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La
Technología Patentada VSEP
Mientras que las separaciones por membranas de líquidos ha ganado popularidad
durante los últimos 20 años, la tecnología tiene un talón
de Aquiles común a todas las tecnologías de filtración por
membrana: el ensuciamiento. Esta reducción en capacidad de procesamiento
se debe, sobre todo, a la formación de una capa de límite que se
acumula sobre las membranas por procesos naturales durante el proceso de filtración.
Además de reducir la capacidad de procesamiento, esta capa de límite
funciona como una membrana secundaria que reduce la selectividad nativa del diseño
de la membrana en uso. La incapacidad de evitar la acumulación de sólidos
también ha limitado el uso de la filtración por membranas con bajos
niveles de sólidos.
Figura
1
Para reducir la formación de la capa
de límite, los diseñadores de
los sistemas de filtración por membranas
han utilizado un método que se llama
flujo tangencial o filtración de flujo
cruzado que se basa en el bombeado de líquido
a altas velocidades a través de las
membranas para reducir el efecto del capa de
límite. (Vea la Figura 1). Con este
método, se colocan las membranas de
manera “placa-y-marco,” tubular
o cartucho-espiral a través de los cuales
se bombea rápidamente la sustancia que
desea filtrar.
En diseños de flujo cruzado, no es económico crear fuerzas de cizallamiento
que miden más de 10-15 mil segundos inversos, porque se limita el uso
del flujo cruzado a líquidos de poca viscosidad. Además, las altas
velocidades del flujo cruzado resultan en una reducción del gradiente
de presión de la entrada (alta presión) hasta la salida (una presión
más baja) del sistema que resulta en una obstrucción prematura
de la membrana y una caída de las velocidades de proceso a niveles inaceptables.
Figura
2
Sin embargo, New Logic Research ha desarrollado
un método alternativo para producir
ondas intensas de cizallamiento en la superficie
de una membrana. La técnica se llama “el
proceso realzado de cizalla vibratorio” (Vibratory
Shear Enhanced Processing o VSEP). En un sistema
VSEP, la sustancia se mueve despacio entre
las membranas paralelas. Vibrar vigorosamente
las membranas crea la acción de limpieza
del cizallamiento en una dirección tangente
a la superficie de las membranas (vea la figura
4).
Las ondas de cizallamiento producidas por
la vibración de la membrana hacen que
se levanten los sólidos de la superficie
de la membrana y que se vuelvan a mezclar con
la material mientras que se mueve por el sistema.
Este alto proceso de cizallamiento expone los
poros de la membrana y produce un rendimiento
de procesamiento máximo, lo cual típicamente
es entre 3 y 10 veces superior a lo de los
sistemas convencionales de flujo cruzado (vea
la Figura 2 arriba).
El paquete de filtros VSEP consiste en capas de membrana ordenados como discos
paralelos y separados por juntas. El paquete de filtros se parece a un cambiador
de discos con membranas en cada cara.
Figura
3
El paquete de filtro oscila sobre un muelle
de torsión que lo mueve hacia adelante
y hacia atrás de aproximadamente 3/4
pulgadas (1.9 centímetros). Este movimiento
es similar al agitador de una lavadora pero
ocurre a una velocidad más rápida
que la percibida por el ojo humano.
La oscilación produce un cizallamiento en la superficie de la membrana
de cerca de 150.000 segundos inversos (equivalente a 200 G's de fuerza), aproximadamente
diez veces superior al de los mejores sistemas convencionales de flujo cruzado.
Más importante aún, el cizallamiento en un sistema de VSEP se concentra
en la superficie de la membrana donde es rentable y más útil para
prevenir tapones, mientras que el líquido entre los discos de la membrana
se mueve muy poco.
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Figura 4
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Puesto que VSEP no
depende de la fuerza de cizallamiento
producida por el flujo de la alimentación,
puede filtrar sustancias extremadamente
viscosas con éxito. El concentrado
se extrude esencialmente entre los elementos
de disco que vibran y sale de la máquina
una vez ha llegado al nivel de concentración
deseado. Así, los sistemas de
VSEP pueden ejecutar en un solo paso
a través del sistema, eliminando
la necesidad de tanques, equipo auxiliar
y válvulas asociadas.
El volumen del paquete de filtros de un sistema con 1.400 pies cuadrados (130
metros cuadrados) de área de membrana, no llega a 50 galones (189 litros).
Consecuentemente, la recuperación del producto en procesos de tratamiento
por lotes puede ser extremadamente alta. El desperdicio después de desaguar
el paquete de filtros no llega a 3 galones (11 litros). |
Operación del Sistema VSEP:
Al poner en marcha el sistema VSEP, se alimenta
el VSEP con una mezcla y se cierra la válvula
de concentración. Durante la filtración
los sólidos en la mezcla se acumulan
dentro del paquete de filtro VSEP. Después
de un tiempo programado, la válvula
de concentración se abre para liberar
los sólidos concentrados y acumulados
en el paquete de filtros. La válvula
entonces se cierra para comenzar la filtración
de mezcla adicional. Este ciclo continua indefinidamente.
La selección de la membrana es el
parámetro más importante que
afecta la calidad de la separación.
Otros parámetros importantes incluyen
la presión, la temperatura, el amplitud
de la vibración y el tiempo de residencia.
Todos estos elementos se optimizan durante
pruebas iniciales y se entran en el regulador
programable de lógica (PLC) que controla
el sistema.
Mantiene la presión de operación la bomba de alimentación.
Las máquinas de VSEP pueden funcionar normalmente con presiones de hasta
1.000 psig (68.95 BAR). Mientras que presiones más altas son capaces
de producir ratios de flujo más altos, también utilizan más
energía. Por lo tanto, se utiliza una presión de operación
que optimiza el equilibrio entre el ratio de flujo y el consumo de energía.
En la mayoría de los casos, la temperatura de operación aumenta
los ratios de filtración. La temperatura máxima de operación
de un sistema VSEP estándar es de 175° F (79°C), significativamente
superior a la de las tecnologías competitivas de separación por
membrana. Incluso son disponibles construcciones con temperaturas más
altas.
La amplitud de la vibración y la correspondiente ratio de cizallamiento
también pueden variarse, los cuales también afectan directamente
las tasas de filtración. El cizallamiento es producido por la oscilación
del paquete de filtros. El paquete de filtros oscila típicamente con
una amplitud de 3/4 a 1 1/4 pulgadas (1.9 a 3.2 centímetros). La frecuencia
de la oscilación es aproximadamente 53 hertzios y produce una intensidad
del cizallamiento de cerca de 150.000 segundos inversos.
El tiempo de residencia de la mezcla se fija por la frecuencia con la que se
abre y se cierra la válvula de salida (válvula 1). Aumenta la
concentración de sólidos en la mezcla mientras que siga en la
máquina. De vez en cuando, se añade un producto de limpieza al
paquete de filtros así la oscilación continuada hace que la membrana
se limpie. Este proceso se puede automatizar y sólo consume aproximadamente
50 galones (189 litros) de solución de limpieza, reduciendo los problemas
de verter el producto de limpieza inherente con otros sistemas de filtración
por membranas.
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