martes, 17 de enero de 2012

Filtro de Placas para el Vino



FILTRACIÓN POR PLACAS PARA EL VINO

Fuente: Tratado de Enología (Escrito por Jose Hidalgo Togores)
 

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 grados 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 m2 / gramo. En las placas de filtración se utilizaba en proporciones crecientes según el grado de porosidad deseado y nunca llegando a superar el 42 % 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: (C6H10O5)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 %. Las características de este materias son las siguientes:

- Densidad: 110 a 320 gramos / litro.
- Permeabilidad: 0,5 a 5,0 darcies.
- Humedad: 5 a 10 %.
- Celulosa: 90 a 99 %

Su contenido en las placas de filtración es muy elevado y siempre superior al 50 %, 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.


ELEMENTOS Y DESCRIPCIÓN DE UN FILTRO DE PLACAS

- 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.

Colocación y número de placas:
20x20 cm: se necesitan 32 placas para hacer 1 m2
40x40 cm: se necesitan 7 placas para hacer 1m2
60x60 cm: se necesitan 3 placas para hacer 1m2



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 / m2 . 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 %, 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         Unidades / m2

                        ----------------------- -----------------

                                20 x 20                         32

                                40 x 40                             7

                                60 x 60                             3

                        Tamaño de placas         Tipo de filtración       Caudal nominal (litros / m2 . hora)

                        ----------------------- ----------------------      -----------------------------------------

                                 20 x 20                    desbaste                              30

                                                               abrillantado                           15

                                                               esterilizante                          11

                                40 x 40                     desbaste                             140

                                                               abrillantado                            70

                                                               esterilizante                          50

                                60 x 60                     desbaste                             330

                                                               abrillantado                          160

                                                               esterilizante                         110

                        Tipo de filtración            Presión diferencial (DP bar)

                                                           sin amianto       con amianto

                        ---------------------   ------------------------------------

                        Desbaste.                                  < 2,5           < 3,0      

                        Abrillantado:                     < 1,5 a 2,0          < 2,5

                        Esterilizante:                    < 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 / m2 . 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.

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