sábado, 28 de enero de 2012

Centrifuación de Mostos y Vinos


CENTRIFUGACIÓN DE MOSTOS Y VINOS

Es un sistema  para la  separación de sólidos o limpieza del mosto, que consiste en separar los elementos sólidos del líquido, mediante la fuerza centrifuga. Se utiliza para ello un tambor rotativo provisto de un filtro que, al girar con mucha fuerza, empuja hacia el exterior los sólidos más pesados.

Es decir se utiliza 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.

Las máquinas centrifugadoras  ofrecen hoy resultados interesantes en la preclasificación de los mostos, antes de fermentarlos. Aunque no hace falta decir que lo ideal es dejar que los mostos se clarifiquen en el depósito, lentamente o con la ayuda de las claras de huevo, arcillas o de las sustancias clarificantes, esperando siempre pacientemente la sedimentación natural de los sólidos.

Pero en algunos casos al vinificador puede interesarle separar rápidamente  los fangos o Bourges del mosto. Esta clarificación tiene lugar al principio  de la vinificación y no tiene  nada que ver  con los encolados  y filtrados  que se realizan, al acabar la vinificación, antes  del embotellado. Se exceptúa la clarificación centrifugadora que se aplica en vinos jóvenes para eliminar las levaduras y estabilizarlos, sobre todo cuando tienen azúcares residuales.

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.

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.

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, de esta forma la fuerza centrífuga depende por lo tanto de la longitud del radio de giro, del número de revoluciones por minuto, y también de la masa de las partículas a separar. En una centrífuga convencional, las revoluciones por minuto oscilan entre valores de 5.000 a 10.000, clarificando líquidos a razón de 1.000 a 20.000 litro / hora, y gracias a la intervención de una fuerza centrífuga de algunos miles de veces la fuerza de la gravedad. En las centrífugas de alto rendimiento, la velocidad de rotación de 15.000 a 20.000 revoluciones por minuto, genera una fuerza centrífuga de 14.000 a 15.000 veces la fuerza de la gravedad, que permite incluso la separación de partículas tan finas como las bacterias.

En las centrífugas verticales de platos el líquido turbio penetra por el eje de la máquina, hasta llegar a una cámara donde gira un conjunto de platos cónicos dispuestos en forma de pila y donde el líquido gira a un elevado número de revoluciones. El líquido en rotación situado entre dos platos, sale limpio hacia el interior de la máquina, mientras que los turbios se separan en sentido contrario y acumulándose en los extremos de la cámara, donde periódicamente son eliminados. La velocidad del líquido no permanece constante a lo largo del canal, pues varía desde cero en la proximidad a los discos, hasta una velocidad máxima en el centro de este espacio. Las partículas se mueven por la velocidad del líquido (Vp) hacia en interior de la cámara y también por la velocidad de sedimentación (Vc) de forma radial hacia el exterior, resultando entre ambas una componente (Vr) que conduce a las partículas hacia la superficie de los platos, donde la velocidad del líquido es cero y las partículas depositadas resbalan hacia el exterior.

Una partícula que se encuentra en el canal entre dos platos, tenderá por un lado a desplazarse con el líquido a una velocidad Vp de componente radial Vp . seno β , donde β  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 . senoβ      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).

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 %, obteniéndose líquidos muy limpios, con niveles de turbidez inferiores a valores de 0,8 a 1,0 %. 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 %, con rendimientos variables entre 2.000 a 25.000 litros / hora, y obteniéndose líquidos más limpios con tan solo un 2 a 5 % de sólidos.

Centrífugas Verticales de Platos:

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.

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 se 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.

APLICACIONES ENOLÓGICAS DE LAS CENTRÍFUGADORAS

En la industria enológica las aplicaciones de las máquinas centrífugas son de 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:

- 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 % 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.

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