La
clarificación por encolado, filtración, y centrifugación son técnicas de
limpieza denominadas "separativas", donde en la primera se aplica una
tecnología de carácter fisicoquímico para eliminar las sustancias que el vino
contiene en suspensión, mientras que en las demás únicamente se utilizan otros
sistemas de tipo físico, mediante el empleo de una maquinaria específica para
tal fin, como son los filtros o las centrífugas objeto del presente capítulo.
La separación de las
sustancias o partículas que contiene los vinos, puede llegar a hacerse en un
nivel de solución verdadera, como los azúcares, ácidos orgánicos o sus sales,
con un tamaño inferior a las 0,001 micras (mm) y utilizando las técnicas de ósmosis inversa o de electrodiálisis; o bien en el rango de soluciones
coloidales entre 0,001 a 0,1 micras, como los coloides metálicos, proteicos o glucídicos, y mediante la ultrafiltración
tangencial; o por fin en las suspensiones de partículas de tamaño superior a
las 0,1 micras, como las levaduras, bacterias, materia colorante, tartratos u
otros sólidos en suspensión, utilizando las técnicas de filtración tangencial,
membranas, placas y aluvionado, o incluso también con
las máquinas de centrifugación de menores prestaciones.
Los
sistemas de filtración o centrifugación logran alcanzar un eficaz resultado en
cuanto a la consecución del la total limpidez de los vinos, pues depende del
tipo de filtro o centrífuga utilizado en cada caso; pero nunca son garantía de
una total estabilización de los mismos, pues posteriormente a la filtración se
puede producir un enturbiamiento o insolubilización
producidas por diversas causas, siendo entonces preciso utilizar otros métodos
de estabilización previos a la limpieza de los vinos, donde la clarificación
por encolado u otros tratamientos fisicoquímicos juegan un importante papel.
Por otra parte, para que el sistema de limpieza de los vinos sea eficaz y del
menor coste posible, se debe utilizar una metodología razonada, donde los vinos
deben ser sometidos a una clarificación progresiva, utilizando una secuencia de
sistemas de limpieza de menor a mayor coste, en el sentido de aumentar el
rendimiento de los métodos de mayor valor: sedimentación estática gravitatoria
- clarificación por encolado - centrifugación o filtración por tierras -
filtración por placas o cartuchos - filtración amicróbica.
Si embargo, en los últimos años ha aparecido una tecnología denominada de
filtración tangencial, donde directamente se pueden clarificar los vinos en una
sola fase, sin importar su grado de turbidez, consiguiendo de este modo una
gran simplificación técnica y económica del proceso de limpieza de los mismos.
VII.1. FILTRACIÓN.
La
filtración es una técnica general de separación de dos fases: una sólida y la
otra líquida, haciendo pasar esta suspensión a través de un material poroso que
constituye el filtro, donde se retiene la fase sólida, y dejando pasar a su
través el líquido, que sale con un mayor o menor grado de limpieza en función del
material filtrante utilizado. Por lo tanto un filtro es un aparato formado por
un soporte permeable sobre el que se dispone de una capa filtrante, y de un
sistema mecánico más o menos complejo, que asegura la circulación a presión
constante del líquido turbio y también la evacuación del mismo líquido filtrado
y limpio.
-Suspensión
sólido-líquido:líquido turbio o de
alimentación
-Líquido
obtenido:filtrado o permeado
-Material
poroso:medio
filtrante
-Sólidos
retenidos:retenido o
torta
-Mecanismo
que soporta el
material poroso y que posi-
bilita la
filtración:filtro
El
estudio de la filtración comprende el conocimiento de los siguientes aspectos:
teoría y leyes de la filtración, factores que intervienen en la filtración de
los vinos, tipos de filtros y sus materias filtrantes, y aspectos cualitativos
de los vinos filtrados.
VII.1.1. Teoría de la
filtración.
La
filtración es una operación que puede ser medida de una manera teórica por
medio de una serie de leyes físicas, que pueden adaptarse con mayor o menor
facilidad a los distintos tipos de filtraciones, los cuales obedecen a
diferentes mecanismos de filtración en función del tipo de materia filtrante
utilizado.
VII.1.1.1. Leyes de la filtración.
En
todos los sistemas de filtración e independientemente del medio filtrante
utilizado, la resistencia que se debe vencer para obtener un retenido y un permeado, se puede cuantificar en términos diferenciales de
presión (DP) y dependientes de los
siguientes tres factores:
DPf: resistencia del filtro como tal, cuantificable en
pérdidas de carga de tuberías, codos, válvulas, etc.
DPt: resistencia de la torta o turbios retenidos en la
materia filtrante, considerados solos o mejorados por coadyuvantes de
filtración en el caso de aluvionado.
DPm: resistencia del medio de filtración.
Despreciando
DPf por su escasa
cuantía, resulta entonces los siguiente:
DP = DPt+DPm
-Resistencia de la torta
o turbios de filtración (DPt):
a . n . w . V
DPt = --------------- . (dV / dt)a: resistencia específica de
la torta.
A2n:
viscosidad del líquido.
w:
masa de sólidos depositados por unidad de
volumen de filtrado.
V:
volumen filtrado.
dV
/ dt : velocidad o volumen filtrado por unidad
de
tiempo.
A:
superficie de la materia filtrante.
5 . (1 - X) . So2
a = --------------------
x3
. dsx:
porosidad.
So: área superficial específica de las partículas
sólidas de la torta.
ds: densidad de los sólidos.
Cuando los sólidos
son indeformables, el valor de DPt no varía en la
profundidad de la torta o "incompresible", mientras que si fueran deformables,
entonces el DPt varía en el espesor
de la torta o "compresible".
-Resistencia del
medio filtrante (DPm):
Rm . n
DPm = ---------- . (dV / dt)Rm:
resistencia del medio de filtración.
An: viscosidad del líquido.
dV
/ dt : velocidad o volumen filtrado por unidad
de tiempo.
A:
superficie de la materia filtrante
-Ecuación de la
filtración.
na . w
. VdV
DP = DPt+DPm = ----(------------ + Rm)-----
AAdt
A . DP
dV / dt = ----------------------------
a . w
. V
n (------------ + Rm)
A
En el caso de una
filtración a presión constante (DP = P), resulta
entonces lo siguiente:
na . w .V2V
t = -----
(------------- + Rm-----)
DP2 .
AA
a . w . nRm .n
K =
------------yB = ----------resulta entonces:dt / dV = K .
V+B
A2 . PA . P
Donde se observa que a presión
constante, a mayor tiempo de filtración, mayor es el volumen de líquido
filtrado.
En el caso de una filtración a velocidad
constante (dV / dt = V / t), resulta entonces los
siguiente:
Donde se observa,
que a velocidad de filtración constante, a mayor diferencial de presión , mayor
es el volumen de líquido filtrado.
De manera más
resumida, la ecuación de filtración se puede expresar también por la ley de
Poiseuille, donde el caudal de filtración es directamente proporcional a la
superficie y presión de filtración, e inversamente proporcional al espesor de
la capa filtrante, como sigue:
A . DP . bA . DP
Q = dV / dt = ------------- =
K---------Q: caudal de filtración
h . EEA: superficie de filtración
DP: presión diferencial
b: permeabilidad del filtro
h: viscosidad del líquido
E:
espesor de la materia filtrante
-Filtración con colmatación brusca de los poros.
El filtro se
comporta como un conjunto de tubos capilares, los cuales se obturan
individualmente de manera progresiva. En este caso la filtración está regida
por la siguiente ecuación, correspondiendo a una recta donde la variación del
caudal depende del volumen filtrado:
Q = - K1 .
V+QoQ:caudal de filtración en el tiempo t
V:volumen filtrado en el tiempo t
Qo: caudal inicial en
el instante to
El
volumen máximo filtrado (Vmax) se alcanza
cuando el valor de Q es nulo, es decir:
Vmax = Qo /
K1
-Filtración
con colmatación progresiva de los poros.
Los turbios se
depositan en el interior de los poros provocando una colmatación
progresiva de los mismos, rigiéndose la filtración por la siguiente ecuación,
asimilándose a las filtraciones por placa o por membrana:
t /
V = K2 . t+1 / Qo1
/ V = K2+1 / Qo . t
Cuando el tiempo (t)
tiende hacia el infinito, el segundo sumando se hace cero y el valor de la
velocidad de filtración es: V = 1 / K2, que corresponde a la
cotangente del ángulo a. Pudiéndose
entonces determinar el volumen máximo filtrado (Vmax)
hasta la colmatación como:
t2 - t1
Vmax=----------------
t2
/ V2-t1 / V1
-Filtración de aluvionado.
Los turbios se
depositan sobre la capa filtrante, aumentando de espesor progresivamente a lo
largo de la filtración, respondiendo la misma a la siguiente ecuación:
t /
V = K3 . V+1 / Qo
En este tipo de
filtración Qo es muy elevada, y entonces
el segundo sumando tiende al valor de cero, y por lo tanto:t / V = K3 . V, es decir:
Log
V = 1/ 2 log t+ Cte
-Filtración con colmatación intermedia de los poros.
En este tipo de
filtración situada entre las anteriores se cumple la siguiente ecuación:
1 /
Q = K4 . t+1 / Qo
VII.1.1.2. Mecanismos de la
filtración.
Todos
los filtros pueden retener las partículas en suspensión que contienen los
líquidos, invocando dos posibles mecanismos: tamizado y adsorción, aunque en la
realidad ningún material filtrante funciona exclusivamente con uno u otro
mecanismo, si no que lo hacen de una manera mixta, aunque con una mayor
tendencia en uno u otro sentido.
-Mecanismo de tamizado.
Mediante
este mecanismo, los turbios son retenidos en la superficie del medio filtrante
por diferencia de tamaño entre estos y la porosidad del medio. Los filtros de
membrana de tipo amicróbico son los que mejor
responden a la definición de este mecanismo, aunque también funcionan de este
modo otros, como las tierras fósiles en ciclo corto o incluso los antiguos
lechos filtrantes de amianto en los filtros de torta.
El
tamizado o la interceptación de las partículas puede realizarse de tres maneras
distintos:
-Interceptación
inercial. Las partículas en una corriente fluida presentan una masa y una
velocidad, y por consiguiente mantienen un momento de inercia asociado a ellas;
de tal manera, que cuando el líquido toma el recorrido de menor resistencia al
flujo, desviándose alrededor de las fibras, las partículas continúan rectas e
impactan directamente sobre las fibras quedando retenidas en el filtro. En el
caso del vino, este efecto se atenúa, debido al pequeño tamaño de las
partículas y a la escasa diferencia de densidad con el vino.
-Interceptación difusional. Las partículas muy pequeñas y de reducida masa
se mueven al azar por el "movimiento browniano", haciendo que se desvíen de las
líneas de flujo, aumentando de este modo las posibilidades de ser interceptadas
por las fibras del filtro. En los líquidos este efecto es también muy reducido,
pero en la de los gases puede ser muy importante.
-Interceptación
directa. Las partículas son retenidas simplemente por poseer un tamaño superior
al espacio resultante entre las fibras del filtro, aunque también se pueden
interceptar partículas más pequeñas por el llamado "efecto puente", donde se
superponen entre sus bordes o con las mismas partículas.
-Mecanismo de adsorción.
El
mecanismo de adsorción o de acción física retiene los turbios en profundidad,
es decir en todo el espesor del medio filtrante, por medio de una diferencia de
carga eléctrica entre los sólidos y el medio filtrante, pudiendo poseer los
turbios un tamaño inferior al del espacio resultante entre las fibras. Este
efecto de adsorción se conoce con el nombre de potencial "zeta", donde las
partículas en suspensión presentan generalmente una carga superficial negativa
asociada y resultante de la doble capa iónica formada en su superficie,
mientras que la carga eléctrica de las fibras suele ser positiva, lo que supone
una atracción entre ambas y p 737w2219h or lo tanto la eliminación de las partículas en
suspensión . El "potencial zeta" se mide en milivoltios (mV), alcanzando
valores variables según los distintos medios filtrantes, presentando por
ejemplo la celulosa un valor de +40 mV a un pH de 3,2
a 3,4. A los valores del pH del vino, presentan carga
positiva las proteínas y las fibras de celulosa, mientras que lo hacen
negativamente otras sustancias como: levaduras, bacterias, materia colorante
coloidal, sales metálicas, bentonita, carbones, taninos, gomas, sílice
coloidal, etc.
VII.1.1.3. Parámetros y
ensayos de filtración.
El
aforo o velocidad instantánea de filtración es la cantidad de líquido
expresada en litros, que fluye en un minuto de tiempo a través de 1 m2
de superficie filtrante eficaz, bajo la presión de 1 kg
/ cm2. El rendimiento de filtración es la cantidad de líquido
expresada en litros, que puede pasar a través de 1 m2 de superficie
filtrante eficaz, a la presión de 1 kg / cm2,
hasta que deje de fluir o éste comience a salir velado o turbio. Estos
parámetros dependen de las características del líquido a filtrar: naturaleza de
los sólidos en suspensión, viscosidad y tensión superficial, así como también
del medio filtrante utilizado: materia filtrante, superficie filtrante y
presión diferencial.
La naturaleza de los
turbios condicionan de una manera muy directa los rendimientos de la
filtración y especialmente la capacidad de colmatación
de la materia filtrante, siendo generalmente la velocidad de filtración directamente
proporcional al tamaño de los turbios, e inversamente proporcional a su
capacidad de deformación, pudiendo éstos últimos clasificarse como sigue:
Partículas
deformables:
Gran poder colmatante: proteínas, polisacáridos, gomas, mucílagos, materiacolorante, etc.
Poder colmatante
medio: levaduras, bacterias, etc.
Partículas
indeformables:
Poder
colmatante débil: precipitados finos, tartratos,
tierras de diatomeas, etc.
La
viscosidad es la resistencia de un fluido al movimiento de sus moléculas
entre ellas, siendo un parámetro que aumenta la resistencia a la circulación
del líquido dentro del filtro, midiéndose en "centipoises",
siendo la unidad de medida que compara la viscosidad de un fluido con la del
agua, la cual tiene una viscosidad de un centipoise a
21º C. En los vinos la viscosidad depende de su contenido alcohólico en sentido
negativo, y de su extracto y riqueza en azúcares en sentido positivo, pudiendo
además las variaciones de temperatura afectar a la viscosidad, de tal manera
que ésta reduce cuando la temperatura aumenta.
La
superficie filtrante es otro importante factor que afecta al aforo y al
rendimiento de la filtración, produciéndose un interesante efecto de
multiplicación de estos factores en el siguiente sentido: cuando se dobla la
superficie de filtración, se multiplica por cuatro la vida o el rendimiento del
filtro. Otro aspecto importante de la materia filtrante es su "volumen vacío" o
la relación existente entre el diámetro de las fibras y el tamaño de los poros
situados entre éstas, que condiciona la capacidad de retención y por lo tanto
el aforo y el rendimiento del filtro.
La
porosidad de las superficie filtrantes es un parámetro que debe ser definido
para conocer exactamente la capacidad de retención de las partículas por el
filtro, presentando este valor una gran importancia, sobre todo en los filtros
de tamizado y especialmente en los de tipo amicróbico,
donde un adecuado tamaño de sus poros determina la garantía de la estabilidad
biológica del vino filtrado. El llamado "grado nominal" es un valor en micras
arbitrario asignado por el fabricante de filtros, basado en la retención de
algunos porcentajes de partículas de un tamaño dado o mayor, donde se asegura
la retención de una elevada cantidad de turbios de ese tamaño, por ejemplo del
98 por 100, existiendo un 2 por 100 restante donde estas condiciones no se
cumplen.
El "grado absoluto"
determina con mayor exactitud la porosidad de una materia filtrante, y viene
definido como el diámetro de la partícula esférica dura más grande que puede
pasar por un filtro, bajo condiciones de prueba específicas, indicando de este
modo la abertura más grande que posee el medio filtrante. Para determinar el
"grado absoluto" de una materia filtrante se puede utilizar el método de la
"razón b" donde este valor se define
como:
Número de partículas de un tamaño dado y
mayores en el influente
b =
-------------------------------------------------------------------------------------
Número de partículas de un tamaño dado y
mayores en el efluente
b - 1
Eficacia de filtración
(%)=------- . 100
b
Valor
de b% de eliminación
----------------------------------
10
250
1090
10099
1.00099,9
10.00099,99
100.00099,999
Normalmente
se puede utilizar un b de 5.000 a 10.000
como definición operacional de un grado absoluto. Los valores de b permiten comparar las eficacias de filtración con diferentes tamaños
de partículas para diferentes cartuchos de membrana de forma significativa.
La
presión del filtro, o mejor dicho la diferencia de presiones entre la de
la entrada y la de salida, condiciona la velocidad de filtración, aumentándola
cuando la presión se eleva, hasta llegar a ciertos límites donde la presión no
se puede superar por ocasionar problemas de resistencia y estabilidad de las
diferentes materias filtrantes. La presión debe ser constante para evitar
movimientos bruscos del vino o "golpes de ariete", siendo generalmente
suministrada por medio de una bomba centrífuga o de tornillo de desplazamiento
positivo, y a menudo de presión y de caudal regulables.
La
capacidad de colmatación es otro parámetro de
la filtración, donde define la propiedad que presenta un líquido turbio: mosto
o vino, para obstruir una determinada materia filtrante. Para ello es necesario
conocer antes de realizar la filtración la capacidad que tiene un líquido de
colmatar los filtros, pudiéndose entonces elegir el sistema de filtración más
adecuado para cada caso, y especialmente cuando se utilizan medios filtrantes
de alto valor, como en el caso de las membranas amicróbicas
o de corte molecular inferior.
La determinación de los índices
de colmatación permite evaluar de una manera muy
exacta el comportamiento de los líquidos antes de su filtración, utilizando
para ello un instrumental de laboratorio específico, pudiéndose aplicar a los
sistemas de filtración por tierras, o a los de placas, y sobre todo a los de
membrana de carácter amicróbico.
-Filtración por
tierras. Utilizando un filtro de laboratorio de unos cuatro litros de
capacidad, que contiene una suspensión de tierras y vino, se puede hacer pasar
por una superficie filtrante de 4 a 20 cm2 a una determinada
presión; pudiendo calcularse dos o tres puntos de la recta Log V=½
Log t+cte, que en función de la superficie filtrante
utilizada, se puede trazar una recta en papel logarítmico, donde se representa
el comportamiento de la filtración.
-Filtración por
placas. La colmatación de las placas se produce de
una manera progresiva, utilizando un dispositivo de filtración de laboratorio,
se puede calcular el volumen máximo filtrable (Vmax)
aplicando la expresión:
t2 -t1
Vmax=-----------------Presión: 0,5 bar
t2 / V2-t1
/ V1t1
= 1 horat2 = 2 horas
V1
= volumen filtrado en 1 hora
V2
= volumen filtrado en 2horas
Para conocer un
ciclo real de filtración de 6 a 10 horas, se puede construir una recta con
ayuda de tres puntos o más, donde se puede extrapolar la variación de V en el
tiempo.
-Filtración por
membrana. El cálculo del índice de colmatación de
vino, puede ser realizado de diversas formas:
-Indice
de Ribéreau-Gayon (IRG). Es
la diferencia de tiempo existente en hacer pasar 50 ml de vino, antes y después
de filtrar 500 ml del mismo vino, a través de un medio filtrante de 4,5 cm de
diámetro y bajo la presión de 50 mm de mercurio.
IRG = T50-T´50
= (T560 - T510) - T50
-Indice
de Laurenty (IL). Es la diferencia de tiempo que
tardan en pasar 200 y 400 ml de vino, bajo la presión de 2 bar, a través de una
membrana de 3,9 cm2 de superficie y de 0,65 mm de diámetro de poro; debiendo alcanzarse un valor inferior a 20 para
los vinos blancos, 30 para los vinos tintos y 50 para los vinos licorosos o
dulces naturales.
IL = T400- 2.
T200
-Indice
de Descout (ID). Basado en el anterior método,
determinando además un valor de tiempo intermedio en los 300 ml, debiendo
resultar este índice superior a 30.
ID = ((T400-T300)-(T300-T200))
. 2
-Indice
de Geoffrey y Perin (IGP).
IGP = T100 - 2 . T50
-Indice
de Meglioli (IM).
IM = (T600 -
T200) - 2. (T400 - T200)
-Test
de filtrabilidadVmaxde Gaillar.
Consiste en medir los volúmenes de líquido filtrado a los dos minutos (V2)
y a los cinco minutos (V5), bajo la presión de 1 bar y sobre una
membrana porosa de 0,65 mm y de 25 mm de
diámetro.
5-23 (V5 .
V2)
Vmax =
-------------------=--------------
5 / V5-2 /
V25 (V2 . V5)
La colmatación del filtro se
produce con unos valores de Vmax
inferiores a los 2.500 a 4.000. A partir de éste índice se puede estimar el
rendimiento teórico de una filtración amicróbica:
VII.1.1.4. Características
de las materias filtrantes.
Los
materiales más utilizados para las filtraciones groseras y de abrillantado,
poseen una serie de características comunes, que los diferencian de los otros
tipos de superficies filtrantes, como las utilizadas para la filtración amicróbica y tangencial, compuestas generalmente a base de
membranas sintéticas o minerales. Cada tipo de materia filtrante: tierras de
diatomeas, perlitas, celulosa, etc. ofrece un determinado valor de una serie de
caracteres, cuyas definiciones y determinaciones se exponen a continuación.
-Humedad (H).
El
contenido en humedad de una materia filtrante se evalúa pesando 2 gramos de
muestra, sometiéndola a una desecación de 3 horas a una temperatura de 106º C,
y luego pesándola de nuevo (P gramos).
2- P
H
(%) = --------- . 100
2
-Pérdida a calcinación (PC).
La
pérdida a calcinación es una determinación que se realiza sobre materias filtrantes
minerales, como las tierras fósiles o las perlitas, donde se pesan 2 gramos de
materia filtrante, sometiéndola a calcinación durante 1 hora a una temperatura
de 600º C, y después pesándola de nuevo (P´ gramos).
2-P´
PC (%) = ---------- x
100
2
-Granulometría.
Este parámetro solo se
calcula para las tierras fósiles y las perlitas, donde es de gran interés, pues
su valor afecta a los resultados de la filtración. Para medirlo se utiliza el
método BAHCO, donde se hace pasar el material por una serie de tamices con
luces comprendidas entre 2 a 100 mm, expresando los
resultados en porcentaje en peso para cada fracción retenida en el tamiz.
Normalmente se recogen los resultados de los siguientes tamaños:
> 50
50
a 30
30
a 20
20
a 10
10 a 5
5 a 3
< 3
-pH.
Determinado
sobre una solución año 10 por 100 en agua destilada.
-Densidad (D).
Determinada
con el método Metafilter, donde se introducen 5
gramos de muestra en una probeta graduada de 100 ml, llenándola con agua
destilada, luego se agita y por fin se deja en reposo durante 24 horas. Al cabo
de ese tiempo se mide el volumen ocupado por la materia filtrante, y la
densidad se calcula como:
Peso estudiado
(gramos)
D
(gramos / ml) = ---------------------------------
Volumen
ocupado (ml)
-Volumen mojado (Vm).
Son
los litros que ocupan 1 kg de muestra una vez
hidratada, calculándose a partir del valor de la densidad (D):
Volumen
(ml) ocupado por 5 gramos:5 / densidad
Volumen
(ml) ocupado por 1.000 gramos:200
. 5 / densidad
Volumen
(litros) ocupado por 1 kg:1 / densidad
-Porosidad (P).
Es
el volumen vacío de una sustancia en relación con su volumen total, siendo este
valor expresado en porcentaje, y dependiendo del tamaño y forma de las
partículas que la componen.
La
permeabilidad es la propiedad de una sustancia en dejarse atravesar por un
líquido con mayor o menor facilidad, cuya unidad de medida es el "darcie" que se define por la "regla de los siete unos" como
una capa filtrante que tiene un espesor de 1 cm, una superficie de 1 cm2,
atravesado por 1 cm3 de líquido, de una viscosidad de 1 centipoise, bajo la presión de 1 atmósfera, y durante un
tiempo de 1 segundo. Aproximadamente 1 darcie
equivale a un caudalpor superficie filtrante de 36 m3
/ m2 . hora
Tierras
fósiles:0,1 a 2,0 darcies
Celulosa:0,5 a 5,0 darcies
Placas
de filtración de abrillantamiento:0,15 a 0,50 darcies
Placas
de filtración esterilizantes:0,02
a 0,07 darcies
VII.1.2. Sistemas de
filtración.
Los
sistemas o tipos de filtración pueden ser clasificados desde varios puntos de
vista, uno de ellos atendiendo al modo de retener las partículas, según
los mecanismos de actuación anteriormente descritos, en filtros de acción
mecánica o de tamizado y en filtros de acción física o de adsorción. Sin
embargo desde otro punto de vista tecnológico o de los resultados enológicos,
los filtros se pueden clasificar en las siguientes categorías:
-Primera categoría o
filtración por torta. Este sistema de filtración responde a un antiguo
método, prácticamente desaparecido en la actualidad, donde la materia filtrante
se introducía en masa, utilizando para ello celulosa o amianto en su tiempo
cuando estaba sanitariamente autorizada. En este caso, pueden ser valiosos
tanto los sólidos retenidos, como el líquido permeado,
empleándose en enología en este último caso para la filtración grosera o de
desbaste de los mostos o vinos.
-Segunda categoría o
filtración clarificante. En este caso únicamente es útil el líquido permeado, despreciando los sólidos retenidos causantes de
la turbidez. Generalmente se utilizan las tierras fósiles como materia
filtrante, así como también determinadas placas de filtración, consiguiendo en
función de la elección de sus diferentes tipos, resultados enológicos que
oscilan desde el desbaste, hasta el abrillantamiento
de los mostos o vinos.
-Tercera categoría o
filtración amicróbica o microfiltración.
Con este sistema se pretende retener los microorganismos de los mostos o vinos:
mohos, levaduras y bacterias, haciéndolos pasar a través de materiales
filtrantes en forma de membrana, con porosidades comprendidas entre las 1,20 a
0,45 mm, y dejando pasar los
líquidos limpios y estériles. Algunas placas de filtración de poro muy cerrado,
pueden también presentar esta propiedad, aunque con resultados de menor
garantía.
-Cuarta categoría o ultrafiltración y ósmosis inversa. Se utiliza
un moderno sistema de filtración tangencial, aplicable también para otros fines
de limpieza o esterilización de los mostos o vinos, donde se retienen diversos
solutos de determinados pesos moleculares (corte molecular), y siendo valiosos
en algunos casos los permeados y en otros los
retenidos. Aunque esta categoría no se ajusta estrictamente a la definición de
la filtración, se la puede considerar como tal a efectos mecánicos y de
aplicaciones enológicas.
VII.1.2.1. Filtración por tierras.
La
filtración por tierras o de aluvionado utiliza las
tierras fósiles o las perlitas como materias filtrantes, donde una vez formada
una precapa de éstas sobre un soporte del filtro, se
hace pasar el líquido a filtrar de forma continua, a medida que recibe un
aporte o aluvionado de los mismos materiales;
consiguiéndose de este modo la limpieza de los mostos o vinos en profundidad,
durante un ciclo de filtración demayor
o menor longitud, y con unos resultados de limpieza en función del tipo de tierras
o perlitas utilizados, que oscilan desde el desbaste hasta el abrillantamiento.
Generalmente este tipo de
filtración queda reservada para los vinos relativamente cargados de turbios y
todavía con un alto poder de colmatación, como los
vinos en rama, o los resultantes de una clarificación por encolado, o también
los obtenidos a la salida de una estabilización tartárica. Desde un punto de
vista sanitario y ecológico, la filtración por tierras se encuentra en la
actualidad en entredicho, pues por una parte, el polvo formado en su empleo
puede llegar a afectar a la salud los manipuladores, y por otra parte el
vertido de las tortas de filtración al medio ambiente son de elevado poder
contaminante.
-Tierras fósiles.
Las
tierras fósiles reciben otros nombres como: diatomeas, tierra de infusorios, kieselgur (corpúsculo de sílice), etc., siendo unas rocas
sedimentarias compuestas por la acumulación de caparazones o esqueletos de
sílice de unas algas unicelulares y microscópicas, del tipo de los radiolarios o
foraminíferos (tierras de infusorios) o de diatomeas (tierra de diatomeas). En
la naturaleza existen más de 10.000 especies, de las cuales unas 400 son de
agua dulce, de donde proceden los yacimientos de estos materiales; que por
destrucción de la materia orgánica, queda como resto un caparazón silíceo
poroso, que se acumula en el fondo de las masas de agua dulce o salada,
formando a lo largo de millones de años un yacimiento.
Las
diatomeas "céntricas" son las más antiguas y presentan una simetría radial o
elíptica, perteneciendo a ellas los tipos: cyclotela,
coscinodiscus y melosira.
Por otra parte las diatomeas "pinnadas" de agua dulce, presentan una forma
alargada, destacando las navícula, cymbella, surirella y synedra. La
acumulación de estos restos de hace 60 a 100 millones de años, forman una roca
sedimentaria, blanda, ligera, e higroscópica; encontrándose en yacimientos
repartidos por todo el mundo, siendo los más importantes los de Estados Unidos
de América (Santa Bárbara), Europa (Ardèche y Cantal),
Africa del Norte, e Islandia; explotándose a cielo
abierto,y utilizándose como adsorbente
de nitroglicerina (dinamita), para la obtención de silicatos, y desde el año
1920 como materia filtrante.
Una
vez extraído el mineral de los yacimientos, se deja en "maduración" a la
intemperie durante al menos un año, transcurrido el cual se somete a un proceso
de fabricación, donde se pretenden los siguientes fines: purificar el mineral,
eliminar el agua, y obtener materias filtrantes de diferente porosidad. Par
ello, en primer lugar el mineral es desterronado, siendo después presecado en
un horno a una temperatura de entrada de 600º a 700º C y con una humedad del 60
por 100, hasta salir a una temperatura de 85º C y con una humedad del 30 por
100. A continuación el mineral es de nuevo triturado, y desecado de nuevo
durante un segundo a una temperatura de 700º a 800º C, resultando con una
humedad final del 4 por 100. Las diatomeas naturales se obtienen por
clasificación según tamaño en un ciclón de aire, donde se desechan las
partículas más pesadas, siendo éstas de color grisáceo por contener una pequeña
fracción de materia orgánica.
Las
diatomeas calcinadas, son de color rosáceo, estando sometidas a un nuevo
tratamiento a una temperatura de unos 900º a 1.000ºC,
siendo luego molidas y clasificadas por un ciclón de aire, para conseguir
eliminar por calcinación la materia orgánica y aglomerar por "fritage" las partículas muy finas de elevado poder colmatante. Se consigue una materia filtrante muy fina,
donde un 60 a 80 por 100 son partículas de tamaño inferior a 10 mm, y el 40 a 60 por 100 restante menores a 5 mm. Las diatomeas calcinadas activadas, son tierras de color
blanco, fabricándose por adición de un fundente de carbonato de sodio al 6 por
100, antes de su calcinación a una temperatura entre los 900º a 1.150º C,
siendo por último trituradas y clasificadas por un ciclón de aire. La adición
del fundente permite una calcinación más efectiva de las tierras, lo que
permite aumentar la permeabilidad de las diatomeas y así obtener mejores
resultados de filtración que con los anteriores tipos.
La
composición química de la tierras fósiles depende de su origen y también del
tipo de fabricación:
Composición
(% m.s.)
NaturalCalcinadaActivada
------------------------------------------
SiO2:86,891,087,9
Al2O3:4,14,65,9
Fe2O3:1,6
11,91,1
P2O5:0,20,20,2
CaO:1,71,41,1
MgO:0,40,40,3
Na2O + K2O:1,11,13,3
pH:5 a 86 a 88 a
10
En
cuanto a su características físicas, las tierras fósiles presentan los
siguientes datos:
Este
material de filtración, conocido desde finales del siglo XVIII como "perlstein" o "pearlstone", es una
roca volcánica del grupo de las riolitas, de
composición vítrea y de estructura globosa o poliédrica por contener un 2 a 5
por 100 de agua y gases ocluidos. Una vez triturada la roca y después de
mojada, se la somete a un tratamiento térmico instantáneo de 900º a 1.000 º C,
donde aumenta de volumen en más de 10 a 20 veces por la expansión del agua que
contiene, formando un material en forma de espuma y muy ligero, no sobrepasando
los 50 kg / m3; siendo a continuación
triturado y clasificado con un ciclón de aire, donde se separan las partículas
más pesadas no hinchadas. Este material se produce en países como Méjico,
Estados Unidos de América, Canadá, Japón, Nueva Zelanda, Turquía, Grecia,
Hungría, etc.
Las
perlitas es un material filtrante más barato que las tierras de diatomeas,y ademásse ahorra en su empleo de un 20 a 30 por 100 en peso, por lo que
resultan muy interesantes para la filtración por aluvionado.
Sin embargo se trata de un material muy abrasivo frente las partes metálicas de
los filtros, ofreciendo además superficies filtrantes no muy finas, por lo que
su empleo se reduce a la clarificación de líquidos muy turbios como: mostos,
heces, etc.
La
composición química media de una perlita puede ser la siguiente:
Composición
(% m.s.)
----------------------------
SiO2:74,7
Al2O3:13,2
Fe2O3:0,7
P2O5:trazas
CaO:0,8
MgO: trazas
Na2O + K2O:9,5
pH:7
a 10
Las
características físicas medias de las perlitas responden a los siguientes
datos:
-Humedad:
0,1 por 100.
-Pérdida
a calcinación: 1 por 100.
-Densidad:
0,14 a 0,25.
-Volumen
mojado: 4,0 a 7,1 litros / kg.
-Permeabilidad:
0,5 a 2,0 darcies (50 a 250 litros / m2 y
minuto).
-Tipos de filtros y funcionamiento.
Los
filtros de tierras pueden pertenecer a las siguientes categorías: filtros de aluvionado utilizados para la limpieza de los vinos,y los filtros rotativos a vacío o los filtros
de marcos para heces, empleados para la clarificación de los mostos o de sus
fangos y lías residuales de la fermentación alcohólica. En todos ellos se
pueden utilizar distintos tipos de materias filtrantes, consiguiendo de este
modo diversos grados de filtración y por lo tanto de limpieza de los mostos o
vinos.
-Filtros de aluvionado.
Estos filtros están
formados por los siguientes elementos, generalmente instalados en un bloque
compacto y a menudo sobre ruedas para facilitar su transporte.
-Filtro
propiamente dicho, compuesto por una carcasa hermética, donde en su
interior se coloca una superficie de filtración de mayor o menor extensión,
sobre la cual se depositan las tierras de filtración. Los soportes de
filtración pueden ser de los siguientes tipos:
-Tejido de algodón, nylon,
poliéster, cloruro de polivinilo, polietileno, fibra de vidrio, cloruro de polivinilideno (saram), politetrafluoroetileno (teflón) etc. en forma de sarga de
400 a 600 gramos / m2.
-Tejido de hilos de acero
inoxidable o "reps" construidos en forma de reps unido o de reps armado, con
hilo de 0,01" a 0,07" y tejidos en 60 x 60 a 80 x 80 hilos / cm.
-Soportes de cartón poroso,
o mejor de porcelana o cerámica porosa.
-Soportes de arandelas
acanaladas apiladas, formado una "bujía" hueca en forma de tubo poroso, o de
bobinado de hilo de acero inoxidable sobre un eje.
Los soportes de filtración por tierras
deben cumplir los siguientes requisitos: buena estabilidad dimensional,
resistencia a la deformación durante la filtración, y porosidad regular con
espacios comprendidos entre 50 a 120 mm. Las bujías de
arandelas son posiblemente el tipo de soporte que mejor cumple con los citados
requisitos, aunque también se utilizan en la actualidad los tejidos de acero
inoxidable, estando conformados mediante "platos" de doble cara separados entre
2 a 3 cm, donde en su parte exterior se deposita la tierra, y el líquido a
filtrar penetra desde fuera y hacia el interior.
Las bujías siempre
se colocan en el interior de las carcasas en posición vertical, mientras que
los platos se pueden situar en posición vertical u horizontal, consiguiendo las
siguientes ventajas e inconvenientes:
Platos verticales:-Filtro de técnica fiable.-Difícil estabilidad de la torta.
-Filtración
por las dos caras.-Difícil
extracción en seco de la
-Platos
filtrantes desmontables. torta.
-Fácil
limpieza con agua.-Importantes
pérdidas de vino.
-Excelente
precio.-Imposibilidad
de aumentar la
-Carcasa
de diámetro redu-superficie
filtrante.
cido.-Elevado
consumo de agua de
limpieza.
-Ciclo
de filtración corto.
Platos
horizontales:-Buena estabilidad de
la torta.-Filtración por un lado de los
-Posibilidad
de parar duranteplatos.
la
filtración.-Carcasa
de gran diámetro y
-Elevado
ciclo de filtración.altura.
-Posible
aumento de la super--Platos filtrantes poco rígidos.
ficie de filtración.-Dificultad
para su desmontado.
-Extracción
en seco de la torta.-Precio elevado.
-Pequeñas
pérdidas de vino.
-Pequeño
consumo de agua.
-Ciclo
de filtración elevado.
Bujías
verticales:-Elevada superficie
filtrante.-Difícil estabilidad de
la torta.
-Rigidez
de la superficie de-Ciclo de
filtración medio.
filtración.-Consumo de
agua elevado.
-Extracción
en seco de la torta. -Mantenimiento delicado.
-Aumento
de la superficie -Importantes
pérdidas de vino.
durante
la filtración.
El aforo o velocidad
de filtración o cantidad de líquido que puede pasar a través de una superficie
filtrante en un momento dado, depende de la superficie de filtración utilizada,
oscilando según el grado de turbidez y del tipo de tierras utilizado, desde los
3 a 5 hectolitros / m2 y hora para los líquidos más cargados y de 15
a 25 hectolitros / m2 y hora para los más limpios, con un aforo
medio de 10 hl / m2 y hora, que equivale a
1,5 cm3 por cm2 y por minuto. Disponiéndose filtros de aluvionado para uso enológico, con superficies filtrantes
desde 1 a 3 m2 los más pequeños, hasta de 80 a 100 m2 los
de mayor tamaño.
El volumen de la
carcasa depende de la superficie de filtración, oscilando alrededor de los 150
a 250 litros por m2, debiendo de dejar un espacio suficiente entre
platos o bujías, para contener las tierras y los turbios retenidos durante la
filtración. La extracción de la torta de filtración puede hacerse por medios
manuales en los filtros de pequeño tamaño, o bien de manera automática en los
de mayor volumen, utilizándose en este caso una limpieza interior con agua
impulsada a contraflujo, solución de elevado poder
contaminante; o mejor mediante una extracción en seco por medio de la vibración
de los soportes de filtración o con un gas también a contraflujo.
El aprovechamiento de los restos de vino contenidos en la carcasa de
filtración, puede realizarse instalando junto a la carcasa principal, otra
pequeña carcasa de filtración conocida como "filtro de residuos", por donde se
hace pasar el líquido una vez terminada el ciclo de filtración.
-Bomba principal
de circulación de líquido, de caudal acorde con la superficie de filtración
entre 5 a 20 hl / m2, y capaz de
suministrar una presión suficiente, comenzando con una presión diferencial
entre la entrada del líquido sucio y la salida del líquido limpio de 0,1 bar y
aumentando de 0,5 a 1,0 bar por cada hora de filtración, pudiendo alcanzar al
final de la filtración una presión de hasta 6 a 8 bares. Estas bombas deben
suministrar un caudal y una presión constante, utilizándose las de tipo
centrífugo de baja velocidad (1.800 r.p.m.), para que
no degraden o rompan la estructura de la tierra en suspensión cuando se
establece el circuito de precapa, debiendo estar
especialmente construidas para resistir el efecto abrasivo de las tierras
fósiles y sobre todo de las perlitas.
-Tanque de mezcla
de tierras, provisto de un agitador para evitar la sedimentación de las
mismas, y de capacidad suficiente para contenerla totalidad de las tierras de un ciclo de filtración, del orden de 50 a
100 litros por m2 de superficie de filtración.
-Bomba dosificadora de caudal regulable, para impulsar la
suspensión de tierras desde el tanque de mezcla, hasta la tubería de filtración
en el tramos situado entre la bomba principal y la carcasa de filtración. Para
evitar la abrasión de las tierras, se utilizan bombas aspirantes-impelentes de
membrana, de caudal regulable según la carrera de desplazamiento de la
membrana, con caudales regulables entre 2 a 20 litros / hora y m2 de
superficie filtrante, y a una presión de inyección superior a los 8 bares, que
permita superan la presión del líquido en filtración. Generalmente en el lugar
de la inyección se coloca una mirilla transparente, estando debidamente
iluminada, para observar desde el exterior la dosificación de la tierras
durante el aluvionado. Dos manómetros colocados a la
entrada y salida del filtro, permiten conocer la evolución del diferencial de
la presión durante el ciclo de la filtración.
El funcionamiento de los filtros de aluvionado
comprende una primera etapa o de formación de precapa,
donde se depositan en circuito cerrado unas tierras limpias con objeto de
cerrar los poros de la superficie filtrante, estableciendo un circuito cerrado
entre el tanque de mezcla y el filtro, utilizando para ello unas tierras con
una permebilidad superior a un darcie,
y agua o vino limpios como líquidos de suspensión. En ocasiones se depositan
dos precapas, la primera para el cierre de los poros
de la superficie de filtración, y la segunda del mismo tipo que la utilizada
posteriormente en el aluvionado. Cada precapa de unos 1,5 cm de espesor se construye con unos 300
a 500 gramos por m2 de superficie filtrante, en circuito cerrado a
una presión no superior a los 0,1 a 0,2 bares y a un caudal de unos 15 a 20 hl / m2 y hora, superior en 1,5 a 2,0 veces la
velocidad de filtración. La mezcla de tierras con agua o vino limpio en el
depósito de mezcla se hace a razón de 1 kg de tierras
por 5 litros de líquido.
Una vez establecida la precapa, se puede filtrar
de dos modos: la primera a "ciclo corto" donde el líquido turbio pasa
directamente sobre la precapa de tierras limpias,
reteniendo ésta los turbios por la mera acción del tamizado, colmatándose el
filtro con bastante rapidez; o mejor hacerlo en "ciclo largo o de aluvionado", donde el vino que accede al filtro recibe una
cierta cantidad de tierras, permitiendo de este modo funcionar de forma
combinada con los mecanismos de filtración de tamizado y de profundidad,
permitiendo alargar notablemente el ciclo de filtración, hasta 5 a 10 horas, y
por lo tanto también la cantidad de vino filtrado por ciclo.
La segunda etapa o de filtración por aluvionado
consiste en hacer pasar el vino turbio a través de la precapa
anteriormente formada, con un caudal entre 5 a 20 hl
/ m2 y hora, recibiendo de manera continua un aporte de tierras o aluvionado, que impide la colmatación
del filtro al depositarse sobre la superficie filtrante una mezcla de turbios
con tierras de filtración, permitiendo el paso vino de manera continua. Las
dosis de tierras varían en función del tipo de filtración a realizar y por lo
tanto también del tipo de tierras seleccionado, utilizando desde tierras
gruesas para el desbaste de los vinos, hasta tierras finas para su
abrillantado:
Para calcular una dosis más exacta de tierras es conveniente realizar
previamente un ensayo de laboratorio, con objeto de seleccionar el tipo de
tierra más adecuada para cada vino. La duración del ciclo de filtración es muy
variable, oscilando desde las 5 hasta las 10 horas, incrementándose
progresivamente la presión a razón de 0,5 a 1,0 bar por hora, debido a la dificultad
de atravesar la capa de tierras y turbios cada vez más gruesa, terminando el
ciclo de filtración cuando se alcanza una presión máxima situada en el entorno
de los 8 bares, o bien se produce la colmatación de
la carcasa de filtración. Al comienzo de la filtración es conveniente aluvionar por exceso durante los primeros quince minutos,
con objeto de evitar una posible colmatación de la precapa, bajando progresivamente la dosis de tierras, hasta
lograr un incremento lineal del diferencial de presión y como máximo a razón de
1 bar por hora. Un pequeño incremento de la presión supone un excesivo consumo
de tierras, acompañado de un menor volumen de vino a filtrar, por llenarse
rápidamente la carcasa de filtración;mientras que un elevado incremento de la presión, representa un bajo
consumo de tierras y también un menor volumen de vino a filtrar, por llegar
rápidamente a la máxima presión de trabajo.
Todas las materias filtrantes son
compresibles, pudiendo producirse por lo tanto un agrietamiento de la torta de
filtración a medida que se incrementa la presión de filtración, pudiendo
reducirse el volumen entre un 18 a 22 por 100 entre 1 y 4 bares para las
diatomeas calcinadas, y de un 20 a 25 por 100 entre 1 y 4 bares para las
diatomeas activada; siendo por lo tanto un momento delicado de la filtración,
cuando el diferencial de presión se sitúa entre los 1,5 a 2,5 bares. Otros
factores que influyen en una buena calidad de la filtración por tierras pueden
ser: conseguir un buen reparto de las mismas sobre la superficie filtrante,
cuestión que se logra disponiendo de una adecuada porosidad en dicha
superficie, o evitando la formación de turbideces
dentro la carcasa de filtración, y por fin trabajando preferiblemente con
platos horizontales, donde las tierras se depositan mejor que en los
verticales, evitando de este modo los fenómenos de su posible desmoronamiento,
así como también impedir su estratificación en verticalsegún partículas de diferentes tamaños.
En los filtros de bujías se produce
un incremento de la superficie de filtración, debido a que las tierras se
depositan alrededor de un cilindro, debiendo entonces tenerse en cuenta este
fenómeno en el momento de definir la superficie de filtración. Los fabricantes
pueden definir entonces estos filtros como:
Bujías desnudas
Bujías desnudas + precapa
Bujías desnudas + precapa + 25 por 100 del aluvionado
Bujías desnudas + precapa + 50 por 100 del aluvionado
Así una bujía desnuda puede
presentar una superficie de filtración del orden de 0,136 m2,
mientras que si se mide el mismo elemento con precapa
y un 25 por 100 de aluvionado, la superficie se eleva
a 0,204 m2, lo que representa un incremento del 50 por 100.
La limpieza de los filtros
debe ser realizada al menos una o dos veces al año, realizando un tratamiento
químico, que desincruste los tartratos y la suciedad depositada en el circuito
de filtración y especialmente en las superficies de filtración. Para ello se
realiza una primera limpieza en circuito cerrado utilizando una solución de agua
y sosa al 2 a 3 por 100, y mejor a una temperatura de 40º a 50º C; seguida de
un enjuague con agua y una segunda limpieza ácida empleando una solución de
agua y un ácido al 1 a 2 por 100 a una temperatura de 60º a 70º C, para
terminar con un enjuague abundante con agua limpia.
-Filtros
rotativos a vacío (FRV).
Debido a la gran superficie de
filtración y a la elevada longitud de su ciclo, donde en la práctica se puede
asimilar a una instalación de filtración en continuo, estas máquinas se
utilizan fundamentalmente limpiar los líquidos muy cargados de turbios, como la
clarificación o desfangado de los mostos blancos, así
como también para la limpieza de los fangos o de las lías resultantes de la
fermentación alcohólica. Los filtros rotativos a vacío están formados por los
siguientes elementos:
-Un tambor o cilindro horizontal
giratorio, cuya parte curva presenta hacia el exterior generalmente un
tejido de acero inoxidable de unas 60 mm de tamaño de
poro, donde se soportan las tierras de filtración, por medio de un vacío
procedente del interior del tambor, aunque en algunos filtros este tejido está
compuesto por una tela de nylon. La aspiración generada por una o varias bombas
de vacío, y del orden de 0,2 a 0,8 bares, puede seraplicada únicamente en la zona del tejido con
ayuda de unos colectores terminados en unas ventosas, siendo conocidos como de
"vacío periférico", o extendiéndose a la totalidad del interior del cilindro,
llamándose entonces de "vacío integral".
La superficie del tambor es variable según
modelos, oscilando desde los filtros de 3 m2 hasta más de 80 m2,
pudiendo girar a velocidades regulables desde las 0,2 a 5,0 r.p.m.
segúnlas necesidades de filtración. El
cilindro giratorio se instala sobre una bandeja o cárter
dotado de un agitador, donde se introduce el producto a filtrar sin ningún tipo
de materia filtrante, siendo regulable el nivel de inmersión del tambor sobre
el líquido turbio, oscilando su superficie sumergidaentre un 10 a 50 por 100. Lateralmente y
siguiendo la generatriz del cilindro se coloca una cuchilla de corte de
avance micrométrico, nunca superior a 0,1 mm por revolución, cuya función es
separar los turbios depositados sobre las tierras y el tejido del tambor.
-Una instalación para la aspiración
del líquido, compuesta por un grupo de vacío, que precisa de agua en
circuito cerrado para su funcionamiento, así como de un depósito separador
de líquido con bomba centrífuga de evacuación para los filtros de vacío
periférico; o sin éste elemento en los modelos de vacío integral, donde el
mismo tambor hace la función de separador de líquido, extrayéndose el líquido
mediante una bomba centrífuga sumergida en su interior.
-Un equipo para la dosificación de
tierras, compuesto por un tanque de mezcla provisto de agitador, y una bomba
que sirve de manera indistinta para la dosificación o adición de tierras sobre
el cárter en la etapa de formación de la capa
filtrante, o bien para la circulación del líquido a filtrar en la etapa propia
de la filtración.
Las características técnicas de estos
filtros dependen de su superficie filtrante, oscilando éstas según las
siguiente tabla:
Superficie filtrante (m2)
310203040
-----------------------------------------------
Diámetro
del tambor (mm):1.2001.6001.6002.0002.000
Longitud
del tambor (mm):1.0002.0004.0005.0006.500
Potencia
total (kw):9,014,827,135,248,2
Consumo
de agua (m3 / hora):0,41,22,13,54,8
Tanque
de mezcla (m3):0,50,91,62,03,0
El funcionamiento de los filtros
rotativos a vacío sigue la siguiente secuencia:
-Formación de la capa o torta
filtrante.En el tanque de mezcla
se prepara una suspensión de tierras filtrantes y agua, con una riqueza aproximada
de 1 kg de tierras por 5 litros de agua. Generalmente
se utilizan perlitas de alta permeabilidad de 250 a 350 litros / m2
y minuto, depositándose sobre el tambor una capa de tierras de 80 a 110 mm de
espesor, con un consumo de 18 a 25 kg de tierras por
m2 de superficie filtrante, empleándose un tiempo de formación de
unos 45 minutos.
La torta de tierras se forma
depositándose sobre la superficie del tambor, estableciendo un circuito cerrado
entre el tanque de mezcla y el filtro, penetrando la suspensión de tierras en
el cárter y a continuación atravesando el tejido,
donde las tierras quedan retenidas en una capa más o menos uniforme debido a la
rotación del tambor. Un torneado final con la cuchilla de corte, permite
eliminar las irregularidades del capa de filtración, eliminándose con esta
operación unos 2 a 3 kg / m2 de tierras
limpias, que pueden ser reutilizadas en un posterior ciclo de filtración.
-Filtración propiamente dicha.
Una vez formada la torta filtrante de tierras limpias y evacuado el agua
contenida en el interior del tambor, así como también en el cárter
del filtro, se procede a la alimentación de producto turbio a filtrar sin
ningún tipo de aluvionado, penetrando hacia el
interior del cilindro por la acción del vacío; donde los turbios quedan
retenidos en la parte exterior de las tierras en forma de película y el líquido
limpio las atraviesa, siendo evacuadohacia el exterior, bien por medio del vacío en los filtros de vacío
periférico, o bien mediante una bomba sumergida en los filtros de vacío
integral.
Cuando la película de turbios emerge
del cárter, el vacío continúa drenando mosto hacia el
interior hasta su secado, siendo a continuación separados los turbios con una
pequeña cantidad de tierras por medio de la cuchilla de avance micrométrico,
dejando las tierras limpias y listas para inicial de nuevo el proceso de
filtración. El espesor de la torta de tierras se reduce progresivamente, hasta
que concluye el ciclo de filtración cuando se alcanza una anchura residual de
unos 2 a 3 cm de tierras, obteniéndose entonces unos deficientes resultados de
filtración.
Durante esta fase de filtración, el
tambor presenta tres sectores diferenciados:
-Zona de
filtración. Es la parte del tambor que permanece sumergida en el líquido a
filtrar, donde tiene lugar el paso del líquido a través de las tierras
depositadas y gracias a la presión diferencial ente la atmosférica y el vacío
interior. Esta zona representa un 10 a 48 por 100 de la superficie filtrante
total, pudiendo ser regulada mediante el nivel de inmersión del cilindro en el cárter.
-Zona de
drenaje. Es el sector del tambor que emerge del líquido a filtrar contenido
en el cárter, hasta el punto donde la cuchilla separa
los turbios. El vacío interior sigue actuando sobre la capa de tierras impregnada
de líquido, drenando hacia el interior del cilindro. Esta zona representa del
orden de un 50 a 80 por 100 de la superficie total de filtración.
-Zona
libre. Es la parte del tambor donde las tierras resultan limpias,
transcurriendo desde el lugar de corte de la cuchilla, hasta el punto de
inmersión del tambor en el líquido, y ocupando un pequeño sector del 5 a 10 por
100.
Según la ecuación fundamental de la
filtración, donde su caudal es directamente proporcional a la permeabilidad del
medio filtrante, a la superficie de filtración, y a su presión diferencial, e
inversamente proporcional al espesor del medio filtrante y a la viscosidad del
líquido filtrado; en los filtros de vacío son prácticamente constantes todos
estos factores, por lo que resulta en consecuencia un rendimiento también
constante durante toda la longitud del ciclo de filtración.
A . DP . b
Q = dV / dt = ------------- Q:
caudal de filtración.
h . EA:
superficie de filtración = cte.
DP: presión diferencial = cte.
b: permeabilidad del filtro = cte.
h: viscosidad del líquido = cte.
E:
espesor de la materia filtrante = cte.
Q = dV / dT = cte.
No obstante el caudal de
filtración puede ser variable en este tipo de filtros, haciendo variar la
velocidad de rotación del tambor, la altura del líquido situado en el cárter, y por fin el avance de corte de la cuchilla:
-La velocidad de
rotación debe ser tal que se obtenga la colmatación
de la torta filtrante, justo en el lugar donde ésta emerge del líquido turbio.
Cuando la velocidad del tabor es excesiva, no se aprovecha la capacidad de
retención de las tierras, y por el contrario, cuando ésta es reducida las
tierras se colmatan antes de emerger, y entonces se alarga en exceso el tiempo
de filtración. El aumento de la velocidad produce un aumento de la
permeabilidad del filtro, pero se produce un deficiente drenaje de la torta,
perdiéndose en consecuencia un importante volumen de líquido contenido en la
fracción cortada por la cuchilla.
Las pérdidas
globales normales de los filtros rotativos a vacío son inferiores al 1 por 100,
siempre que la humedad residual oscile entre el 50 a 70 por 100, reteniendo las
tierras alguna cantidad de líquido: 0,8 a 0,9 litros / kg
de tierras, que determinan la citada merma.
-El nivel de
llenado del cárter hace variar la superficie de
filtración real, así como también la de drenaje, aumentando la primera y
disminuyendo la segunda, cuando el nivel de líquido es alto y recíprocamente cuando
éste es bajo.
-La velocidad de
avance de la cuchilla de corte a de ser mínimo, debiendo separar un espesor
de tierras tal, que la capa de tierras resulte en condiciones óptimas para la
filtración, no siendo superior a 0,1 mm por revolución del tambor.
La
naturaleza del líquido a filtrar, así como también la clase de tierras de
filtración, presentan una gran influencia en los rendimientos de filtración,
clasificándose los primeros en tres tipos:
Tipo
de líquidoClasificaciónContenido
en sólidos (%)
Todas
estas circunstancias desembocan en la consecución de los siguientes resultados
de la filtración:
-Duración
de la filtración de 5 a 12 horas.
-Tiempos muertos de
la filtración de 1 a 2 horas, para la limpieza del filtro y la formación de la
capa filtrante.
-Consumo
de perlitas de 10 a 20 gramos / litro, dependiendo del producto a filtrar:
gramos
/ litro
----------------
Vinos:2 a 5
Lías:10 a 20
Fangos:10 a 25
Mostos:7 a 15
-Caudal
horario variable en función del producto a filtrar:
litros / m2 . hora
----------------------
Mosto
blanco de escurrido:200 a 300
Mosto
blanco desfangado:300 a 600
Fangos
de mostos blancos:100 a 200
Restos
de clarificaciones:100 a 150
Lías
de vinificación:50 a 150
-Grado
de limpidez obtenido de 0,5 a 5,0 NTU.
Recientementese utilizan coadyuvantes para las
perlitas de filtración, tales como el algodón, la celulosa, o las tierras de
diatomeas, que mezcladas en un 10 por 100, mejoran notablementeel trabajo y los resultados de los filtros
rotativos de vacío, tales como:
-Evitar la pérdida progresiva de la
permeabilidad de la torta, aumentando los rendimientos de filtración hasta un
50 a 100 por 100 más.
-Menor consumo de materia filtrante,
motivado por una homogénea estratificación de las tierras sobre el tambor,
reduciendo las pérdidas en el torneado de la torta en un 50 por 100, así como
un mejor aprovechamiento del espesor de la capa filtrante, hasta alcanzar un
espesor residual de 0,8 a 1,0 cm.
-Mayor limpidez del
líquido durante el ciclo de filtración, al impedir la penetración de los
turbios a través de la torta filtrante en espesores reducidos, o por la
formación de vías de penetración preferencial visibles o no.
-Menor formación de
grietas, que a menudo se forman en estos filtros cuando se trabaja
exclusivamente con tierras fósiles o perlitas, lo que motiva una mala
filtración y en la mayoría de los casos una parada obligatoria para su
reparación de una o dos horas de duración.
Otros
posibles adyuvantes para las tierras de filtración son la polivinilpolipirrolidona
(PVPP), o una mezcla de caseinato potásico y sol de
sílice, mediante un mecanismo conocido como "filtración activa", donde además
de realizar la filtración del líquido se consigue la adsorción de los polifenoles oxidables del mosto, consiguiendo reducciones
de intensidad de color del 30 a 50 por 100.
-Filtros prensa de marcos.
Los
filtros prensa de marcos son más antiguos que los filtros rotativos a vacío,
utilizándose fundamentalmente para la filtración de líquidos muy cargados, como
por ejemplo los fangos procedentes de la limpieza de los mostos, o las heces y
lías de la fermentación alcohólica, e incluso también los restos de la
clarificación de los vinos. Estos aparatos son de menor coste de adquisición,
pudiendo trabajar sin adyuvantes de filtración o bien con un consumo más
reducido de éstos, con rendimientos inferiores, y de una manipulación más lenta
y compleja.
Estos
filtros constan de un robusto bastidor, sobre el que se instalan un gran número
de placas o marcos de aluminio o de material sintético, situando entre ellas
unas telas de algodón o de polipropileno, cuya misión es la retención de lo
turbios contenidos en los líquidos a filtrar en un espesor de hasta 30 mm. Una
bomba de émbolo autoaspirante y de inyección de baja
velocidad, dotada de una cámara de compensación de presión, permite la
circulación del producto a filtrar a presiones de hasta 10 a 14 kg / cm2, completando el conjunto un sistema de
regulación por presostato y bandeja colectora del
producto filtrado.
Los
marcos de filtración son de diversas medidas, oscilando en placas de 630 x 630
mm, conteniendo cada cámara unos 8 litros y una superficie por plato de 0,66 m2,
o placas de 800 x 800 mm con respectivamente 10,4 litros y 1,04 m2
por placa. En estos filtros se instalan desde 20 hasta 80 placas, arrojando una
superficie filtrante total desde los 15 m2 hasta 80 m2,
consiguiendo filtrar líquidos cargados de sólidos de hasta un 30 por 100, con
un rendimiento de unos 100 litros de heces por m2 de superficie
filtrante y hora. La duración del ciclo de filtración es del orden de 2 a 4
horas, del cual el tiempo dedicado a la descarga y limpieza del filtro es muy
elevado y estimado en 20 a 80 minutos para los filtros de 30 a 80 m2.
Algunos modelos de filtros llevan unas membranas elásticas acopladas a los
platos, donde al terminar el ciclo de filtración pueden ser hinchadas con aire
comprimido, facilitando de este modo la extracción de los residuos de la
filtración pegados a los platos, y también aprovechar una cantidad importante
de líquido contenido en su interior.
Este
tipo de filtros pueden también utilizarse para filtrar líquidos menos cargados
de sólidos, como por ejemplo para el desfangado de
mostos, empleando ayudas de filtración como las perlitas o tierras fósiles,
utilizando dosis alrededor de 2 a 4 gramos / litro, que permiten obtener
rendimientos de filtración de 100 a 200 litros / m2 . hora, en
ciclos de filtración de 3 a 4 horas. Con otros líquidos más turbios, los datos
y rendimientos de filtración son los siguientes:
Producto a filtrarMateria filtrante (kg / hl)Caudal medio (litros / m2
. hora)
Fangos de mostos:perlitas de 2 a 5 darcies
(2 a 5)50 a 200
Restos de clarificaciones:tierras de 1 a 3 darcies
(0,5 a 2)150 a 300
Heces de fermentación:tierras de 1 a 3 darcies
(0,5 a 2)50 a 100
VII.1.2.2. Filtración por placas.
La
filtración por placas corresponde a una modalidad de la limpieza de los
líquidos, donde se utiliza como material filtrante unas placas prefabricadas
con diferentes grado de porosidad, lo que permite obtener una amplia gama de
resultados en la clarificación, desde una filtración grosera o de desbaste,
pasando por una filtración mediana e incluso de abrillantamiento,
y terminando en una filtración esterilizante. En la actualidad este tipo de
proceso se utiliza como prefiltro de la filtración amicróbica
final realizada por medio de membranas, con el propósito de reducir el índice
de colmatación de los vinos y por lo tanto para aumentar
la vida o el ciclo de filtración de estos últimos. Una variación de los filtros
de placas, son los de cartucho lenticular, que mejoran y evitan algunos
inconvenientes derivados del uso de los anteriores.
-Materias filtrantes y fabricación de las
placas.
Hasta
antes de los años ochenta, las placas de filtración se construían con una
mezcla de amianto, celulosa, diatomeas y un producto ligante,
hasta que se prohibió el uso del amianto por cuestiones sanitarias, siendo
sustituidas por la fabricación de otras placas exentas de este material, y
compuestas por una mezcla de celulosa de madera decolorada, fibras de algodón,
diatomeas activadas, fibras sintéticas de polietileno y un producto ligante. En un primer momento de este cambio, los
resultados ofrecidos por las nuevas placas no fueron de total satisfacción,
pues sin duda el amianto era un eficaz material de filtración de difícil
sustitución, pero en la actualidad la tecnología ha permitido que las placas
sin amianto ofrezcan prestaciones similares a las anteriores.
El
amianto prohibido en la actualidad, es una fibra mineral inorgánica,
siendo conocida también con el nombre de "asbesto", que procede del griego
"asbestos" o insoluble. Se trata de un producto procedente de la meteorización
de la hornblenda o de la serpentina, con el nombre minerológico de crisotilo, desde
el punto de vista químico es un silicato de magnesio, estando formado por
fibras paralelas muy finas, que pueden individualizarse en fibras aisladas de
una longitud de 20 a 30 nm. El amianto para uso
enológico debe estar libre de impurezas que se disuelvan en el vino, tales como
el calcio o el hierro.
Este
material filtrante forma estratos de poro muy fino, actuando por el mecanismo
de tamizado, aunque presenta también un importante efecto de adsorción o
potencial "zeta" de carga eléctrica positiva, debido a su elevada superficie
específica de 1 m2 / gramo. En las placas de filtración se utilizaba
en proporciones crecientes según el grado de porosidad deseado y nunca llegando
a superar el 42 por 100 en peso.
La
celulosa es un polisacárido fundamental de las paredes celulares de los
vegetales, estando formado por la condensación de un gran número de moléculas
de glucosa: (C6H10O5)n con un valor
de "n" entre 200 y 1.000, encontrándose alineadas longitudinalmente en forma de
fibras. La celulosa puede proceder del algodón, o de la madera de las píceas o
hayas, donde se tritura y se hierve a continuación para liberarla de la lignina
y pectina, siendo luego blanqueada en una solución alcalina, y por último
repetidamente lavada con agua para despojarla de las impurezas. Las fibras
obtenidas presentan un diámetro de 0,5 mm y una longitud
variable desde 0,5 a varios mm, encontrándose en forma de copos o polvo, e
incluso comprimida en "panes" de 0,675 a 0,900 kg /
litro y de color ceroso blanquecino. El material es relativamente puro,
conteniendo una pequeña cantidad de cationes, del orden de 50 mg / kg en la suma de calcio,
hierro y magnesio.
La
celulosa forma estratos filtrantes cuyo mecanismo es fundamentalmente de
adsorción, eliminando las partículas con carga eléctrica negativa, aunque
también pueden retener sedimentos por tamizado, pudiendo además absorber agua
hasta aumentar su volumen en un 20 por 100. Las características de este materias
son las siguientes:
-Densidad:110 a 320 gramos / litro.
-Permeabilidad:0,5 a 5,0 darcies.
-Humedad:5 a 10 por 100.
-Celulosa:90 a 99 por 100
Su
contenido en las placas de filtración es muy elevado y siempre superior al 50
por 100, mejorando sus propiedades de filtración con la mezcla de otros
materiales, como las tierras fósiles o el amianto, debiendo ser lavadas con una
solución de ácido cítrico para eliminar un posible sabor a papel.
La
fabricación de las placas sigue el siguiente proceso de fabricación en
continuo: las materia primas que intervienen en la composición de las placas
son seleccionadas, lavadas y secadas de forma separada. Una vez mezcladas en la
proporción adecuada para cada tipo de placa a fabricar, se mezclan con agua en
un recipiente dotado de un agitador, siendo depositada de forma regular sobre
la parte superior de una larga banda transportadora sinfín que sirve de tamiz,
donde el agua lo atraviesa primero por acción de la gravedad y luego por
aspiración. La vibración de la cinta contribuye a la eliminación del agua, y a
la compactación de las materias filtrantes, siendo secadas por la acción del
calor y prensadas antes de su corte según los distintos tamaños, obteniéndose
un material filtrante de 4 a 6 mm de espesor.
Las
placas son marcadas y referenciadas según el tipo de filtración en la cara
lisa, donde se la somete a un tratamiento endurecedor para evitar su
degradación por desfibrado,de tal
manera que el montaje en los filtros se realiza colocando la cara rugosa del
lado que procede el líquido a filtrar y la cara lisa orientada hacia donde éste
sale limpio.
-Descripción de un filtro de placas.
Estos
filtros están compuestos de los siguientes elementos:
-Un chasis fijo
o móvil sobre ruedas, que sirve como soporte para todas las piezas que componen
el filtro, estando formado por dos o más barras longitudinales donde se apoyan
las placas de filtración.
-Una placa de
cabeza fija unida al chasis de una manera rígida, llevando las canalizaciones
de entrada y salida del filtro dotadas de las correspondientes válvulas, así
como dos manómetros para medir la presión de entrada y salida del líquido, y en
su parte superior una válvula para la purga de aire que pudiera contener el
filtro, acompañada de una mirilla para comprobar la ausencia de burbujas de
aire y la eficacia de la filtración. Un caudalímetro
situado en la conducción de entrada, permite conocer el caudal del líquido
filtrado en todos los momentos del ciclo.
-Una placa de
cola desplazable en sentido longitudinal del filtro,
por medio de un tornillo de ajuste, el cual se apoya en un yugo solidario con
el chasis de barras fijas.
-Un conjunto de
platos soporte que se sitúan entre los dos placas anteriormente citadas y entre
los cuales se colocan las placas de filtración como material de filtración.
Cada plato soporte está fabricado en aluminio esmaltado, acero inoxidable, o
material plástico que permitan su esterilización por calentamiento, llevando en
sus dos laterales dos salientes que permiten su apoyo en las barras
longitudinales, y en sus esquinas unas orejas con un hueco circular central,
que forman al unirse los platos, unas tuberías por donde circula el líquido
turbio a filtrar o el mismo limpio una vez filtrado. Los platos de aluminio
esmaltado o de material plástico son macizos, y llevan en sus dos lados unas
ranuras que permiten en reparto del líquido por la totalidad de la superficie
de la placa; mientras que los de acero inoxidable son generalmente huecos,
estando sus dos caras perforadas. La estanqueidad de las orejas de las platos
se consigue por medio de unas juntas en forma de anillo, cuyo espesor debe
corresponder con el de las placas de filtración.
-En la parte
inferior del filtro, se sitúa una bandeja destinada a recoger el goteo de
líquido que se pierde entre las placas de filtración.
-Una bomba de
circulación de caudal regulable y continuo, que permita la circulación del
líquido a filtrar sin cambios bruscos de presión.
-Funcionamiento de un filtro de placas.
Las
placas de filtración son capaces de retener las partículas que causan la
turbidez de los líquidos, debido a la acción conjunta de los mecanismos de
tamizado y de adsorción en profundidad, es éste último por el efecto del
potencial "zeta", así como también por los fenómenos de interceptación inercial
y difusional.
Estas placas
ofrecen una gama de resultados de filtración, que oscilan desde las de una
porosidad elevada y grandes caudales, hasta las de porosidad reducida y bajos
caudales de filtración, pudiendo agruparse en tres categorías:
-Placas desbastadoras con una porosidad de 10 a 20 micras, que
retienen las partículas de gran tamaño y con grandes rendimientos de
filtración, estando compuestas con una elevada proporción de tierras de
diatomeas. Su utilización está muy restringida en favor de los filtros de
tierras de mejores rendimientos.
-Placas
clarificantes con una porosidad entre 0,1 a 1,0 micras, que producen en los
líquidos un efecto de abrillantamiento, encontrando
es estas placas su mayor utilización en enología, y utilizado como prefiltro
antes de la filtración final o esterilizante.
-Placas
esterilizantes con una porosidad entre 0,45 a 0,9 micras, que permiten una
importante retención de microorganismos como levaduras y bacterias, pero que
nunca consiguen una total esterilidad del líquido filtrado, ofreciendo un
caudal de filtración muy reducido.
Las
dimensiones de las placas de filtración más frecuentes son de los formatos: 20
x 20 cm, 40 x 40 cm, y 60 x 60 cm, utilizándose estos tamaños en función del
tipo de filtro disponible. Estas placas deben conservarse en un lugar seco y
aireado, para evitar la absorción de olores, colocándose entre los platos de
filtración tomándolas con cuidado por sus bordes, y colocando la primera desde
la placa de cabeza, situándolas de tal forma que la cara rugosa se oriente
hacia la entrada de líquido a filtrar y la parte lisa hacia la salida del
líquido filtrado. Una vez colocadas las placas, el filtro se cierra
herméticamente con ayuda del tornillo o husillo de apriete, pudiendo ser éste
reapretado a lo largo del ciclo de filtración, para evitar un goteo excesivo de
las placas.
Antes
de comenzar el ciclo de filtración es conveniente lavar las placas y el
circuito de filtración, para eliminar un característico olor a papel,
haciendo circular en circuito cerrado, una solución de agua ácida fría con un
valor de pH inferior a 5,0 y a razón de 150 litros /
m2 . hora, a una presión inferior a 0,5 bar y durante unos 15 a 20
minutos. En el caso de utilizar placas esterilizantes, el filtro una vez
montado debe ser esterilizado, empleando agua caliente a una temperatura de 80º
a 90º C en circuito cerrado y durante 20 a 30 minutos. Las placas contienen un
importante volumen hueco, del orden de un 75 a 85 por 100, equivalente a unos 4
litros / m2, por lo que los primeros litros de vino filtrado deben
ser desechados, ya que contienen una elevada cantidad de agua procedente del
lavado o de la esterilización antes descrita.
La
filtración se realiza haciendo pasar el líquido a filtrar de acuerdo con las
características de presión y caudal que se describen a continuación, haciendo
circular primero el vino en circuito cerrado durante unos diez minutos, con
objeto de activar el potencial "zeta" del filtro, y a continuación pasándolo en
continuo a través del filtro.
Cada
placa de filtración posee unas determinadas características, donde destacan el
caudal en función de la superficie filtrante, la presión diferencial utilizada,
y por fin el rendimiento o volumen total de líquido filtrado en la totalidad
del ciclo.
Tamaño
de placasUnidades / m2
----------------------------------------
20 x 2032
40 x 407
60 x 603
Tamaño
de placasTipo de filtraciónCaudal nominal (litros / m2 .
hora)
El
volumen de vino filtrado o longitud del ciclo de filtración, depende del
material de filtración, así como del vino, calculándose éste como de 6 a 8
veces el caudal nominal antes expuesto.
Una
vez terminado el ciclo de filtración, determinado por alcanzar los máximos de
presión diferencial anteriormente descritos o bien al finalizar la jornada de
trabajo, las placas de filtración pueden ser regeneradas. Para ello, se debe
hacer circular a contracorriente un caudal de agua de 150 litros / m2
. hora, a una presión inferior a 0,5 bar, y durante un tiempo de 10 a 20
minutos. El agua utilizada en un principio debe ser fría para eliminar la
materia colorante, y después se podrá utilizar agua caliente a una temperatura
comprendida entre los 50º a 55º C.
Algunos
filtros de placas pueden realizar simultáneamente en la misma operación dos o
más tipos de filtración, utilizando para ello los polifiltros,
donde se instalan varios sectores de placas de distintos tipos, pasando el
líquido a filtrar sucesivamente por placas de mayor a menor diámetro de poro, e
incluso combinar una sección de filtración por tierras y otra por placas.
-Filtros de cartuchos lenticulares.
Este
tipo de filtros aparecen a partir de los años ochenta con la prohibición del
amianto, siendo desarrollados para evitar algunos defectos producidos por los
filtros de placas, como el goteo del líquido a filtrar que sale de las placas.
El proceso de fabricación de este material filtrantes es muy similar al de las
placas, siendo cortadas en círculos de 8, 12, o 16 pulgadas de diámetro y
polimerizadas mediante un tratamiento por calor, agrupando los discos por
parejas formando una lente, cerrando los extremos de los mismos por un
junquillo de polipropileno, y uniéndose entre ellos por separadores circulares
del mismo material, que al mismo tiempo forman un tubo central para el drenaje
del líquido filtrado. De este modo se consiguen unos cartuchos en forma de
fuelle, compuestos por discos lenticulares con doble cara de filtración,
ofreciendo superficies filtrantes por cartucho desde los 1,8 m2
hasta los 5,0 m2, pudiendo apilarse varios de éstos dentro de una
campana o carcasa de filtración, compuesta por una base con un trípode y dos
tuberías de entrada y salida de líquido, y una carcasa propiamente dicha dotada
de un tubo colector central donde se insertan los cartuchos.
Las
características de la filtración responden a los siguientes parámetros:
El
procedimiento de filtración es muy similar a la de los filtros de placas,
variando los valores del enjuague con agua fría, con un caudalmáximo de 600 litros / m2 . hora,
a la presión máxima de un bar, así como también la regeneración de los
cartuchos con valores similares a los anteriores. Al terminar el ciclo de
filtración, para conservar los cartuchos se pueden rellenar las carcasas con
soluciones esterilizantes de anhídrido sulfuroso, o de peróxidos tipo oxonia, debiendo enjuagarse convenientemente antes de su
utilización.
VII.1.2.3. Filtración amicróbica
por membrana.
Este
tipo de filtración de líquidos fue desarrollada en los Estados Unidos de
América para potabilizar el agua con destino al consumo humano, utilizándose en
los años sesenta para el embotellado de los vinos pobres en gérmenes, que a
todos los efectos suponía una técnica de esterilización de los vinos, y sin los
inconvenientes ofrecidos por otros sistemas como por ejemplo las derivadas del
calentamiento.
La
filtración amicróbica consiste en hacer pasar un
líquido a través de una membrana porosa, donde por el efecto del tamizado
quedan retenidas en su superficie los microorganismos: levaduras y bacterias de
mayor tamaño que los poros de la membrana. Con este motivo es muy importante
que los líquidos a filtrar lleguen al filtro lo más limpios posibles, y con un
índice de colmatación adecuado y descrito
anteriormente en el apartado VII.1.1.3. Parámetros y Ensayos de Filtración.
Para conseguirlo se pueden utilizar filtros de placas de abrillantamiento
o esterilizantes, o mejor en la actualidad siendo sustituidas por cartuchos de
prefiltración distintos a los cartuchos lenticulares .
-Cartuchos de
prefiltración.
Los
materiales de filtración de estos cartuchos pueden estar compuestos de diversas
sustancias: polipropileno, polipropileno-polietileno, fibra de vidrio, acetato
de celulosa, y fibra de celulosa; distinguiéndose dos tipos de módulos: los
primeros para filtración en profundidad comparable a las placas de filtración o
a los cartuchos lenticulares, y los segundos equipados con membranas plegadas
de prefiltración. Todos ellos se instalan dentro de una coraza perforada
exterior de material plástico, formando un cartucho que puede ser instalado
dentro de una campana o carcasa de filtración.
Los
cartuchos de filtración en profundidad comprenden una sucesión de
materiales de menor porosidad, oscilando desde las 5 a 20 mm en la entrada, y hasta 1 a 2 mm en la salida,
alcanzando un caudal por módulo de 10 pulgadas de 300 a 500 litros por hora,
bajo un diferencial de presión máximo de 4 a 5 bar.
Los
cartuchos de membranas plegadas presentan una apariencia idéntica a los
de filtración final, estando las membranas de filtración plegadas en sucesivas
capas, alcanzando también una porosidad final de 1 a 2 mm, con un caudal por módulo de 10 pulgadas de 500 litros por hora, bajo
una presión diferencial máxima de 5 bar.
-Membranas y cartuchos de filtración amicróbica.
Las
membranas utilizadas para la filtración amicróbica
pueden ser de dos tipos, las primeras de tipo homogéneo fabricadas a
partir de materiales, como: éster de celulosa, nylon, polisulfonato,
acetato de celulosa, difluoruro de polivinilideno, etc., siendo disueltos en un solvente,
depositando una capa delgada sobre una superficie plana, donde el solvente se
evapora y resultando entonces una membrana de porosidad regular; siendo a
continuación fijada sobre un soporte de celulosa también poroso para
comunicarla una adecuada resistencia, reteniendo los microorganismos en
superficie, así como también en profundidad. Las segundas son de tipo
pantalla absoluta construidas generalmente a partir de una lámina de policarbonato, donde en primer lugar es bombardeada por iones gamma pesados, que abren microtrazas
en el material, las cuales después de un ataque químico con una base fuerte
originan un poro cilíndrico de unos 10 Anstrong de
diámetro, reteniendo los microorganismos por el mecanismo de tamizado.
Las
membranas de primera categoría o de policarbonato,
presentan un espesor de unas 10 mm y una porosidad
del orden del 15 por 100, mientras que el resto de membranas son de segunda
categoría, con un espesor de 100 a 150 mm y una porosidad
del 85 por 100. Estas membranas se instalan dentro de cartuchos cilíndricos,
compuestos por una coraza exterior perforada de polipropileno, seguida de un
cartón plegado protector de celulosa, otra membrana plegada de efecto
prefiltro, otra membrana plegada de tipo amicróbico,
seguida de otro cartón protector plegado, y por fin un refuerzo interior
perforado de polipropileno. Las tapas de los extremos son de poliuretano, estando
selladas al cartucho con el mismo material, y con juntas tóricas
de silicona para adaptación a la carcasa. El sentido de filtración es de fuera
hacia adentro, con dimensiones variables según firmas fabricantes, oscilando
desde 24,4 mm o 10 pulgadas de altura y 76 mm de diámetro con una superficie
filtrante de 0,4 m2 por cartucho, hasta 78 mm de altura y 76 mm de
diámetro con una superficie filtrante de 1,4 m2 por cartucho.
Los
cartuchos se instalan dentro de carcasas de filtración, pudiendo contener cada
una de ellas desde una unidad, hasta un máximo de 12 cartuchos, ofreciendo
entonces una importante superficie de filtración.
El
diámetro de los poros de las membranas de filtración amicróbica,
depende de los resultados a obtener, variando desde las 1,20 a 0,65 mm para retener a las levaduras, hasta las 0,45 mm para las bacterias. Nunca es posible conseguir que todos los poros de
una membrana presenten el mismo diámetro, pudiendo distribuirse de acuerdo con
una "campana de Gauss", donde su máximo ofrece el valor de la porosidad nominal
y conviniendo además que ésta sea lo más estrecha posible. La porosidad nominal
de un cartucho puede medirse mediante la determinación de la prueba del "índice
de burbuja", que se estudiará más adelante:
K . G . cos q
P=------------------P:presión del punto de burbuja.
dG: tensión superficial.
q:ángulo de contacto líquido /
sólido.
d:diámetro de los poros.
K:factor de corrección de forma.
La
presión diferencial máxima (DP) oscila según
fabricantes entre valores de 3,5 a 5,0 bar, aunque generalmente a partir de los
2,5 bar se detecta un efecto de colmatación del
filtro, y su caudal se reduce de manera notable. En cuanto a los caudales de
filtración dependen del tipo de membrana utilizado, del índice de colmatación del líquido a filtrar, así como también del
nivel de presión aplicado, oscilando alrededor de 1.500 a 2.000 litros / hora y
cartucho de 1,4 m2, alcanzando en condiciones normales un
rendimiento de filtración hasta la colmatación de
80.000 a 300.000 litros / cartucho de 1,4 m2.
Al
tratarse de un sistema de filtración pobre en gérmenes, nunca es posible
obtener la total eliminación de los microorganismos de un vino, siendo
admisibles los siguientes niveles, utilizando una membrana amicróbica
de 0,45 mm de porosidad nominal, pudiéndose ser determinados con un sistema de
control microbiano, como los descritos en el apartado XI.3.4.Controles
Sanitarios.
Vinos
dulces:< 10 gérmenes / litro
Vinos
secos:< 100 gérmenes / litro
-Funcionamiento de un filtro amicróbico de membrana.
La
instalación de un sistema de filtración amicróbica
por membrana comprende los siguientes elementos:
-Una bomba de
circulación de líquido a filtrar, con caudal y presión constantes, que no
produzca una emulsión con el aire, dotada de un variador
de velocidad, y circuito de retorno con una válvula calibrada para una presión
máxima establecida.
-Agua caliente a una
temperatura de 80º a 90º C para la esterilización del filtro, y en una cantidad
suficiente para su suministro durante al menos 30 minutos. Para ello puede
utilizarse un depósito de volumen suficiente dotado de una resistencia
eléctrica de calentamiento, o bien una caldera o calentador de agua para su
suministro en continuo, y con un caudal de al menos un tercio del líquido a
filtrar.
-Un filtro para el
agua caliente de esterilización del circuito de filtración, situado antes de
los prefiltros y filtros, compuesto por uno o varios
cartuchos de filtración de al menos 1,2 mm, e instalado en la
línea de tal manera que pueda ser independizado durante la filtración.
-Opcionalmente se
puede instalar un prefiltro de cartucho o de tipo lenticular, colocándolo antes
de los filtros amicróbicos, con objeto de reducir el índice
de colmatación del producto a filtrar, aunque también
se pueden utilizar de manera independiente un filtro de placas o similar y
alojando el líquido prefiltrado en un depósito nodriza de la línea de
embotellado.
-Dos o tres carcasas
para alojar de forma independiente los correspondientes cartuchos de filtración
amicróbica, secuenciados en diámetros de poro de 1,20
- 0,65 - 0,45 mm si fueran
necesario, y en número acorde con el caudal de la instalación. Para la
filtración de los vinos blancos se utiliza una membrana final de 0,45 mm, pasando previamente por otra de 1,20 mm y opcionalmente por otra de 0,65 mm, mientras que para la filtración de los vinos tintos se emplea una
membrana final de 0,65 mm, pasando también
previamente por otra de 1,2 mm. Cada carcasa
lleva en su parte superior un manómetro para comprobar la presión de filtración
dentro de la misma.
-El conjunto de
estos elementos se suele instalar sobre una bandeja de acero inoxidable,
estableciendo las conexiones entre ellos con tuberías fijas de acero
inoxidable, así como su correspondiente valvulería,
mediante diversos circuitos para poder trabajar de forma flexible e
independiente según el grado de porosidad deseado.
Una
vez montado el filtro, se suelen realizar dos pruebas para comprobar el
adecuado funcionamiento del filtro, así como también asegurar el diámetro de
poro empleado para la filtración:
-La prueba de
estanqueidad permite comprobar la total hermeticidad del filtro, asegurando
de este modo un correcto montaje y también la integridad de las membranas de
filtración. En la carcasa a comprobar con sus cartuchos instalados se hace
circular agua para mojar las membranas y llenar sus poros, vaciando a
continuación el exceso de agua de la carcasa; cargando a continuación por la
entrada con aire o nitrógeno a una determinada presión en función del tipo de
poro, dejando la válvula de salida abierta, debiendo mantenerse la presión
constante durante al menos 5 minutos.
Membrana (mm)Presión (bar)
-------------------------------------
0,451,0
0,650,9
1,200,6
-La prueba del
punto de burbuja se realiza de un modo similar a la anterior, pero sin
vaciar de agua la carcasa, incrementando poco a poco la presión con aire o
nitrógeno, hasta que se observa la salida de burbujas, estableciéndose una
correlación entre la presión alcanzada y el tamaño de los poros de la membrana.
Normalmente la presión de la prueba de estanqueidad es del 80 por 100 de la del
punto de burbuja.
Membrana
(mm)Presión (bar)
-------------------------------------
0,451,3
0,651,1
1,200,7
La
esterilización del filtro debe ser realizada de forma obligatoria antes
y después de realizar la filtración, es decir cuando se inicia o se termina la
jornada de filtración. Para ello se hace pasar agua caliente algo acidulada a pH 5,0 generalmente con ácido cítrico, a una temperatura
entre 80º a 90º C durante un tiempo de 20 a 30 minutos en continuo, contándolo
desde el momento que en la salida del filtro se alcanzan estas temperaturas. El
agua debe ser filtrada previamente para evitar la colmatación
de los filtros amicróbicos, utilizando un caudal de
al menos de un tercio del nominal, y dejando ligeramente abiertas todas las
válvulas y purgas del filtro para su completa esterilización. En el caso de
colocarse el filtro antes de una llenadora, también
debe ser esterilizado el circuito de tubería hasta esta máquina, así como
también ella misma en el depósito de acumulación y los caños de llenado.
La
filtración se realiza a continuación haciendo pasar el líquido por el
circuito establecido, debiendo rechazarse los primeros litros obtenidos por la
importante cantidad de agua que contienen, y vigilando el incremento de presión
a lo largo del período de filtración, donde un incremento demasiado brusco
indicaría una anormal colmatación de las membranas,
siendo a partir de los 2,5 a 3,0 bar de presión diferencial el límite práctico
de la filtración. Como los cartuchos son capaces de filtrar una gran cantidad
de litros, ocurre que terminada la jornada de filtración, éstos deben ser
adecuadamente tratados para garantizar su esterilidad en los períodos de
reposo, para lo cual, además de esterilizar la línea, también es conveniente
llenarlos de un producto conservante, como una solución de anhídrido sulfuroso
o un peróxido, que será eliminado al poner de nuevo en marcha la línea de
filtración y hacer pasar de nuevo agua caliente.
Los
cartuchos colmatados, algunos pueden ser regenerados siempre que sean
capaces de soportar una presión de 1,0 a 2,5 bar en el sentido contrario a la
filtración. La operación consiste en hacer pasar a contracorriente agua
caliente a 55º C acidulada y previamente filtrada para evitar colmataciones. También se puede hacer con productos
químicos, sumergiendo el cartucho en un baño alcalino al 2 a 3 por 100 a una
temperatura de 50º C, y luego a otro baño ácido al 1 a 2 por 100 a una
temperatura de 50º a 60º C.
VII.1.2.4. Filtración
tangencial.
La
filtración tangencial es un procedimiento que se empezó a aplicar en la
enología a principios de los años ochenta, donde la filosofía de la filtración
o de la separación de sólidos o sustancias cambia respecto de los sistemas
tradicionales, pudiendo permitirse una amplia gama de prestaciones, que abarcan
desde una simple retención de turbios y de microorganismos, hasta llegar a una
ósmosis inversa donde se llegan a separar los solutos de las soluciones
moleculares, simplemente utilizando en el equipo una membrana de porosidad
adecuada, y además sin que ésta llegue a colmatarse, por muy turbio que el
líquido a tratar acceda a la instalación . La aplicación de esta técnica supone
una revolución para la industria alimentaria, aunque
sus resultados no han sido todo lo satisfactorios que cabía pensar en
filtraciones más cerradas que las de tipo amicróbico,
ya que a partir de este nivel se retienen componentes cualitativos de gran
interés en los vinos.
ModalidadTamaño del poroMasa molecularPresión aplicadaRetención
Microfiltración:10 a
0,11 a
7materias en suspensión
Ultrafiltración:0,1 a 0,001103 a 1061 a 10macromoléculas
proteínas
polímeros
Nanofiltración:< 0,001< 1.5003 a 14sales polivalentes
solutos de > 400 Dalton
Osmosis inversa: 0,001 a 0,0001< 50014 a 70iones
sales y ácidos
azúcares
El
fundamento de la filtración tangencial se basa en una técnica
separativa, que actúa haciendo circular el líquido a filtrar en sentido
tangencial o paralelo a la membrana de filtración, penetrando éste en sentido
perpendicular al anterior, y a diferencia del sistema tradicional de
filtración, donde el sentido del flujo del líquido a filtrar y el de la
filtración coinciden ambos en el sentido perpendicular a la membrana. Con este
mecanismo se consigue que el retenido o las partículas retenidas, sean barridas
de la superficie de la membrana, y por lo tanto impidiendo la colmatación de la misma, debido a la velocidad de
circulación de unos 5 metros / segundo y la presión del líquido entre 5 a 10
bar. En la mayor parte de los casos se trabaja en circuito cerrado, donde el
líquido a filtrar se concentra progresivamente, debiendo extraerse éste con
cierta periodicidad, yademás refrigerar
el líquido en circulación, porque sube de temperatura por el rozamiento
provocado la velocidad.
En
esta filtración se produce por lo tanto una diferencia de presión entre la
entrada (P1) y salida del filtro (P2), llamándose
"presión transmembranar media (PTM)" a lo siguiente:
(P1 + P2)
PTM = --------------P3
2
El valor de P3
corresponde a la presión del permeado, que
generalmente toma un valor de cero, por lo que la anterior expresión toma la
siguiente forma:
(P1 +P2)
PTM =
----------- = P1 - DP / 2 DP =
P1 - P2
2
El flujo de permeación a través de la membrana (Jp)
se define según la siguiente expresión:
PTM
Jp = -----------------Rm:
Resistencia característica de la membrana.
Rm
+ Rf + RgRf: Resistencia por colmatación
(fooling).
Rg: Resistencia debida a la
polarización (gel).
El flujo se incrementa
linealmente en función de la presión transmembranar
media, debido a que estos valores de resistencias son constantes, pero a partir
de un cierto valor de la presión se forma por la polarización una capa de gel, que disminuye notablemente el flujo de permeación.
-Tipos de membranas y su caracterización.
Las
membranas de la filtración tangencial presentan un marcado mecanismo de
retención por acción de tamizado, por diferencia de tamaño de sus poros, aunque
también puede existir una cierta retención en su interior por adsorción, que
con el tiempo pueden llegar a llegar a colmatarlas. De tal forma que estas
membranas deben responder a las siguientes exigencias: eficacia de separación
mediante una porosidad regular y conocida, elevado rendimiento de permeación, y elevada resistencia mecánica, química y
térmica, que permita proceder a su limpieza y esterilización periódica. En
consecuencia, conviene que las membranas posean una capa superficial o "piel"
lo más fina posible, con objeto de presentar un marcado efecto de tamizado en
su superficie, ofreciendo el resto de la membrana una mera función de soporte,
y por lo tanto con un poro más abierto, que impida el efecto de adsorción en
profundidad y la consecuente colmatación.
Las
membranas se clasifican en tres grupos:
- Membranas
homogéneas, donde los poros presentan la el mismo diámetro en todo su
recorrido, por lo que no son muy utilizados en la filtración tangencial.
-Membranas asimétricas o
anisótropas, donde los poros aumentan de diámetro progresivamente hacia el
interior, estando compuestas generalmente de compuestos de tipo orgánico, como:
acetato de celulosa, polisulfona, poliamida, poliacrilonitrilo, poliéster sulfona,
polivinilideno, etc.
-Membranas
compuestas, estando formadas por un soporte muy permeable generalmente de
tipo cerámico, sobre el que se coloca una "piel" filtrante de tipo orgánico o
más frecuentemente de tipo mineral. Las membranas minerales se construyen
depositando sobre el soporte una suspensión pulvurulenta
estable de diferentes minerales, que al ser sometidos a un calentamiento se
solidifican formando una membrana de diferente grado de porosidad. Los
minerales más utilizados son los siguientes:
Cerámica /
metal
Carbono /
carbono
Zirconio /
acero inoxidable
Alúmina /
alúmina
Oxido de
titanio / alúmina
Sílice /
alúmina
Zirconio /
carbono
Corindón /
titanio
Las membranas
orgánicas se obturan con mayor rapidez que las minerales, no permitiendo
trabajar con líquidos muy cargados de sólidos, mientras que las minerales
pueden filtrar líquidos más turbios. Por otra parte, el proceso de limpieza de
las membranas se hace con más facilidad en las segundas, donde el proceso de descolmatado se puede realizar a contracorriente a
presiones más elevadas entre 15 a 20 bar. Las membranas orgánicas solamente
pueden trabajar a presiones reducidas de hasta 3 bar, mientras que las
minerales pueden hacerlo hasta cerca de los 100 bar en casos excepcionales.
También es aconsejable para las membranas orgánicas, realizar un prefiltrado
con un sistema convencional, antes de filtrar con el equipo tangencial.
La
caracterización de las membranas se hace mediante la determinación de
tres parámetros: coeficiente de permeabilidad hidráulica (Lp),
tasa de rechazo (TR), y el umbral de corte.
-Coeficiente de
permeabilidad hidráulica (LP). Basado en la ecuación de la
filtración:
A . DP . bA . DP
Q = dV
/ dt = ------------- =
K---------Q: caudal de filtración.
h . EEA: superficie de filtración.
DP: presión diferencial.
b: permeabilidad del filtro.
h: viscosidad del líquido.
E:
espesor de la materia
filtrante.
Cuando se considera constante la
superficie de filtración (A), la permeabilidad del filtro (b), la viscosidad del líquido (h), y el espesor de
la materia filtrante (E); entonces resulta lo siguiente:
A . b
LP =
-------Q=dV / dt=LP
. DP
h . E
Denominándose a LP
como el coeficiente de permeabilidad hidráulico de la membrana.
-Tasa de rechazo (TR). Es la capacidad
de una membrana para impedir el paso a una partícula de determinado tamaño,
siendo medido por la siguiente expresión:
TR = 1 -(Cp / Co)iCp:
concentración de las partículas en el
permeado.
Co: concentración de las partículas en la
solución inicial.
El valor de la tasa
de rechazo es nulo cuando los valores de Cp
y Co son iguales, lo que significa que
ninguna partícula ha sido retenida por la membrana; mientras que si este valor
es de uno, es cuando Cp es nulo y por lo
tanto todas las partículas han sido retenidas por la membrana.
-Umbral de corte.
Este parámetro define la masa molecular más pequeña retenida en su totalidad,
es decir con una tasa de rechazo (TR) de valor uno y en consecuencia un valor
de Cp nulo.
-Configuración de los filtros
tangenciales.
Los
filtros tangenciales están compuestos por uno o varios elementos de filtración,
que se denominan "módulos", donde se utilizan distintas configuraciones y tipos
de membrana de filtración, todos ellos acordes con el producto a filtrar y
según los resultados a obtener. Además la instalación contiene los siguientes
elementos: un depósito de alimentación de producto a filtrar, una bomba de
alimentación de baja presión, una bomba de circulación de velocidad variable
entre 2 a 5 metros / segundo, un equipo de refrigeración para reducir la
temperatura del líquido a filtrar por debajo de los 25º C, conducciones y valvulería, así como diferentes equipos de control para el
manejo automático de la instalación, como: presostatos,
caudalímetros, sondas de temperatura, viscosímetros,
etc.
Los
criterios de selección de una instalación se refieren a la evaluación de los
siguientes parámetros:
-Facilidad
de limpieza.
-Minimización
de los fenómenos de polarización.
-Facilidad
de desmontaje fácil y sustitución de los módulos defectuosos.
-Control
de la temperatura.
-Superficie
de la membrana en relación con el caudal de la instalación.
-Especificidad
del producto a tratar.
Los
tipos de módulos de filtración tangencial más utilizados son los siguientes:
-Módulos planos.
Son generalmente membranas planas y rectangulares, instaladas de manera similar
a un filtro de placas en forma de casette, donde el
fluido a tratar es distribuido por unas placas separadoras hacia las membranas,
y de ellas se recoge el permeado. Su estructura
acanalada o enrejillada interior, favorece la
filtración por las turbulencias que se producen.
Estos módulos
presentan una buena relación superficie / volumen, siendo además muy manejables
y fáciles de sustituir, pero no se adaptan bien a los líquidos muy cargados y
además son relativamente difíciles de limpiar.
-Modulos
capilares o de fibra hueca. Tienen forma de cilindro en cuyo interior se
instala un haz de fibras huecas, cuyos extremos están alojados en los cabezales
colectores del cartucho. El líquido a filtrar entra por un extremo del cilindro
y sale por la otra parte, atravesando en su camino las fibras huecas, donde se
produce la filtración atravesando las paredes de dichas fibras, y por lo tanto
saliendo el permeado por un colector lateral del
cartucho. Cada fibra hueca puede presentar un diámetro interior entre 1 a 15
mm, ofreciendo una gran superficie de filtración, aunque son de mayor
fragilidad que otros sistemas, pues la rotura de una sola fibra ocasiona la
inutilización del cartucho, y además su limpieza es bastante delicada.
-Módulos
capilares en espiral. Están formados por un enrollamiento sobre un eje
central, de un módulo plano de gran extensión, tomando el conjunto un aspecto
exterior cilíndrico, donde por un extremo entra el líquido a filtrar, saliendo
por el otro lado el producto filtrado y por el tubo central. Estos equipos se
utilizan en enología con poca frecuencia, debido a las grandes dificultades de
limpieza que ofrecen.
-Módulos
cerámicos. Están formados por una estructura cerámica de alta resistencia,
donde en su interior se encuentra un haz de canales de unos 4 mm de diámetro,
por donde circula el líquido a filtrar, saliendo el permeado
a través del material cerámico. Estos equipos se utilizan para filtraciones de
altas presiones de 100 bar como máximo, y donde se requiere una sólida
estructura de filtración.
El
funcionamiento de los filtros tangenciales puede ser de tipo discontinuo o
en "batch", donde el retenido retorna al depósito
de alimentación, hasta que llega a concentrase de tal manera, que es preciso
interrumpir la filtración para vaciarlo y llenarlo de nuevo con un nuevo
producto a tratar, para iniciar un nuevo ciclo de filtración. En otras
ocasiones el funcionamiento es de tipo continuo, donde se extrae
permanentemente una fracción del retenido, para ser reemplazada por nuevo
líquido a tratar, existiendo dentro de este tipo varios sistemas: sin
recirculación, con recirculación, y de varias etapas.
En
unas ocasiones es interesante el aprovechamiento del permeado,
como en los casos de las filtraciones de desbaste, abrillantamiento
o amicróbica de los vinos, pero en otros casos lo
puede ser el retenido, con el caso de la concentración de un mosto, donde el
agua se elimina en el permeado y el mosto concentrado
permanece en el retenido.
-Características de los filtros
tangenciales. Fenómeno de polarización.
En
el caso de una filtración amicróbica con un filtro
tangencial, el caudal inicial es muy elevado y del orden de unos 1.000 litros /
m2 . hora, decreciendo muy rápidamente durante los primeros minutos,
para estabilizarse alrededor de los 30 a 100 litros / m2 . hora;
explicándose esta situación por la formación de un fenómeno de polarización,
así como también por una colmatación progresiva de la
membrana de filtración, que hace que el caudal estabilizado se reduzca
gradualmente, hasta que en un momento sea necesario realizar una limpieza de la
membrana.
Durante
el proceso de la filtración tangencial, se produce en la proximidad de la
membrana, un incremento gradual de la concentración del líquido a filtrar o
retenido, formando una "capa límite difusional", que
supone una resistencia añadida a la ofrecida por la membrana para la
filtración, conociéndose este fenómeno como de polarización de la
concentración. Por otra parte, cuando un líquido se mueve por el interior
de una conducción, bien en régimen laminar o en turbulento, se forma siempre
una capa de líquido situada junto las paredes, donde el régimen es laminar,
conociéndose este lugar con el nombre de "capa límite" que divide la zona del
régimen laminar del turbulento y que discurre paralela a las paredes de la
conducción. Si la superficie de la conducción es permeable al solvente,
entonces los solutos pueden concentrase entre la superficie filtrante y la
"capa límite" antes citada, formándose una zona o "capa de polarización" donde
se forma una "membrana dinámica" que dificulta la filtración, e incluso puede
llegar a formar un gel , sobre todo en las membranas
de elevada permeabilidad, y en consecuencia la gradual impermeabilización de la
membrana de filtración. Se denomina polarización primaria la zona que existe
entre la pared de la membrana y la capa de polarización, y polarización
secundaria, la subzona comprendida dentro de la
anterior, donde se forma el gel adherido a la
membrana.
La
colmatación de las membranas de
filtración tangencial, producida por la formación del gel
durante su funcionamiento, e incluso por la formación de un sedimento por
encima de la membrana, o también por fenómenos de obstrucción mecánica o por
adsorción de los poros en profundidad, constituye uno de los principales
problemas de funcionamiento de estas máquinas, y cuya solución se expone más
adelante. Pero además existen otros factores que influyen en la filtración,
destacando entre ellos los siguientes:
-Efecto de la temperatura.
El aumento de la temperaturatiene un
efecto favorable a la filtración, pues disminuye la viscosidad del líquido a
filtrar y también el efecto de la polarización de la concentración; aunque en
el vino esta subida de temperatura no es conveniente que exceda de los 20º a
25º C, porque puede producir una importante reducción de su calidad, razón por
la cual es conveniente instalar un dispositivo de refrigeración del líquido en
circulación.
-Efecto de la concentración
del retenido. El rendimiento de la filtración tangencial disminuye a medida
que la concentración del líquido a filtrar aumenta, por lo que los sistemas
discontinuos en "batch" no son adecuados, pues se
produce una concentración progresiva del retenido y en paralelo una disminución
del permeado.
-Efecto de la diferencia
de presión transmembranar.Según la ecuación de la filtración, el caudal
de filtración es directamente proporcional a la diferencia de presión entre la
entrada y la salida de la membrana; aunque no existe una relación lineal, sino
más bien una curva, donde el valor óptimo de la diferencia de presión
corresponde a un flujo límite del permeado,
reduciéndose este último cuando se supera la presión óptima, por un efecto de
compactación de los sedimentos. Los diferenciales de presión más utilizados se
encuentran entre 1 a 4 bar, aunque existe una tendencia en los filtros
tangenciales amicróbicos de trabajar a 0,5 bar.
-Efecto de la velocidad
de circulación tangencial. La velocidad de circulación elevada aumenta el
grado de turbulencia del líquido en circulación, lo que reduce el espesor de la
capa límite y por lo tanto las distintas formas de colmatado de las membranas;
aunque existe un límite impuesto por el coste energético, la resistencia
mecánica de las membranas, y también por producir una importante subida de la
temperatura del líquido en circulación. La velocidadde circulación tangencial empleadas en
microbiología oscilan entre 0,5 a 7,0 metros / segundos.
La
colmatación de las membranas de filtración tangencial
puede ser de dos tipos, la llamada "colmatación
reversible", que puede ser fácilmente eliminable
mediante un lavado con agua, o la "colmatación
reversible" donde es necesario aplicar un procedimiento específico de limpieza
de tipo físico o químico. La naturaleza de los sedimentos obedecen en la
filtración de los vinos, a una mezcla de polisacáridos, así como a compuestos fenólicos con un grado de polimerización elevado, siendo
los taninos la fracción más abundante (0,1 a 2,5 mg /
gramo de membrana), representando en conjunto una fracción despreciable en los
vinos tratados, que por este concepto no supone una gran pérdida alguna de
calidad.
Los
procesos de descolmatación más utilizados en la
limpieza de las membranas de los filtros tangenciales son los siguientes:
-Parada periódica de
la instalación, reduciendo hasta anular la presión transmembranar,
para restablecerla de nuevo en períodos de 3 segundos cada 20 minutos de
funcionamiento.
-Retrofiltración
o inversión de flujo ("backwashing o backflushing"), donde se invierte periódicamente el sentido
de circulación del líquido a través de las membranas, durante 10 a 60 segundos
cada 5 a 15 minutos de funcionamiento, que ocasiona una anulación del gradiente
de concentración sobre la membrana y el desprendimiento del sedimento
superficial.
-Procedimiento "backshock", muy similar al sistema anterior, siendo la
frecuencia de inversión más pequeña, del orden de 60 milisegundos cada 1 a 5
segundos de funcionamiento, y manteniendo una velocidad tangencial inferior a
0,5 metros / segundo.
-Procedimiento por
desestabilización del flujo tangencial o de flujo pulsante, provocando una
inestabilidad del flujo en el lugar del retenido de forma pulsada, con valores
de 0,03 a 0,005 Hz, afectando a la velocidad
tangencial y a la presión transmembranar.
-Procedimiento de
contrapresión dinámica o "bactocatch", donde se
utiliza una contrapresión dinámica por circulación del permeado
en contracorriente del flujo del retenido, originando infrasonidos de 10 hz, que generan una vibración instantánea en la membrana
capaz de eliminar los sedimentos formados.
-Procedimiento de
membrana vibratoria, donde la limpieza de la membrana se produce por una
vibración en continuo de la misma y a una frecuencia determinada, impidiendo de
este modo los fenómenos de sedimentación y colmatación.
VII.1.2.5. Calidad de los
vinos filtrados.
Históricamente
la filtración ha sido considerada como una operación necesaria en los vinos,
pero a costa de producir un cierto "adelgazamiento" de los mismos, y esto puede
llegar a ser cierto cuando se realizan filtraciones abusivas y excesivamente
repetitivas. Además de poder afectar a los componentes de los vinos, la
filtración puede producir algunos efectos secundarios, donde destacan los
siguientes:
-Modificación del
equilibrio gaseoso de los vinos, con una importante perdida del anhídrido
carbónico contenido en solución, y de forma más grave, una saturación de
oxígeno, que puede producir importantes fenómenos de oxidación en los vinos
filtrados. La utilización de atmósferas inertes puede ser de gran interés para
evitar estos inconvenientes, o bien para el segundo caso, la vigilancia y
corrección del nivel de anhídrido sulfuroso libre en los vinos recién
filtrados.
-La adquisición de
olores o sabores desagradables, procedentes de los materiales filtrantes de
dudosa calidad, especialmente procedentes de las tierras fósiles o de las
placas de filtración, donde pueden aparecer sabores a humedad o papel, por lo
que debe comprobarse este defecto antes de su adquisición, y además someterse a
un proceso de lavado en la bodega entes de su utilización. Además, al tratarse
de materiales muy porosos, las material filtrantes toman con gran facilidad los
olores extraños de los lugares de su almacenamiento, por lo que su conservación
debe realizarse en las mejores condiciones posibles.
En
cuanto a los efectos producidos directamente sobre la composición de los vinos,
la filtración puede afectarlos en mayor o menor cuantía en función del tipo de
filtración utilizado. La filtración por tierras abiertas superior a los 2 darcie, no restan en absoluto ningún compuestos del vino;
pero si las tierras son más cerradas, entorno a los 0,3 a 0,5 darcie, entonces pueden disminuirse los polisacáridos en un
10 por 100, así como también en la misma proporción los taninos condensados.
Sin embargo, la filtración sobre placas, aún siendo éstas muy cerradas, no
afectan sensiblemente a la retención de ningún componente; por lo que se
recomienda realizar la limpieza del vino en dos etapas, una primera mediante la
filtración con tierras abiertas, seguida de una segunda filtración realizada
con placas.
La
filtración amicróbica por membranas de 1,2 a 0,45 mm, disminuyen de una manera significativa los polisacáridos, compuestos
fenólicos y los ésteres de los vinos; y en
consecuencia la filtración tangencial presenta efectos mucho más negativos,
debido por una parte al mecanismo de filtración, donde la velocidad de
circulación elevada y la subida de temperatura, no son las condiciones más
adecuadas para el tratamiento de los vinos; y por otra parte, los compuestos
más afectados son los polisacáridos, con retenciones de hasta el 75 por 100,
así como también los polifenoles que se encuentran
más polimerizados. La eliminación parcial de estas sustancias, producen una
pérdida de las sensaciones de volumen y redondez en el gusto, así como en los
vinos tintos una apreciable reducción del color. Las proteínas no se ven
afectadas, pues para producir una estabilización proteica sería necesario una
membrana con umbral de corte de 10.000 g / mol. Los
aromas de los vinos también se pueden ver afectados, no por una retención
directa de los mismos en las membranas, si no por la eliminación de las
macromoléculas que se comportan como sustancias de fijación de los mismos.
La
reducción del número de operaciones de filtración, con la utilización
razonables de las operaciones de filtración imprescindibles, unido a la
tendencia actual de poner en el mercado los vinos poco o nada filtrados ("unfiltered"), para conservar la mayor parte posible de los
polisacáridos de los vinos, y siempre que el consumidor acepte un posible
sedimento natural en los vinos embotellados, son las soluciones que se ofrecen
ante los efectos negativos que produce una filtración excesiva o mal conducida.
VII.2. CENTRIFUGACIÓN.
La
centrifugación es una técnica de separación de sólidos o limpieza de líquidos
alternativa a las de clarificación por encolado, o a las de filtración
descritas en capítulos precedentes; utilizando en este caso una operación
física, donde se somete al líquido a limpiar a la fuerza de la gravedad
multiplicada por valores muy elevados, donde casi instantáneamente se produce
la sedimentación y separación de los sólidos contenidos en la fase líquida. Los
primeros estudios proceden del año 1928, aunque su gran desarrollo en la
enología viene a partir de los años cincuenta, donde se consigue que las
máquinas funciones en total ausencia de aire, presentando en la actualidad un
campo de gran interés para la industria alimentaria.
VII.2.1. Teoría de la
centrifugación.
La
sedimentación de las partículas a través de un líquido se rige por la ley de Stokes, donde la velocidad de caída (V) es directamente
proporcional al tamaño de la partícula, así como a la diferencia de densidades
entre las partículas y el líquido, y también a la fuerza de la gravedad, e
inversamente proporcional a la viscosidad del líquido.
2 . r2
V
=--------(dp - dl) . gr:radio de la partícula.
9 . mdp: densidad de la partícula.
dl:densidad del líquido.
g:gravedad (m/s2).
m:viscosidad.
Una
manera de acelerar la velocidad de caída de estas partículas, es aumentar el
valor de la fuerza de la gravedad, pudiendo conseguirse sometiendo al líquido a
clarificar a una rotación sobre un eje o centrifugación, consiguiendo de este
modo obtener un valor mucho más elevado de la fuerza de la gravedad, cuya
unidad se expresa precisamente en valor de la gravedad de la atracción
terrestre (g).
La
fuerza centrífuga (Fc) se define como aquella
que tiende a separar de su eje de rotación, una partícula sometida a un giro de
un determinado número de revoluciones por minuto o radianes por segundo, es
decir:
Un
número "n" de revoluciones por minuto, equivalen a n / 60 revoluciones por
segundo y por lo tanto a 2 . p . r . n / 60 radianes por segundo.
Sustituyendo estos valores en la anterior expresión resulta lo siguiente:
m . v2m . (2 . p . r . n / 60)2
Fc = -------- = -----------------------------
r9,8 . r
Fc (newton) = 1,096 . 102 . m . n2 .
r
Fc (kilopondio) = 1,118 . m . n2 . r
La
fuerza centrífuga depende por lo tanto de la longitud del radio de giro, del
número de revoluciones por minuto, y también de la masa de las partículas a
separar. En una centrífuga convencional, las revoluciones por minuto oscilan
entre valores de 5.000 a 10.000, clarificando
líquidos a razón de 1.000 a 20.000 litro /
hora, y gracias a la intervención de una fuerza centrífuga de algunos miles de
veces la fuerza de la gravedad. En las centrífugas de alto rendimiento, la
velocidad de rotación de 15.000 a 20.000 revoluciones por minuto, genera una
fuerza centrífuga de 14.000 a 15.000 veces la fuerza de la gravedad, que
permite incluso la separación de partículas tan finas como las bacterias.
En
las centrífugas verticales de platos el líquido turbio penetra por el eje de la
máquina, hasta llegar a una cámara donde gira un conjunto de platos cónicos
dispuestos en forma de pila y donde el líquido gira a un elevado número de
revoluciones. El líquido en rotación situado entre dos platos, sale limpio
hacia el interior de la máquina, mientras que los turbios se separan en sentido
contrario y acumulándose en los extremos de la cámara, donde periódicamente son
eliminados. La velocidad del líquido no permanece constante a lo largo del
canal, pues varía desde cero en la proximidad a los discos, hasta una velocidad
máxima en el centro de este espacio. Las partículas se mueven por la velocidad
del líquido (Vp) hacia en interior de la
cámara y también por la velocidad de sedimentación (Vc)
de forma radial hacia el exterior, resultando entre ambas una componente (Vr) que conduce a las partículas hacia la
superficie de los platos, donde la velocidad del líquido es cero y las
partículas depositadas resbalan hacia el exterior.
Una
partícula que se encuentra en el canal entre dos platos, tenderá por un lado a
desplazarse con el líquido a una velocidad Vp
de componente radial Vp . seno b, donde b el el ángulo que forma la generatriz de los
platos con el eje de rotación; mientras que por otro lado la partícula está
sometida a la velocidad Vcde
la fuerza centrífuga. Cuando la diferencia Vc
- Vp . senob es positiva, la partícula se
deposita en el plato, y en caso contrario ésta se escapa con el líquido. La
resultante Vr señala el lugar donde la
partícula de deposita sobre el plato, y además cuando el radio disminuye,
también lo hace el valor de Vc y aumenta
el de Vp, por lo que las partículas
situadas en el interior de la centrífuga no son sedimentadas.
Se
define la "partícula límite" aquella que posee una masa tal que partiendo de la
posición más desfavorable (A), alcanza en el disco superior el punto límite de
sedimentación (B´) antes de su escape. Otras
partículas de menor masa que la límite, pueden ser separadas, siempre y cuando
penetrasen en el canal en posiciones intermedias (C).
VII.2.2. Tipos de centrífugas.
El
contenido en partículas sólidas de los líquidos a clarificar, condiciona la
utilización de este tipo de máquinas, pudiendo estas agruparse en centrífugas
verticales de platos, donde el contenido máximo de turbios oscila entre un 3 a
8 por 100, obteniéndose líquidos muy limpios, con niveles de turbidez
inferiores a valores de 0,8 a 1,0 por 100. Las centrífugas horizontales de
masas, también llamadas decantadoras o "decanters",
son otras máquinas que permiten la limpieza de líquidos muy cargados de sólidos
hasta un 20 a 25 por 100, con rendimientos variables entre 2.000 a 25.000
litros / hora, y obteniéndose líquidos más limpios con tan solo un 2 a 5 por
100 de sólidos.
-Centrífugas verticales de platos.
Estas
máquinas se utilizan para clarificar líquidos más o menos turbios, en un
proceso discontinuo en las centrífugas de cámaras, o bien en otro continuo más
operativo, en las centrífugas verticales autolimpiables de platos, que se
utilizan en la actualidad en detrimento de las anteriores.
Las
centrífugas discontinuas de cámaras están compuestas por una cámara o "bol" de forma cilíndrica, donde en su interior de forma
concéntrica se sitúan una serie de pantallas, unas fijas solidarias al bol y otras móviles entremezcladas con las anteriores,
siendo éstas accionadas por un motor eléctrico y generadoras de la fuerza
centrífuga del líquido a clarificar. El producto penetra por la parte superior
del eje de giro, moviéndose en el interior del bol
mediante un movimiento de rotación y otro en zig-zag entre las cámaras de sedimentación, donde se depositan
los sólidos por la acción de la fuerza centrífuga, hasta que resulta limpio
cuando termina el recorrido, y sale de la máquina por el mismo lugar que entró
mediante una conducción independiente.
Las
cámaras interiores en número de 4 a 8, retienen los turbios de una manera
ordenada, primero las partículas más grandes y de mayor masa en la zona más
próxima al eje de giro, y progresivamente las más pequeñas y de menor masa en
las cámaras periféricas; de tal modo que el volumen de las cámaras es también
variable, siendo de mayor volumen la cámara interior y variando gradualmente a
menor tamaño hacia la zona exterior.
La
puesta en marcha de estas centrífugas se hace llenándola totalmente con agua,
hasta que una vez se encuentre en rotación se hace entrar el producto a
limpiar, el cual desplaza el agua en poco tiempo, siendo observada esta
operación por medio de una mirilla en la tubería de salida, lo que permite la
separación del agua y del producto clarificado. Una vez que las cámaras se han
colmatado, es preciso interrumpir el proceso de clarificación para limpiar de
sedimentos las cámaras, lo que también se hace introduciendo agua, apara
aprovechar la totalidad del producto contenido en el interior del aparato.
Este
tipo de centrífugas no se utilizan en la actualidad, por tratarse de un sistema
discontinuo y además por las dificultades que ofrece la limpieza de las cámaras
de sedimentación, existiendo modelos de 2.000 a 6.000 litros / hora de
rendimiento y con volúmenes de sedimentación desde 6 a 20 litros.
Las
centrífugas continuas de platos están construidas por una bol formado por dos piezas en forma de tronco de cono
unidos por sus bases mayores, donde en su interior se sitúa una pila de platos
cónicos que giran accionados por un motor eléctrico. El producto a clarificar
penetra por la parte superior del eje de giro impulsado por una bomba
centrífuga, accediendo a la cámara donde gira por la rotación de los platos, y
donde los sólidos se acumulan en la zona de unión entre los dos troncos de cono
del bol, mientras que el líquido limpio se mueve
entre los platos hacia el eje de giro, saliendo de la máquina por el mismo
lugar donde entró y por una conducción independiente, siendo impulsado hacia
fuera por otra bomba centrífuga.
Los
sólidos se acumulan en una zona de un volumen bastante reducido de 4 a 18
litros, siendo periódicamente evacuados hacia el exterior, por medio de un
"disparo", que sucede en un tiempo muy reducido de tan solo unos 0,09 segundos,
donde los dos troncos de cono del bol se separan,
dejando escapar hacia fuera los lodos acumulados y siendo empujados por la
presión interior creada por la fuerza centrífuga. El sistema automático de
expulsión de los sólidos puede hacerse de varias formas, uno periódico mediante
un temporizador donde se ajusta el tiempo de los "disparos", y mejor otro de
autocontrol mediante una célula fotoeléctrica situada en la tubería de salida,
que cuando detecta una cierta turbidez producida por la colmatación
del bol, acciona el mecanismo de separación de los
troncos de cono, por medio de aire comprimido o de un circuito hidráulico.
Actualmente
las centrífugas autolimpiables de platos funcionan totalmente herméticas, de
tal forma que se impide la entrada de aire dentro de la máquina, lo que
ocasionaría unos graves problemas de oxidación de los vinos. Otro aspecto a
controlar es impedir que el líquido a clarificar contenga partículas abrasivas,
como fragmentos de arena, tierras fósiles, perlitas, cristales de tartratos,
etc. que pueden provocar un desgaste prematuro de las máquinas y especialmente
en las zonas donde las velocidades son elevadas. Para impedirlo se debe de
disponer de los medios necesarios, como los pocillos de decantación, desburbadores, hidrociclones,
etc.
El
"tiempo de residencia" en el cual las partículas están sometidas a la fuerza de
la gravedad, se determina por el volumen del bol,
dividido entre el caudal, siendo en este tipo de centrífugas del orden de 2 a 3
segundos.
El
"factor de rendimiento (LF)" de una centrífuga se mide por la siguiente
expresión:
F . senoa . rm . v2
LF
= -------------------------F:superficie activa de los platos.
ga:ángulo de los platos respecto
de la
horizontal.
rm: radio medio.
v:velocidad angular.
g:gravedad.
Suponiendo
un caudal de 10.000 litros / hora de un líquido turbio con un contenido en
sólidos del 5 por 100, para reducirlo hasta un 1 por 100, con una centrífuga de
10 litros de cámara de lodos, resulta lo siguiente:
Caudal
del líquido:10.000
litros / hora
Concentración
inicial de sólidos:5 por 100
Concentración
final de sólidos.1 por 100
Sólidos
a descargar:(5-1)
/ 100 . 10000 = 400 litros / hora
Volumen
de la cámara de lodos:10
litros
Número
de descargas de sólidos:400 / 10
= 40 descargas / hora
-Centrífugas horizontales de masas o
decantadoras.
Estas
máquinas se utilizan para la clarificación de los líquidos muy cargados de
sólidos, como por ejemplo los fangos procedentes de un desfangado
estático, o como las heces o lías de los trasiegos de vinos fermentados, o los
sedimentos de las clarificaciones de los vinos, etc.
Su
funcionamiento es distinto a las centrífugas descritas anteriormente, pues se
trata de una carcasa troncocónica horizontal, donde en su interior se sitúa un
tornillo cónico sinfín con el eje hueco, por donde entra el producto a
clarificar procedente del exterior desde la base más ancha y saliendo a la
cámara en la zona media. El líquido cargado es sometido a un movimiento
circular, donde por acción de la fuerza centrífuga, los sólidos se colocan en
la pared interior de la carcasa, siendo arrastrados por el tornillo hacia la
salida situada en la parte opuesta a la entrada. El líquido limpio sale hacia
la parte contraria ayudado por una bomba centrífuga, mientras que los sólidos
lo hacen de manera compacta en forma de pasta. En estas máquinas el "tiempo de
residencia" es más elevado que en las de platos, siendo del orden de 10 a 15
segundos,
A
menudo estas máquinas de colocan después de una o varias centrifugadoras
verticales de platos, para aprovechar el líquido contenido en sus lodos,
obteniéndose un líquido más limpio pero todavía algo turbio, que a su vez puede
ser reciclado hacia las primeras para terminar de clarificarlo.
VII.2.3. Aplicaciones enológicas de las
centrífugas.
En
la industria enológica las aplicaciones de las máquinas centrífugas son de gran
interés, especialmente por tratarse de un sistema de limpieza físico de buena
eficacia, donde no se utiliza producto clarificante o material de filtración
alguno, por lo que representa método ecológico al obtener como subproducto unos
lodos bastante secos y de poco volumen.
Salvo
en la filtración de abrillantamiento o en la amicróbica, la centrifugación puede utilizarse con éxito en
todos los casos, destacando entre ellos los siguientes:
-Desfangado de los mostos blancos después del prensado,
siempre que no contengan un exceso de sólidos en suspensión; pudiendo
utilizarse a continuación una centrífuga horizontal de masas, para terminar de
agotar el contenido en mosto de los lodos expulsados por la centrífuga vertical
de platos.
-Empobrecimiento
inicial del mosto en fermentación de levaduras, con objeto de ralentizar la
fermentación en la elaboración de los vinos dulces naturales, donde es
necesario paralizarla al final de la fermentación para conservar azúcares
residuales.
-Interrupción de
la fermentación alcohólica en la elaboración de los vinos dulces o licorosos,
sustituyendo a otros procedimientos de "apagado" como la adición del alcohol
vínico o del anhídrido sulfuroso en un proceso de menor calidad.
-Clarificación
de los vinos recién fermentados, sustituyendo la operación de sedimentación
espontánea o la clarificación por encolado. La centrifugación en condiciones
normales llegan a eliminar más del 99 por 100 de las levaduras, separando con
gran eficacia las partículas de tamaño superior a las 1,2 a 1,4 mm, donde se incluyen las levaduras y la mayor parte de los turbios;
siendo incapaces de retener las bacterias de menor tamaño, para lo cual sería
necesario utilizar supercentrífugas de 15.000 a
20.000 revoluciones por minuto.
-Limpieza de los
vinos después de un encolado, aplicándolo al vino en el momento del trasiego,
donde se elimina los restos del clarificante en suspensión y en sustitución de
los filtros de tierras.
-Facilitar las
precipitaciones tartáricas antes de someter a los vinos a una estabilización
por frío, debido al efecto de la limpieza, a la eliminación de los coloides
protectores y al efecto de la agitación.
-Eliminación de
los cristales de tartratos insolubilizados durante la estabilización tartárica
de los vinos por frío, en sistemas continuos o discontinuos. Teniendo en cuenta
el carácter abrasivo de estas sales, que reducen la vida de las máquinas
centrífugas, y que exige el empleo de un dispositivo de protección previo como
los hidrociclones.
Las
centrífugas horizontales de masas se pueden utilizar en cualquier caso, siempre
que se desee aprovechar el líquido contenido en restos muy cargados de sólidos,
sustituyendo con gran eficacia a los filtros rotativos a vacío y a los filtros
prensa de marcos.
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