad que los de cualquier otro tipo, a un costo relativamente bajo.

Sus principales desventajas son:

- El filtro a presión por lotes, seguro y bien desarrollado, tiene dificultades en adaptarse a los procesos continuos y su manejo resulta costoso.

- Elevado costo de la mano de obra; elevado costo de la renovación del medio filtrante.

A continuación se describen las principales unidades de filtración por presión, debido a su extensa implantación en la industria, como son el filtro prensa, los filtros de hojas y el filtro de banda a presión. Para filtraciones especiales donde las partículas son ultrafinas (< 10 µm) es necesario aplicar presiones diferenciales llegan hasta los 100 bares, esta exigencia ha dado lugar a la aparición de equipos como el tubo de filtración por presión (“tube press”) de Metso Minerals que también describiremos por su amplia variedad de aplicaciones en la filtración de minerales, efluentes, etc.

186 1.- Filtros Prensa

El Filtro Prensa consiste en una prensa mecánica que comprime un paquete de placas, en cuyo interior se ha excavado una cámara a cada lado.

Estas cámaras están forradas por los elementos filtrantes o telas y en su interior se introduce la suspensión a la presión necesaria en cada momento para vencer la pérdida de carga generada por la filtración, a través de la torta que se va formando, hasta completar el espesor definido por la cámara.

La fase sólida, con su humedad correspondiente, es la torta y la fase liquida libre o filtrado atraviesa la torta y el elemento filtrante, canalizándose hacia el exterior a través de canaladuras existentes en las placas y en el bastidor de la prensa.

Cuando la torta, en el interior de la cámara, adquiere la consistencia máxima posible, a la presión elegida, la filtración reduce su velocidad a caudales no interesantes. En este momento suele considerarse finalizada la operación de filtración y se procede a la evacuación de la torta.

La máquina opera, por tanto, de forma cíclica y un ciclo se compone de los siguientes pasos o etapas:

- Cierre de la prensa - Llenado del filtro - Filtración

- Limpieza del canal de alimentación - Apertura de la prensa

- Descarga de la torta

En ocasiones, además del proceso de deshidratación, pueden realizarse operaciones de lavado y de soplado de la torta en el interior del filtro.

Antiguamente todas estas operaciones requerían mucha mano de obra y por ello este equipo, a pesar de su buen comportamiento y resultados, era poco utilizado.

La continua modernización del equipo y la automatización de, prácticamente, todas sus operaciones le han ido situando como una máquina muy interesante en estos procesos.

Actualmente, solamente la operación de descarga de la torta en algunas aplicaciones, requiere la presencia de operario

Los filtros más comunes de este tipo son los de prensa de placas verticales y los de prensa de placas horizontales.

187 1.1.- Filtro prensa de placas verticales

Los filtros prensa son unidades formadas por placas verticales que son montadas sobre y entre dos barras laterales o suspendidas de vigas. Estas barras o vigas están conectadas en un extremo a un cabezal fijo o alimentador, mientras que por el otro extremo están conectados a un cabezal de cierre.

Las placas se comprimen entre sí mediante un acomodo de cierre de un pistón hidráulico en cuyo extremo se encuentra el cabezal móvil que empuja ordenadamente las placas contra el cabezal fijo, formando así una sola unidad filtrante compuesta por el grupo de placas de filtración. Estas placas poseen orificios para la alimentación de la pulpa y el drenaje del líquido filtrado.

Figura 105: Filtro de placas verticales

Los primeros equipos estaban compuestos por placas y marcos, éstos últimos conseguían la creación del espacio donde la torta se formaba, pero actualmente se han desarrollado equipos que eliminan el empleo de marcos y el espacio para la torta lo crean las propias placas adyacentes debido al diseño de sus perfiles. De esta forma, se distinguen dos tipos de filtros prensa: la prensa de placas y marcos y la prensa de cámaras. La diferencia entre ambas radica en que la segunda prescinde de los marcos y que el canal de alimentación se encuentra en el centro de cada una de las placas en vez de en una de las esquinas como ocurre en la prensa de placas y marcos.

Los filtros compuestos por placas y marcos tienen la ventaja con respecto al de cámaras que debido a la presencia de los marcos el volumen de precipitado es mayor. Pero el lavado en este tipo de filtros es defectuoso debido a que la presión se distribuye irregularmente sobre las caras del precipitado. Debido a esto no es frecuente su utilización cuando es el precipitado lo que nos interesa recoger como resultado de la filtración.

188 Una variedad de este tipo de filtro es el filtro prensa de placas y marcos con placas lavadoras que posee tres componentes fundamentales: las placas ordinarias (no lavadoras), los marcos y las placas lavadoras.

Figura 106: Placas y marcos

Los equipos actuales pueden estar equipados con placas que incorporan membranas de goma para ayudar a conseguir una torta más desaguada a través de la acción de compresión que generan dentro del ciclo de filtrado, además incorporan una etapa de soplado que ayuda a eliminar más filtrado de la costra o secado, al pasar el aire a través de ésta.

Las placas se pueden hacer de una gran variedad de materiales de construcción, casi de cualquier metal, madera y polímeros sólidos.

189 Debido a la mejora de los materiales utilizado normalmente en la construcción de las placas (polipropileno), se ha conseguido que estos equipos puedan trabajar con presiones elevadas y altas temperaturas (95 ºC).

Para aplicaciones especiales las placas que forman la cámara pueden estar fabricadas de acero inoxidable, de fundición o de aluminio. El número de placas puede variar según la unidad, habiéndolas de 160 placas.

Un medio de filtración, por lo común tela, cubre las dos caras de cada una de las placas. El material filtrante puede ser lana, seda, nylon, algodón, nitrocelulosa, cloruro de polivinilo, etc.

Figura 108: Esquema de un filtro de placas verticales

El mecanismo de acción de un filtro prensa de placas verticales se puede describir de la siguiente forma: El cabezal (G) y el soporte terminal (H) son sostenidos por rieles de las barras de soporte (I) diseñados especialmente (ver figura 108). El pistón hidráulico (D) empuja las placas de acero (E) contra las placas de polietileno (F) cerrando la prensa. La pulpa es bombeada a las cámaras (A) rodeadas por el medio filtrante (B). Al bombear, la presión se incrementa forzando al líquido a atravesar la tela, haciendo que los sólidos se acumulen y formen un queque (C). El filtrado pasa a través de las telas y es dirigido hacia los canales de las placas y puertos de drenado (J) del cabezal para la descarga. Este filtrado típicamente contendrá menos de 15 ppm (mg/l) de sólidos en suspensión. La torta es fácilmente removida haciendo retroceder el pistón neumático, relajando la presión y separando cada una de las placas, para permitir que el queque compactado caiga desde la cámara.

Las etapas consecutivas del proceso de filtración no comprenden normalmente la utilización de compresión mecánica de la pulpa o queque en las cámaras filtrantes. El

190 proceso cíclico de la filtración por presión en los filtros de placas verticales consta de las siguientes fases:

Cerrado: Las placas son comprimidas a alta presión mediante un pistón hidráulico para evitar fuga de material por entre las placas y sellar las cámaras filtrantes. Alimentación: La alimentación de la pulpa se realiza por el ojal alimentador, o núcleo del cabezal fijo, donde la pulpa de concentrado es bombeada a lo largo de toda la longitud del filtro hasta llenar las cámaras de filtración. Como la pulpa fluye bajo presión, las partículas sólidas comienzan a distribuirse entre ambas caras de la tela filtrante formando una capa inicial de torta de filtro o pre-revestimiento. Esta capa de pre-revestimiento se transforma en el medio real de filtración y, a medida que la filtración continúa, el espesor de ésta aumenta gradualmente hasta que los queques de ambos lados del filtro se tocan o se unen. El bombeo continúa obteniendo una compresión del queque formado, el que se detiene una vez que el flujo de líquido es prácticamente nulo. Es en este punto en que la bomba alimentadora se detiene.

Limpieza: La limpieza del residuo de pulpa que queda retenido en el interior del núcleo se realiza mediante agua a presión en contracorriente. El agua que queda retenida en el núcleo se elimina con aire comprimido. Esta etapa dura alrededor de 45 segundos.

Soplado: Aire a alta presión es introducido a las cámaras lo que genera un desplazamiento de la humedad retenida en los poros del queque.

Descarga: Una vez terminadas las etapas de filtración y compresión, se abre las compuertas de la tolva receptora del queque en la parte inferior del filtro. Las placas del filtro se separan por retracción del pistón al accionar de un cilindro hidráulico. El queque cae sobre una correa transportadora por simple gravedad.

Lavado: Antes de comenzar un nuevo ciclo, las compuertas de la tolva receptora del queque, son automáticamente cerradas para realizar el lavado de telas con agua y así eliminar las partículas de concentrado adheridas y mantener limpias las superficies de las placas y telas. Así se evita la posible colmatación o taponamiento de los poros de las telas y se reduce el desgaste por abrasión.

1.2.- Filtro prensa de placas horizontales

Más recientemente se ha desarrollado un tipo de filtro a presión semi-continuo que ha encontrado un mercado importante en las empresas mineras. Este sofisticado equipo combina las dos características más buscadas por la industria minera, una baja humedad y gran capacidad. La flexibilidad en la capacidad también es importante ya que los hace convenientes para empresas metalúrgicas grandes y pequeñas.

191 Tiene múltiples cámaras horizontales, por donde pasa una tela filtrante continua. Cada cámara tiene en su parte superior un diafragma y en su parte inferior un soporte de drenaje.

Este tipo de filtro prensa consiste básicamente en una cámara filtrante horizontal situado dentro de un marco de estructura principal. Por la forma de su diseño, permite la incorporación de cámaras adicionales montadas unas sobre otras, permitiendo incrementar el área de filtración sin generar un aumento en el área de piso de la instalación.

Figura 109: Filtro de placas horizontales

Cada una de estas cámaras de filtración posee sellos inflables en ambos extremos, los que se dilatan durante la operación para sellar la cámara. Las cámaras se encuentran fijas a la estructura y no poseen movimiento durante la operación de filtrado.

Cada cámara posee una correa filtrante montada sobre un rodillo impulsor en cada extremo, operando independientemente de las otras correas que posee el equipo. Cada rodillo posee un motor hidráulico que acciona la correa durante la operación de descarga del queque. En la parte superior de cada cámara se encuentra instalado un diafragma de goma flexible que es utilizado para comprimir la suspensión y el queque, siendo éste el encargado de formar y reducir la humedad del queque.

La secuencia operacional para la filtración por presión en placas horizontales, es como sigue:

192 Cerrado: Se desarrolla un inflado de los sellos de extremos mediante una presurización con agua para evitar fugas de las cámaras del filtro.

Alimentación: La pulpa es bombeada a presión hacia la cámara del filtro a una determinada presión. Una vez llena la cámara, la alimentación se corta. La etapa de alimentación va acompañada de una filtración incipiente, ya que la presión disminuye a medida que las cámaras se van llenando.

Figura 110: Etapa de alimentación

Limpieza: En forma opcional se limpia el residuo de pulpa que queda retenida: La etapa propiamente tal del interior del cabezal principal de alimentación.

Compresión: La formación del queque comienza con la compresión de la suspensión mediante un diafragma de goma, utilizando una presión de agua. Una vez terminado el período de formación del queque, comienza la expresión que produce una disminución de la porosidad del queque, eliminando una mayor cantidad de líquido. La alta presión permite el uso de tela de tramado denso que incrementa la eficiencia de la filtración.

Figura 111: Etapa de formación de queque y compresión por presión

Retracción del diafragma: Una vez terminada la expresión con diafragma, se admite aire que es soplado a través del queque saturado con la finalidad de desplazar el líquido allí retenido y ayudar a la retracción del diafragma.

193 Lavado del queque: La solución de lavado es alimentada por bombeo dentro de la cámara del filtro formando un volumen parejo sobre el queque. Debido a que la torta yace plana y sin resquebrajaduras, el agua para el lavado se distribuye homogéneamente El lavado de queque es completamente opcional y puede ser utilizada o rechazada mediante una simple reprogramación del PLC.

Segunda compresión: Se presiona al diafragma nuevamente para forzar la solución de lavado a pasar a través del queque, desplazando el líquido retenido en éste casi por completo. Luego de esto, la misma presurización del diafragma exprime el queque filtrado y lavado para extraer el máximo de solución de lavado de queque.

Segunda soplado y retracción del diafragma: Después de la segunda compresión, se sopla el queque con aire comprimido por segunda vez, retrayendo el diafragma y reduciendo la humedad final del queque. Al controlar el tiempo de inyección de aire, es posible regular el porcentaje de humedad final en el queque.

Figura 112: Etapa de soplado del queque

Descarga del queque: Los sellos se retraen y se descarga el queque accionando la correa del filtro después que se ha completado la etapa de soplado de aire. La puerta desviadora se abre y permite la entrada del queque al buzón de descarga.

Figura 113: Descarga del queque seco

Lavado de la correa: Antes de comenzar un nuevo ciclo, se realiza un lavado a la correa y, durante el movimiento de retroceso de ésta, al interior de la cámara con la

194 puerta desviatoria cerrada para evitar que caiga líquido junto con el queque descargado. La correa se detiene regresando a su posición original y el ciclo se repite automáticamente.

Figura 114: Esquema de un filtro de placas horizontales

2.- Filtros de hojas a presión

Consisten en una serie de elementos filtrantes planos, denominados hojas, que se encuentran en el interior de una carcasa presurizada. Como características fundamentales cuenta con una mayor uniformidad y mejor separación de la torta, una mayor facilidad de lavado y de instalación de la tela. Aunque inicialmente diseñado para trabajar a vacío, los tipos posteriormente desarrollados operan a presión pudiendo aplicar presiones superiores a las que son posibles en el filtro prensa. Se emplea preferentemente en caso de que se requiera un lavado eficaz de la torta. Las hojas pueden tener diferentes formas (rectangulares o circulares) y las carcasas pueden estar dispuestas horizontal o verticalmente.

Se operan de manera discontinua o por cargas, asemejándose a los filtros de placas y marcos por el hecho de que la torta se deposita sobre cada uno de los lados de la lámina y el líquido filtrado fluye hacia la salida por los canales existentes entre las telas mecánicas de las láminas que sostiene a las dos tortas. Las láminas trabajan sumergidas

195 en la suspensión a tratar. Los filtros Sweetland, el filtro rotatorio de láminas, el filtro Kelly, operan por cargas y es por ello que son de funcionamiento discontinuo.

2.1.- Filtro Kelly

Consiste en un tanque cilíndrico de acero, del cual, hay un cierto número de hojas filtrantes rectangulares. El eje del tanque es aproximadamente horizontal. Las hojas están soportadas por una carretilla unida a la tapa móvil del cilindro.

El filtrado se descarga por la tapa, que está atornillada a la envoltura cilíndrica por una serie de pernos radiales y un mecanismo especial.

Las hojas filtrantes son rectangulares y cuelgan verticalmente dentro de la envoltura cilíndrica. Todos tienen la misma longitud, pero su ancho es variable. La más ancha está en la línea central vertical del cilindro y la más estrecha están a uno y otro lado, disminuyendo la anchura con la distancia a dicha línea de modo que mantenga el espacio libre apropiado entre la parte superior y la inferior de cada hoja y el interior del cilindro.

Figura 115: Filtro de Hoja (Vertical)

Cada hoja filtrante consiste en un tamiz de alambre grueso limitado en sus cuatro lados por láminas de acero. El tamiz constituye el elemento de evacuación del líquido y el bastidor de perfiles de acero es proporcional a la rigidez.

Las hojas están encerradas en costales de telas filtrantes. Estos sacos se hacen con el extremo frontal abierto se meten en las hojas por extremos abiertos y posteriormente son cosidos a mano.

Para su funcionamiento el filtro se cierra y una vez abierta la llave de entrada de alimentación permite la llegada de la suspensión al cilindro envolvente de las láminas desplazando al aire por el orificio de purga de la parte superior y posterior del cilindro.

196 Este orificio de purga puede permanecer abierto o cerrado una vez que el cilindro está lleno.

Si la llave de purga se deja abierta, actúa como válvula de derrame, devolviendo el exceso de alimentación al depósito de la misma. Esta técnica resulta conveniente ya que proporciona una mejor circulación entre las láminas de filtro y tiende a impedir la sedimentación de las partículas más gruesas. La torta se va formando a ambos lados de la lámina y la filtración continúa hasta alcanzar el espesor deseado de la torta, o hasta