CAPÍTULO VII. FILTRACIÓN Y CENTRIFUGACIÓN.
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 (m) 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 obtenido:
-Material poroso:
-Sólidos retenidos:
-Mecanismo que soporta el
material poroso y que posibilita la filtración:
líquido turbio o de alimentación
filtrado o permeado
medio filtrante
retenido o torta
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 (P) y dependientes de los siguientes tres factores:
Pf: resistencia del filtro como tal, cuantificable en pérdidas de carga de tuberías,
codos, válvulas, etc.
Pt: resistencia de la torta o turbios retenidos en la materia filtrante, considerados solos
o mejorados por coadyuvantes de filtración en el caso de aluvionado.
Pm: resistencia del medio de filtración.
Despreciando Pf por su escasa cuantía, resulta entonces los siguiente:
P = Pt + Pm
-Resistencia de la torta o turbios de filtración (Pt):
.n.w.V
Pt = --------------- . (dV / dt)
A2
5 . (1 – X) . So2
 = -------------------x3 . ds
: resistencia específica de la torta.
n: 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.
x: 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 Pt no varía en la profundidad de la
torta o “incompresible”, mientras que si fueran deformables, entonces el Pt varía en el
espesor de la torta o “compresible”.
-Resistencia del medio filtrante (Pm):
Rm . n
Pm = ---------- . (dV / dt)
A
Rm: resistencia del medio de filtración.
n: viscosidad del líquido.
dV / dt : velocidad o volumen filtrado por unidad
de tiempo.
A: superficie de la materia filtrante
-Ecuación de la filtración.
n
.w.V
dV
P = Pt + Pm = ---- (------------ + Rm) ----A
A
dt
A . P
dV / dt = ---------------------------.w.V
n (------------ + Rm)
A
En el caso de una filtración a presión constante (P = P), resulta entonces lo siguiente:
n
 . w .V2
V
t = ----- (------------- + Rm -----)
P
2.A
A
.w.n
Rm .n
K = ------------ y B = ---------- resulta entonces: dt / dV = K . V + B
A2 . P
A.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:
A . P
V / t = ----------------------------.V.w
n (------------- + Rm)
A
n..w.V
n. V. Rm
P = (----------------) V + -----------A2 . t
A.t
n..w
n . V . Rm
K´ = ----------- y B´ = -------------- resulta entonces: P = K´. V + B´
A2 . t
A.t
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 . P . 
A . P
Q = dV / dt = ------------- = K --------.E
E
Q: caudal de filtración
A: superficie de filtración
P: presión diferencial
: permeabilidad del filtro
: 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 + Qo
Q: 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 / Q o
1 / V = K2 + 1 / Q o . 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 . Pudiéndose entonces determinar el volumen máximo filtrado (V max) 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 / Q o
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 / Q o
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 por 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 m 2 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 m 2 de superficie filtrante eficaz, a la presión de 1 kg / cm 2, 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, materia
colorante, 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 ” donde este valor se define como:
Número de partículas de un tamaño dado y mayores en el influente
 = ------------------------------------------------------------------------------------Número de partículas de un tamaño dado y mayores en el efluente
-1
Eficacia de filtración (%) = ------- . 100

Valor de 
------------1
2
10
100
1.000
% de eliminación
--------------------0
50
90
99
99,9
10.000
100.000
99,99
99,999
Normalmente se puede utilizar un  de 5.000 a 10.000 como definición operacional de
un grado absoluto. Los valores de  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 cm 2 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 = ----------------t2 / V2 - t1 / V1
Presión: 0,5 bar
t1 = 1 hora t2 = 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 cm 2
de superficie y de 0,65 m 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 filtrabilidad Vmax de 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 m y de 25 mm de diámetro.
5 - 2
3 (V5 . V2)
Vmax = ------------------- = -------------5 / V5 - 2 / V2
5 (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:
Rendimiento (litros) = Vmax
Superficie real del filtro (cm 2)
------------------------------------Superficie del ensayo (cm 2)
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 m, 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
5a3
<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:
Volumen (ml) ocupado por 1.000 gramos:
Volumen (litros) ocupado por 1 kg:
5 / densidad
200 . 5 / densidad
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.
Material
Porosidad (%)
--------------------------------------------------Tejido metálico en reps.
15 a 25
Tejido metálico cruzado:
30 a 35
Metales y cerámicas porosas:
30 a 50
Placas filtrantes :
80
Tierras fósiles:
85 a 95
-Permeabilidad (darcie).
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 cm 3 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 caudal
por 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 m, 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 de mayor 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 m, y el 40 a
60 por 100 restante menores a 5 m. 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.)
Natural
Calcinada
Activada
---------------------------------------SiO2:
86,8
91,0
87,9
Al2O3:
4,1
4,6
5,9
Fe2O3:
1,6
11,9
1,1
P2O5:
0,2
0,2
0,2
CaO:
1,7
1,4
1,1
MgO:
0,4
0,4
0,3
Na2O + K2O:
1,1
1,1
3,3
pH:
5a8
6a8
8 a 10
En cuanto a su características físicas, las tierras fósiles presentan los siguientes datos:
-Humedad: < 2,0 por 100
-Pérdida a calcinación: < 1,0 por 100
-Granulometría:
Tamaño (m)
----------------> 50
50 a 30
30 a 20
20 a 10
10 a 5
5a3
<3
Tierras finas
---------------2,5 %
4,0 %
4,5 %
12,5 %
20,5 %
20,0 %
36,0 %
Tierras medias
------------------13,0 %
6,0 %
9,0 %
39,0 %
18,0 %
15,0 %
0,0 %
Tierras gruesas
------------------56,0 %
13, 0 %
9,5 %
15,5 %
3,0 %
3,0 %
0,0 %
-Densidad: 0,27 a 0,42 gramos / ml.
-Volumen mojado: 2,5 a 4,0 litros / kg.
-Permeabilidad: 0,1 a 2,0 darcies.
-Perlitas.
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 además
se 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:
SiO2:
Al2O3:
Fe2O3:
P2O5:
CaO:
Composición (% m.s.)
---------------------------74,7
13,2
0,7
trazas
0,8
MgO:
Na2O + K2O:
pH:
trazas
9,5
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 / m 2 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 / m 2.
-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 m. 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:
Ventajas
Inconvenientes
--------------------------------------------------------------------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 redusuperficie filtrante.
cido.
-Elevado consumo de agua de
limpieza.
-Ciclo de filtración corto.
-Filtración por un lado de los
platos.
-Carcasa de gran diámetro y
altura.
-Platos filtrantes poco rígidos.
-Dificultad para su desmontado.
-Precio elevado.
Platos horizontales:
-Buena estabilidad de la torta.
-Posibilidad de parar durante
la filtración.
-Elevado ciclo de filtración.
-Posible aumento de la superficie de filtración.
-Extracción en seco de la torta.
-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 / m 2 y
hora para los más limpios, con un aforo medio de 10 hl / m 2 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 m 2 los más pequeños, hasta de 80 a 100 m 2 los de
mayor tamaño.
El volumen de la carcasa depende de la superficie de filtración, oscilando alrededor de
los 150 a 250 litros por m 2, 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 / m 2, 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 contener la totalidad de las tierras de un
ciclo de filtración, del orden de 50 a 100 litros por m 2 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 m 2
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 m 2 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 / m 2 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 / m 2 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:
Filtración
---------------
Dosis de tierras
gramos / hl
gramos / m2 . hora
---------------------------------------
Caudal de filtración
litros / m2 . hora
--------------------------
Desbaste
150 a 200
1.500 a 2.000
600 a 800
Media
100 a 150
1.000 a 1.500
800 a 1.200
50 a 80
500 a 800
Fina
1.200 a 2.000
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
vertical según 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 m 2, 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 m 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 ser aplicada 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 m 2
hasta más de 80 m 2, pudiendo girar a velocidades regulables desde las 0,2 a 5,0 r.p.m.
según las 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 sumergida entre 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 (m 2)
3
10
20
30
40
----------------------------------------------Diámetro del tambor (mm):
1.200 1.600 1.600 2.000 2.000
Longitud del tambor (mm):
1.000 2.000 4.000 5.000 6.500
Potencia total (kw):
9,0
14,8
27,1
35,2
48,2
Consumo de agua (m3 / hora):
0,4
1,2
2,1
3,5
4,8
Tanque de mezcla (m 3):
0,5
0,9
1,6
2,0
3,0
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 / m 2 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 evacuado hacia 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 . P . 
Q = dV / dt = ------------.E
Q: caudal de filtración.
A: superficie de filtración = cte.
P: presión diferencial = cte.
: permeabilidad del filtro = cte.
: 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 líquido
-----------------I
II
III
Clasificación
----------------------
Contenido en sólidos (%)
-------------------------------
alta permeabilidad
media permeabilidad
baja permeabilidad
< 0,5
0,5 a 5,0
> 5,0
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:
Vinos:
Lías:
Fangos:
Mostos:
gramos / litro
---------------2a5
10 a 20
10 a 25
7 a 15
-Caudal horario variable en función del producto a filtrar:
Mosto blanco de escurrido:
Mosto blanco desfangado:
Fangos de mostos blancos:
Restos de clarificaciones:
Lías de vinificación:
-Grado de limpidez obtenido de 0,5 a 5,0 NTU.
litros / m2 . hora
---------------------200 a 300
300 a 600
100 a 200
100 a 150
50 a 150
Recientemente se 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
notablemente el 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 / cm 2, 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 m 2, o placas de
800 x 800 mm con respectivamente 10,4 litros y 1,04 m 2 por placa. En estos filtros se instalan
desde 20 hasta 80 placas, arrojando una superficie filtrante total desde los 15 m 2 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 m 2 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 m 2. 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 / m 2 . 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 filtrar
Materia filtrante (kg / hl)
Caudal medio (litros / m 2 . 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 m 2 / 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: (C 6H10O5)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 m 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:
-Permeabilidad:
-Humedad:
-Celulosa:
110 a 320 gramos / litro.
0,5 a 5,0 darcies.
5 a 10 por 100.
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 / m 2 . 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 placas
----------------------20 x 20
40 x 40
60 x 60
Unidades / m2
----------------32
7
3
Tamaño de placas
----------------------20 x 20
Tipo de filtración
---------------------desbaste
abrillantado
esterilizante
40 x 40
desbaste
abrillantado
esterilizante
140
70
50
60 x 60
desbaste
abrillantado
esterilizante
330
160
110
Tipo de filtración
--------------------Desbaste.
Abrillantado:
Esterilizante:
Caudal nominal (litros / m 2 . hora)
----------------------------------------30
15
11
Presión diferencial (P bar)
sin amianto
con amianto
-----------------------------------< 2,5
< 3,0
< 1,5 a 2,0
< 2,5
< 1,0 a 1,2
< 1,5
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 / m 2 . 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 m 2 hasta los 5,0 m 2, 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:
Tipos de filtración Caudal nominal (litros / m 2 . hora) Presión diferencial (P bar)
---------------------- ------------------------------------------ ---------------------------------Desbaste:
15,0
2,5
Abrillantado:
12,5
2,0
Esterilizante:
10,0
1,5
El procedimiento de filtración es muy similar a la de los filtros de placas, variando los
valores del enjuague con agua fría, con un caudal máximo de 600 litros / m 2 . 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 m en la entrada, y hasta 1 a 2 m 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 m, 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 m 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 m 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 m 2 por cartucho,
hasta 78 mm de altura y 76 mm de diámetro con una superficie filtrante de 1,4 m 2 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 m para retener a las levaduras, hasta las
0,45 m 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 
P = -----------------d
P: presión del punto de burbuja.
G: tensión superficial.
: ángulo de contacto líquido / sólido.
d: diámetro de los poros.
K: factor de corrección de forma.
La presión diferencial máxima (P) 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 m 2.
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 m 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:
Vinos secos:
< 10 gérmenes / litro
< 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 m, 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 m 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 m, pasando
previamente por otra de 1,20 m y opcionalmente por otra de 0,65 m, mientras que
para la filtración de los vinos tintos se emplea una membrana final de 0,65 m, pasando
también previamente por otra de 1,2 m. 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 (m)
-------------------0,45
0,65
1,20
Presión (bar)
----------------1,0
0,9
0,6
-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 (m)
-------------------0,45
0,65
1,20
Presión (bar)
----------------1,3
1,1
0,7
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.
Modalidad
Tamaño del poro Masa molecular Presión aplicada
Retención
(micras)
(Dalton)
(bar)
---------------- --------------------- ------------------- -------------------- -------------------------------Microfiltración: 10 a 0,1
1a7
materias en suspensión
Ultrafiltración:
0,1 a 0,001
103 a 106
1 a 10
macromoléculas
proteínas
polímeros
Nanofiltración:
< 0,001
< 1.500
3 a 14
sales polivalentes
solutos de > 400 Dalton
Osmosis inversa: 0,001 a 0,0001
< 500
14 a 70
iones
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, y además 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 (P 1)
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 - P / 2
2
P = P1 – P2
El flujo de permeación a través de la membrana (Jp) se define según la siguiente
expresión:
PTM
Jp = ----------------R m + R f + Rg
Rm: Resistencia característica de la membrana.
Rf : 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 . P . 
A . P
Q = dV / dt = ------------- = K --------.E
E
Q: caudal de filtración.
A: superficie de filtración.
P: presión diferencial.
: permeabilidad del filtro.
: viscosidad del líquido.
E: espesor de la materia
filtrante.
Cuando se considera constante la superficie de filtración (A), la permeabilidad del filtro
(), la viscosidad del líquido (), y el espesor de la materia filtrante (E); entonces resulta
lo siguiente:
A.
LP = ------.E
Q = dV / dt = LP . P
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)i
Cp: 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 / m 2 . hora, decreciendo muy rápidamente durante los
primeros minutos, para estabilizarse alrededor de los 30 a 100 litros / m 2 . 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 temperatura tiene 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 velocidad de 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 m, 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) . g
9.
r: radio de la partícula.
dp: densidad de la partícula.
dl: densidad del líquido.
g: gravedad (m/s2).
: 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:
Fc = m . a = m . V2 / r = m . w2 . r
Fc: fuerza centrífuga (newton).
m : masa de la partícula (kg masa).
a : aceleración centrífuga (m/s2).
r : radio de giro (m).
w : velocidad angular (radianes/s).
V : velocidad lineal (m/s).
Un número “n” de revoluciones por minuto, equivalen a n / 60 revoluciones por segundo
y por lo tanto a 2 .  . r . n / 60 radianes por segundo. Sustituyendo estos valores en la anterior
expresión resulta lo siguiente:
m . v2 m . (2 .  . r . n / 60)2
Fc = -------- = ----------------------------r
9,8 . 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 (V p) 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 , donde  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 Vc de la fuerza centrífuga. Cuando la diferencia Vc – Vp
. seno 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 . seno  . rm . v2
LF = ------------------------g
F: superficie activa de los platos.
: 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 m, 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.