Un filtro de carbón activado utiliza un material poroso capaz de retener en su superficie determinadas moléculas e impurezas presentes en el aire, el agua y otros líquidos. Su eficacia depende principalmente de la superficie interna, la estructura de poros, el tipo y la cantidad de carbón, el tiempo de contacto con el fluido y las condiciones de tratamiento.
El carbón activado es un adsorbente carbonoso con una alta porosidad interna y, por lo tanto, una gran superficie interna. Las calidades comerciales de carbón activado tienen una superficie interna de 500 hasta 1500 m2/g. En determinadas aplicaciones industriales, la superficie específica puede alcanzar incluso 2500 m²/g.
Qué es el carbón activado
El carbón activado se caracteriza por un tratamiento especial. Concretamente, se expone a dióxido de carbono o vapor a una temperatura muy alta. Este proceso transforma el carbón, que desarrolla una vasta estructura de poros diminutos, aumentando considerablemente la superficie disponible para captar moléculas.
Esta transformación convierte al carbón activado en un material filtrante extremadamente eficaz. Además, los filtros de carbón activo suelen mejorarse mediante tratamiento químico para optimizar su capacidad de captación de contaminantes específicos.
El principio de funcionamiento de los filtros de carbón activado se basa en la utilización de la especial capacidad de este material para retener determinadas sustancias químicas en su superficie. Observados al microscopio, los carbones activados están formados por una serie de túneles que se van haciendo cada vez más pequeños.
Esta estructura les permite tener una superficie específica muy elevada, incluso de hasta 2500 m²/g, dividida en macroporos (>500 Angstrom), mesoporos (20-500 Angstrom) y microporos (0 - 20 Angstrom): esto permite utilizarlos como elemento filtrante para el tratamiento de emisiones gaseosas, ya que los contaminantes que los atraviesan quedan retenidos en los microporos de la superficie del carbón depurando así el efluente.
Características principales del carbón activado
Tiene características únicas: tal como un área de superficie interna grande, propiedades químicas dedicadas (superficiales) y buena accesibilidad a los poros internos. La distribución del tamaño de poro es muy importante para la aplicación práctica; el mejor ajuste depende de las moléculas a atrapar, la fase (gas, líquido) y las condiciones de tratamiento.
La estructura de poros deseada de un producto de carbón activado se logra combinando la materia prima y las condiciones de activación correctas. El carbón activado, el material colocado en el interior del filtro para retener en su superficie los contaminantes en fase gaseosa, pierde sus propiedades de adsorción una vez que alcanza el punto de saturación y debe ser regenerado o eliminado.
Distribución y tamaño de los poros
La distribución de los poros determina qué moléculas pueden penetrar y quedar retenidas en el material. Los macroporos facilitan la entrada de los contaminantes, los mesoporos favorecen el transporte hacia el interior y los microporos proporcionan una parte esencial de la superficie de adsorción.
El mejor ajuste depende de las moléculas a atrapar, la fase (gas, líquido) y las condiciones de tratamiento. Por ello, no existe un único carbón activado adecuado para todas las aplicaciones: el producto debe seleccionarse según el contaminante, la concentración, el caudal y el tipo de fluido.
Formas comerciales
En relación con el tipo de aplicación, existen tres grupos principales:
| Tipo de carbón activado | Tamaño de partícula |
|---|---|
| Carbón activado en polvo | 1 - 150 μm |
| Carbón activado granular | 0.5 - 4 mm |
| Carbón activado extruido | 0.8 - 4 mm |
El carbón activado granular (GAC) se usa principalmente en lechos de filtro fijos y el método de regeneración de carbón activado más común es la activación térmica. Esto se realiza en tres pasos principales, comenzando con el secado, luego el calentamiento y finalmente la gasificación orgánica residual por gas oxidante (vapor o dióxido de carbono).
Cómo funciona un filtro de carbón activado
Como su nombre indica, este tipo de filtro utiliza carbón activado para capturar las partículas contaminantes, que quedan atrapadas en los poros del carbón. El carbón activado actúa como un imán, atrayendo y reteniendo las moléculas e impurezas del aire.
La superficie del carbón activado cuenta con poros que actúan de filtro. Cuando las partículas y agentes externos pasan a través del filtro el carbón activado las adsorbe. Es decir, las moléculas o iones de una sustancia quedan retenidos en la superficie del carbón activado.
El funcionamiento de un filtro de carbón activado es bastante sencillo. El aire que se desea purificar entra en el sistema de ventilación, entra en contacto con los filtros y atraviesa el carbón activo.
Se produce una reacción química: las partículas finas del aire se adhieren a la superficie del carbón activado, que tiene una gran superficie de poros diminutos. Son estos poros, creados por el proceso descrito anteriormente, los que capturan las partículas finas y liberan el aire purificado.
Funcionamiento en instalaciones industriales
Los filtros de carbón activado se diseñan de forma que el efluente a depurar sea conducido al interior de un depósito en el que existe un tabique, horizontal o vertical, por el que está obligado a pasar, evitando los pasos preferentes o alternativos.
Sobre este tabique se coloca el carbón activado, seleccionado en función de sus diferentes propiedades y capacidad de adsorción, que asimila las partículas contaminantes presentes en el flujo y las fija en las cavidades porosas.
Una vez que han penetrado profundamente en la estructura del material, los contaminantes ya no pueden salir, excepto en condiciones particulares, por ejemplo, a través del proceso de regeneración con vapor o gas inerte.
Esta característica implica que, según el tipo y el tamaño de la instalación, es posible elegir si se prevé la regeneración del carbón in situ, utilizando vapor o gas inerte (instalaciones de recuperación de disolventes), u optar por la sustitución de la carga de carbón activado cuando se alcanza el límite de saturación.
Adsorción y filtración mecánica
Los cartuchos de filtro de carbón activo son cartuchos que funcionan a través de las propiedades físico-químicas del carbón activado (adsorción), y en algunos casos asociados a la acción mecánica de diferentes materiales filtrantes.
El carbón activado no funciona únicamente como un tamiz convencional. Su principal mecanismo consiste en la adsorción, es decir, la fijación de moléculas o iones sobre la superficie interna del material. La filtración mecánica complementaria puede retener sedimentos y partículas suspendidas, pero no sustituye la capacidad adsorbente del carbón.
Además, para optimizar su eficacia, el filtro de carbón activo puede utilizarse en sinergia con otro filtro (G4, por ejemplo). La idea es evitar que las partículas gruesas lleguen al carbón activo, para no saturarlo y obstruir los poros, y mantener así su eficacia durante más tiempo.
Estas partículas gruesas incluyen:
- Polvo.
- Esporas de moho.
- Fibras de madera, textiles y cartón.
- Pelo de animales.
Filtros de carbón activado para aire
De media, el aire que respiramos en interiores está entre 5 y 10 veces más contaminado que el aire exterior. Si tenemos en cuenta que pasamos más del 80% de nuestro tiempo en estos espacios, y si conocemos los efectos de esta contaminación interior en nuestra salud, es fácil ver por qué tiene sentido utilizar un sistema de filtración de aire.
Existen varios tipos de filtros, que pueden clasificarse en función de su eficacia, especialmente según la norma ISO 16890. Los filtros de carbón activado se destinan principalmente a la reducción de olores, compuestos orgánicos volátiles y determinadas sustancias químicas presentes en fase gaseosa.
Contaminantes retenidos del aire
El uso de un filtro de carbón activado ofrece muchas ventajas, entre ellas la eliminación de contaminantes no deseados. Estos contaminantes incluyen:
- Sulfuro de hidrógeno.
- COV (acetona, benceno, estireno, etanol, percloroetileno, etc.).
- Amoníaco.
- Aromáticos.
Los filtros de carbón activado utilizan las propiedades de adsorción de este material en particular, que es capaz de retener en su superficie los compuestos volátiles olorosos y los COV para su reducción en aplicaciones con flujo limitado y bajas concentraciones.
Los filtros de carbón activado se usan para la reducción de olores, de COV y de sustancias químicas volátiles especiales de difícil tratamiento, como los organosilicatos.
Tipos de filtros de carbón para aire
Hablamos de filtros de carbón, pero hay varias categorías.
Filtros de carbón ordinario
Este tipo de filtro de carbón retiene hasta el 45% de las partículas finas.
Filtros de carbón de larga duración
La diferencia con los filtros de carbono ordinarios es doble:
- Los filtros de carbón de larga duración eliminan hasta el 70% de las partículas finas.
- Son menos nocivos para el medio ambiente porque tienen una vida útil más larga y, por tanto, hay que sustituirlos con menos frecuencia.
Filtros de carbón regenerador
Es el tipo de filtro de carbón más eficaz, ya que captura hasta el 85% de las partículas finas. También tienen una vida útil más larga y pueden limpiarse, por lo que pueden utilizarse varias veces.
Filtros de carbón activado para agua
Los filtros de carbón activo están formados por un medio filtrante con base carbón poroso que se encarga de atrapar y absorber los contaminantes del agua principalmente orgánicos y químicos. Es un compuesto de alta eficiencia que se utiliza para la purificación del agua desde hace varios años dando excelentes resultados en el tratamiento de agua potable y aguas residuales.
Es común utilizar filtros de carbón activado para el tratamiento de aguas industriales y de pozo debido a que se trata uno de los compuestos más utilizados y con mayor rango de aplicación en los proyectos de ingeniería de aguas.
Contaminantes que pueden reducirse
El carbón activado se usa para la eliminación de distintos elementos del agua:
- Mal olor y sabor del agua.
- Cloro.
- Sedimentos y compuestos orgánicos.
- Benceno.
- Compuestos de solventes de trihalometano.
- Químicos orgánicos volátiles: pesticidas, herbicidas y químicos artificiales.
Filtro carbón activo que reduce el olor, color y mal sabor a cloro, contaminantes orgánicos como herbicidas, pesticidas y metales como el plomo, el mercurio, etc.
Aplicaciones en el tratamiento de agua
Los sistemas de carbón activo tienen un amplio rango de aplicación en el tratamiento de aguas:
- Planta potabilizadoras de agua: El carbón activo se encarga de retener plaguicidas, materia orgánica, toxinas, algunos químicos y olor y sabor del agua potable de pozos, ríos, lagos y lluvia. Con este proceso se obtiene un agua sin olor ni sabor apta para su desinfección y consumo humano, animal o riego.
- Filtro declorador: Los filtros de carbón activado se utilizan como sistema para quitar cloro del agua cuando es necesario, favoreciendo a procesos industriales y purificación de aguas para riego y agricultura.
- Reutilización de aguas grises y residuales: Este tipo de equipos de tratamiento de agua con carbón se utilizan en el tratamiento de aguas residuales gracias a su capacidad de reducción de químicos, DQO y color de aguas grises y residuales, favoreciendo a su reutilización para riego y limpiezas o vertido.
- Quitar olor y sabor del agua: El carbón activado es un compuesto químico especialmente diseñado para la absorción de olores y sabores desagradables del agua de pozos, ríos o estancada. Favoreciendo a su adecuación para el consumo humano.
Prefiltración, postfiltración y tiempo de contacto
Las características básicas para evaluar la eficiencia de un filtro de carbón activo son las siguientes:
Prefiltración
Tratamiento de agua con antelación por medio de una filtración previa, esta acción se realiza con el objetivo de preservar y extender por más tiempo la eficiencia y durabilidad del carbón.
Rendimiento de absorción del carbono
Está determinado por la calidad y cantidad de carbono utilizado. También el tiempo de contacto con el agua tendrá un impacto muy importante en el resultado final.
De hecho cuanto más tiempo permanezca el agua en contacto con el carbono, más fuerte será el efecto de adsorción del carbón y la purificación del agua.
Postfiltración
Tratamiento de agua a través de una filtración posterior, esta acción permitirá un tratamiento posterior del propio agua eliminando cualquier residuo de polvo de carbón en suspensión.
La existencia de estos tres elementos anteriormente citados sin duda alguna reducirá el caudal, lo que teniendo en cuenta el mecanismo de acción del filtro carbón activo, se considera indispensable si desea obtener los máximos resultados.
Por tanto, cuando elige un filtro de carbón activo debe tener en cuenta una pérdida de caudal, lo que es sinónimo del buen funcionamiento del proceso de filtrado.
Parámetros técnicos de funcionamiento
El tiempo de contacto requerido, el tamaño de los recipientes de filtro, las instalaciones de llenado y vaciado y las medidas de seguridad son algunos de los aspectos importantes que deben considerarse para que un filtro de carbón activado sea eficiente.
El proceso de filtración se basa en el paso del agua a tratar a presión por el interior del equipo creando una sobrepresión en el interior del mismo y haciendo que exista un tiempo de contacto suficiente entre el agua y el lecho de carbón activo para favorecer a la filtración y absorción de los compuestos que se desean eliminar como herbicidas, cloro, pesticidas, olores y sabores del agua.
Nuestros equipos de filtrado trabajan con un medio filtrante de carbón activo mineral a una presión de trabajo máxima de 10 bares, siendo 3 bares la presión de trabajo idónea para que el filtro funcione correctamente y tenga una larga vida útil.
Para seleccionar el filtro IMA water adecuado es necesario conocer el caudal del agua que sea necesario tratar con el mismos- En base a este caudal existe una amplia gama de tamaños de filtros de carbón que abarcan diámetros de 300 mm a 1600 mm.
| Parámetro | Valor indicado |
|---|---|
| Presión de trabajo máxima | 10 bares |
| Presión de trabajo idónea | 3 bares |
| Diámetro de filtración | 300 mm a 1600 mm |
| Caudal de aplicación | 0.5 m3/h hasta 6000 m3/h |
Vida útil, saturación y regeneración
El carbón activado tiene una cierta vida después de la cual no puede eliminar las impurezas y, por lo tanto, debe eliminarse y reemplazarse.
El carbón activado pierde sus propiedades de adsorción una vez que alcanza el punto de saturación y debe ser regenerado o eliminado. La duración depende de la cantidad y el tipo de contaminantes, el caudal, el tiempo de contacto, la calidad del carbón y las condiciones de funcionamiento.
Cuando se observe que el carbón activado a agotado su capacidad de absorción este deberá sustituirse por una nueva carga. El tiempo de sustitución estará relacionado con las características del agua a tratar pudiendo varias entre varios meses o años.
Como ejemplo para poder tener un orden de sustitución, para un agua de pozo estándar presente en la naturaleza se recomienda sustituir la carga cada 2-3 años.
Retrolavado
Es un mito que el carbón activado se puede regenerar mediante un simple lavado a contracorriente. El retrolavado solo elimina el material atrapado y reclasifica el lecho filtrante.
Por ultimo cuando el filtro se ha ensuciado tras varios días o semanas de tratamiento, este realizara un contra lavado para eliminar cualquier compuesto que se haya depositado en el medio filtrante y de este modo poder seguir trabajando no sienda necesaria la sustitucion del carbon hasta que este haya agotado sus caracteristicas.
El retrolavado puede ayudar a retirar materiales depositados y mantener el lecho operativo, pero no restablece por sí mismo la capacidad de adsorción agotada.
Regeneración térmica
El método de regeneración de carbón activado más común es la activación térmica. Esto se realiza en tres pasos principales, comenzando con el secado, luego el calentamiento y finalmente la gasificación orgánica residual por gas oxidante (vapor o dióxido de carbono).
Normalmente, reemplazar el lecho de carbono resulta más barato ya que los principales fabricantes de carbono están en Europa.
Filtros de carbón activado según su construcción
Carbón granular en lechos fijos
El carbón activado granular (GAC) se usa principalmente en lechos de filtro fijos. Este formato permite colocar una carga de carbón en el interior de un recipiente y hacer pasar el aire o el agua a través del lecho.
El rendimiento depende de que el flujo atraviese uniformemente el material, sin canalizaciones, pasos preferentes o derivaciones que reduzcan el contacto entre el fluido y el carbón.
Filtros sinterizados de polvo de carbón
El medio filtrante consta de un bloque de carbón sinterizado de alta pureza con un prefiltro de PP hilado integrado en un resistente armazón con una tapa final reforzada.
Sus características más importantes son una amplia compatibilidad con sustancias químicas; la ausencia de fluidización, canalización y derivación; la gran superficie de carbono, y la tapa reforzada.
Se pueden utilizar para la reducción del color en agua embotellada, la eliminación de COV del agua, la reducción del ozono, la reducción orgánica del baño de chapado y la eliminación de residuos de aceite y olores.
Filtros de fieltro de carbón enrollado
El medio filtrante consta de varias capas de fieltro de poliéster de carbono activo impregnado con prefiltro de PP hilado integrado en una caja robusta con tapa final reforzada.
Sus características más importantes son la baja caída de presión; la gran superficie de carbono; la ausencia de fluidización, canalización o derivación, y la reducción del contenido de aceite a <0,003mg g/m3.
Se pueden utilizar para el filtrado de aire comprimido y nitrógeno, la eliminación de vapor de aceite después de la etapa coalescente, la prefiltración antes de equipos sensibles al aceite y la eliminación de hidrocarburos en áreas de baja calidad del aire.
Características técnicas de un cartucho de carbón activo
Los cartuchos de carbón activo pueden combinar un medio adsorbente con capas de prefiltración y postfiltración. Estas capas retienen partículas finas de carbono y partículas suspendidas, además de regular el flujo de agua.
| Característica | Especificación |
|---|---|
| Material filtrante | CARBÓN ACTIVO |
| Material activo | Cáscara de coco |
| Configuración | EXTRUSIONADO EN BLOQUE |
| Pre-filtración | PES |
| Post-filtración | PES |
| Altura | 9"3/4-20" |
| Diámetro interior | 26 mm |
| Diámetro exterior | 72 mm |
| Pre-filtración micrón | 10 |
| Rendimiento | 95% |
| Presión máxima de trabajo | 8 bar |
| Diferencial máximo de presión | 0,8 bar |
| Temperatura máxima de trabajo | 50ºC |
Aplicaciones industriales
Los filtros de carbones activados son soluciones flexibles, que suelen aplicarse para concentraciones de contaminantes y caudales limitados, en diversos sectores, como químico farmacéutico tratamiento de residuos revestimiento y pintura adhesivos.
Los filtros industriales de carbón activado pueden incorporar una estructura totalmente sellada y construida también con aceros adecuados (AISI 304, 316, etc.).
Entre las características de determinadas instalaciones se encuentran la reducción de la complejidad tecnológica, la facilidad de gestión y uso de la instalación, el bajo mantenimiento, el cuadro eléctrico con PLC y teleasistencia y el sistema de medición de la capacidad de adsorción residual para asegurar el funcionamiento correcto de la instalación.
También pueden incluir sistemas de inertización y protección contra incendios para su aplicación con contaminantes especialmente peligrosos como el MEK.
Selección de la instalación
La selección debe considerar el contaminante, la fase en la que se encuentra, el caudal, la concentración, el tiempo de contacto requerido, la superficie disponible y la posibilidad de sustituir o regenerar el carbón.
En aplicaciones industriales, el diseño puede adaptarse a restricciones de espacio y puede incluir una solución aplicable con contaminantes no orgánicos, olores, amoníaco o ácido sulfhídrico.
La capacidad de adsorción residual es un parámetro importante para determinar cuándo el material se aproxima a la saturación y debe regenerarse o sustituirse.
Ventajas y limitaciones
Ventajas
- Alta superficie interna disponible para la adsorción.
- Buena accesibilidad a los poros internos.
- Capacidad para reducir olores, sabores, cloro y diversos compuestos orgánicos.
- Aplicación en aire, agua, gases y líquidos.
- Disponibilidad en polvo, gránulos y bloques extruidos.
- Posibilidad de utilizar prefiltros y postfiltros para mejorar el rendimiento.
- Aplicación en equipos domésticos, comerciales, industriales y municipales.
- Posibilidad de regeneración térmica en determinadas instalaciones.
Limitaciones
- La capacidad de adsorción es limitada y disminuye cuando el carbón alcanza la saturación.
- El retrolavado no regenera la capacidad adsorbente del carbón.
- Las partículas gruesas pueden obstruir los poros y acelerar la saturación.
- El tiempo de contacto insuficiente reduce la eficacia de tratamiento.
- La sustitución o regeneración debe planificarse según las condiciones de operación.
- El caudal puede reducirse cuando se incorporan etapas de prefiltración y postfiltración.
Qué debe tenerse en cuenta al elegir un filtro
Para elegir correctamente un filtro de carbón activado es necesario relacionar las características del material con el uso previsto. La distribución del tamaño de poro debe corresponder a las moléculas que se desean retener y a la fase del tratamiento, ya sea gas o líquido.
También deben evaluarse el tiempo de contacto requerido, el tamaño de los recipientes de filtro, las instalaciones de llenado y vaciado y las medidas de seguridad.
En el tratamiento de agua, la prefiltración protege el carbón frente a los sólidos, el tiempo de contacto determina en gran medida la adsorción y la postfiltración elimina posibles residuos de polvo de carbón en suspensión.
En el tratamiento del aire, el carbón activado resulta especialmente adecuado para olores, COV y sustancias químicas volátiles, mientras que las partículas gruesas deben retenerse previamente para evitar la obstrucción de los poros.
Cuando se alcanza la saturación, el carbón debe regenerarse mediante un procedimiento apropiado o eliminarse y sustituirse por una nueva carga.
Así funciona un filtro de carbón activado para quitar el cloro del agua| Oasis exprés
tags: #filtro #de #carbon #activado #caracteristicas
Publicaciones populares:
- Explicación de por qué el esmalte se desmineraliza a pH 5
- Nemo de Citroën: diagnóstico de fallos y limpieza de filtros
- Descubre la Mascarilla del Ejército del Aire con escarapela y roquisqui
- Guía de limpieza del filtro HEPA de Polti Lecoaspira
- Orígenes y peligros del cóctel máscara de gas: opciones seguras con burbujas