Comprender los diferentes tipos de filtración de procesos

Desde el filtrado de la pasta hasta la preparación del café, la filtración está en todas partes de nuestra vida diaria.
Pero, ¿sabía que muchos productos cotidianos también se someten a varias etapas de filtración durante su producción?
En este artículo, descubrirá los tipos fundamentales de técnicas de filtración, cómo funcionan y dónde se utilizan en la filtración de procesos.

La filtración de procesos se utiliza para eliminar partículas, contaminantes u otras sustancias no deseadas de líquidos o gases como parte del proceso de producción. Ayuda a separar los sólidos de los líquidos o los vapores de las corrientes de gas y garantiza que el producto final cumpla con los estándares de calidad y seguridad. Este paso es esencial en industrias como la alimentaria y las bebidas, la farmacéutica, la cosmética, la nutrición animal, la química y la microelectrónica. En estos sectores, la filtración ayuda a mantener la uniformidad, cumplir con los requisitos normativos y prolongar la vida útil del producto.

Podemos distinguir cuatro métodos de filtración fundamentales, normalmente definidos por la forma en que se retienen las partículas y la naturaleza del medio filtrante.

Cuando el medio filtrante atrapa un gran número de partículas, estas forman un lecho de partículas. Una vez creada esta torta de filtro, se convierte en el medio filtrante primario y es crucial para lograr una filtración eficaz. Para formar esta torta de filtro se añaden medios filtrantes comunes como tierra de diatomeas o carbón activado. En la industria alimentaria y de bebidas, este principio se suele aplicar para clarificar líquidos altamente coloidales como cerveza, vino y zumos. Este tipo de filtración también se utiliza en áreas como el refinado de aceite comestible o azúcar, donde los sólidos pesados deben eliminarse de forma eficiente. 

La filtración en profundidad atrapa las partículas a lo largo de toda la profundidad del medio filtrante, no solo en la superficie. El filtro suele estar formado por materiales fibrosos, granulares o sinterizados que se prensan, enrollan o unen de otro modo en un laberinto de canales de flujo. Juntos, las fibras forman canales irregulares, lo que da como resultado una ruta tortuosa para las partículas. Debido a los diferentes mecanismos de retención, los filtros de profundidad son capaces de capturar partículas mucho más pequeñas que el diámetro del canal en toda la profundidad de la matriz del filtro. Por ejemplo, un filtro de profundidad de grado estéril para aire tiene un tamaño medio de poro de 8 µm, pero es capaz de retener bacterias de 0,22 µm con una eficiencia de grado estéril.

Los filtros de profundidad se aplican ampliamente en la filtración de procesos, por ejemplo, para eliminar colores, recuperar catalizadores o separar partículas no disueltas. Además, gracias a su gran capacidad de retención de suciedad, a menudo se utilizan como pasos de prefiltración para proteger filtros de membrana más finos en aplicaciones estériles o de ósmosis inversa. Este tipo de filtración también se encuentra en aplicaciones farmacéuticas o procesos enzimáticos en los que los sólidos son altos y la claridad final es importante.

El tamizado es el tipo de filtración más reconocible que utiliza un efecto de tamizado, también llamado exclusión de tamaño. Las partículas más grandes que las aberturas de la malla del filtro se capturarán en la superficie, mientras que las partículas más pequeñas pasarán a través de ellas. Por este motivo, también se denomina filtración de superficie. En la cocina diaria, colamos la pasta con un colador para drenar el agua. En la filtración de procesos, los filtros de membrana con poros pequeños son un buen ejemplo, ya que pueden retener bacterias en la superficie. A menudo se aplican como el paso de filtración final para que el líquido sea estéril. Esto lo hace especialmente útil en industrias como la cosmética, el embotellado de agua y la farmacéutica, donde la claridad y la seguridad microbiológica son esenciales.

En la filtración de flujo cruzado, el fluido no fluye a través del medio filtrante ("filtración de extremo muerto"), sino a lo largo de la superficie del medio filtrante ("filtración de flujo cruzado"). Un ejemplo común de filtración de flujo cruzado es la ósmosis inversa. Solo las moléculas de agua pasan a través de la membrana, lo que bloquea y elimina eficazmente otras partículas, como sales, productos químicos y microorganismos.
El efluente es agua purificada. La filtración de flujo cruzado se aplica ampliamente en la ultrafiltración láctea (p. ej., separación de proteínas de suero), aplicaciones biofarmacéuticas y procesos de purificación de agua de alto volumen donde el funcionamiento continuo y la obstrucción mínima son esenciales.

• La filtración de tortas se suele aplicar en la elaboración de vino, la clarificación de zumos y otras tareas que implican un alto contenido de sólidos.
  
  
• La filtración en profundidad admite pasos como la prefiltración, la eliminación de pigmentos o la recuperación de catalizadores.
  
  
• La filtración de superficie desempeña un papel clave en el procesamiento de agua embotellada, cosméticos y medicamentos estériles.
  
  
• La filtración de flujo cruzado es adecuada para la biotecnología, la producción láctea y el tratamiento del agua, donde el flujo constante es importante.

Cada métodoofrece una ventaja diferente, ya sea a la hora de eliminar partículas, aclarar líquidos o ayudar a crear fluidos estériles. Saber cómo funcionan ayuda a encontrar la solución adecuada para el proceso adecuado.

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Estas son algunas preguntas comunes que escuchamos sobre los métodos de filtración, útiles si está comparando opciones o perfeccionando su proceso.
 

• ¿Cuál es la diferencia entre la filtración de superficie y la filtración de profundidad?
  En la filtración de superficie, los contaminantes se retienen en la superficie del filtro, como las membranas. Con filtración en profundidad,
  las partículas se recogen en toda la profundidad del filtro, por ejemplo, en filtros de polipropileno fundido.
  
  
  
• ¿Cuál es la diferencia entre la filtración de extremo muerto y la filtración de flujo cruzado?
  En la filtración de extremo muerto (también llamada filtración directa o filtración de extremo cerrado), el fluido pasa a través del medio filtrante,
  mientras que para la filtración de flujo transversal (también llamada filtración tangencial), el fluido circula a lo largo del filtro. Este último se suele aplicar para medios filtrantes muy densos, como los de la ósmosis inversa.
  
  
• ¿Cuál es la diferencia entre un filtro de clasificación absoluta y uno de clasificación nominal?
  Un filtro de clasificación absoluta es capaz de eliminar todas las partículas por encima de un tamaño especificado (tasa de retención típica: 99,98 %).
  Un filtro nominal es capaz de eliminar un cierto número de partículas, pero no todas las partículas (tasa de retención típica: 98 %).
  El tamaño absoluto o nominal siempre se especifica para un tamaño de contaminación determinado. En otras palabras, un elemento filtrante que tiene una eficiencia de filtración nominal absoluta de 5 µm podría tener una eficiencia nominal de 1 µm.