Por Gary Battenberg
En la última parte de esta serie, veremos los diversos tipos de filtros para clarificar el agua usando filtros tipo bolsa y cartucho. Hasta este punto, nos hemos enfocado en eliminar sólidos grandes, partículas, turbidez, eliminación de olores y colores con métodos de tratamiento comúnmente utilizados por los distribuidores de tratamiento de agua y el consumidor que hace las cosas por sí mismo (DIY).
Filtros de bolsa
Hipócrates, el padre de la medicina, inventó la primera bolsa filtrante alrededor del año 500 A.C. y llegó a conocerse como la Manga Hipocrática. Él creía que el agua limpia tenía propiedades curativas y reducía la posibilidad de infecciones y enfermedades. Después de hervir el agua para inactivar los organismos microbiológicos, la vertía a través de su filtro de bolsa para eliminar los sedimentos y los sabores y olores relacionados. Desde entonces, el diseño del filtro de manga ha evolucionado y se ha utilizado en varios mercados diferentes, entre ellos:
- Tratamiento de aguas municipales e industriales
- Pulpa y papel
- Lubricantes para fluidos metalúrgicos
- Pinturas, tintas, resinas, disolventes, recubrimientos y barnices
- Petroquímica y procesamiento químico
- Automoción y electrónica
- Farmacéutica
- Alimentos y bebidas, cerveza, vino y aceites comestibles
Las clasificaciones de micras para los filtros de bolsa típicos varían de 1 a 100 micras nominales. Las clasificaciones nominales del filtro indican el tamaño de partícula aproximado, del cual el 85 por ciento de la clasificación de micras de partículas se capturará dentro o sobre el filtro. Estos filtros están construidos con fieltro puntiagudo de polipropileno o poliéster de diferentes espesores. Las costuras de fieltro están cosidas para asegurar una captura constante de sedimentos. Es importante tener en cuenta que es recomendable utilizar una herramienta de inserción de filtros de mangas para garantizar la alineación correcta en la canasta de retención de la carcasa del filtro para un sellado óptimo contra el desvío de la filtración.
Los filtros de bolsa multicapa cosidos ofrecen una mayor retención de partículas debido a su diseño avanzado, que incluye una capa de prefiltro de fieltro de polipropileno, una capa de microfibra de polipropileno fundido por soplado y una barrera de migración externa de polipropileno. Los filtros de bolsa soldada son el producto de calidad superior y tienen captura de partículas de 1 a 200 micras. La ventaja de la construcción soldada es que nada pasa por el medio filtrante (que a veces ocurre con las bolsas cosidas) donde se puede desarrollar un agujero.
Los filtros de bolsa plegable cuentan con una mayor área de superficie, lo que puede aumentar la capacidad de retención de suciedad hasta 10 veces la de los filtros de bolsa estándar y hasta tres veces la de los filtros de bolsa multicapa. Otra ventaja del filtro de bolsa plegable es una reducción del costo de mantenimiento debido a una vida útil típicamente más larga. Los filtros de bolsa plegable están clasificados para capturar partículas de 1 a 50 micrones de tamaño. Cuando se requiere una filtración más fina, se utiliza un filtro plegable clasificado para una micra como filtro de seguridad aguas abajo de un filtro de bolsa estándar para una captura óptima de sedimentos.
Los filtros de bolsa fundidos por soplado absolutos cuentan con medios filtrantes de densidad progresiva y pueden proporcionar hasta un 99.9 por ciento de retención de partículas para partículas tan pequeñas como 0.2 micras. Las clasificaciones absolutas del filtro indican que todas las partículas más grandes que una clasificación de micras específica serán capturadas dentro o sobre el filtro. Estos filtros de bolsa se utilizan normalmente cuando se requiere el cumplimiento con las normas de servicio de alimentos y bebidas de la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA, por sus siglas en inglés) y se limitan a la construcción de polipropileno.
Filtros de cartucho de profundidad
Los filtros de profundidad están disponibles en distintas configuraciones, incluida los de bobina enrollada, que utilizan materiales de algodón o hilo de polipropileno hilado (fibrilado) y cartuchos plegables. Entre los tipos más comunes de filtros de cartucho de profundidad se encuentran las variedades de polipropileno hilado y soplado por fusión que se usan comúnmente para la prefiltración en ósmosis inversa, así como también la posfiltración para capturar finos de carbón activado granular (CAG). Los filtros de diámetro de 2.5 pulgadas hilados y fundidos por soplado varían en longitudes de 5 a 40 pulgadas y están disponibles en clasificaciones nominales de 1, 3, 5, 10, 20, 30, 50 y 75 micras. Estas son la solución más económica a la prefiltración para aplicaciones generales, rurales, residenciales, comerciales y especiales.
Los filtros de profundidad soplados en fusión de 4.5 pulgadas de diámetro se fabrican con microfibras de polipropileno, lo que permite la capacidad de filtración de densidad de gradiente dual (DGD) al combinar dos capas separadas en un filtro. Este gradiente doble proporciona una eficiencia de captura de partículas excepcional y una capacidad de retención de suciedad significativamente mayor que los cartuchos típicos de polipropileno hilado o bobinado en hilo. Las densidades de filtración van desde [pre/post] 75/25, 50/5 y 25/1 micras. Además, hay filtros multigradiente que combinan cuatro capas separadas en un solo filtro.Las densidades graduadas brindan captura de sedimentos a través de toda la sección transversal (capa por capa) del filtro, dando como resultado una menor caída de presión, menor cegamiento de la superficie e intervalos de servicio más prolongados. Un ejemplo de profundidad de cuatro capas combina densidades de 50/25/10/5 micras, respectivamente.
Los filtros de polipropileno son la solución más económica a la prefiltración para aplicaciones generales y especiales. La certificación NSF 42/FDA para requisitos de materiales hace que estos filtros sean ideales para varias aplicaciones diferentes, incluyendo:
- Filtración de agua potable
- Filtración de agua por ósmosis inversa y desionización
- Máquinas de hielo
- Bebidas, café, bodegas
- Analítica
- Filtración química
- Baños galvánicos, grabado
- Procesamiento de películas
- Prefiltración para reciclaje de aguas grises
- Filtración de aminas
Filtros de cartucho plegables
Los cartuchos plegables se fabrican con diversos materiales, como celulosa, poliéster, polipropileno y medios fibrosos electropositivos no tejidos. La construcción incluye tapas y núcleos de polipropileno y juntas de EPDM. El núcleo de polipropileno soporta los pliegues para una máxima resistencia radial en húmedo para evitar el colapso del cartucho y la migración de partículas a mayores caídas de flujo y presión. El medio filtrante se corta a la medida (ancho de la hendidura), se pliega y la costura larga se suelda sónicamente para garantizar que no pase agua sin tratar.
El medio plegable se fusiona con las tapas de los extremos y el núcleo con polipropileno fundido para incrustar y sellar ambos extremos, creando así un sello hermético [unificado] para garantizar que no se desvíe en la costura ni debajo de las tapas. Las juntas de EPDM interactúan con los asientos de filo de cuchillo de la tapa y el recipiente de la carcasa del filtro para garantizar aún más que no se desvíe el agua sin tratar en esas interfaces de sellado. Finalmente, el cartucho está encapsulado en una funda exterior de polietileno para mayor resistencia a la pulsación del sistema operativo. Los filtros plegables de poliéster y polipropileno se pueden lavar o enjuagar para su reutilización debido a su inherente resistencia bacteriana y química. Sin embargo, los medios filtrantes celulósicos pueden proporcionar una fuente de alimento para las bacterias y, por lo tanto, no se pueden limpiar ni enjuagar para su reutilización.
Los medios fibrosos electropositivos no tejidos no se pueden limpiar ni enjuagar para su reutilización y se consideran medios filtrantes de barrera final o sin salida. La filtración típica separa las partículas mediante los mecanismos de tamizado, impacto inercial, interceptación y difusión. Los filtros electropositivos utilizan principalmente la adsorción (electroadherencia) como mecanismo de filtrado. La electroadhesión es aquel fenómeno que aprovecha la diferencia de carga que puede existir entre una superficie (o fibra) y una partícula en una solución acuosa, donde se acumula carga por el efecto de doble capa. Al igual que un filtro de cartucho plegable típico en apariencia, el medio fibroso electropositivo tamiza mecánicamente partículas más grandes que su tamaño de poro promedio.
La mayoría de las bacterias y otras partículas en una solución acuosa tienen carga electronegativa, lo que convierte a los medios fibrosos electropositivos en un “imán de partículas de amplio espectro” capaz de capturar partículas submicrométricas de hasta 0.01 micras. En aplicaciones críticas, la eliminación de partículas submicrónicas es vital. Son responsables de gran parte del ensuciamiento de las membranas de ósmosis inversa y degradan la eficiencia de los sistemas de desinfección por UV y ozono (O₃).
En comparación con las membranas de ultrafiltración, los finos y la materia coloidal también pueden afectar los procesos químicos y afectar la calidad de las superficies de los instrumentos y productos de precisión. Las membranas, como los ultrafiltros, son filtros de superficie con poca capacidad de retención de suciedad (DHC), normalmente alrededor de 1.5 miligramos por pulgada cuadrada (mg/in²). En consecuencia, si bien su eficiencia puede ser alta, su capacidad para retener la suciedad a menudo conducirá a un ensuciamiento prematuro que dará como resultado ciclos de limpieza frecuentes y mayores costos operativos. Por el contrario, los medios fibrosos electropositivos tienen un DHC de 572 mg/in² y eliminan prácticamente todas las partículas submicrónicas que pasan a través de un filtro convencional.
Filtros de cartucho de carbón
El carbón activado granular, el carbón en bloque y el carbón activado en polvo son tres actores principales en el tratamiento del agua. Cada uno tiene un lugar en la industria y los tres son excepcionalmente buenos para eliminar/reducir el cloro, el sabor y el olor (CTO) y ciertos compuestos orgánicos volátiles (COV) y pesticidas, así como también prácticamente todos los contaminantes orgánicos. Los avances en las tecnologías de bloques de carbono están surgiendo a un ritmo constante considerando los contaminantes emergentes de preocupación (ECOC) como PFOA y PFAS (PFAS). Los adsorbentes para plomo y arsénico son comunes en la producción de filtros de bloque de carbón con más avances en investigación y desarrollo en proceso.
Los filtros de carbón activado granular están disponibles en variedades de flujo axial y radial. Estos tipos suelen producir las disminuciones de presión más bajas debido al tamaño más grande de los gránulos de carbono. Por lo general, se utilizan como filtro posterior para sistemas de ósmosis inversa para controlar el sabor y el olor en el agua dispensada. Los filtros de bloque de carbón se usan comúnmente en sistemas de agua potable de uno o varios cartuchos y en sistemas de ósmosis inversa donde los compuestos orgánicos de bajo peso molecular están presentes en el agua y requieren un tiempo de residencia más largo en el carbón para eliminar/reducir esos contaminantes de manera efectiva.
Las tecnologías avanzadas de bloques de carbón continúan evolucionando para la eliminación de quistes de Cryptosporidium, Giardia, Legionella, virus o bacterias con una eficiencia superior al 99.99 % y un valor de reducción logarítmico (LRV) de hasta 8. LRV es la medida de cuán minucioso un proceso reduce la concentración de contaminación microbiana viva. Ejemplo: 1 log = reducción del 90 por ciento, 2 log = reducción del 99 por ciento, 3 log = reducción del 99.9 por ciento, 4 log = reducción del 99.99 por ciento, etc.
El carbón activado en polvo se usa en cartuchos plegables donde se incrusta en la matriz del medio para brindar clarificación y eliminación de CTO. Debido al tamaño de partícula extremadamente pequeño de este carbono, la cinética es mucho más rápida que la del CAG.
Nota final
Antes de seleccionar cualquier cartucho de filtración para una aplicación o tarea específica, es de vital importancia comprender cómo funciona, cómo se clasifica y cuáles son sus capacidades y limitaciones en relación con el caudal y las capacidades de carga. Tómese el tiempo para estudiar los boletines de aplicación de los filtros utilizados en su empresa. Cuando tenga una pregunta o necesite una aclaración, no dude en ponerse en contacto con el fabricante o proveedor para obtener respuestas precisas y asistencia con la aplicación. Resolver problemas complejos de filtración es un esfuerzo gratificante, especialmente cuando existen serios problemas con el agua.
Acerca del Autor
El Sr. Gary Battenberg es gerente principal de desarrollo comercial de Argonide Corporation. Anteriormente, fue Gerente Técnico del Departamento de Tratamiento de Agua de Dan Wood Company. Antes de eso, el Sr. Battenberg fue especialista en diseño de sistemas y apoyo técnico en Parker Hannifin Corporation. Sus casi cuatro décadas de experiencia en la industria del agua incluyen un historial probado y exitoso en las áreas de ventas, servicio, diseño y fabricación de sistemas de tratamiento de agua. La base tecnológica de Battenberg cubre las tecnologías de filtración mecánica y adsorbente, intercambio iónico, esterilización UV, ósmosis inversa y ozono. Ha trabajado en las áreas de tratamiento de agua doméstica, comercial, industrial, de alta pureza y esterilizada. Como autor colaborador de la revista WC&P International y miembro de su Comité de Revisión Técnica desde 2008, Battenberg fue elegido como una de las 50 personas más influyentes de la revista en la industria del tratamiento de agua en 2009. Puede ser contactado por correo electrónico a [email protected] o por teléfono (407) 488-7203.