Filtración
Es una técnica físico-mecánica para la separación de mezclas de sustancias compuestas de diferentes fases, basada en el diferente tamaño de las partículas de las sustancias que componen la mezcla. Utiliza como medio de separación una superficie porosa.
Consiste en la separación de partículas sólidas que se hallan en un medio líquido, o de sólidos o líquidos que se hallan en un medio gaseoso mediante una superficie porosa.
Mecanismo de retención
- Cribado: Fenómeno mecánico en el que los filtros actúan como tamices; retienen partículas de tamaño superior a sus poros.
- Adsorción: Fenómeno físico que permite retener las partículas más pequeñas que sus poros por fuerzas muy débiles.
- Formación de torta: La acumulación de solutos en la superficie del filtro forma una capa que actúa como medio o lecho filtrante.
- Solubilización y difusión: La retención depende de la solubilidad en la membrana que forma el filtro y de la velocidad de difusión a través de los poros.
- Evaporación y difusión: La retención depende del punto de ebullición y de la velocidad de difusión a través de los poros de la membrana.
Tipos de filtración
Filtración con coadyuvantes
Se utiliza cuando la filtración es lenta. Se incorporan sustancias al líquido que no reaccionan con la suspensión, ayudando en la operación, evitando la compactación de los filtros y facilitando el depósito de impurezas por adsorción. Los coadyuvantes solo se deben utilizar cuando interesa el filtrado y no el precipitado.
Mecanismo de filtración
Filtro de superficie
Retienen todas las partículas en la superficie del filtro (partículas mayores que el tamaño del poro). Ejemplos: filtros de membrana derivados de celulosa, fibras sintéticas o mallas metálicas.
- Características: Malla rígida uniforme y continua, porosidad elevada (80%), delgadas (90 – 170 μm).
- Ventajas: Buena resistencia química y estabilidad térmica (260 ºC).
- Inconvenientes: Fragilidad, coste elevado y facilidad de colmatación.
Filtro de profundidad
Las partículas quedan retenidas en la superficie y en el interior por adsorción. Son filtros fibrosos.
- Características: Estructura irregular; elimina partículas más pequeñas que sus poros.
- Flexibles: Fibras prensadas (celulosa, fibra de vidrio). Necesitan soporte rígido.
- Rígidas: Bujías, tierra de diatomeas, vidrio fritado.
- Ventajas: Elevada capacidad de retención.
- Inconvenientes: Contaminación por fibras, desarrollo de gérmenes y pérdida de volumen de líquido.
Características generales de un filtro
- Eficacia en la retención: Función del tamaño del poro, material y técnica.
- Velocidad de flujo: Volumen que pasa por unidad de tiempo y superficie (m/s).
- Capacidad de carga: Resistencia del filtro a la carga del material antes de romperse.
Medios filtrantes comunes
- Papel de filtro: Celulosa pura. Puede ser con pliegues (rápido) o liso (preciso). Se divide en cualitativo (clarificación) y cuantitativo (bajo contenido en cenizas, tipo Whatman).
- Filtro de fibra de vidrio: Alta velocidad de flujo y capacidad de carga. Ideal para proteínas, células y control de contaminación.
- Placas filtrantes: Polvo de vidrio aglomerado. Reutilizables tras limpieza.
- Filtros de membrana: Estructura polimérica con poros muy finos (0,3 – 10 μm).
Técnicas de filtración
- Filtración por gravedad: A presión atmosférica.
- Filtración a vacío: Por succión. Más rápida, pero no apta para precipitados gelatinosos o líquidos volátiles.
- Filtración bajo presión: Presión superior a la atmosférica.
- Diálisis: Filtración molecular mediante membranas semipermeables.
Decantación
Separación de componentes con diferentes fases basada en la diferencia de densidades.
- Líquido-líquido: Uso de embudo de decantación para líquidos inmiscibles (ej. agua y aceite).
- Sólido-líquido: Separación tras sedimentación. Se pueden usar coagulantes y floculantes para agrupar partículas.
Centrifugación
Separación basada en la velocidad de sedimentación mediante fuerza centrífuga.
- Diferencial: Pasos secuenciales a diferentes velocidades.
- Gradiente de densidades: Soporte fluido con densidad creciente.
Tipos de rotores
- Oscilante: Tubos perpendiculares al eje de giro.
- Fijo: Tubos inclinados; sedimentación rápida.
- Vertical: Tubos paralelos al eje; usado en ultracentrífugas.
Tamizado
Separación mecánica de sólidos según su tamaño mediante tamices.
- Parámetros: Luz de malla, diámetro de hilo y trama.
- Sistemas: Manual, rotación, vibración, ultrasonidos o chorro de aire.
- Configuración: En paralelo (menor eficiencia) o en serie/cascada (más utilizado).
- Vías: Seca (vibrotamiz) o húmeda (agua a presión).