Unidad de filtración por membranas de flujo cruzado de laboratorio

La filtración frontal se detiene cuando la torta la detiene. La filtración de flujo cruzado mantiene la alimentación moviéndose a lo largo de la superficie de la membrana en lugar de hacia dentro de ella, de modo que el cizallamiento se lleva los sólidos que se acumulan y el flujo se mantiene estable en un nivel que la torta nunca permitiría. Ese único cambio es lo que hace usable la filtración por membranas con un licor de proceso que lleva sólidos en suspensión de nivel porcentual, y no solo con una corriente de pulido.

El flujo lo fija la presión, hasta que deja de hacerlo

En la primera parte de la curva, duplicar la presión transmembrana duplica el flujo: es la zona controlada por la resistencia de la membrana. Después la curva se aplana, y ese punto es el flujo límite, donde la capa de polarización se vuelve tan densa que más presión no empuja más agua. Trabajar por encima del codo es gastar energía en comprimir la torta, no en filtrar.

La forma de subir el flujo límite no es más presión sino más velocidad de flujo cruzado, que arrastra la capa. Por eso la unidad lleva 1–4 m/s y por eso el caudal de recirculación es la palanca real: la presión se ajusta para operar justo por debajo del codo, no por encima.

Elegir el corte

El corte se elige por lo que hay que retener, no por lo que hay que pasar. Para clarificar un licor con coloides y yeso fino, la microfiltración de 0,14–1,4 µm resuelve; para separar proteínas o polisacáridos, la ultrafiltración de 1–300 kDa; para quitar iones hace falta nanofiltración u ósmosis inversa, que no son el ámbito de esta unidad.

El material importa tanto como el corte. La cerámica tubular tolera pH 0–14 y hasta 95 °C, y se limpia con sosa y ácido a temperatura sin daño; la polimérica, con pH 2–12 y 60 °C, es más barata por metro cuadrado y permite cortes más ajustados, pero su régimen de limpieza es más suave. La pregunta que decide casi siempre es la limpieza, no el tamaño de poro.

La limpieza es parte del diseño, no un añadido

Una membrana no se ensucia solo por la torta: se ensucia por adsorción —orgánicos, hierro, sílice— y por bloqueo de poro por coloides finos. Cada uno se quita con un reactivo distinto, y por eso el protocolo de limpieza debe definirse antes de comprar y no después: sosa para lo orgánico, ácido para lo inorgánico, y una secuencia que no deje el uno neutralizando al otro.

La prueba diagnóstica es comparar el flujo recuperado con agua tras cada limpieza. Si el flujo con agua no vuelve al valor inicial, el ensuciamiento es interno y la limpieza no lo está alcanzando; si vuelve pero el flujo con licor no, el problema es la polarización y hay que subir velocidad.

Qué medir

• Flujo con agua limpia al inicio y después de cada limpieza: es la línea base de la salud de la membrana.
• Flujo con licor a tres presiones, para localizar el codo y no trabajar por encima de él.
• Factor de concentración alcanzado y calidad del permeado a ese factor, no solo al principio.
• Recuperación de soluto en el permeado, que es lo que decide si la etapa es de clarificación o de separación.
• Consumo de reactivo de limpieza por metro cúbico filtrado, que en servicio sucio puede superar el costo energético.
• Caída de presión en el módulo, que anuncia obstrucción de canales antes que pérdida de flujo.

El límite práctico de concentración es un factor de 5 a 20 según la corriente. Más allá, el flujo cae y el paso correcto es evaporación o cristalización: el trabajo de la membrana es reducir el volumen que habrá que evaporar, no sustituirlo.