La inversión en filtros de cartucho para una Estación de Tratamiento de Agua Potable (ETAP) debe plantearse como una solución de filtración a presión destinada a retener partículas y compuestos contaminantes después de las etapas previas de tratamiento. La elección correcta depende de la composición del agua, el caudal necesario, la calidad de filtración requerida, la compatibilidad con la carcasa y el criterio establecido para sustituir los cartuchos.
La filtración a través de filtros de cartucho es una técnica muy utilizada en la eliminación de partículas y compuestos contaminantes contenidos en el agua, teniendo sus principales aplicaciones en las estaciones de Depuración de aguas residuales (Tratamiento terciario o avanzado) y en pre-tratamientos en Desalación y Tratamientos de agua potable (ETAP). La filtración se realiza a presión, permitiendo el paso del agua clarificada y reteniendo las partículas y los compuestos contaminantes no deseados, hasta que el filtro se satura y se necesita llevar a cabo su sustitución por unos nuevos.
Qué es un filtro de cartucho y cómo funciona
Los filtros de cartucho son filtros modulares fáciles de producir que encajan en carcasas y funcionan para eliminar partículas o, en casos menores, productos químicos del agua. Los filtros de cartucho están diseñados para eliminar partículas sólidas, contaminantes químicos o microorganismos presentes en el agua.
Se instalan dentro de un portafiltro, y el agua pasa a través del cartucho, que actúa como barrera filtrante. Los filtros que eliminan contaminantes de un líquido mediante un cartucho cilíndrico de papel o plástico suelen eliminar todos los sólidos de pequeño tamaño cuando el agua pasa a presión a través de ellos, ya que liberan agua limpia y retienen todas las impurezas en el filtro.
Su funcionamiento depende del tipo de cartucho utilizado, ya que cada uno está fabricado con distintos materiales y tiene una aplicación específica. Estos filtros se encuentran en el interior de un recipiente o carcasa que puede ser en PRFV o acero al carbono / inoxidables, dependiendo de cada proyecto en particular.
Aplicación de los cartuchos en una ETAP
La filtración es utilizada en tos tratamientos de afino de las Estaciones de Tratamiento de Agua Potable (E.T.A.P.) y en tos tratamientos terciarios en Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (E.D.A.R.); también puede ser usada como proceso previo a sistemas de riego y en la depuración de Piscinas.
En una ETAP, los filtros de cartucho pueden emplearse como etapa de pretratamiento, como protección de equipos sensibles o como filtración final, según la calidad del agua de entrada y el objetivo del proceso. Algunas de las aplicaciones industriales de los filtros de cartucho serían: industria alimentaria, procesamiento de químicos, como último paso de protección de las membranas de ósmosis inversa, purificación de agua potable, etc.
Los filtros se utilizan en instalaciones de tratamiento de aguas residuales y de agua potable como parte del proceso de pretratamiento del agua destinada a la desalinización. Además, pueden utilizarse en ciertas operaciones alimentarias y químicas.
Inversión inicial y criterios de dimensionamiento
La inversión en una instalación de filtros de cartucho no se limita al precio de los elementos filtrantes. Incluye la carcasa o recipiente a presión, las conexiones, la instrumentación para controlar la presión diferencial, el número de cartuchos, la superficie filtrante, los repuestos y las tareas de mantenimiento y sustitución.
La elección de los tipos de cartuchos para filtros de agua dependerá de factores como:
- Composición del agua a tratar (analiza previamente si contiene cloro, cal, bacterias, sedimentos…).
- Caudal necesario y frecuencia de uso (mayores caudales requieren cartuchos de alta capacidad).
- Compatibilidad con el portafiltro (dimensiones estándar o específicas).
- Nivel de filtración requerido (micras).
La eficacia de un filtro de piscina la determina su finura de filtrado y su capacidad de retención. Para aumentar este poder de filtrado, basta con ampliar la superficie filtrante.
Los filtros de cartucho generalmente duran hasta un año, dependiendo de la cantidad de agua que se use en su hogar, negocio o planta industrial. Los tanques tienen una vida útil promedio de tres a diez años, sin embargo, los tanques más grandes tienen una mayor facilidad de uso en comparación con los más pequeños.
Elementos que deben incluirse en la evaluación
- Caudal nominal y caudal máximo de operación.
- Calidad y variabilidad del agua bruta.
- Concentración y tamaño de las partículas.
- Material y resistencia química de la carcasa.
- Finura de filtración expresada en micras.
- Capacidad de retención de sólidos.
- Presión disponible y presión diferencial admisible.
- Frecuencia prevista de sustitución.
- Disponibilidad de espacio para instalación y mantenimiento.
- Coste energético asociado a la pérdida de carga.
Los filtros suelen ser de tamaño reducido, tienen un bajo coste y proporcionan un alto nivel de filtración. La porosidad de cada filtro se puede personalizar para satisfacer necesidades específicas, es fácil de mantener y es resistente a la corrosión y a la mayoría de los productos químicos, lo que lo convierte en una opción viable para aplicaciones industriales.
Tipos de filtros de cartucho
Los filtros de cartucho pueden tener diferentes configuraciones, destacando los filtros de cartucho enrollados, extruidos y plegados. Existen tres tipos principales de filtros de cartucho: el filtro plisado, el filtro hilado (o extruido) y el filtro de bobinado, cada uno de ellos diseñado para eliminar diferentes niveles de contaminantes en función de su tamaño y de la precisión con la que se filtra el agua.
Cartuchos de sedimentos
Estos cartuchos están diseñados para retener partículas sólidas como arena, óxido, arcilla o restos de tuberías. Son comunes en instalaciones domésticas e industriales donde el agua contiene impurezas visibles.
Los subtipos más habituales son:
- Polipropileno hilado: Muy económico y eficaz para partículas gruesas.
- Polipropileno extrusionado (melt-blown): Mayor densidad y retención progresiva.
- Plisados (pleated): Reutilizables y de mayor superficie filtrante.
Los cartuchos de sedimentos resultan especialmente adecuados para la primera etapa de filtración, ya que reducen la carga de partículas que llegaría a las etapas posteriores.
Cartuchos de carbón activado
Los cartuchos de carbón activado son utilizados para eliminar cloro, compuestos orgánicos, olores y sabores desagradables del agua. Funcionan mediante absorción química.
- Granulado (GAC): Alta capacidad de adsorción, pero menor precisión.
- Block (bloque sólido): Mayor eficacia para contaminantes químicos y partículas finas.
El carbón activado es recomendado para mejorar el sabor del agua potable y proteger sistemas sensibles. En una ETAP también puede utilizarse como etapa de control de compuestos orgánicos, aunque su rendimiento depende de la carga contaminante, el tiempo de contacto y el estado de saturación del medio.
Cartuchos de resina
Los cartuchos de resina son especialmente útiles para reducir la dureza del agua al eliminar minerales como calcio y magnesio mediante intercambio iónico.
Sus aplicaciones comunes incluyen:
- Sistemas antical en hogares.
- Equipos industriales que requieren agua blanda, como calderas y sistemas de ósmosis inversa.
Son excelentes para prevenir incrustaciones de cal. En una instalación de tratamiento, su utilización debe relacionarse con la dureza del agua, el caudal tratado y la capacidad de intercambio disponible.
Cartuchos cerámicos
Elaborados con cerámica porosa, estos cartuchos son eficaces para retener bacterias, sedimentos y algunas partículas microscópicas.
Entre sus principales ventajas se encuentran:
- Reutilizables, porque pueden limpiarse varias veces.
- Alta duración.
- Compatibles con entornos donde se requiere una alta calidad microbiológica.
Son usados en equipos de purificación avanzada o en zonas rurales. Su aplicación debe integrarse con el resto de las barreras de tratamiento y con los requisitos de desinfección de la ETAP.
Cartuchos mixtos o combinados
Los cartuchos mixtos o combinados incorporan distintos materiales filtrantes para ofrecer una filtración multietapa en un solo cartucho, por ejemplo, sedimentos y carbón activado.
Sus principales ventajas son el ahorro de espacio y costes, una mayor eficacia en la purificación del agua y su utilidad en sistemas compactos de tratamiento de agua.
Filtración de cartucho frente a filtración granular
La filtración por arena, carbón activado o antracita consiste en la purificación del agua al atravesar un techo compuesto por uno de los materiales citados. En la filtración rápida, el agua, después de la clarificación, pasa por una capa de arena con el fin de eliminar las partículas remanentes.
El filtro puede trabajar por gravedad o por presión. Es necesario invertir el filtro con regularidad para deshacerse del material interceptado, evitando así el taponamiento.
La filtración lenta se emplea en la preparación de agua potable para eliminar los sólidos en suspensión, donde se deja colar el agua, con velocidad baja y regulada, por un lecho de arena consistente en arena pura con granos de ciertas dimensiones.
En la filtración multicapa, el agua pasa a través de dos o más capas hacia arriba o hacia abajo. La capa más superior se compone de gránulos grandes con poca densidad. En las siguientes capas los gránulos son más pequeños, pero la densidad es más grande.
El filtro de cartucho funciona por filtrado superficial y no por filtrado profundo como el filtro de arena. Puede atrapar impurezas pequeñas o grandes sin necesidad de llenarse de arena con granos de distintos tamaños.
Tampoco es necesario añadir floculante, compuesto generalmente a base de sales de aluminio, para atrapar los contaminantes pequeños. El resultado es una finura de filtrado de 20 a 25 micras, frente a las 40 a 50 micras que ofrece la arena.
Otra diferencia destacable es que la calidad de filtrado del filtro de cartucho depende menos de la velocidad del agua. Filtra con la misma eficacia tanto si funciona de forma lenta como rápida, al contrario que el filtro de arena, que precisa una velocidad de filtrado lenta para ser eficaz y dejar tiempo para que su medio filtrante atrape más impurezas.
Otra de sus características es que ninguno de los elementos de este filtro requiere contralavado. Además, cuanto más se obstruyen, más eficientes son. De hecho, los residuos se distribuyen automáticamente ocupando toda la superficie, y el agua busca la vía más rápida.
| Criterio | Filtros de cartucho | Filtros de arena |
|---|---|---|
| Principio de filtración | Filtrado superficial | Filtrado profundo |
| Finura indicada | 20 a 25 micras | 40 a 50 micras |
| Contrალavado | Ninguno de los elementos requiere contralavado | Es necesario invertir el filtro con regularidad |
| Dependencia de la velocidad | Depende menos de la velocidad del agua | Precisa una velocidad de filtrado lenta para ser eficaz |
Control de la saturación y presión diferencial
La saturación de los filtros se mide por la diferencia de presión que hay entre la presión a la entrada y a la salida, denominándolo “caída de presión”. Cuando esta “caída” supera un límite establecido en la operación se procede a la sustitución, ya que el coste energético de seguir operando esos cartuchos no compensa el coste de hacer la sustitución de la remesa de filtros de cartucho.
La diferencia de presión entre los dos lados del filtro, en la entrada y la salida, no debe superar el valor de presión diferencial máxima permitido para ese filtro en particular. Si se alcanza la diferencia máxima, significa que el filtro está obstruido y no filtrará el agua.
El control de la presión diferencial permite detectar progresivamente la acumulación de sólidos, evitar una pérdida excesiva de caudal y programar la sustitución antes de que el cartucho afecte al funcionamiento de la ETAP.
Indicadores para sustituir los cartuchos
- Aumento de la presión diferencial entre la entrada y la salida.
- Reducción del caudal disponible.
- Empeoramiento de la calidad del agua filtrada.
- Saturación del material adsorbente en los cartuchos de carbón activado.
- Agotamiento de la capacidad de intercambio en los cartuchos de resina.
- Deterioro físico del cartucho o de sus juntas.
La sustitución debe realizarse de acuerdo con el límite de presión diferencial establecido para cada filtro y con el rendimiento real de la instalación. No es suficiente basarse únicamente en un calendario fijo, porque la duración depende de la calidad del agua y del volumen tratado.
Mantenimiento y vida útil
Aunque la duración depende del tipo y del uso, una recomendación general es:
- Sedimentos y carbón activado: cada 3 a 6 meses.
- Cartuchos de resina: cuando se satura la capacidad de intercambio.
- Cerámicos: pueden durar hasta un año, con limpiezas periódicas.
- Mixtos: cada 6 meses o según rendimiento.
No olvides revisar el estado del cartucho periódicamente para garantizar una filtración óptima. Los elementos bien mantenidos y descalcificados anualmente pueden ofrecer una vida útil de cuatro a seis años en determinadas aplicaciones, aunque la duración de los cartuchos en una ETAP depende de la carga de sólidos, la calidad del agua, el caudal y el tipo de contaminante.
Si se elige el filtro en función del caudal necesario y de su capacidad de retención, con un filtro sobredimensionado o de varios cartuchos para las instalaciones especialmente expuestas a la suciedad y los residuos, bastará con limpiar cada elemento según lo indique el manómetro.
Ventajas de instalar filtros de cartucho en una ETAP
- Ocupan poco espacio.
- Son económicos.
- Se puede elegir el poro filtración.
- Son muy efectivos.
- Constan de un mantenimiento sencillo.
- Son buenos resistentes a la corrosión y tienen buena resistencia química.
- Permiten adaptar la porosidad a las necesidades específicas.
- Facilitan la protección de membranas y equipos sensibles.
- Permiten sustituir los elementos filtrantes sin modificar toda la instalación.
Los filtros de cartucho ofrecen beneficios innegables en comparación con los filtros de medios granulares en términos tanto de eficacia como de calidad de filtrado. Además, requieren poco mantenimiento y permiten un ahorro real de agua, electricidad y productos de tratamiento.
La filtración de cartucho no requiere el volumen de medio granular necesario en un filtro de arena y permite trabajar con una instalación compacta. Esta característica resulta especialmente útil cuando la ETAP dispone de poco espacio o cuando se necesita incorporar una etapa adicional de protección.
Relación entre los filtros de cartucho y la materia orgánica
La carga orgánica del agua bruta ya no puede gestionarse solo con análisis puntuales de laboratorio. En un contexto de mayor variabilidad en la calidad del agua de entrada, disponer de una medida continua de SAC 254 permite anticiparse a incidencias, optimizar coagulación, vigilar filtros de carbón activo y mejorar la eficiencia de la desinfección UV.
La carga orgánica puede interferir en la potabilización y, sobre todo, reaccionar con los desinfectantes generando subproductos no deseados como trihalometanos y ácidos haloacéticos. Además, puede comprometer la estabilidad microbiológica de la red y alterar color, olor y sabor del agua.
Los análisis de laboratorio y parámetros suma como TOC o DQO siguen siendo útiles, pero no siempre responden a la velocidad que exige una ETAP. El SAC 254 ofrece una ventaja decisiva: es una medida óptica directa, sin reactivos, con respuesta en continuo y con capacidad para seguir tendencias en tiempo real.
Esto permite al operador responder antes a cambios en el agua bruta y ajustar el proceso con mayor criterio. Además, el SAC 254 se centra precisamente en la fracción orgánica con mayor capacidad de absorber UV y, por tanto, es especialmente relevante desde el punto de vista del potencial de formación de subproductos de desinfección.
Control de los filtros de carbón activo
A la salida de los filtros GAC, la evolución del SAC 254 permite detectar el agotamiento progresivo del medio filtrante y planificar su regeneración o sustitución con más criterio. Eso ayuda a evitar pérdida de calidad en agua tratada y a aprovechar mejor el activo instalado.
Cuando se combina SAC 254 con DOC, es posible calcular el parámetro SUVA (Absorbancia ultravioleta específica). Éste parámetro permite conocer qué tipo de materia orgánica existe en el agua y por tanto, conocer con qué facilidad se van a crear subproductos de desinfección como los TRIHALOMETANOS.
- UVA 254: Absorbancia a 254 nm, medida por AMI SAC 254.
- DOC: Carbono Orgánico Disuelto.
- Predicción de Trihalometanos (THMs): Un SUVA alto indica una alta probabilidad de que, al añadir desinfectante, se formen subproductos como los Trihalometanos.
Si el SAC 254 sube repentinamente, por una lluvia, por ejemplo, el operador sabe que debe aumentar la dosis de coagulante antes de que la calidad del agua de salida se vea afectada.
Integración con otras etapas de tratamiento
La inversión en filtros de cartucho debe analizarse dentro del esquema completo de la ETAP. La filtración rápida puede realizarse después de la clarificación para eliminar las partículas remanentes, mientras que los cartuchos pueden actuar posteriormente como barrera de seguridad o como protección de membranas, equipos de desinfección y sistemas de ósmosis inversa.
La monitorización continua del SAC 254 permite ajustar la coagulación en función de la carga orgánica real, reduciendo sobredosificaciones, consumo químico y generación innecesaria de lodos.
Cuando la transmitancia UV es buena, no tiene sentido operar siempre con la misma intensidad de lámpara. El SAC 254 permite calcular UVT en continuo y adaptar la potencia del sistema UV a las condiciones reales del agua, reduciendo consumo eléctrico y desgaste relacionado de las lámparas.
Con una señal continua de SAC 254, la ETAP puede pasar de un modelo reactivo a uno preventivo:
- Detectar desviaciones en el agua bruta antes de que impacten en etapas posteriores.
- Ajustar reactivos con más precisión.
- Reducir riesgo de formación de subproductos de desinfección.
- Supervisar filtros de carbón activo con base en tendencia real.
- Optimizar el coste energético de la etapa UV.
Ejemplo de mejora en un sistema de filtración
La ETAP de la Comunidad de Villa y Tierra de Pedraza se nutre por el agua embalsada del río Ceguilla. La concentración de hierro y manganeso del embalse en los meses de final de verano hacía complejo el tratamiento y también suponía una limitación en el caudal producido.
En 2021 ACUAES, gestor de la planta y ELECNOR SyP, explotador, reemplazaron la arena de sus filtros por el medio filtrante Filtralite® Pure, utilizado en la tecnología BIOBOX® Hierro y Manganeso.
| Indicador | Situación anterior | Resultado obtenido |
|---|---|---|
| Capacidad de producción en verano | 220 m3/h con arena antracita | 300 m3/h con Filtralite® Pure |
| Horas de operación en verano | dieciocho horas | trece y media horas |
| Lavados por filtro | dos lavados al día | una vez cada dos o tres días |
| Dosificación de permanganato | Uso asociado al tratamiento | Únicamente en momentos puntuales |
Los resultados obtenidos con Filtralite / ETAP Pedraza después de un riguroso seguimiento ponen de manifiesto el acierto en la elección. La planta en verano ha pasado de poder producir 220 m3/h con arena antracita a los 300 m3/h con Filtralite® Pure.
La reducción del número de horas de operación de la ETAP pasó en verano de las dieciocho horas a las actuales trece y media horas. El número de lavados necesarios pasó de dos lavados al día por filtro con la arena antracita a una vez cada dos o tres días con Filtralite®.
La dosificación de permanganato se redujo a mínimos, dosificando únicamente en momentos puntuales. Filtralite® Pure ha permitido que la ETAP de Pedraza cumpla con el objetivo de incrementar la capacidad de producción en más de un 30%, reducir OPEX y las pérdidas de agua de lavado y energía asociadas en más de un 75%, y cumplir holgadamente con el objetivo de eliminar hierro y manganeso, prácticamente eliminando la oxidación con permanganato.
Cómo valorar la rentabilidad de la inversión
El retorno de la inversión debe calcularse considerando el coste de adquisición de la carcasa y los cartuchos, la instalación, la instrumentación, el consumo energético, la frecuencia de sustitución, la gestión de los cartuchos usados y el impacto de la filtración sobre las etapas posteriores.
También deben valorarse los costes evitados por la protección de membranas, la reducción de averías, la disminución de paradas, la mejora de la calidad del agua y la reducción del consumo de reactivos o del volumen de agua empleado en operaciones de limpieza y lavado.
En el caso de Pedraza, la reducción de consumo de agua conlleva a un retorno de la inversión del cambio de arena antracita a Filtralite®Pure de prácticamente un año.
En una ETAP, una solución inicialmente más sencilla puede resultar menos rentable si los cartuchos se saturan con demasiada frecuencia o si la presión diferencial aumenta rápidamente. Por este motivo, el dimensionamiento debe equilibrar la inversión inicial con la capacidad de retención, el caudal, la duración del cartucho y el coste de operación.
Recomendaciones para seleccionar la solución
- Analizar previamente la composición del agua y sus variaciones estacionales.
- Definir el caudal normal, el caudal máximo y la frecuencia de uso.
- Establecer la finura de filtración necesaria en micras.
- Seleccionar el material del cartucho según el contaminante que se desea retener.
- Comprobar la compatibilidad química entre el agua, el cartucho y la carcasa.
- Dimensionar la superficie filtrante para evitar una saturación prematura.
- Instalar medición de presión a la entrada y a la salida.
- Definir el límite de presión diferencial para la sustitución.
- Prever espacio suficiente para extraer los cartuchos y realizar el mantenimiento.
- Establecer un programa de inspección, limpieza o sustitución.
- Relacionar el funcionamiento de los cartuchos con la coagulación, el carbón activo y la desinfección.
- Evaluar el coste total de operación y no solo el coste inicial del equipo.
Una buena elección empieza por una buena información. Elegir los tipos de cartuchos para filtros de agua adecuados no solo garantizan un agua más limpia y segura, sino que también protegen tus instalaciones y alargan la vida útil de tus equipos.
Filtro de Cartuchos
La inversión en filtros de cartucho puede ser adecuada para una ETAP cuando se necesita una solución compacta, flexible y eficaz para retener partículas o proteger etapas posteriores. Su rentabilidad depende de que el sistema se dimensione según el agua real, el caudal, la presión diferencial admisible, la frecuencia de sustitución y la integración con el resto del tratamiento.
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