Ultrafiltración

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Ultrafiltración es un tipo de técnica de filtración. Se remueven las partículas coloidales y dispersas en un líquido, al hacerlo atraviesan por una membrana aplicando presión. Esta técnica es capaz de remover por encima del 90% de los contaminantes por el tamaño pequeño del equipo. Debido al tamaño de poro en la membrana que se utiliza en la ultrafiltración, se pueden remover partículas entre 0,001 - 0,1 um de espesor.

El principio de la ultrafiltración es la separación física. Es el tamaño de poros de la membrana lo que determina hasta que punto son eliminados los sólidos disueltos, la turbidez y los microorganismos. Las sustancias de mayor tamaño que los poros de la membrana son retenidas totalmente. Las sustancias que son más pequeñas que los poros de la membrana son retenidas parcialmente; dependiendo de la construcción de una capa de rechazo en la membrana.

La depuración mediante ultrafiltración es un proceso en el cual el agua no se depura por un proceso químico ni biológico, sino por filtración a través de membranas, obteniendo aguas libres de microorganismos.

A nivel técnico consite en impulser el agua residual a presión mediante bombas eléctricas y obligar a esta a atravesar unas membranas con una luz de paso entre 0,1 y 0,01 micras. De esta manera se crea una separación de partículas realmente diminutas, del orden de los compuestos orgánicos. Para evitar la colmatación de las membranas se realiza de forma automática un lavado a contracorriente en intervalos programados.

En ultraﬁltración el tamaño de poros se expresa en términos del peso molecular de las sustancias que pueden ser retenidas por la membrana, teniendo como referencia proteínas de tipo globular. Para la UF, el gradiente de concentración causado por la acumulación de sustancias de alto peso molecular, en el líquido adyacente a la membrana, determina un efecto osm´otico despreciable. En ausencia de fenómenos de incrustación superﬁcial el ﬂujo de permeado, JP, se rige por la ley de Darcy, por tanto, es directamente proporcional a la diferencia de presión aplicada e inversamente proporcional a la viscosidad de la fase líquida. Es así que, la depuración mediante ultrafiltración es un proceso por el cual el agua no se depura por un proceso químico ni biológico, sino por filtración a través de membranas.
 * === ALIMENTO === || === AGENTE DE SEPARACIÓN === || === PRODUCTOS === || === PRINCIPIO === || === EJEMPLO === ||
 * ===solución **liquida**===

**o coloides**
|| ===**gradiente de presion**===

**+ membrana**
|| ===**dos fases liquidas**=== || ===**permeabilidades diferentes**===

**a través de la membrana**
|| ===**concentración de proteínas**=== ||

Las industrias químicas y las que fabrican productos farmacéuticos, de alimentos y bebidas, y de igual manera el tratamiento de aguas residuales , utilizan ultrafiltración con el fin de reciclar el flujo o agregar valor a los productos más nuevos.



**Figura 1. Ultrafiltración 35 m3/h. Producción agua mineral.**

Existen ciertos factores que afectan al proceso de ultrafiltración, como se resumen en el siguiente cuadro:




 * Tipos de ultracentrifugación de acuerdo al tipo de agua a depurar:**

El equipo UFTC se compone principalmente de dos depósitos de acumulación, un sistema de bombeo de presión y los filtros cerámicos. Existe un sistema hidráulico secundario que se encarga de limpiar las membranas contracorriente para mantener el rendimiento del sistema.
 * **Ultrafiltración Tubular:** Este sistema permite potabilizar aguas procedentes de pozos, lagos o ríos, donde encontramos agua sin mucha carga y que con este tratamiento de ultrafiltración se convierte en apta para el consumo humano. Del mismo modo, esta tecnología permite también ampliar depuradoras ya existentes, tanto de origen urbano como de origen industrial; con un coste que es relativamente bajo y sin necesidad de reformas, mejorando de esta forma el nivel de depuración y permitiendo la reutlización del agua.
 * **MBR (Bioreactores de membrana):** Esta tecnología permite tener un efluente de mayor calidad que una depuración tradicional.
 * **(MBR de membranas sumergidas):** o con una recirculación permanente (MBR membranas externas).
 * **UFTC (Ultrafiltración tangencial cermámica):** El proceso de ultrafiltración tangencial nos permite reducir la carga de las aguas muy complejas indutriales para posteriormente ser tratadas con una depuración tradicional o MBR.




 * RETENIDO: es donde se realiza la entrada de aguas mediante una sonda de nivel y se van aportando a medida que el circuito cerrado se va vaciando debido a la salida de aguas filtradas.
 * BOMBA : que realiza la recirculación de aguas a la velocidad tangencial requerida por el fabricante de las membranas
 * FILTRO UFTC : donde se realizan los dos flujos separativos, por un lado el filtrado y por otro el retenido.
 * FILTRADO: depósito de agua filtrada donde realizamos el almacenamiento de las mismas para lavado a contra corriente o bien para limpiezas químicas cuando se requieran.

**VENTAJAS**


 * Poros de las membranas pueden retirar de los fluidos partículas de 0.001 a 0.1um.
 * Es capaz de remover por encima del 90% de los contaminantes.
 * Reduce costos de disposición y/o reciclado hasta un 10%.
 * Permite separar partículas de alto peso molecular, dejando pasar sales y partículas de bajo peso molecular.
 * No hay recirculación ni torta de filtrado.

**MEMBRANAS-ULTRAFILTRACIÓN**

El uso de membranas en ultrafiltración es hablar de una nueva aplicación de estas en esta operación unitaria. El flujo de las sustancias depende de la fuerza impulsora que se aplique, las principales son: la presión, concentración y potencial eléctrico. El principio de la filtración a nivel de membranas es totalmente equivalente al de una filtración "normal" con mallas. Las sustancias con un tamaño superior al de los poros no pasan al permeado y las más pequeñas sí.

**Figura 2. Rango de Separación de las Membranas.** Para cada tipo de separación ultrafiltración, osmosis, etc., existen problemas específicos. Sin embargo, hay una serie de ecuaciones comunes a todos los procesos de transferencia con membranas, que son las que se mencionan en este punto. En todas las situaciones prácticas el flujo de sustancias a través de poros puede considerarse de naturaleza laminar. Entonces el flujo másico total a través de los poros puede obtenerse fácilmente a partir de un balance de energía mecánica, que para fluidos incompresibles queda reducido a la ecuación: **ΔP/ρ = ΣF** donde AP es el gradiente de presión entre ambos lados de la membrana, ρ la densidad del fluido y ΣF las pérdidas de fricción por unidad de tiempo y masa en el poro, que se puede relacionar con diversos parámetros según la ecuación de Fanning.





A continuación se explica el funcionamiento del proceso de ultrafiltración:

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 * CORRELACIÓN DE PROPIEDADES DE MEMBRANAS CON RANGOS DE SEPARACIÓN**



ENSUCIAMIENTO DE LAS MEMBRANAS DE ULTRAFILTRACIÓN
Uno de los mayores obstáculos que diﬁculta la aplicación de los procesos de ultraﬁltración es el fenómeno de descenso de la densidad de ﬂujo de permeado con el tiempo. Este fenómeno se denomina comunmente ensuciamiento, como traducción directa del término “fouling”, haciendo referencia a una serie de mecanismos que representan una resistencia adicional al paso de líquido a través de la membrana.

El ensuciamiento, al disminuir la velocidad de producción de permeado, incrementa la complejidad de las operaciones con membranas, dado que el sistema ha de ser detenido frecuentemente para someterlo a operaciones de limpieza que reestablezcan la densidad de ﬂujo de permeado. El elevado coste de estas operaciones hace que la ultraﬁltración sea, algunas veces, menos viable económicamente para muchos de los problemas de separación.

Es claro que la presión sólo puede aumentarse hasta un cierto valor debido a consideraciones de resistencia mecánica del equipo y también por consideraciones de transporte de materia en el líquido debido a que un mayor ﬂujo de permeado aumenta la compactación de materiales depositados en la membrana, induciendo su geliﬁcación.

El ensuciamiento de membranas de ultrafiltración se debe a varios mecanismos que pueden actuar juntos o separados en las distintas etapas de ultrafiltración

Taponamiento de los poros de la membrana tanto a nivel superficial como en el interior de los mismos, debido a que el tamano de las partículas presentes en el soluto son del mismo diámetro que las del poro.

Formación de la capa gel debido al establecimiento de una red tridimensional entre las macromoléculas de soluto y disolvente. La concentración en la capa gel es constante para unas determinadas condiciones experimentales, pero varía con la velocidad tangencial y la concentración de la alimentación para un mismo soluto.

Adsorción de moléculas sobre la superﬁcie de membrana, debido a aﬁnidades químicas entre la membrana y el soluto. La adsorción puede producirse también en el interior de los poros, reduciendo así el diámetro efectivo de los mismos.

Formación de depósitos sobre la superﬁcie de la membrana o en el interior de la misma por precipitación de las moléculas de soluto o sedimentación de materia en suspensión.

De todos estos mecanismos, los dos primeros, taponamiento de los poros de la membrana y formación de capa gel, son los mecanismos esenciales que explican el ensuciamiento de las membranas de ultraﬁltración. Los dos restantes pueden afectar a uno o ambos de los mecanismos esenciales.

**APLICACIONES DE LA ULTRAFILTRACIÓN **

La tecnologia de ultrafiltración puede ser aplicada en diferentes ámbitos de depuración aguas residuales urbanas o industriales, incluso puede ser muy útil como potabilización de aguas menos cargadas. Cada caso es único y requiere un estudio previo del influente, de estas tecnologías se pueden ver su posible uso según las necesidades. __//INDUSTRIA LÁCTEA //__ En la industria la ultrafiltración se utiliza para aumentar el porcentaje de proteínas en la leche, este proceso permite mejorar su sabor y textura. Las variedades resultantes de este proceso permiten obtener leche sin grasa que tiene el mismo sabor y textura que la leche entera. Las proteínas de la leche se comercializan como suplementos vitamínicos.



**Figura 3. Suplementos alimenticios a base de proteínas extraídas de leche**

En la industria del helado, la ultrafiltración de la leche antes de la mezcla se usa para alterar el contenido de lactosa, aumentando el nivel de proteína del helado para lograr una mayor movilización de agua, lo que contribuye a una mayor granulosidad debido a la formación de cristales durante la congelación Finalmente se adjunta un documento como ejemplo de un equipo de ultrafiltración con todas sus características:

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 * Referencias****:**


 * []
 * [|Ultrafiltration]