viernes, 6 de enero de 2012

Desfangado de Mostos por Flotación


DESFANGADO DE MOSTOS POR FLOTACIÓN

La mayor parte de los fangos que contiene un mosto, presentan la propiedad de unirse a burbujas de gas de determinado tamaño, formándose un conjunto sólido–gas de menor peso específico que el mosto, que por flotación se acumulan en su superficie del líquido, donde puede separarse fácilmente por una simple decantación o mediante una extracción directa con un dispositivo separador. Las partículas más pesadas, como pepitas, tierra, fragmentos vegetales, etc. no son capaces de subir arrastradas por el gas y se acumulan en la parte inferior de los recipientes de tratamiento, donde deben ser eliminadas previamente, o bien se separan del mosto antes de su procesado.

Para que este fenómeno se produzca es necesario que la adherencia del gas con el sólido sea mayor que la tendencia del líquido a mojar las partículas, midiéndose este valor mediante el “ángulo de contacto” formado por la superficie del sólido y la burbuja de gas. La adherencia es imposible cuando los sólidos son hidrófilos y su ángulo de contacto es pequeño, mientras que si los sólidos son hidrófobos, su ángulo de contacto es elevado y entonces la adherencia sólido–gas es posible. En la práctica ningún líquido presenta un ángulo de contacto superior a los 110º cuyo valor viene referido al del mercurio.

Los gases utilizables en la flotación pueden ser inertes: nitrógeno y argón, o de acción oxidante: aire y oxígeno, en estos últimos donde además de limpiar el mosto se pretende que éste se realice una hiperoxidación de los compuestos fenólicos. La utilización de anhídrido carbónico queda muy restringida debido a su elevada solubilidad en el mosto y además por crear problemas en la adecuada separación de los sólidos por flotación. La adherencia de las microburbujas puede hacerse sobre la superficie de los sólidos en suspensión por efecto de la tensión superficial interfacial, o mediante la adhesión de las burbujas a los sólidos por “potencial zeta” , o bien por inclusión del gas en el interior de los flóculos cuando se utilizan clarificantes auxiliares, ya que la adición de éstos aumentan además el grado de hidrofobicidad de los sólidos y los hacen más afines al gas de flotación. Los clarificantes auxiliares que generalmente se utilizan son la bentonita y la gelatina que forman los flóculos, acompañados de sol de sílice que los hace más compactos.

La subida de una partícula se produce cuando el empuje ascensional del “sólido-gas” supera por el principio de Arquímedes a la atracción de la partícula por la acción de la gravedad. Además, la velocidad ascensional del sólido–gas se rige por la ley de Stokes si se mueve en régimen laminar o por la de Newton si lo hace en régimen turbulento. Así para el primero y considerando su movimiento en agua a 20º C con burbujas de aire, el tamaño de éstas no deberán superar un diámetro de 120 micras, con una velocidad ascensional máxima de 30 metros por hora; siendo este un caso extremo, pues según la ley de Stokes la diferencia Pm – Ps es máxima:

V (m / seg) = (Pm – Ps) . g . d2 :  18 .  μ

Pm:  peso específico del mosto (kg / m3).
Ps:  peso específico “sólido–gas” (kg / m3).
g:  gravedad (9,81 m / seg2).
d:  diámetro “sólido–gas” (m).
μ:  viscosidad (decapoise).

El volumen mínimo de gas necesario para poner en flotación una partícula sólida se rige según la siguiente ecuación:

Vg  :  S   =     Pp – Pm  :   (Pm – Pg) . Pp

Vg:  volumen mínimo de gas.
S:  masa de la partícula.
Pp:  peso específico de la partícula.
Pm: peso específico del mosto.
Pg:  Peso específico del gas.

La temperatura del mosto influye en su viscosidad y densidad, de tal manera que cuando ésta aumenta, la viscosidad del líquido disminuye, favoreciendo la velocidad de flotación, aunque la densidad también baja dificultando la flotación de las partículas. Las burbujas de gas deben ser muy reducidas, con un diámetro inferior a las 120 micras, ascendiendo en el líquido en un régimen laminar. En cuanto a la dimensión de las partículas, las de mayor tamaño favorecen la diferencia del peso específico, pero al ser de mayor tamaño se reduce la superficie por unidad de masa susceptible de adherirse el gas, por lo que se desfavorece entones la flotación.

Los primeros equipos de desfangado por flotación eran de tipo discontinuo, donde en uno o varios depósitos convencionales se instalaba en su parte inferior un difusor de gas, que ponía en flotación los fangos contenidos en el mosto, separándose por medio de un trasiego realizado por la parte inferior de los recipientes. En la actualidad se emplean equipos continuos, donde el proceso de tratamiento se realiza de acuerdo con la siguiente secuencia:

- Separación de sólidos groseros de tamaño superior a los 0,5 mm, mediante la utilización de tamices o aparatos conocidos como “desburbadores”.

- Almacenamiento de los mostos en depósitos pulmón para regular la entrada de producto en la línea de desfangado, realizando un sedimentación estática con la ayuda de enzimas pectolíticas y una estancia mínima de tres horas. Los depósitos poseerán un volumen entre 5 a 7 veces el rendimiento horario del aparato y se dispondrán como mínimo de dos recipientes. El nivel máximo permisible de sólidos es de un 10 por 100.

- Adición de clarificantes en continuo mediante una central de dosificación, compuesta de las correspondientes bombas de inyección de caudal regulable, donde se mezcla con el mosto unas soluciones de gelatina (15 a 20 gramos / hl), bentonita (30 a 40 gramos / hl) y sol de sílice (20 a 30 ml / hl), que mejoran la separación de sólidos y su puesta en flotación por el gas.

- Presurización del mosto con nitrógeno o aire, a una presión de unas 4 a 5 bares, con un consumo de 1,0 a 1,5 m3 / hl para un flotador de 100 hl / hora, donde se fracciona el gas pequeñas burbujas adhiriéndose a las partículas y a los flóculos formados en el mosto.

- Separación de los fangos en un cuba de flotación, donde de manera continua penetra el mosto conteniendo las partículas “sólido–gas” anteriormente formadas, extrayéndose los sólidos por la parte superior del recipiente con ayuda de un dispositivo de separación, y saliendo por otro lugar del aparato el mosto limpio desfangado. En estos aparatos el mosto debe circular en régimen laminar, debiendo tener una suficiente altura para facilitar la flotación de los sólidos y un diseño tal que se permita la ascensión de las partículas en un tiempo inferior al de residencia del mosto en la cuba de flotación. En los equipos de cuba rectangular de velocidad constante o en los de cuba circular de reparto radial y velocidad tangencial constante, la separación no es muy efectiva, prefiriéndose los de cuba circular de reparto central y velocidad radial decreciente, donde la trayectoria vertical hacia la superficie de las partículas, no está influida por la componente horizontal en la zona crítica de salida de mosto limpio, llegando a separase de este modo las partículas con mayor facilidad.

La limitación impuesta por los mostos excesivamente sucios con más de un 10 % de sólidos, puede ser solucionada haciendo recircular parte del mosto limpio desde la salida de la cuba de flotación hasta los depósitos pulmón, donde se reduce esta cantidad de sólidos hasta el nivel deseado mediante una dilución con el mosto limpio, empleándose una tasa de recirculación del 35 a 40 % para mostos con un 13 a 15 % de sólidos. Los resultados son muy satisfactorios, pues por una parte los niveles de turbidez oscilan desde los 50 hasta los 200 NTU con un contenido de sólidos inferior al 1 por 100, que sitúan a los mostos en unas condiciones óptimas para su posterior fermentación alcohólica, y por otra parte, estas máquinas presentan un carácter ecológico superior a los filtros rotativos a vacío, donde el volumen de tierras fósiles o perlitas vertidas al medio ambiente son muy elevadas. En cuanto al rendimiento de estas instalaciones, se estiman entre 15 a 35 hl de mosto por hora para un flotador de 25 hl de capacidad.

Fotografía tomada de www.inoxpa.com

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