Principio de Filtración

• La filtración se usa para separar partículas sólidas suspendidas en fluidos, ya sean líquidos o gases, mediante un medio filtrante que retiene las partículas sólidas.
• La diferencia de presión a través del medio filtrante es la fuerza impulsora de la separación.
• Los tipos de filtración varían según el mecanismo de separación y el equipo: filtración por membrana, filtración profunda, ultrafiltración o microfiltración.

Principio de Filtración

• Un medio filtrante actúa como barrera física con poros de tamaño específico.
• Los poros del filtro permiten el paso de líquidos o gases, pero bloquean partículas sólidas más grandes.
• La diferencia de presión impulsa la separación, creada por gravedad, vacío, presión aplicada o fuerza centrífuga.
• El fluido pasa por el filtro, dejando partículas sólidas en la superficie o dentro de la matriz.
• El fluido filtrado se conoce como filtrado, y las partículas retenidas forman el residuo o torta de filtración.

Filtración por Gravedad

• Es un método simple donde la gravedad impulsa el líquido a través del medio filtrante.
• Es un proceso lento adecuado para separar partículas sólidas grandes de líquidos.
• Se usa comúnmente papel de filtro en un embudo sobre un recipiente.
• El líquido pasa a través del papel por gravedad, reteniendo los sólidos.
• Es ideal para clarificar soluciones y eliminar impurezas en laboratorios y preparación de alimentos.
• La velocidad depende de la viscosidad, el tamaño de las partículas y las características del papel de filtro.

Filtración al Vacío

• Acelera el proceso aplicando presión reducida en el lado del filtrado.
• Se usa un embudo Büchner, un matraz de vacío y una bomba de vacío.
• El papel de filtro se coloca en el embudo Büchner, sellado al matraz.
• La bomba de vacío crea una presión más baja, acelerando el paso del líquido.
• Es más rápido que la filtración por gravedad y adecuado para partículas finas o viscosas.
• Se utiliza en laboratorios químicos para recolectar productos sólidos cristalinos y preparar muestras para análisis.

Equipos de Filtración

• Embudo Büchner: Embudo de porcelana o vidrio con placa filtrante perforada, utilizado en la filtración al vacío para recolectar sólidos.
• Matraz de vacío o Kitazato: Matraz de vidrio grueso resistente a la presión negativa, usado con el embudo Büchner.
• Papel de filtro: Disponible en varios tamaños de poro, retiene partículas sólidas.
• Bombas de vacío: Reducen la presión en un sistema para acelerar la filtración.
• Membranas de filtración: Películas delgadas con poros controlados, utilizadas en microfiltración, ultrafiltración y nanofiltración para separar partículas pequeñas o macromoléculas.
• Filtros de jeringa: Pequeños filtros desechables unidos a jeringas, para filtrar volúmenes pequeños directamente en un recipiente.
• Sistemas de filtración a presión: Usan presión aplicada para forzar el líquido a través del filtro, empleados en la industria y en la filtración de grandes volúmenes.
• Filtros de cartucho: Contienen un medio filtrante plegado en un cartucho, usados para la filtración de agua y otros líquidos en aplicaciones domésticas e industriales.
• Filtros de lecho profundo: Usan un lecho de material granular (arena, carbón activado) para atrapar partículas sólidas.

Aplicaciones en Laboratorio

• Preparación de Muestras: Elimina partículas que interfieren con análisis químicos o biológicos.
• Esterilización: Membranas de poro pequeño (0.22 µm) eliminan bacterias y microorganismos sin calor.
• Clarificación de Soluciones: Elimina partículas turbias o precipitados, mejorando la claridad óptica.
• Recolección de Productos Sólidos: La filtración al vacío separa y recolecta productos sólidos cristalinos de soluciones de reacción.
• Análisis Gravimétrico: Separa un precipitado de una solución, se seca y se pesa para determinar la cantidad del analito original.
• Cromatografía: La filtración de muestras y disolventes protege las columnas cromatográficas y asegura resultados precisos.

Ventajas y Desventajas

• Filtración por gravedad
  • Ventajas
    • Simple y no requiere equipo especializado.
    • Adecuado para grandes partículas y clarificación general.
  • Desventajas
    • Proceso lento.
    • No es eficaz para partículas muy finas.
• Filtración al vacío
  • Ventajas
    • Más rápida que la filtración por gravedad.
    • Eficaz para partículas finas y sustancias viscosas.
  • Desventajas
    • Requiere equipo especializado (bomba de vacío, matraz de vacío).
    • Puede ser ineficaz para líquidos que contienen sustancias volátiles debido a la evaporación bajo vacío.

Cálculo de Tasas de Filtración

• La tasa de filtración mide la eficiencia, indicando el volumen de filtrado por unidad de tiempo.
• Se calcula: Tasa de Filtración = Volumen de Filtrado / Tiempo de Filtración.
• La tasa de filtración depende de:
  • Área del filtro: Mayor área permite mayor flujo.
  • Diferencia de presión: Mayor diferencia aumenta la tasa.
  • Viscosidad del fluido: Fluidos más viscosos filtran más lentamente.
  • Resistencia del filtro: La resistencia del medio filtrante y la torta acumulada disminuyen la tasa.
• Para optimizar la tasa, se ajustan la presión, la concentración de sólidos y la selección del medio filtrante.
• En la filtración industrial, se usan modelos matemáticos complejos para predecir y optimizar el rendimiento, considerando la formación de la torta y la resistencia variable del filtro.