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Acabamos de decir que el filtro prensa de lodos es una máquina cuya finalidad es precisamente deshidratar fluidos (más comúnmente llamados lodos) de origen civil e industrial o de proceso.
A diferencia de otros equipos utilizados en la industria (prensa de cinta, centrifugadora, etc.), el filtro prensa tiene la característica de ser una máquina discontinua, es decir, durante la fase de filtración se procesa un volumen finito de lodo o, más generalmente, de fluido a deshidratar.
A partir de esta sola diferencia, no tiene fundamento real hablar de caudal horario procesado, sino que se debe hablar de caudal por fase de filtración.
El dimensionamiento del filtro prensa de lodos se realiza una vez conocidas las características de filtrabilidad de los lodos a procesar, y a partir de esta información se puede trazar el volumen de filtración que la máquina debe poner a disposición para procesar un determinado caudal.
Las características de filtrabilidad de los lodos pueden variar mucho de un tipo a otro y, en general, sólo una prueba de laboratorio puede proporcionar estos datos. Cuando no es posible realizar estas pruebas (pensemos por ejemplo en el caso de que se esté diseñando una planta) nos basamos en la experiencia del fabricante o vamos por analogía con otros casos similares.
Hay casos en los que la filtración dura 3 ó 4 horas (por ejemplo, lodos biológicos), otros en los que se manipulan fluidos inertes o muy pesados (por ejemplo, crayón de plomo) en los que el ciclo es muy rápido (15/20 minutos) u otros casos en los que en determinados procesos industriales de concentración el ciclo puede durar hasta 7/8 horas y finalmente otros ciclos más cortos 1,5-2 horas si pensamos por ejemplo en casos de lodos que contienen hidróxidos de aluminio.
La filtrabilidad de los fangos es por tanto el dato fundamental del que partir a la hora de dimensionar el filtro prensa.
Los otros parámetros que se deben considerar para realizar un correcto dimensionamiento son:
-Caudal horario de lodos a procesar.
-Porcentaje de sólidos secos contenidos en los fangos
-Densidad del lodo de entrada
-Número de horas/día de funcionamiento del filtro prensa
-Grado de automatización deseado (automático, manual)
Con estos datos, se puede realizar un balance de masas para dimensionar correctamente el filtro prensa para el proceso elegido.
Véase este ejemplo:
-Caudal de entrada de fangos por hora: 1,25 mc/h
-3% SS de materia sólida en los fangos
-Densidad de fangos de entrada: 1,1 Kg/dmc
-Horas de producción de fangos: 8 h/día
Qf in = 1,25 mc/h*8h/día = 10 mc/día -Caudal diario de lodos a evacuar
Pf in = 10 mc/día*1,1 Kg/dmc = 10 mc/día*1100 Kg/mc = 11000 Kg/día de lodos
De estos lodos, el contenido en sólidos es del 3%.
Pf SS = 11000 Kg/día * 3% = 330 Kg/día de lodos
Mientras que el resto es fracción líquida.
Sumando:
Pf in = 11000 Kg/día de los cuales: Pf SS = 330 Kg/día + Pf L = 10670 Kg/día.
Supongamos que la densidad a la salida de los fangos que se puede alcanzar mediante el proceso de filtración es del 30%.
Con un simple balance de masas, tenemos que el contenido sólido encontrado en el paso anterior, representa ahora el 30% en masa (lo encontramos en la torta):
Pp out = 330 Kg/día / 30% = 1100 Kg/día
En resumen, la torta se compone de la siguiente manera:
Pp out = 1100 Kg/día de los cuales PSS = 330 Kg/día y PL out = 770 Kg/día
Si suponemos (ya sea por cálculo o como resultado de pruebas experimentales) que la densidad de la torta es de 1,4 Kg/dmc, obtenemos el volumen de la torta
1100 Kg/día / 1,4 Kg/dmc = 785,7 dmc/día
El filtro prensa debe eliminar un volumen de torta igual a 785,7 dmc en un día.
Supongamos que el sistema de filtración funciona 8 h/día y que un proceso de filtración (incluyendo llenado, filtrado, apertura y opciones varias) dura 4 h:
nf = 8 h/día / 4h/filtrado = 2 filtrados/día
Vf = 785,7 dmc/2 = 392,85 dmc (volumen del filtro prensa).
Por tanto, el volumen del filtro prensa de lodos debe ser de unos 393 dmc.
En este punto es necesario encontrar el tamaño y el número de placas filtrantes, teniendo en cuenta el proceso en el que se va a insertar esta máquina.
Tomemos como ejemplo una placa filtrante de tamaño 1000×1000 – espesor de cámara 25 mm.
Estos son los datos de esta placa
Vp = 19,7 dmc (volumen de la cámara filtrante)
Sp = 153,1 dmq (superficie filtrante)
El número de cámaras filtrantes será
nc = 393 dmc / 19,7 dmc = 19,94: 20 cámaras filtrantes
Dado que n cámaras filtrantes están formadas por n+1 placas,
el filtro prensa en cuestión será
1000×1000 – cámara de 25 mm / 21 placas filtrantes.
Vf = 20 * 19,7 = 394 dmc (volumen del filtro)
Sf = superficie filtrante = 20 * 153,1 = 30,62 m2
Por supuesto, se trata de un ejemplo en el que los parámetros se han supuesto a efectos de simplificación.
Sin embargo, se pueden hacer algunas consideraciones técnico-económicas:
-Aumentar el volumen de cada cámara filtrante (obtenido entre una placa y la adyacente) dará lugar a un menor número de placas y, por tanto, a un coste generalmente menor.
-No siempre es posible, sin embargo, ya que hay que tener en cuenta la filtrabilidad de los lodos: utilizar una cámara de filtración más pequeña permite filtrar mejor los lodos más difíciles (menos drenables).
-La disminución del número de placas disminuye también la superficie total de filtración y, por tanto, precisamente la filtrabilidad del fluido.
-Es posible obtener el mismo volumen de filtración cambiando el tamaño del filtro prensa: en lugar de, por ejemplo, un filtro prensa de 1000×1000 – cámara de 25 mm / 21 placas, se podría obtener el mismo volumen con una máquina de 800×800 – cámara de 25 mm / 34 placas.
Estos datos dimensionales deben luego cruzarse con el grado de automatización deseado (semiautomático – totalmente automático) y precisamente el tipo de proceso y opciones disponibles; pero, en general, el cálculo aproximado que se puede hacer para dimensionar el filtro prensa es el que se acaba de mostrar.
Sin embargo, lo fundamental es entender que el dimensionamiento del filtro prensa de lodos es un balance de masa.
A efectos de cálculo, siempre debo considerar que la parte sólida del lodo de entrada se concentrará en la salida, con una torta (también llamada torta) que contendrá un mayor porcentaje de sólidos en suspensión que el de la entrada, mientras que en la descarga del filtrado tenderé a tener solo la parte líquida.
Por tanto, al añadir la parte líquida del filtrado de descarga a la parte líquida contenida en la torta, tendré que obtener la parte líquida contenida en el lodo de entrada, mientras que la parte sólida se transferirá por completo al panel residual.