martes, 10 de enero de 2012

Filtraciones y Centrifugaciones del Mosto y Vino


FILTRACIONES Y  CENTRIFUGACIONES DEL MOSTO Y VINO

El vino contiene una enorme diversidad de partículas diferentes por origen, composición, papel y tamaño. Por eso es necesario conocer las denominaciones y dimensiones aproximadas de estas partículas, así como el tipo de filtración apta para retenerlas.

Las partículas “gruesas” (superiores a 50-100 μm) son visibles individualmente a simple vista: están formadas por restos diversos. Las partículas “medianas” (de 50-100 a 1-1,5 μm) son visibles al microscopio óptico y forman un turbio más allá de una cierta concentración: las más frecuentes están constituidas por levaduras y bacterias. Las “pequeñas” partículas (inferiores a 0,5-1 μm) están formadas por moléculas  grandes de coloides invisibles pero que puede absorber o difundir la luz (efecto Tyndall). Por último, las “moléculas y los iones” (ej.: alcohol, azúcar, potasio, ácido tartárico) son partículas invisibles, no causan turbidez pero pueden comunicar color (ej.: antocianos).

Todas las partículas visibles absorben la luz  oparticipan en la turbidez y posiblemente en el depósito de los vinos, por lo que deben eliminarse por clarificantes o mediante filtraciones. Actualmente disponemos de filtros muy variados que pueden retener partículas de varios milímetros o centímetros, los tamices, hasta varias fracciones de millonésimas de milímetros (los iones, retenidos por electrodiálisis), sin fronteras claras entre las diferentes categorías. Estos filtros dependen de mecanismos diversos a menudo relacionados con su mejor uso para cada situación.

MECANISMOS DE LA FILTRACIÓN

La filtración de un líquido o de un gas es la retención de las partículas que contiene, mediante su paso por un filtro:

- Filtración frontal: El líquido cargado de partículas que atraviesa el filtro retiene estas partículas dejando pasar el vino filtrado.

- Filtarción Tangencial: El líquido cargado que circula paralelamente al filtro no deja pasar el líquido limpio (el filtrado) mientras que las partículas se eliminan en el retenido por la llegada de otro líquido a filtrar.

La filtración de cada cota de vino se obtiene en unos segundos, y no en algunas horas o días como en la clarificación.

En los dos casos, el filtro se asemeja a una pared perforada que trabaja según dos mecanismos muy diferentes:

- En superficie: las partículas de tamaño superior al de los poros del filtro son retenidas por tamizado, sin penetrar en la pared filtrante. La filtración se para cuando todos los poros son taponados por partículas rígidas o muy poco deformables. El tamaño de los poros puede variar desde algunos milímetros (tamices de semillas) a varias milésimas de micrometros (ultrafiltración tangencial).

- En profundidad: las partículas penetran en el interior del filtro, de estructura esponjosa donde son retenidas.

. Intercepción de partículas arrastradas por el flujo líquido

. Sedimentación: la velocidad de circulación del líquido y de las partículas, en el interior de un filtro de sección grande, se vuelve muy escasa y las partículas se depositan. Por ejemplo, en un filtro de 10 placas de 40 x 40 cm, que funciona a 50 hl/l, la velocidad es de 0,001 m/s en tuberías de alimentación de 40 mm de diámetro.

. Adsorción eléctrica: las partículas del vino cargadas negativamente son atraídas por los componentes del filtro cargados positivamente: hay una retención de partículas y de ciertos coloides mucho más pequeños que el diámetro de los poros.

Este efecto de profundidad  es esencial para la mayor parte de los filtros. Asegura la capacidad de retención, es decir la cantidad total de partículas que pueden ser retenidas. Se podria  comparar el paso de un filtro de 10 mm de espesor que tiene poros de 100 mm para una partícula de 10 mm como si un hombre de 2m empujado por una corriente de líquido continuo y sin visibilidad intentase atravesar un bosque de 2 km lleno de árboles separados a 20 m, la probabilidad de salir del bosque seria muy escasa.

Un filtro es un conjunto de materias filtrantes estructuradas, de soportes y de accesorios que permiten una mejor filtración:
. Aparato operativo.
. Resistencia mecánica, química, adaptada al producto a filtrar.
. Flexibilidad de utilización óptima: alimentación y recogida del vino, limpieza, etc.

LOS MATERIALES Y LOS MEDIOS FILTRANTES

Los materiales filtrantes: Están formados por productos elementales, de distintas características, a menudo utilizados en mezclas: Celulosa; Amianto (prohibido); Kieselguhr, diatomeas, tierra de infusorios; Perlita; Acero inoxidable; Vidrio; Fibras plásticas; Derivados celulósicos.

Los medios filtrantes: En enología, se utilizan diferentes familias de medios filtrantes. Cada medio se caracteriza por diferentes parámetros:
. Superficie total y útil: en caso de enmascramiento de los soportes y de los accesorios.
. Porosidad: es la relación entre la suma de las secciones de los poros y la superficie total. Puede variar de 10-20 a 80-90%.
. Diámetro de los poros: es el tamaño,sección o diámetro equivalente de los poros. Se puede expresar el diámetro medio, el reparto de los diámetros, el diámetro máximo, por ejemplo de 0,1 a 10 μm. El diámetro máximo puede diferir el umbral de retención, es decir el tamaño de la partícula más pequeña que no es retenida por el filtro. Lo diámetros de los poros determinan la finura de la filtración.
. Permeabilidad: es el flujo del filtro, en condiciones definidas, expresado en “darcy”: determina la velocidad de filtración. Los medios filtrantes enológicos tienen porosidades que van de 0,01 a 10-20 darcys.
. Capacidad de retención: es la cantidad (peso) de las partículas que pueden ser retenidas por el filtro antes de colmatarse. Esta cantidad es difíclmente cuantificable pero es muy importante para el rendimiento económico del filtro.

1 darcy = 1ml/1s/1cm2 de superficie/1cm de espesor/1bar de presión/1 centipoise de viscosidad dinámica (es decir 36 m3/h/m2).

1 centipoise = viscosidad del agua a 20 ºC: los mostos y los vinos tienen viscosidades de entre 1,5 a 3 centipoises.

- Placas filtrantes: Está formado por un conjunto de fibras de celulosa como un papel o un cartón poroso completado por otras fibra de kieselguhr. Los distintos fabricantes proponen gamas muy grandes de placas filtrantes que aseguran flujos, umbrales y capacidades de retención muy variadas para corresponder a las distintas necesidades. No hay correspondencias rigurosas entre las diferentes marcas pero se clasifican en tres categorías (de desbaste, clarificantes y esterilizantes). Estas placas están disponibles en el mercado en diversos formatos cuadrados (20 x 20, 40 x 40, 80 x 80 cm…) o en forma lenticular.

- Las tierras filtrantes: Las tierras filtrantes o tierras de filtración, tierras de infusorios, diatomeas, diatomitas, kiselguhr, etc., proceden de yacimientos de diatomeas fósiles, lavadas, molidas, calcinadas y calibradas. Esta calibración permite proponer gamas muy amplias de tierras filtrantes operativas formadas por partículas de tamaños variables, repartidas según una granulometría precisa. Se caracterizan por su  permeabilidad, de 0,02 a 15 darcys aproximadamente. Se trata de de productos muy puros, regulares y comparables entre suministradores. Las tierras “lentas”, de escasa permeabilidad (inferior a 0,5 darcy aproximadamente) son con frecuencia rosas, las otras son blancas.

- Las perlitas: proceden de rocas volcánicas machacadas, secadas, expandidas y tamizadas para presentar granulometrías adaptadas a los diferentes usos. Igualmente se caracterizan por su permeabilidad (de 0,02 a 15 darcys aprox), estas perlitas tienen una densidad aparente, en bolsas, muy escasa. Son productos fuertemente abrasivos para los materiales (bombas, válvulas).

- Las membranas: son películas de ésteres de celulosa (nitrato, acetato…) de varias décimas de milímetros de espesor, estructuradas en forma de esponjas permeables de fuerte porosidad (70 a 80%) o, más raramente, perforadas por canales rectilíneos para formar un micro-tamiz. De muy buena resistencia química, mecánica e hidráulica, trabajan casi únicamente mediante tamizado pero con una capacidad de retención muy escasa.

Los poros cuyo diámetro varía entre 0,2 a 2-5 μm, son habitualmente muy regulares y garantizan todo más pequeño que un valor determinado.

Garantizan así un umbral de retención absoluto. Este tipo de filtros sigue siendo muy  utilizado en el laboratorio pero prácticamente está abandonado en enología.

Se utilizan membranas compuestas formadas por una superposición de delgadas películas, tejidos, placas muy finas que constituyen los soportes filtrantes de varios milímetros de espesor dispuestos en placas, tubos o tubos con pliegues. Están definidas para un umbral de filtración nominal que corresponde al tamaño de las partículas retenidas (ej.; 1 μm). Trabajan a la vez mediante tamizado y en profundidad con una capacidad de retención muy mejorada en relación con las membranas verdaderas, a pesar de una porosidad limitada (15 a 20 %)

Existen igualmente filtros de acero inoxidable tejidos o tratados, de una gran resistencia química y mecánica pero de escasa capacidad de retención.

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