Filtro prensa vs filtro de banda: humedad, ciclo y mano de obra
Elegir entre un filtro prensa y un filtro de banda suele plantearse como una cuestión de humedad, y eso es solo la mitad. Sobre el mismo residuo de lixiviación, un filtro prensa de membrana con soplado de aire termina típicamente en 8–20% de humedad, mientras que un filtro de banda o de tambor a vacío termina en 18–35%. Esa diferencia cambia el número de camiones, la penalización del fundidor y el agua que se repulpa de vuelta al circuito. Oculta en ese planteamiento está el precio: tiempo muerto en cada ciclo y un operador comprometido con la máquina y no con la planta.
La razón física es estrecha. Ambos impulsan el líquido a través de una tela, siguen la misma relación de Darcy y, sobre los mismos sólidos, necesitan un área por tonelada similar. Difieren en geometría y en tiempo. Un filtro prensa comprime una torta delgada en cámaras cerradas a una presión de alimentación típica de 0.6–1.6 MPa y después puede aplicar prensado por membrana y soplado de aire, que es como alcanza humedad de un solo dígito. Un filtro de banda o de tambor aspira el líquido a través de una torta de 5–30 mm sobre una tela en movimiento, con un vacío típico de −0.05 a −0.08 MPa, y nunca se detiene para descargar. Gran fuerza impulsora y servicio por lotes frente a baja fuerza impulsora y servicio continuo: sequedad y claridad frente a escalonado de lavado y disponibilidad.
Comparación
| Criterio | Filtro prensa de placas y marcos / de membrana | Filtro de banda o de tambor a vacío | Qué determina |
|---|---|---|---|
| Operación | Por lotes: llenado, prensado, exprimido, soplado, apertura, descarga, cierre | Continua | Si el proceso aguas abajo necesita capacidad de amortiguación |
| Fuerza impulsora | Bomba de alimentación y membrana, típicamente 0.6–1.6 MPa | Vacío, típicamente −0.05 a −0.08 MPa | Techo de humedad y retención de finos |
| Humedad típica de la torta | 8–20% con prensado por membrana y soplado de aire | 18–35% | Coste de transporte, penalización del fundidor, viabilidad del apilado en seco |
| Claridad del filtrado | Alta; la tela y la torta en formación actúan como filtro de profundidad | Moderada; los finos se escapan al inicio de cada ciclo | Si el filtrado necesita pulido antes de SX |
| Sólidos en la alimentación | 1–40% w/w; los sólidos gruesos solo necesitan un llenado más largo | Normalmente por encima de 10%, o no se forma torta | Si se requiere espesamiento previo |
| Tiempo no productivo | Dentro del ciclo: típicamente 15–35% de él | Ninguno; la tela se limpia en el recorrido de retorno | Área instalada frente a área calculada |
| Agua de lavado | Poca por tonelada, pocas etapas de desplazamiento | Mucha por tonelada, fácil de escalonar a contracorriente | Balance de agua, carga de efluentes, pureza alcanzable |
| Mano de obra | Atendido en cada ciclo | Supervisión y continuo | Coste operativo y plantilla |
| Límites de materiales | PP, PVDF, 316L o acero recubierto; partes húmedas estándar hasta H2SO4 150 g/L, sin cloruros | Tanques de PP típicamente hasta 90 °C y −0.098 MPa | Si la temperatura o el cloruro obligan a una construcción mejorada |
| Falla dominante | Cegado de la tela, fugas de juntas, daño de placas por cierre desigual | Pérdida de vacío por desalineación de la tela, tela perforada, agrietamiento de la torta | Stock de repuestos y cualificación del mantenimiento |
De dónde viene la diferencia de humedad
Un filtro prensa elimina el agua en tres etapas. El llenado y el prensado consolidan la torta y expulsan el líquido libre entre partículas. Una membrana la comprime contra un marco rígido y cierra los huecos que la presión de bomba no alcanza. El soplado de aire desplaza después el líquido de la red de poros, y es el soplado, más que la membrana, lo que lleva un residuo fino por debajo de aproximadamente 15%. Si se elimina, un filtro prensa de cámaras se detiene en 18–25%, el mismo terreno que un filtro de banda bien operado. La comparación real es filtro prensa con membrana y soplado frente a filtro de banda, y esas son las dos características que se recortan cuando el presupuesto se aprieta.
Tiempo de ciclo: el tiempo muerto se paga dos veces
El rendimiento es el volumen de cámara multiplicado por la concentración de sólidos y dividido por el tiempo de ciclo, pero la máquina solo filtra durante una parte de ese ciclo. Si llenado, prensado y soplado toman 45 minutos y la apertura, la descarga, el lavado y el cierre toman 15, filtra el 75% del tiempo, así que el área instalada debe ser 1/0.75, es decir, unas 1.33 veces lo que da un cálculo solo de filtración. Dimensionar con un número de prueba de hoja sin ese factor es la causa más común de que un filtro prensa nuevo quede 25–30% corto; la aritmética está en el cálculo detallado del ciclo y el rendimiento del filtro prensa.
Efecto de segundo orden: la apertura y el cierre se alargan a medida que crece el paquete de placas, así que el tiempo muerto crece con el área. Pasado cierto número de cámaras, las placas adicionales ya no recuperan el tiempo; la salida es una segunda máquina desfasada, o un paquete de membranas que acorte la fase de prensado.
Mano de obra medida por tonelada seca
Los minutos atendidos por ciclo son más o menos fijos para un tamaño de placa dado: el operador abre, desprende la torta, lava la tela y cierra, y el número de placas cambia ese tiempo mucho menos que proporcionalmente. La mano de obra por tonelada son los minutos atendidos divididos por las toneladas secas por ciclo: duplicar el volumen de cámara la reduce a la mitad, duplicar la frecuencia de ciclo no. Un filtro prensa pequeño es intensivo en mano de obra, uno grande no lo es, y por eso el cruce con un filtro de banda es una cuestión de tonelaje, no de gusto.
El filtro de banda lleva supervisión en lugar de atención —alineación de la tela, vacío, caudal de agua de lavado, estado de la tela— sin trabajo por ciclo. Con poco tonelaje ese supervisor es un coste fijo que el filtro prensa evita; con tonelaje alto, la mano de obra por tonelada del filtro prensa cae por debajo. La tarea oculta del filtro prensa es el lavado de la tela: una tela cegada reduce el rendimiento a la mitad y sube la humedad a cualquier presión, y quien lo nota primero es el operador, no la instrumentación. Las configuraciones de los filtros prensa de placas y marcos a escala piloto muestran la escala a la que esa atención se vuelve asequible.
La eficiencia de lavado es otra cuestión
Si la especificación es una torta con bajo sulfato o bajo cloruro, la métrica es el soluto residual en el licor arrastrado, no el contenido de agua. Un filtro prensa lava por desplazamiento en una cámara cerrada con alta concentración de sólidos: poca agua por tonelada, pero las etapas de desplazamiento están limitadas por la geometría de la cámara y por cuántas caben en un ciclo asequible. Un filtro de banda lava una torta delgada sobre una longitud de drenaje larga y puede escalonarse a contracorriente, alcanzando menor soluto residual a cambio de dos a tres veces el agua de lavado.
El intercambio es explícito. Balance de agua ajustado, pureza moderada: filtro prensa. Soluto residual ajustado, agua barata, proceso continuo aguas abajo: filtro de banda escalonado. Seleccionar por humedad cuando el requisito es pureza es cómo una planta compra la máquina más seca y luego un tanque de repulpado que nunca presupuestó.
Dónde falla cada máquina
- Finos por debajo de unos 5 µm, o sólidos gelatinosos y compresibles. El filtro prensa se ciega, el de banda llora finos y ninguno mantiene su ciclo nominal. La respuesta correcta es body feed (alimentación de cuerpo) o un tambor con precoat, no un filtro prensa más grande; un decantador es la otra salida.
- Alimentación que oscila en sólidos, o partículas gruesas de sedimentación rápida. El filtro prensa lo absorbe con un llenado más largo; la tela del filtro de banda se desalinea, la torta se adelgaza y el vacío se derrumba.
- Pulpa caliente. Los receptores de vacío de PP suelen estar nominalmente hasta unos 90 °C, así que una descarga de lixiviación a 95 °C obliga a otro material de receptor o a una etapa de enfriamiento; un filtro prensa en acero recubierto o 316L no se ve afectado.
- Cloruro. Las partes húmedas estándar suponen licor sin cloruros y H2SO4 hasta 150 g/L. Por encima de aproximadamente 200 mg/L de cloruro el paquete pasa a dúplex, titanio o revestimiento: un cambio de estructura de costes, no de selección.
- Torta que hay que manipular. Transportada por banda, por camión o apilada, el filtro prensa gana sin discusión y no vale la pena evaluar el de banda.
Secuencia de selección
- ¿Qué limita el paso aguas abajo: humedad, soluto residual o ambos? Si son ambos, estás en el problema del escalonado de lavado y el filtro de banda vuelve a entrar en juego.
- ¿Puede el proceso aguas abajo tolerar un lote? Si no puede amortiguar, toma la máquina continua y deja de comparar.
- ¿Cuál es el tonelaje seco en diseño y en la reducción de carga del primer año? Por debajo de aproximadamente 1 t/h domina la penalización de mano de obra del filtro prensa; comparte un filtro prensa o toma el de banda.
- ¿Qué fracción de la PSD está por debajo de 10 µm? Por encima de aproximadamente 20% de finos, descarta el filtro de banda y prueba el filtro prensa con body feed.
- ¿Cuáles son la temperatura de la pulpa y el nivel de cloruro? Por encima de 90 °C o de 200 mg/L de cloruro, fija primero el paquete de partes húmedas.
- ¿Está ajustado el balance de agua? Un balance ajustado te lleva al filtro prensa; un límite de soluto ajustado, a un lavado escalonado en filtro de banda.
- ¿Dimensionará el proveedor a partir de una prueba de hoja con tu propia pulpa? Si no, detente. Una unidad de hoja simple como el filtro de hoja a presión de laboratorio devuelve espesor de torta, tiempo de ciclo y respuesta al lavado en una sola campaña.
Cuando la respuesta es un filtro prensa, la unidad piloto que produce los números suele probar también la tela: 3.5 m² de área y una cámara de 44.1 L completan un ciclo entero con pulpa real y muestran si la torta se desprende limpia. Cuando la respuesta es continua, prueba en una unidad piloto de filtración al vacío nominalmente hasta −0.098 MPa, para ver el comportamiento de la torta sobre una tela que se mueve en lugar de quedarse quieta.
FAQ
¿Qué diferencia de humedad de torta debo esperar entre los dos?
En residuos hidrometalúrgicos, un filtro prensa de membrana con soplado de aire suele quedar en 8–20% y un filtro de banda o de tambor en 18–35% sobre los mismos sólidos; sin membrana ni soplado, un filtro prensa de cámaras se desplaza a la misma banda de 18–25% que el filtro de banda. Toma estos valores como rangos típicos, no como garantías; el contenido de arcilla, la PSD y la viscosidad los mueven varios puntos. Donde el proceso aguas abajo necesita una torta manejable, gana el filtro prensa; donde la torta va a un espesador o a un depósito, gana el servicio continuo del filtro de banda.
¿Vale la pena el prensado por membrana frente a un filtro prensa de cámaras simple?
Normalmente sí cuando el límite de humedad es estricto, y normalmente no cuando no lo es. La membrana añade un circuito hidráulico, más piezas de desgaste y un ciclo más largo, y compra de dos a seis puntos en sólidos compresibles. En un residuo de drenaje libre, la mayor parte del beneficio viene del soplado de aire. Pide ambas configuraciones en el programa de pruebas en lugar de aceptar la opción por defecto del proveedor.
¿Cuánta atención del operador necesita realmente un filtro prensa?
Cuéntala por ciclo de operación, no por turno. Un filtro prensa piloto es genuinamente a dos manos: la apertura, el desprendimiento, el lavado de la tela y el cierre dominan el tiempo atendido, y apenas cambian cuando se añaden placas. Con poco tonelaje esto domina el coste, a menudo más que el ahorro en manejo de torta. Operando 24/7 con un operador por turno, la factura de mano de obra puede superar lo que cuesta la supervisión del filtro de banda.
¿Puede un filtro de banda producir torta de calidad para apilado en seco?
A veces, pero no lo des por hecho. El apilado en seco es un requisito geotécnico tanto como de humedad, y normalmente se cumple con un filtro prensa más soplado de aire. Un filtro de banda al 25% de humedad puede seguir siendo bombeable, o puede desplomarse en el depósito. Prueba la torta para esfuerzo de fluencia y permeabilidad, no solo humedad, antes de comprometer un diseño de relaves con una máquina continua.
¿Qué trabajo de pruebas debe preceder al pedido?
Una prueba de hoja sobre la pulpa real, a la temperatura real, con la tela que se piensa comprar. Da espesor de torta frente al tiempo, resistencia específica, respuesta al lavado y humedad esperada, y es la única base defendible para dimensionar cualquiera de las dos máquinas. Realiza dos especificaciones de tela, porque el cegado vence a ambas. Si el proveedor no la realiza y cotiza desde una tabla genérica, la especificación se está adivinando en lugar de diseñando.
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