domingo, 15 de enero de 2012

Filtración por Tierras


 FILTRACIÓN POR TIERRAS

Este tipo de filtración consiste en la formación sobre un soporte de una capa de tierras filtrantes donde quedan retenidas o adsorbidas las impurezas del vino. Se utilizan para el devastado y abrillantado de los vinos.

Los soportes son indispensables para fijar los adyuvantes de la filtración y pueden ser  muy variados, utilizándose cartones porosos, tejidos de algodón o de nailón, porcelana o cerámica porosa, arandelas y tamices muy finos de acero inoxidable. El soporte propiamente dicho reposa sobre una estructura  metálica que asegura el drenaje.

Las tierras filtrantes utilizadas pueden ser:

- Diatomeas, Kieselgur o tierra de infusorios: La diatomita es una roca de carácter silíceo constituida por acumulación de caparazones fósiles de algas microscópicas o diatomeas. Tras su extracción y secado, se calcinan a 900 ºC para eliminar restos de materia orgánica o arcilla, la presencia de hierro les da una coloración rosa; las partículas son finas (2-10 μm), de débil permeabilidad y buena capacidad de retención, y se utilizan para filtración abrillantadora. Si se adiciona carbonato sódico antes de la calcinación, las partículas se aglomeran y presentan mayor granulometría, su coloración es blanca y se utilizan para filtración desbastadora (diatomeas calcinadas activadas). Las tierras de diatomeas tienen gran porosidad, su peso por litro es de 100 a 250 gramos según granulometrías, y 1 gramo de diatomeas presenta una superficie filtrante de 20 a 25 m2. Las capas de diatomeas operan por tamizado, aunque tienen propiedades adsorbentes que desempeñan un importante papel en la filtración.

- Perlitas: Proceden de una roca vítrea de origen volcánico. Es un silicato natural, inerte y exento de materia orgánica, que puede expandirse ocupando de 10 a 20 veces su volumen inicial, por lo que aumenta mucho su superficie y capacidad de filtración. Tiene una densidad más pequeña que las diatomeas, el producto comercializado tiene un diámetro estándar y una capacidad de filtración superior en un 20% a las diatomeas. Es muy abrasiva para las superficies metálicas y su permeabilidad es más elevada. Sólo se utiliza para filtrar productos muy cargados de impurezas, o en el desmangado de los mostos con filtros rotativos a vacío.

Pero también es habitual la utilización de otros coadyuvantes de filtración que la faciliten y que sean inertes e inofensivos frente a los líquidos a filtrar. Un coadyuvante bastante utilizado en la filtración por tierras es la celulosa, que debido a su elevada permeabilidad contribuye a la heterogeneidad de la precava y comunica un importante poder adsorbente a las precavas de la filtración. Tiene un importante potencial electrocinético y habitualmente presenta carga negativa, aunque también puede estar cargada positivamente.

Existen otros adyuvantes como las bolitas de polietileno de lata densidad, o bien productos obtenidos con varios adyuvantes como celulosa, algodón, diatomeas y perlitas mezcladas en diferentes proporciones. También se pueden mezclar coadyuvantes con clarificantes, como el PVPP.

El primer paso en la filtración es el precolmatado, consistente en hacer sobre el soporte un depósito de tierra de diatomeas que constituye la capa filtrante o precava. Esta precava puede utilizarse para filtrar directamente el vino, o bien trabajar sobre ella en aluvionado continuo, que consiste en ir depositando continuamente sobre la precava nuevas tierras aportadas por el vino que se está filtrado.

Las tierras y coadyuvantes que van a formar la precava son aportados por un vino limpio o por agua (1 kg por 5 litros de vino), circulando en circuito cerrado hasta que se forme la precava (15-30 minutos). La elección de la tierra filtrante es una clave importante para realizar una buena filtración. La precava está compuesta por varios pisos o capas, que pueden ser de tierras de igual granulometría, de granulometría decreciente o por mezcla de tierras de distinta granulometría. El primer piso ha de realizarse con tierras de granulometría gruesa, superior a 1 darcy (diatomeas calcinadas activadas) para permitir un buen enganche de la torta. Los pisos siguientes pueden hacerse con granulometría decreciente. La cantidad mínima para la constitución total de la precava es el orden de 1 kg/m2, y su espesor puede llegar a los 4 mm.

Una vez formada la percata, un dosificador de tierras realiza la mezcla de éstas y del vino a filtrar. El aluvionado continuo evita la formación de una capa superficial de turbios responsables del colmatado rápido, ya que las impurezas son dispersadas en la profundidad de la capa filtrante. La filtración se debe realizar con un adyuvante igual al utilizado en el último piso de la precava o con otro de tamaño inferior. También sería posible realizar el aluvionado continuo con tierras mezcladas de distintas granulometrías. Si utilizamos unas tierras con una granulometría mayor a la utilizada en la precava, se provocaría un cubrimiento de la masa filtrante provocando una acumulación rápida de los turbios sobre la precava.

La dosis de tierras a añadir durante el aluvionado depende de la cantidad de turbios; suele situarse entre 215-100 g/hl, no pudiendo sobrepasarse los 7.5 atmósferas y no debe superar las 4,5; aumentos de presión superiores a una atmósfera/hora nos indican que es preciso aumentar la dosis de tierras en el aluvionado. Las presiones de trabajo oscilan entre 1.000 y 1.500 l/h/m2.

El control de la calidad de filtración se hace visualmente por medio de una mirilla a la salida del filtro. Se puede incorporar  un nefelómetro en línea para tener una medida precisa de la turbidez.

Utilizando tierras de distintas granulometrías podemos realizar una filtración desbastadora o abrillantadora, así como eliminar un alto porcentaje de levaduras, pero es imposible asegurar la completa esterilidad del producto, ya que es imposible precisar con total exactitud el tamaño de poro de las tierras filtrantes, encontrándonos que unas mismas tierras, que deberían tener igual granulometría, presentan grandes oscilaciones de sus tamaños de poro.

Otros inconvenientes de este sistema de filtración son la falta de rigidez y resistencia de algunos soportes, la dificultad de limpieza, la irregularidad del espesor de la torta y la adhesión insuficiente de la capa filtrante. Pequeñas variaciones de presión durante la filtración, debidas a variaciones de la corriente eléctrica, pueden alterar la estructura de la capa filtrante. Por otro lado, la eliminación de las tierras constituye un problema medioambiental que ha ocasionado que algunos países cobren una alta tasa por la eliminación de estos residuos, o incluso que prohíban su vertido.

FILTRACIÓN POR BUJÍAS

Este tipo de filtros de tierras o filtración por bujías consta de una campana en cuyo interior se sitúan las bujías, formadas por arandelas metálicas de acero inoxidable o cerámica, o por un embobinado de acero inoxidable, dispuestas sobre un eje sobre las que se forma la precava de tierras de filtración. La presión de la bomba de alimentación del filtro hace que el vino pase del exterior al interior de las bujías atravesando la capa filtrante, siendo recogido en un conducto central de salida.

Inicialmente en el tanque de mezcla se encuentran las tierras mezcladas con vino limpio para formar la precava; éstas circulan en circuito cerrado introduciéndose dentro de la carcasa y saliendo por la parte superior hacia el tanque, hasta el momento en que la precava se forme adecuadamente. A continuación, por la parte inferior entra el vino a filtrar impulsado por una bomba , y una bomba dosificadora inyecta el coadyuvante procedente del tanque en la tubería de alimentación del filtro. El conjunto, a través de una válvula de regulación, entra en el cuerpo de filtro, encontrándose con la precava de las bujías y desarrollándose la filtración propiamente dicha. Por la parte superior derecha sale el vino filtrado.

El soporte, al estar compuesto de arandelas, permite su total desmontaje para la limpieza y revisión, pero precisa de un perfecto ajuste en el montaje. El lavado se hace a contracorriente con agua o gas a presión. La solución de limpieza entra por la salida del vino filtrado y sale entre las arandelas, separando la capa filtrante del soporte. El cuerpo del filtro va provisto de una salida inferior para la evacuación de los lodos.

Este tipo de filtro lleva un soporte rígido no deformable y permite importantes aumentos de la superficie filtrante, pero su mayor inconveniente es la caída de la capa filtrante por pequeñas variaciones de presión, y la ausencia de filtración del vino residual.

FILTRACIÓN CON FILTRO DE PLATOS VERTICALES

Estos filtros constan de una serie de discos o platos  montados en posición vertical sobre un eje que sirve de colector de filtrado, que van situados en el interior de una carcasa horizontal. Llevan un dosificador de tierras provisto de un agitador. La bomba dosificadora tiene un caudal regulable y está accionada por el mismo motorreductor que hace girar el porta platos. Van provistos también de purga de aire, de un dispositivo de distribución uniforme de las tierras sobre todos los discos, de un colector con pulverizadores para efectuar lavados y de un desagüe para la descarga de los residuos al final de cada filtración. Sobre el circuito de descarga van montados un indicador del caudal horario y un visor iluminado para el control de la brillantez del vino filtrado.

El ciclo de trabajo se desarrolla en tres fases:

- Formación de la precava: Los platos, en forma de disco, están formados por una malla metálica que permite formar la precava de tierras sobre las dos caras de los platos. La precava está constituida por tierras de diatomeas mezcladas o no con otros coadyuvantes, y realiza una función mecánica de la capa propiamente dicha, que se irá formando durante la filtración. En la cubeta inferior está la mezcla de vino limpio y tierras, que es bombeada a la cámara filtrante, depositándose en los platos soporte. Este ciclo se repite volviendo parte de la mezcla a la cubeta hasta que se vea que el líquido vuelve limpio. Esto indica que la precava ya está formada y que la filtración propiamente dicha ya puede empezar.

- Filtración del vino: Realizada la operación anterior se procede a bombear el vino. Al mismo tiempo se hacen en él inyecciones constantes de una cantidad dosificada de tierras, que se depositan sobre la precava junto con las impurezas o turbios que lleve el vino. La mezcla de vino y tierra de diatomeas va hacia los platos con precava, donde se van depositando conjuntamente los turbios del vino y las tierras filtrantes, pasando el vino limpio al eje colector central sobre el que van montados los discos. El vino pasa por un rotámetro indicador de caudal, un visor para ver si realmente está bien filtrado y una válvula de salida.

- Después de cada ciclo de trabajo es necesario lavar el filtro y eliminar la capa que se ha formado. Al final de la filtración se inyecta agua sobre los platos mediante un sistema de rociadores, a la vez que éstos están girando. Los chorros separan completamente las capas formadas haciéndolas caer al fondo, de donde son eliminadas mediante un fuerte chorro de agua procedente de la bomba de alimentación. Los residuos son enviados al exterior a través de un desagüe situado en el cabezal izquierdo de la cámara, sin necesidad de abrir la misma.

Estos filtros presentan una elevada superficie filtrante, ya que  utilizan das dos caras de los platos, así como un fácil desmontaje y limpieza de los platos; pero tienen el inconveniente del delicado mantenimiento de la torta sobre los platos y de la ausencia de filtración del vino residual al final del ciclo, lo que ocasiona pérdidas importantes de vino.

FILTRACIÓN CON FILTRO DE PLATOS HORIZONTALES

Las unidades horizontales de filtración van montadas sobre un eje vertical. Cada una de estas unidades está compuesta de un plato en forma de disco, con una malla metálica en su parte superior y una placa metálica continua en su parte inferior. Las capas filtrantes reposan sobre la parte superior de estos elementos horizontales, no rompiéndose aún en ausencia de presión. Esto tiene la ventaja de que si interrumpe la filtración puede reiniciarse  sin problemas, e incluso se pueden filtrar sucesivamente varios líquidos distintos sin cambiar las capas. Sólo sería necesario vaciar la cámara de filtración.

La descarga de las capas filtrantes ya usadas se hace sin necesidad de arrastrarlas con agua, haciendo girar las placas soporte por medio de un motor, que llevan en la parte superior del filtro. El lavado y enjuague de los elementos filtrantes se hace con unas duchas de agua directamente aplicadas sobre los mismos cuando están girando.

El ciclo de trabajo de estos filtros se desarrolla de forma similar a los anteriores, pero incorpora un sistema de filtración residual, que introduce gas inerte  que impulsa el vino residual, siendo filtrado éste en los últimos platos. La precava puede hacerse con vino limpio o con agua, ya que se puede vaciar completamente el líquido y dejar la precava seca.

Este tipo de filtros permite una gran estabilidad de la torta, la posibilidad de cambiar el producto a filtrar sin desmontar la torta, y la filtración del líquido residual y extracción de la torta seca. Como inconveniente tiene la menor superficie filtrante en relación con el sistema de platos verticales.

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