Los filtros de prensa de placas empotradas o de membranas están formados por una estructura de alto rendimiento que sostiene una serie de placas revestidas con medios filtrantes. Las placas se mantienen bien juntas por acción de presión hidráulica, y se utiliza una bomba de alimentación de pulpa para forzar el paso del material de pulpa a través de los espacios vacíos existentes entre las placas. Los sólidos de la pulpa quedan atrapados entre las placas, al tiempo que el agua filtrada pasa a través de las telas filtrantes que recubren la superficie de las placas. Cuando ya no es posible bombear más pulpa en el filtro de prensa, la bomba de alimentación de pulpa se detiene y las placas se separan, lo que permite la caída de los residuos de filtración de la prensa por efecto de la gravedad.
¿Qué es un ciclo del filtro de prensa?
La tecnología de desaguado empleada por losfiltros de prensa de placas empotradas o de membranas está diseñada para funcionar en un proceso por lotes. Para completar este proceso discontinuo, el equipo atraviesa una serie de etapas que, en su conjunto, se conocen como el ciclo de desaguado del filtro de prensa.
Un ciclo típico de un filtro de prensa con placas consta de los siguientes pasos:
- Cierre/sujeción de las placas de filtrado
- Rellenado
- Aumento de la velocidad/filtración
- Soplado de núcleo (opcional)
- Secado de los residuos (opcional)
- Compresión de la membrana (opcional)
- Desbloqueo/apertura de las placas de filtrado
Paso de cierre/sujeción de las placas de filtrado
Las placas de filtrado se cierran y mantienen unidas por medio de un cilindro hidráulico y una placa móvil. Inicialmente, se requiere un nivel de presión más bajo para cerrar la pila de placas, pero luego, para mantener las placas unidas entre sí, es necesaria la acción de una presión hidráulica muy alta. La presión hidráulica de sujeción debe ser lo suficientemente alta para resistir la presión ejercida por la bomba de alimentación de pulpa al empujar dicho material por los espacios vacíos existentes entre las placas de filtrado.
Paso de rellenado
La bomba de alimentación se pone en marcha para comenzar a llenar los espacios vacíos que se han creado entre las placas de filtrado cerradas. Durante este paso de rellenado, la velocidad de alimentación de la pulpa puede ser muy elevada y la presión de alimentación, muy baja. Para ayudar a reducir el desgaste de las telas en torno a los orificios de alimentación de las placas, la velocidad del flujo de llenado se puede limitar por medio del control de la velocidad de la bomba. Esta velocidad limitada se mantiene constante hasta que la bomba de alimentación alcanza su presión mínima.
Paso de aumento de la velocidad/filtración
Una vez alcanzada la presión de alimentación mínima en el paso de rellenado, la velocidad de la bomba de alimentación se dispara para aumentar la presión de alimentación durante un tiempo. El incremento de la velocidad de la bomba se mantiene hasta alcanzar la presión objetivo de la etapa de filtración. Durante el resto de este paso, la presión se mantiene constante. Mientras continúa la etapa de filtración, la velocidad del flujo de la pulpa disminuye a medida que los espacios vacíos presentes entre las placas de filtrado se llenan de sólidos de pulpa desaguados. La etapa de filtración concluye cuando la velocidad del flujo de la pulpa alcanza un nivel mínimo preestablecido y la bomba de alimentación se detiene.
Paso de soplado de núcleo (opcional)
Cuando se detiene la bomba de alimentación, una cierta cantidad de pulpa permanece en los orificios del núcleo de las placas de filtrado. Un paso de soplado del núcleo permite eliminar estos restos de pulpa por medio de agua de enjuague o aire comprimido. En primer lugar, se introduce agua de enjuague a través del núcleo a fin de forzar la salida de la pulpa. Luego, se inyecta aire comprimido a través de los orificios del núcleo para expulsar el agua y la pulpa remanentes. Por lo general, el agua y la pulpa son redireccionados al tanque de compensación de pulpa, desde donde pueden volver a ingresar a la prensa en los ciclos sucesivos.
Paso de secado de los residuos (opcional)
Para eliminar aun más agua de los residuos de filtración, se puede inyectar aire comprimido a través de los residuos mientras estos permanecen sujetos en las placas de filtrado. Este método se suele utilizar cuando el material de los residuos es muy poroso y cuando se necesita reducir al máximo el nivel de humedad de dichos residuos.
Paso de compresión de la membrana (opcional)
Al igual que en el paso de secado de los residuos, el paso de la compresión de la membrana se utiliza para eliminar más agua de los residuos de filtración que se hayan formado. Las placas de membranas tienen superficies flexibles que se expanden al entrar en contacto con el agua o el aire comprimido. Las superficies expandidas de las placas comprimen los residuos y, de este modo, se logra la expulsión de una mayor cantidad de agua.
Paso de desbloqueo/apertura de las placas de filtrado
Una vez finalizados todos los pasos de desaguado, la elevada presión hidráulica de bloqueo se libera. El cilindro y la placa móvil continúan abriéndose para generar más espacio y permitir la separación de todas las placas de filtrado. Cada una de las placas se abre por acción de un sistema de apertura de placas y, de esta forma, el material de residuos desaguado se cae por efecto de la gravedad a través de los espacios que se crearon entre las placas de filtrado. Una vez descargados todos los residuos de filtración, el filtro de prensa ya está listo para el comienzo de un nuevo ciclo.
Factores que afectan los tiempos del ciclo
Cada uno de los pasos del ciclo del filtro de prensa demora una cantidad de tiempo determinada. Esta duración varía en función de las características del material de pulpa que se desagua y del diseño del filtro de prensa.
Factores de diseño
Entre los factores de diseño del filtro de prensa que pueden influir sobre los tiempos del ciclo, podemos mencionar los siguientes:
- Espesor de las cámaras
- Presión de alimentación de la bomba para pulpa
- Velocidad de apertura y cierre de las placas de filtrado
- Diseño de las telas filtrantes
Espesor de las cámaras
Las placas de filtrado dotadas de cámaras con mayor espesor requerirán un tiempo de filtración más prolongado debido al mayor volumen de pulpa que se desaguará entre las placas de filtrado.
Presión de alimentación de la bomba de pulpa
El tiempo de filtración generalmente se puede reducir aumentando la presión de la bomba de alimentación para pulpa. La única forma de medir el ahorro de tiempo logrado por medio del incremento de las presiones de alimentación es probando materiales de muestra representativos a distintas presiones de alimentación. La mayoría de los filtros de prensa modernos están diseñados para operar a una presión máxima de entre 100 y 225 psi. Para ciertas aplicaciones especiales de desaguado, es posible alcanzar presiones de alimentación superiores.
Velocidad de apertura y cierre de las placas de filtrado
La velocidad de apertura y cierre del filtro de prensa variará en función del tamaño del cilindro hidráulico y la unidad de potencia hidráulica. Típicamente, las velocidades de apertura y cierre del cilindro hidráulico oscilan entre 1 y 10 minutos. La velocidad de apertura de las placas también depende del diseño de desplazamiento de las placas del filtro de prensa, pero, por lo general, oscila entre 1 y 5 segundos por placa.
Diseño de las telas filtrantes
Las telas del filtro de prensa suelen estar hechas de materiales sintéticos tejidos elaborados con finos filamentos de nailon, polipropileno y poliéster. Para el desaguado, pueden emplearse tipos de géneros y estilos muy variados. Las telas filtrantes están diseñadas para capturar las partículas sólidas y permitir el paso del agua filtrada. Cuando es necesario utilizar una tela de tejido más cerrado para retener materiales compuestos por partículas más finas, el flujo de la filtración se ve afectado y el tiempo de filtrado se extiende en consecuencia. El diseño óptimo de la tela se elige sobre la base de las características de desaguado del material en cuestión, y teniendo en cuenta la resistencia del género y sus propiedades de liberación de residuos.
Factores del proceso
Entre los factores del proceso de desaguado que pueden influir sobre los tiempos del ciclo, podemos mencionar los siguientes:
- Densidad de alimentación de pulpa (concentración de sólidos suspendidos en la pulpa)
- Composición de la pulpa (arcilla, ceniza, carbón, etc.)
- Distribución del tamaño de partículas de la pulpa
- Agentes de desaguado
Densidad de la alimentación de pulpa
En general, las alimentaciones de pulpa con mayoresdensidades reducen los tiempos de rellenado y filtración. Cuanto mayor es el porcentaje de sólidos suspendidos en la pulpa, mayor es la velocidad con la que se bombean los sólidos hacia las cámaras del filtro de prensa, lo cual reduce los tiempos de duración del ciclo.
Composición de la pulpa
La composición del material de pulpa desaguado influye sobre la velocidad del proceso de eliminación de agua. Los materiales que tienden a absorber el agua—es decir, materiales hidrofílicos o afines al agua—pueden ser muy difíciles de desaguar y requerir tiempos de filtración más prolongados o el empleo de agentes de filtración. Los materiales que naturalmente repelen el agua—es decir, materiales hidrofóbicos—lograrán un desaguado mucho más sencillo y posibilitarán la reducción del tiempo de filtración.
Distribución del tamaño de partículas de la pulpa
Las pulpas que contienen partículas más grandes y redondeadas son más fáciles de desaguar que aquellas que contienen partículas más finas y tienden a comprimirse. Los materiales finos y arcillosos pueden contener partículas muy planas que se comprimen con facilidad, lo que torna casi imposible la eliminación total del agua.
Agentes de desaguado
Cuando los materiales de pulpa son muy difíciles de desaguar, pueden agregarse productos químicos o agentes de desaguado para disminuir el tiempo de filtración. Los agentes más comunes incluyen perlita, diatomita y cal hidratada de alto calcio. La perlita y la diatomita son minerales de origen natural que generan partículas más grandes en la pulpa para facilitar la remoción del agua. La incorporación de cal hidratada puede provocar una reacción química que ayuda a eliminar el agua de la pulpa con mayor facilidad.
