lunes, 16 de enero de 2012

Filtros Rotativos a Vacío (FRV) para el Mosto y Vino


FILTROS ROTATIVOS A VACÍO (FRV) PARA EL MOSTO Y VINO

En este tipo de filtros, el flujo pasa a través de una tela cilíndrica rotatoria o tierras de filtración, de las que se puede retirar la torta de forma continua. La fuerza más común aplicada es la de vacío. En estos sistemas, la tela se soporta sobre la periferia de un tambor sobre los que se está formando la torta.

ELEMENTOS DE LOS  FILTROS ROTATIVOS A VACÍO

Debido a la gran superficie de filtración y a la elevada longitud de su ciclo, donde en la práctica se puede asimilar a una instalación de filtración en continuo, estas máquinas se utilizan fundamentalmente para limpiar los líquidos muy cargados de turbios, como la clarificación o desfangado de los mostos blancos, así como también para la limpieza de los fangos o de las lías resultantes de la fermentación alcohólica. Los filtros rotativos a vacío están formados por los siguientes elementos:

- Un tambor o cilindro horizontal giratorio, cuya parte curva presenta hacia el exterior generalmente un tejido de acero inoxidable de unas 60  μm de tamaño de poro, donde se soportan las tierras de filtración, por medio de un vacío procedente del interior del tambor, aunque en algunos filtros este tejido está compuesto por una tela de nylon. La aspiración generada por una o varias bombas de vacío, y del orden de 0,2 a 0,8 bares, puede ser  aplicada únicamente en la zona del tejido con ayuda de unos colectores terminados en unas ventosas, siendo conocidos como de “vacío periférico”, o extendiéndose a la totalidad del interior del cilindro, llamándose entonces de “vacío integral”.

La superficie del tambor es variable según modelos, oscilando desde los filtros de 3 m2 hasta más de 80 m2, pudiendo girar a velocidades regulables desde las 0,2 a 5,0 r.p.m. según  las necesidades de filtración. El cilindro giratorio se instala sobre una bandeja o cárter dotado de un agitador, donde se introduce el producto a filtrar sin ningún tipo de materia filtrante, siendo regulable el nivel de inmersión del tambor sobre el líquido turbio, oscilando su superficie sumergida  entre un 10 a 50 %. Lateralmente y siguiendo la generatriz del cilindro se coloca una cuchilla de corte de avance micrométrico, nunca superior a 0,1 mm por revolución, cuya función es separar los turbios depositados sobre las tierras y el tejido del tambor.

- Una instalación para la aspiración del líquido, compuesta por un grupo de vacío, que precisa de agua en circuito cerrado para su funcionamiento, así como de un depósito separador de líquido con bomba centrífuga de evacuación para los filtros de vacío periférico; o sin éste elemento en los modelos de vacío integral, donde el mismo tambor hace la función de separador de líquido, extrayéndose el líquido mediante una bomba centrífuga sumergida en su interior.

- Un equipo para la dosificación de tierras, compuesto por un tanque de mezcla provisto de agitador, y una bomba que sirve de manera indistinta para la dosificación o adición de tierras sobre el cárter en la etapa de formación de la capa filtrante, o bien para la circulación del líquido a filtrar en la etapa propia de la filtración.

Las características técnicas de estos filtros dependen de su superficie filtrante.

Superficie filtrante (m2)

                                                                           3         10        20       30        40

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

                        Diámetro del tambor (mm):        1.200    1.600    1.600    2.000    2.000

                        Longitud del tambor (mm):         1.000    2.000    4.000    5.000    6.500

                        Potencia total (kw):                       9,0     14,8      27,1      35,2      48,2

                        Consumo de agua (m3 / hora):        0,4       1,2       2,1       3,5       4,8

                        Tanque de mezcla (m3):     0,5      0,9       1,6       2,0       3,0

FUNCIONAMIENTO DE LOS FILTROS ROTATIVOS A VACÍO

El funcionamiento de los filtros rotativos a vacío sigue la siguiente secuencia:

- Formación de la capa o torta filtrante.    En el tanque de mezcla se prepara una suspensión de tierras filtrantes y agua, con una riqueza aproximada de 1 kg de tierras por 5 litros de agua. Generalmente se utilizan perlitas de alta permeabilidad de 250 a 350 litros / m2 y minuto, depositándose sobre el tambor una capa de tierras de 80 a 110 mm de espesor, con un consumo de 18 a 25 kg de tierras por m2 de superficie filtrante, empleándose un tiempo de formación de unos 45 minutos.

La torta de tierras se forma depositándose sobre la superficie del tambor, estableciendo un circuito cerrado entre el tanque de mezcla y el filtro, penetrando la suspensión de tierras en el cárter y a continuación atravesando el tejido, donde las tierras quedan retenidas en una capa más o menos uniforme debido a la rotación del tambor. Un torneado final con la cuchilla de corte, permite eliminar las irregularidades del capa de filtración, eliminándose con esta operación unos 2 a 3 kg / m2 de tierras limpias, que pueden ser reutilizadas en un posterior ciclo de filtración.

- Filtración propiamente dicha. Una vez formada la torta filtrante de tierras limpias y evacuado el agua contenida en el interior del tambor, así como también en el cárter del filtro, se procede a la alimentación de producto turbio a filtrar sin ningún tipo de aluvionado, penetrando hacia el interior del cilindro por la acción del vacío; donde los turbios quedan retenidos en la parte exterior de las tierras en forma de película y el líquido limpio las atraviesa, siendo evacuado  hacia el exterior, bien por medio del vacío en los filtros de vacío periférico, o bien mediante una bomba sumergida en los filtros de vacío integral.

Cuando la película de turbios emerge del cárter, el vacío continúa drenando mosto hacia el interior hasta su secado, siendo a continuación separados los turbios con una pequeña cantidad de tierras por medio de la cuchilla de avance micrométrico, dejando las tierras limpias y listas para inicial de nuevo el proceso de filtración. El espesor de la torta de tierras se reduce progresivamente, hasta que concluye el ciclo de filtración cuando se alcanza una anchura residual de unos 2 a 3 cm de tierras, obteniéndose entonces unos deficientes resultados de filtración.

Durante esta fase de filtración, el tambor presenta tres sectores diferenciados:

- Zona de filtración. Es la parte del tambor que permanece sumergida en el líquido a filtrar, donde tiene lugar el paso del líquido a través de las tierras depositadas y gracias a la presión diferencial ente la atmosférica y el vacío interior. Esta zona representa un 10 a 48 % de la superficie filtrante total, pudiendo ser regulada mediante el nivel de inmersión del cilindro en el cárter.

- Zona de drenaje. Es el sector del tambor que emerge del líquido a filtrar contenido en el cárter, hasta el punto donde la cuchilla separa los turbios. El vacío interior sigue actuando sobre la capa de tierras impregnada de líquido, drenando hacia el interior del cilindro. Esta zona representa del orden de un 50 a 80 % de la superficie total de filtración.

- Zona libre. Es la parte del tambor donde las tierras resultan limpias, transcurriendo desde el lugar de corte de la cuchilla, hasta el punto de inmersión del tambor en el líquido, y ocupando un pequeño sector del 5 a 10 %.

Según la ecuación fundamental de la filtración, donde su caudal es directamente proporcional a la permeabilidad del medio filtrante, a la superficie de filtración, y a su presión diferencial, e inversamente proporcional al espesor del medio filtrante y a la viscosidad del líquido filtrado; en los filtros de vacío son prácticamente constantes todos estos factores, por lo que resulta en consecuencia un rendimiento también constante durante toda la longitud del ciclo de filtración.

 A . DP . b       

Q = dV / dt = -------------                          Q: caudal de filtración.

                                     h . E                           A: superficie de filtración = cte.

                                                                       DP: presión diferencial = cte.

                                                                       b: permeabilidad del filtro = cte.

                                                                       h: viscosidad del líquido = cte.

                                                                       E: espesor de la materia filtrante = cte.

Q = dV / dT = cte.  
  
No obstante el caudal de filtración puede ser variable en este tipo de filtros, haciendo variar la velocidad de rotación del tambor, la altura del líquido situado en el cárter, y por fin el avance de corte de la cuchilla:

- La velocidad de rotación debe ser tal que se obtenga la colmatación de la torta filtrante, justo en el lugar donde ésta emerge del líquido turbio. Cuando la velocidad del tabor es excesiva, no se aprovecha la capacidad de retención de las tierras, y por el contrario, cuando ésta es reducida las tierras se colmatan antes de emerger, y entonces se alarga en exceso el tiempo de filtración. El aumento de la velocidad produce un aumento de la permeabilidad del filtro, pero se produce un deficiente drenaje de la torta, perdiéndose en consecuencia un importante volumen de líquido contenido en la fracción cortada por la cuchilla.

Las pérdidas globales normales de los filtros rotativos a vacío son inferiores al 1 %, siempre que la humedad residual oscile entre el 50 a 70 %, reteniendo las tierras alguna cantidad de líquido: 0,8 a 0,9 litros / kg de tierras, que determinan la citada merma.

- El nivel de llenado del cárter hace variar la superficie de filtración real, así como también la de drenaje, aumentando la primera y disminuyendo la segunda, cuando el nivel de líquido es alto y recíprocamente cuando éste es bajo.

- La velocidad de avance de la cuchilla de corte a de ser mínimo, debiendo separar un espesor de tierras tal, que la capa de tierras resulte en condiciones óptimas para la filtración, no siendo superior a 0,1 mm por revolución del tambor.

La naturaleza del líquido a filtrar, así como también la clase de tierras de filtración, presentan una gran influencia en los rendimientos de filtración, clasificándose los primeros en tres tipos: alta permeabilidad, media permeabilidad, baja permeabilidad.

Tipo de líquido              Clasificación                 Contenido en sólidos (%)

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

                                  I                       alta permeabilidad                           < 0,5

                                 II                       media permeabilidad                   0,5 a 5,0

                                III                       baja permeabilidad                             > 5,0

Todas estas circunstancias desembocan en la consecución de los siguientes resultados de la filtración:

- Duración de la filtración de 5 a 12 horas.

- Tiempos muertos de la filtración de 1 a 2 horas, para la limpieza del filtro y la formación de la capa filtrante.

- Consumo de perlitas de 10 a 20 gramos / litro, dependiendo del producto a filtrar:

gramos / litro

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

                                   Vinos:                    2 a 5

                                   Lías:                   10 a 20

                                   Fangos:              10 a 25

                                   Mostos:                            7 a 15

- Caudal horario variable en función del producto a filtrar en litros / m2 . hora: Mosto blanco de escurrido: 200 a 300; Mosto blanco desmangado: 300 a 600; Fangos de mostos blancos:         100 a 200; Restos de clarificaciones: 100 a 150; Lías de vinificación: 50 a 150.

 litros / m2 . hora

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

                                   Mosto blanco de escurrido:             200 a 300

                                   Mosto blanco desfangado:              300 a 600

                                   Fangos de mostos blancos:            100 a 200

                                   Restos de clarificaciones:               100 a 150

                                   Lías de vinificación:                          50 a 150

- Grado de limpidez obtenido de 0,5 a 5,0 NTU.

Hoy día se utilizan coadyuvantes para las perlitas de filtración, tales como el algodón, la celulosa, o las tierras de diatomeas, que mezcladas en un 10 %, mejoran notablemente  el trabajo y los resultados de los filtros rotativos de vacío, tales como:

- Evitar la pérdida progresiva de la permeabilidad de la torta, aumentando los rendimientos de filtración hasta un 50 a 100 % más.

- Menor consumo de materia filtrante, motivado por una homogénea estratificación de las tierras sobre el tambor, reduciendo las pérdidas en el torneado de la torta en un 50 %, así como un mejor aprovechamiento del espesor de la capa filtrante, hasta alcanzar un espesor residual de 0,8 a 1,0 cm.

- Mayor limpidez del líquido durante el ciclo de filtración, al impedir la penetración de los turbios a través de la torta filtrante en espesores reducidos, o por la formación de vías de penetración preferencial visibles o no.

- Menor formación de grietas, que a menudo se forman en estos filtros cuando se trabaja exclusivamente con tierras fósiles o perlitas, lo que motiva una mala filtración y en la mayoría de los casos una parada obligatoria para su reparación de una o dos horas de duración.

Otros posibles adyuvantes para las tierras de filtración son la polivinilpolipirrolidona (PVPP), o una mezcla de caseinato potásico y sol de sílice, mediante un mecanismo conocido como “filtración activa”, donde además de realizar la filtración del líquido se consigue la adsorción de los polifenoles oxidables del mosto, consiguiendo reducciones de intensidad de color del 30 a 50 %.

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