ES2270831T3 - Procedimiento y aparato para filtrar particulas presentes en un liquido. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para filtrar las partículas presentes en un líquido, en el que el líquido que contiene partículas se suministra a un depósito de sedimentación (12), haciendo que el líquido, mediante la presión hidrostática del líquido predominante en el depósito (12), fluya a través de un miembro de filtro de recogida de partículas (18; 58) sobre la superficie de la carcasa de un tambor (14) montado de manera rotatoria en el depósito, después de lo cual el líquido limpio del interior del tambor (14) se drena mediante una salida (31), caracterizado porque, cuando el líquido en el depósito ha alcanzado un nivel predeterminado (48) por encima del tambor (14) como resultado de la obturación del miembro de filtro (18; 58), se inicial la limpieza del miembro de filtro (18; 58) in situ en el depósito.

Description

Procedimiento y aparato para filtrar partículas presentes en un líquido.
La presente invención se refiere a filtrar las partículas presentes en un líquido y se refiere en particular a un procedimiento y a una instalación para filtrar las partículas presentes en un líquido mediante la presión hidrostática que actúa sobre un miembro de filtro que está sumergido en el líquido en un depósito.
Para filtrar las partículas presentes en un líquido, se conoce un gran número de diferentes principios de filtrado dentro de la metodología industrial, que están adaptados a los tipos de partículas a filtrar y el grado deseado de filtración del filtrado. Como el coste de muchos adyuvantes de filtrado es relativamente alto, se han desarrollado diversas construcciones e instalaciones de filtrado, en las que el miembro de filtro en forma, por ejemplo, de un filtro de tambor, un filtro de arena, un filtro de recubrimiento etc., es auto-limpiable de alguna manera, por ejemplo retro-lavando abundantemente los rascadores, escobillas o similares, que limpian la superficie del filtro de tortas de filtro acumuladas sobre el mismo. Una desventaja de dichos filtros de auto-limpieza, sin embargo, es que crean residuos que tienen que experimentar un tratamiento adicional. En los filtros de arena, por ejemplo, el flujo residual, es decir, el agua de lavado, es aproximadamente el 5-10% del flujo total. La limpieza de la superficie del filtro mediante adyuvantes mecánicos, tales como rascadores y escobillas, normalmente tiene lugar en contacto con aire, que contribuye a la obturación de las superficies del filtro.
El documento EP-0 848 977 A2 describe un procedimiento e instalación para filtrar las partículas presentes en un líquido, en el que el líquido que contiene partículas se suministra a un depósito de limpieza, haciendo fluir al líquido, mediante la presión hidrostática del líquido dominante en el depósito, a través de un miembro de filtro de recogida de partículas sobre la superficie de la carcasa de un tambor que gira continuamente en el depósito después de lo cual el líquido limpio dentro del tambor se drena mediante una salida. El tambor funciona con aproximadamente 2/3 de su altura sumergida en el líquido, y el filtro en el interior de su superficie de la carcasa se limpia continuamente por retro-lavado con aire comprimido del interior del tambor durante su rotación, teniendo lugar la limpieza del filtro en el aire por encima del nivel del líquido.
Un objeto de la presente invención es eliminar dichas desventajas de los sistemas de filtrado conocidos y propone un procedimiento y una instalación para filtrar las partículas presentes en un líquido, en el que el sistema de filtro de auto-limpieza no consume adyuvantes de filtrado ni produce otros residuos a partir de la mezcla líquida distintos del lodo que recoge el miembro de filtro, y en el que el sistema de limpieza funciona por debajo de la superficie del líquido para evitar la obturación del miembro de filtro y para aumentar la capacidad de filtrado de la instalación de limpieza.
Para conseguir este objeto, el procedimiento y la instalación para filtrar de acuerdo con la presente invención están caracterizados por las características indicadas en las reivindicaciones de la patente incluidas más adelante.
En los dibujos adjuntos,
La Fig. 1 es una vista lateral de una primera realización de una disposición de filtrado de acuerdo con la invención, que funciona mediante presión hidrostática, con un depósito de lodo conectado a la misma;
La Fig. 2 es una vista final de la disposición de filtrado de la Fig. 1;
La Fig. 3 es una vista en perspectiva de un tambor de filtro que forma parte de la disposición de filtrado de las Figs. 1 y 2, mostrada durante el montaje de un miembro de filtro sobre su superficie de la carcasa;
La Fig. 4 muestra una disposición de filtrado que comprende una pluralidad de tambores de filtrado en un depósito común;
La Fig. 5 muestra una vista lateral de una realización alternativa de la disposición de filtrado de acuerdo con la presente invención;
La Fig. 6 es una vista final de la instalación de la Fig. 5;
La Fig. 7 es una vista similar a la de la Fig. 5 pero muestra una versión modificada de la primera realización de la instalación de acuerdo con la invención de acuerdo con las Figs. 1-3, y
La Fig. 8 es una vista final de la instalación de la Fig. 7.
La Fig. 1 muestra una primera realización de una disposición de filtrado que funciona mediante presión hidrostática de acuerdo con la presente invención. La disposición de filtrado, denominada en su conjunto como 10, comprende un depósito de sedimentación 12, en el que se monta un tambor de filtro 14, que puede hacerse girar alrededor de un eje horizontal y que tiene una superficie de la carcasa 16 perforada, sobre la que se fija un miembro de filtro 18 (Fig. 3), preferiblemente en forma de un tamiz de filtro metálico. La Fig. 3 muestra un tamiz de filtro metálico 18 durante el montaje sobre la superficie de la carcasa 16 perforada, estando un borde de extremo 20 del tamiz de filtro metálico 18 fijado en un borde longitudinal o ranura sobre la superficie de la carcasa, mientras que el otro borde de extremo 22 está fijado a un borde 24 correspondiente de un segmento de la carcasa 26 del tambor 14, que puede girar alrededor de una bisagra 28. Además de formar un porta-tamiz de filtro metálico, el segmento de la carcasa 26 forma también una abertura mediante la cual el interior del tambor 14 puede hacerse accesible.
El tambor 14 se monta en el depósito 12 mediante ejes de giro 30, 32, pudiendo ser hueco al menos uno de los ejes de giro 30 de manera que forma una salida 31 para el filtrado que está dentro del 14. Un motor eléctrico 36 se dispone de manera que hace girar al tambor 14 para limpiar el tamiz de filtro metálico 18, como se describirá con gran detalle a continuación.
Conectada también al depósito 12 está una entrada 34 para el líquido a filtrar, por ejemplo un aceite que contiene partículas de molienda. En el fondo del depósito 12, hay una salida para lodo 38 que puede abrirse y cerrarse que puede estar conectada a un depósito de lodo 40 por debajo.
Con el propósito de limpiar el tamiz de filtro metálico 18, cuando se ha obturado con las lodo en forma de partículas en el exterior, se monta un elemento rascador o de barrido 42 cerca del exterior del tambor 14 mediante los brazos 44.
La realización de la disposición de filtrado de acuerdo con la invención mostrada en las Figs. 1-3 funciona de la siguiente manera:
Cuando comienza el procedimiento de filtrado, el depósito vacío 12 se llena gradualmente, mediante la entrada 34, con el líquido que contiene partículas. La fase líquida puede fluir a través del tamiz de filtro metálico 18 y hacia el tambor 14, mientras que las partículas más grandes sedimentan directamente en el fondo del depósito 12 y las partículas más pequeñas se adhieren al tamiz de filtro metálico 18.
Cuando el nivel del líquido sube por encima del nivel de la salida del filtrado 31, el líquido filtrado empieza a salir del interior del tambor 14 debido a la presión hidrostática que actúa sobre el tamiz de filtro metálico 18 como resultado de la columna de líquido por encima de la salida 31. Según la superficie del filtro va quedando bloqueada desde abajo por las partículas que se adhieren a la misma y al lodo en forma de partículas que ya se ha acumulado, el nivel del líquido en el depósito 12 sube, y se usa una superficie de filtro nueva, más alta del tamiz de filtro metálico 18 para filtrar las partículas. Cuando la superficie de líquido libre 46 ha alcanzado, gracias a la acumulación de partículas sobre la superficie del filtro, un nivel predeterminado por encima del tambor 14, que es detectado por un control de nivel 48 en el depósito, se inicia un procedimiento de limpieza del filtro, accionándose el motor eléctrico 36 para que el tambor de filtro 14 empiece a girar a unas pocas revoluciones, durante lo cual el se hace que el elemento rascador o de barrido 42 elimine por rascado la torta de filtro que se ha acumulado en el exterior del tamiz de filtro metálico 18 y que sedimenta después en el fondo del depósito 12 y se transporta, a través de la salida para lodo 38, al depósito de lodo 40 por debajo. Como alternativa, el lodo puede transportarse lejos del fondo del depósito mediante una bomba (no mostrada) o un mecanismo de rascado 50 como se muestra en la realización en Fig. 4, en la que una pluralidad de tambores de filtro 14 se montan en un único depósito con el propósito de aumentar la capacidad de filtrado.
El tambor 14 es preferiblemente estacionario durante el procedimiento de filtrado descrito anteriormente y se hace girar únicamente para la limpieza del filtro 18.
Para ciertos tipos de lodo, no se requieren elementos rascadores o de barrido 42 para la limpieza del filtro, sino que simplemente una rotación más rápida puede ser suficiente para liberar la torta de lodo gracias a la fuerza centrífuga y ocurre la cizalla del líquido en la superficie de la carcasa del tambor de filtro 14 durante la rotación. Si fuera apropiado, pueden instalarse topes de arrastre 52 con forma de cuchilla en el interior y/o el exterior del tambor 14, que puede ocasionar el retro-lavado del tamiz de filtro metálico 18 de dentro a fuera, o pueden instalarse frenos para el líquido 53 fuera del tambor 14, que, cuando se hace girar al tambor, crean turbulencia en el líquido para liberar la torta de lodo.
Durante el procedimiento de filtrado, el lodo en el depósito de lodo 40 puede concentrarse mediante un flujo piloto 54 desde el depósito 12 y el recipiente 40 puede recircularse al depósito 12 mediante una 56 como se indica en la Fig. 1, sedimentando el lodo en el recipiente 40 durante el tiempo que el flujo de partículas está en el mismo.
Ejemplos
La disposición de filtrado descrita anteriormente se ha ensayado para separar el aceite de molienda del acero inoxidable. El aceite tiene una viscosidad de 0,3 cm^{2}/s (30 cSt) y el aceite contaminado contenía partículas sólidas de un tamaño de aproximadamente 10-5000 \mum. The filtro tenía un diámetro de 955 mm, una longitud de 1200 mm, y un área superficial del filtro de 3,4 m^{2}, y estaba compuesto por una gasa de nylon con una anchura de malla de 500 \mum, ascendiendo el área de filtro libre a 0,42 m^{2}.
La instalación de limpieza comprendía una escobilla de 30 mm de ancho 42 dispuesta axialmente a lo largo de toda la longitud del filtro. La escobilla 42 estaba afianzada en el depósito de sedimentación 12 y se apoyaba contra la superficie del filtro. El filtro se cargó con un flujo de aproximadamente 1000 litros/min. Los resultados del ensayo demostraron que el filtrado ya estaba casi libre partículas mayores de 100 \mum. Durante casi 30 minutos, el nivel del líquido permaneció constante directamente por encima del filtro, después de lo cual subió rápidamente. Esto significa que el procedimiento de recubrimiento sobre la superficie del filtro con partículas mayores de 500 \mum tardó aproximadamente un minuto, después de lo cual el filtrado principal tuvo lugar a través de la propia torta de filtro. La torta de filtro quedó completamente obturada después de aproximadamente 30 minutos de funcionamiento. Cuando el nivel d el líquido hubo alcanzado el control de nivel 48, se accionó el sistema de limpieza, es decir, el motor eléctrico 36 arrancó y se hizo girar al filtro de tambor a 2-3 revoluciones contra la escobilla estacionaria 42. El nivel del líquido cayó después rápidamente a la posición original directamente por encima de la salida del filtrado, después de lo cual podía empezarse de nuevo el ciclo de filtrado. En la misma aplicación que antes, era posible también retirar la torta de filtro y limpiar el miembro de filtro 18 simplemente haciendo girar el tambor 14 durante un tiempo ligeramente mayor (6-8 revoluciones). En este caso, también cayó rápidamente el nivel del líquido hasta el nivel de la salida del filtrado, y el tiempo entre limpiezas posteriores permaneció relativamente constante, lo que demuestra que la limpieza fue eficaz.
Las Figs. 5 y 6 muestran una realización alternativa de la disposición de filtrado de acuerdo con la presente invención. A diferencia de la realización de las Figs. 1-3, el miembro de filtro en la instalación de las Figs. 5 y 6 está compuesto por un lecho 58 de partículas de filtro libres con una densidad mayor que la del líquido, por ejemplo arena, localizándose dicho lecho 58 en el interior del tambor de filtro 14 y estando formado por el tambor 14 que gira a una velocidad que produce ligeramente más de 1 g durante el procedimiento de filtrado. Montado en el interior de la superficie de la carcasa del tambor 14 en relación con esto hay una placa de filtro con perforaciones, cuyo diámetro de orificio es menor que el diámetro de las partículas de filtro libres más pequeñas que forman el lecho de filtro 58. Cuando está estacionario, el tambor 14 puede llenarse, por ejemplo, con arena hasta un nivel directamente por debajo de la salida del filtrado 31 que está provista igualmente con una placa de filtro 31 que evita que las partículas de filtrado (la arena) pasen y salgan por la salida del filtrado 31. En esta realización, este eje de giro 32 del tambor 14 opuesto a la salida del filtrado 31 forma una salida de lodo 62.
Antes de comenzar el procedimiento de filtrado en esta realización, las válvulas de la salida de lodo 38 y 64 y la válvula de filtrado 66 se mantienen cerradas, y una bomba de filtrado 75 permanece apagada, mientras la válvula de admisión 68 está abierta y el depósito 12 se llena con suspensión, después de lo cual se cierra la válvula 68. Se conecta el tambor 14, y la rotación se adapta para que las partículas de filtrado, por ejemplo granos de arena, se distribuyan uniformemente en el interior de la placa de filtro sobre la superficie de la carcasa y formen un lecho de filtro 58 homogéneo de espesor uniforme. Después de esto, la bomba de filtrado 75 se conecta, y la válvula de admisión 68 se abre de nuevo, y puede comenzar el procedimiento de filtrado. La válvula de lodo 64 se abre adecuadamente durante un corto tiempo para drenar el líquido no filtrado, después de lo cual la válvula de lodo 64 se cierra, la válvula de filtrado 66 se abre, y la bomba de filtrado 75 se conecta. La válvula de admisión 68 regula pues el flujo hacia el filtro de tambor de manera que el nivel del líquido 46 se mantiene esencialmente constante. Cuando el lecho de filtro 58 empieza a obturarse, la contra-presión en el lecho de filtro aumenta, y el nivel de el líquido en el depósito 12 sube hasta el control de nivel 48 que cierra después la válvula de admisión 68 y la válvula de filtrado 66 y detiene la bomba de filtrado 75 y el motor eléctrico 36 y, de esta manera, la rotación del tambor 14. El lecho de filtro contaminado 58 se destruye, y las partículas de filtrado (la arena) que son más pesadas que el líquido sedimentan en el tambor 14. Cuando el tambor 14 se frena, se crea turbulencia, que lava eficazmente y retira el lodo de las partículas de filtrado. La fase lodo en el tambor por encima de las partículas de filtrado sedimentadas se drena después gracias a que la válvula de lodo 64 está abierta, después de lo cual la válvula de la salida de lodo inferior 38 se abre durante un corto tiempo para drenar el lodo sedimentado. Después se repite el ciclo de filtrado.
El lecho de partículas 58 puede estar compuesto por partículas uniformes de la misma densidad o partículas de diferente densidad, de manera que se forman diferentes capas de diversos espesores de partícula y propiedades. La filtración mediante un lecho de filtro 58 del tipo descrito en la realización de acuerdo con las Figs. 5 y 6 hacen posible un tipo de filtración en profundidad, que es deseable en muchas aplicaciones.
Las Figs. 7 y 8 muestran una modificación de la realización de acuerdo con las Figs. 1-3, que hace posible una retención parcial de una capa de lodo en forma de partículas acumulada sobre la superficie del filtro cuando se limpia el filtro de tambor 18. Esto es porque se ha descubierto que el lodo que se recubre a sí mismo en el exterior del filtro hasta un cierto grado forma un filtro que es capaz de filtrar incluso partículas muy finas que de otra manera pasarían a través del filtro 18. Para asegurar que un capa de lodo en forma de partículas de un espesor dado adecuado permanece en el exterior del filtro 18 durante la limpieza mediante el elemento rascador o de barrido 42, el sistema de brazo para ello está diseñado como un mecanismo de palanca de dos brazos 44, 45, estando instalado un flotador 70 en el extremo de cada palanca 45 de manera que, cuando sube el nivel del líquido, para hacer girar el elemento rascador o de barrido 42 alrededor de un huso articulado 72 hacia el filtro 18, al mismo tiempo que un microinterruptor 74 acciona el motor eléctrico 36 para hacer girar el tambor 14. De esta manera, el elemento de barrido 42 puede prepararse para retirar la mayor parte del recubrimiento de lodo acumulado sobre la superficie del filtro, y la superficie de líquido libre en el depósito 12 entonces vuelve a caer, al igual que los flotadores 70, que a su vez dan como resultado que el elemento de barrido 42 gire lejos del filtro de tambor 18 al mismo tiempo que el microinterruptor 74 para al motor eléctrico 36 de manera que el tambor 14 se detiene. El recubrimiento de lodo que permanece sobre el filtro de tambor 18 se usa después como complemento para el filtro 18 para filtrar partículas finas que de otra manera pasarían a través del filtro 18, mejorando las propiedades de filtración y la capacidad de la instalación.

Claims (20)

1. Procedimiento para filtrar las partículas presentes en un líquido, en el que el líquido que contiene partículas se suministra a un depósito de sedimentación (12), haciendo que el líquido, mediante la presión hidrostática del líquido predominante en el depósito (12), fluya a través de un miembro de filtro de recogida de partículas (18; 58) sobre la superficie de la carcasa de un tambor (14) montado de manera rotatoria en el depósito, después de lo cual el líquido limpio del interior del tambor (14) se drena mediante una salida (31), caracterizado porque, cuando el líquido en el depósito ha alcanzado un nivel predeterminado (48) por encima del tambor (14) como resultado de la obturación del miembro de filtro (18; 58), se inicial la limpieza del miembro de filtro (18; 58) in situ en el depósito.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque se proporciona un miembro de rascado (42) para limpiar el exterior del miembro de filtro (18) durante la rotación del tambor (14).
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque, cuando se limpia la superficie del filtro, se hace que el miembro de rascado (42) se soporte contra ella de manera que permanece un cierto recubrimiento de partículas sobre la superficie del filtro cuando acaba la limpieza.
4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la limpieza del miembro de filtro (18) se realiza por retro-lavado de este último con líquido del interior del tambor (14) cuando se hace girar a este último.
5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque el tambor (14) se mantiene estacionario durante el procedimiento de filtrado.
6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque se hace fluir al líquido en el depósito (12) a través de un miembro de filtro (58) en el interior de la superficie de la carcasa del tambor en forma de un lecho (58) de partículas de filtrado formado por la rotación del tambor.
7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, en el que las partículas de filtrado están compuestas por arena, caracterizado porque el tambor (14) se hace girar a una velocidad que genera una fuerza centrífuga mayor de 1 g en la periferia del tambor cuando se filtra el líquido.
8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, caracterizado porque el miembro de filtro formado por el lecho de partículas (58) se limpia mediante la rotación del tambor (14) que se reduce hasta un grado en el que el lecho de partículas (58) se destruye y se agita, lo que libera el lodo acumulado que se drena del tambor (14) mediante una salida de lodo (62).
9. Disposición para filtrar las partículas presentes en un líquido, que comprende un depósito (12) con una entrada (34; 68) para el líquido a filtrar, un tambor (14) montado de manera rotatoria alrededor de un eje horizontal en el depósito (12), un miembro de filtro (18; 58) sobre la superficie de la carcasa del tambor (14), pudiendo fluir el líquido a través de dicho miembro desde el exterior hacia el tambor para separar las partículas del líquido, una salida del filtrado (31) en el tambor para el líquido limpio, una salida inferior (38) en el depósito para el lodo en forma de partículas separado por el filtro y sedimentado, y un miembro (42; 52; 36) para limpiar el miembro de filtro, caracterizado por un control de nivel (48) dispuesto para iniciar la limpieza del miembro de filtro (18; 58) cuando se alcanza un nivel de líquido predeterminado por encima del tambor (14) en el depósito (12).
10. Disposición de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizada porque el miembro de filtro está en forma de un tamiz de filtro metálico (18) que está sujeto sobre el exterior de una placa de la carcasa (16) perforada del tambor (14).
11. Disposición de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizada porque el tambor (14) tiene un segmento de la carcasa (26) que puede girar para sujetar y liberar el tamiz de filtro metálico (18).
12. Disposición de acuerdo con la reivindicación 9-11, caracterizada porque el miembro de limpieza comprende un miembro separador (42) dispuesto para apoyarse contra el exterior del miembro de filtro (18) cuando el tambor (14) se hace girar para eliminar por rascado el lodo acumulado sobre la superficie del filtro.
13. Disposición de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizada porque el miembro separador (42) está dispuesto para apoyarse contra el exterior del miembro de filtro (18) mediante un sistema de palanca que funciona con un flotador (44, 45).
14. Disposición de acuerdo con la reivindicación 9-11, caracterizada porque el miembro de limpieza comprende topes de arrastre de líquido (52) dispuestos en el interior de la placa de la carcasa (16) del tambor para el retro-lavado del tamiz de filtro metálico (18) cuando se hace girar al tambor
(14).
15. Disposición de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizada porque el miembro de filtro está formado por un lecho (58) de partículas de filtrado que se produce contra el interior de la placa de la carcasa (16) del tambor (14) cuando se hace girar el tambor, teniendo dichas partículas una densidad mayor que el líquido a filtrar, y porque el miembro de limpieza está compuesto por un medio que reduce la rotación del tambor (14) hasta un grado tal que el lecho de partículas (58) se destruye y se agita, lo que libera el lodo acumulado que se drena del tambor (14) mediante una salida de lodo (62).
16. Disposición de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizada porque el lecho de partículas (58) está compuesto por arena.
17. Disposición de acuerdo con la reivindicación 15 ó 16, caracterizada porque el tambor (14) está montado sobre un árbol rotor con un eje de giro hueco (30, 32) en cada pared final del tambor, formando un eje de giro hueco (30) formando la salida (31) para el filtrado, mientras que el otro eje de giro hueco (32) forma la salida (62) para el lodo acumulado en el lecho, pudiendo cerrarse dicha salida (62).
18. Disposición de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizada porque el tambor (14) se llena con partículas de filtrado hasta un nivel directamente por debajo de las salidas (31, 62) en el tambor cuando este último está estacionario.
19. Disposición de acuerdo con la reivindicación 9-18, caracterizada porque una pluralidad de tambores (14) provistos con miembros de filtro se monta de manera rotatoria en el mismo depósito.
20. Disposición de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizada porque se dispone un rascador transportador (50) en el fondo del depósito para transportar el lodo en forma de partículas separado a una salida de lodo.
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