La filtración en los procesos químicos

Filtración de café

Con frecuencia, los procesos químicos requieren la separación de compuestos de un determinado sistema, ya sea en la fabricación de fármacos, en la síntesis de un compuesto inorgánico o en el refinado de metales. Dicha separación depende del objetivo del proceso y puede variar desde métodos de destilación hasta la separación por cromatografía en columna, por ejemplo. Sin embargo, un método simple y comúnmente utilizado es la filtración.

¿Qué es la filtración y para qué sirve?

La filtración es un proceso de separación de sólidos y líquidos realizado mediante el uso de un filtro poroso que, según sus especificaciones, puede retener partículas de diferentes tamaños. Este método de separación de mezclas es antiguo, y sus primeras aplicaciones datan del año 2000 a.C., en un sistema hecho de roca caliza porosa con el fin de purificar el agua en la región de Egipto. Desde entonces, con la llegada de nuevas tecnologías y el avance del conocimiento científico, se han desarrollado filtros más eficientes y específicos para cada proceso.

Además, la filtración no se utiliza solo en el ámbito químico; también tiene aplicaciones más generales, como en la preparación del café o en una de las etapas del tratamiento de agua, por ejemplo.

Figura 1. Ejemplos de procesos cotidianos que utilizan la filtración. A la izquierda, la preparación del café; a la derecha, el tanque de filtrado utilizado en las plantas de tratamiento de agua. Fuentes: NaturalTec, Blog do Enem.

Tipos de filtración

En general, existen dos tipos más comunes de filtración: la simple y la al vacío. En el proceso de refinado de metales, ambas se utilizan ampliamente, y la elección del método ideal depende del tipo de sustancia que se manipula, el tiempo disponible para la etapa y otros factores.

• Filtración simple — El sistema de filtración simple puede montarse con solo un papel de filtro, un embudo de vidrio y una pieza de vidrio adecuada para recibir el filtrado (normalmente se utiliza un matraz Erlenmeyer).

  
  

Figura 2. Sistema de filtración simple.

El papel de filtro utilizado también depende del objetivo del método y puede ser cuantitativo o cualitativo. El papel cuantitativo se emplea cuando interesa la masa del residuo separado para cálculos posteriores, algo muy común en análisis gravimétricos y de química cuantitativa. El segundo tipo se utiliza para filtraciones generales, cuyo objetivo es únicamente separar —y no cuantificar— el sistema “papel + residuo” resultante de la separación. Además, ambos tipos de papel tienen gramajes diferentes, por lo que conviene prestar atención a parámetros como la dureza de la muestra y la eficiencia de filtrado esperada para elegir correctamente. (¡Atención! El filtro de café no es una alternativa a los papeles de filtro de laboratorio, ya que tiene orificios a lo largo de su “costura” que permiten el paso del sólido, haciendo ineficiente la filtración.)

Cabe destacar que este tipo de filtración es más lenta, ya que el líquido fluye únicamente por la acción de la gravedad. Sin embargo, cambiar el pliegue del papel de la forma simple a la plegada aumenta la superficie de contacto entre el sólido y la interfaz de separación, acelerando un poco el proceso.

Figura 3. Cómo obtener los pliegues simples y plegados del papel de filtro, respectivamente.

• Filtración al vacío — A diferencia de la filtración simple, el proceso de filtración al vacío cuenta, además de la acción de la gravedad, con el vacío en el recipiente situado debajo del filtro. Esto provoca una diferencia de presión entre los medios externo e interno, haciendo que el proceso sea mucho más rápido y que el papel de filtro quede más seco al final.

  
  

  En cuanto al montaje del sistema, el aparato necesario es algo más complejo que el utilizado para la filtración simple. En este caso, se necesita un matraz kitasato, un embudo Büchner (que se coloca sobre el kitasato), papel de filtro, una junta de goma y una manguera (utilizada para conectar el kitasato a la fuente de vacío) y una bomba de vacío. En algunos casos, se recomienda el uso de un frasco lavador de gases (o “trap”) para evitar que los líquidos entren en la bomba de vacío y afecten su funcionamiento. De este modo, el trap se conecta entre la salida del kitasato y la fuente de vacío, como se muestra en la Figura 4.

Figura 4. Sistema de filtración al vacío sin lavador de gases (1) y con lavador de gases (2).

Cuidados generales en el proceso de filtración

Al igual que en cualquier otro proceso realizado en el ámbito químico, es esencial seguir y verificar ciertos parámetros para garantizar la eficiencia de la filtración y la separación ideal entre el filtrado y el residuo.

En la filtración al vacío, es necesario comprobar que todo el papel de filtro esté en contacto con la superficie del embudo Büchner, sin burbujas ni pliegues, ya que estas interferencias impiden el sellado completo y la presión ideal generada por el vacío. Además, la punta del embudo debe estar orientada en sentido contrario a la salida del vacío, para minimizar la pérdida de filtrado por succión.

Otra duda frecuente en el refinado es si la filtración puede realizarse con líquidos calientes, y la respuesta es no. Se recomienda filtrar el líquido únicamente cuando esté a temperatura ambiente; de lo contrario, se pueden generar vapores ácidos que serían aspirados hacia la bomba de vacío (reduciendo su vida útil), y el ácido puede atacar y reaccionar con el papel de filtro, provocando obstrucción y una mayor lentitud del proceso.

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