CAPTULO VII. FILTRACIN Y CENTRIFUGACIN. La clarificacin por encolado, filtracin, y centrifugacin son tcnicas de limpieza denominadas separativas, donde en la primera se aplica una tecnologa de carcter fisicoqumico para eliminar las sustancias que el vino contiene en suspensin, mientras que en las dems nicamente se utilizan otros sistemas de tipo fsico, mediante el empleo de una maquinaria especfica para tal fin, como son los filtros o las centrfugas objeto del presente captulo. La separacin de las sustancias o partculas que contiene los vinos, puede llegar a hacerse en un nivel de solucin verdadera, como los azcares, cidos orgnicos o sus sales, con un tamao inferior a las 0,001 micras (m) y utilizando las tcnicas de smosis inversa o de electrodilisis; o bien en el rango de soluciones coloidales entre 0,001 a 0,1 micras, como los coloides metlicos, proteicos o glucdicos, y mediante la ultrafiltracin tangencial; o por fin en las suspensiones de partculas de tamao superior a las 0,1 micras, como las levaduras, bacterias, materia colorante, tartratos u otros slidos en suspensin, utilizando las tcnicas de filtracin tangencial, membranas, placas y aluvionado, o incluso tambin con las mquinas de centrifugacin de menores prestaciones. Los sistemas de filtracin o centrifugacin logran alcanzar un eficaz resultado en cuanto a la consecucin del la total limpidez de los vinos, pues depende del tipo de filtro o centrfuga utilizado en cada caso; pero nunca son garanta de una total estabilizacin de los mismos, pues posteriormente a la filtracin se puede producir un enturbiamiento o insolubilizacin producidas por diversas causas, siendo entonces preciso utilizar otros mtodos de estabilizacin previos a la limpieza de los vinos, donde la clarificacin por encolado u otros tratamientos fisicoqumicos juegan un importante papel. Por otra parte, para que el sistema de limpieza de los vinos sea eficaz y del menor coste posible, se debe utilizar una metodologa razonada, donde los vinos deben ser sometidos a una clarificacin progresiva, utilizando una secuencia de sistemas de limpieza de menor a mayor coste, en el sentido de aumentar el rendimiento de los mtodos de mayor valor: sedimentacin esttica gravitatoria clarificacin por encolado centrifugacin o filtracin por tierras filtracin por placas o cartuchos filtracin amicrbica. Si embargo, en los ltimos aos ha aparecido una tecnologa denominada de filtracin tangencial, donde directamente se pueden clarificar los vinos en una sola fase, sin importar su grado de turbidez, consiguiendo de este modo una gran simplificacin tcnica y econmica del proceso de limpieza de los mismos. VII.1. FILTRACIN. La filtracin es una tcnica general de separacin de dos fases: una slida y la otra lquida, haciendo pasar esta suspensin a travs de un material poroso que constituye el filtro, donde se retiene la fase slida, y dejando pasar a su travs el lquido, que sale con un mayor o menor grado de limpieza en funcin del material filtrante utilizado. Por lo tanto un filtro es un aparato formado por un soporte permeable sobre el que se dispone de una capa filtrante, y de un sistema mecnico ms o menos complejo, que asegura la circulacin a presin constante del lquido turbio y tambin la evacuacin del mismo lquido filtrado y limpio. -Suspensin slidolquido: -Lquido obtenido: -Material poroso: -Slidos retenidos: -Mecanismo que soporta el material poroso y que posibilita la filtracin: lquido turbio o de alimentacin filtrado o permeado medio filtrante retenido o torta filtro

El estudio de la filtracin comprende el conocimiento de los siguientes aspectos: teora y leyes de la filtracin, factores que intervienen en la filtracin de los vinos, tipos de filtros y sus materias filtrantes, y aspectos cualitativos de los vinos filtrados.

VII.1.1. Teora de la filtracin. La filtracin es una operacin que puede ser medida de una manera terica por medio de una serie de leyes fsicas, que pueden adaptarse con mayor o menor facilidad a los distintos tipos de filtraciones, los cuales obedecen a diferentes mecanismos de filtracin en funcin del tipo de materia filtrante utilizado. VII.1.1.1. Leyes de la filtracin. En todos los sistemas de filtracin e independientemente del medio filtrante utilizado, la resistencia que se debe vencer para obtener un retenido y un permeado, se puede cuantificar en trminos diferenciales de presin (P) y dependientes de los siguientes tres factores: Pf: resistencia del filtro como tal, cuantificable en prdidas de carga de tuberas, codos, vlvulas, etc. Pt: resistencia de la torta o turbios retenidos en la materia filtrante, considerados solos o mejorados por coadyuvantes de filtracin en el caso de aluvionado. Pm: resistencia del medio de filtracin. Despreciando Pf por su escasa cuanta, resulta entonces los siguiente: P = Pt + Pm -Resistencia de la torta o turbios de filtracin (Pt): . n. w. V Pt = --------------- . (dV / dt) A2 : resistencia especfica de la torta. n: viscosidad del lquido. w: masa de slidos depositados por unidad de volumen de filtrado. V: volumen filtrado. dV / dt : velocidad o volumen filtrado por unidad de tiempo. A: superficie de la materia filtrante.

5 . (1 X) . So2 = -------------------x3 . ds

x: porosidad. So: rea superficial especfica de las partculas slidas de la torta. ds: densidad de los slidos.

Cuando los slidos son indeformables, el valor de Pt no vara en la profundidad de la torta o incompresible, mientras que si fueran deformables, entonces el Pt vara en el espesor de la torta o compresible. -Resistencia del medio filtrante (Pm): Rm . n Pm = ---------- . (dV / dt) A Rm: resistencia del medio de filtracin. n: viscosidad del lquido. dV / dt : velocidad o volumen filtrado por unidad de tiempo. A: superficie de la materia filtrante

-Ecuacin de la filtracin. n . w. V dV P = Pt + Pm = ---- (------------ + Rm) ----A A dt A . P dV / dt = ---------------------------. w. V n (------------ + Rm) A En el caso de una filtracin a presin constante (P = P), resulta entonces lo siguiente: n . w .V2 V t = ----- (------------- + Rm -----) P 2.A A . w. n Rm .n K = ------------ y B = ---------- resulta entonces: dt / dV = K . V + B A2 . P A.P Donde se observa que a presin constante, a mayor tiempo de filtracin, mayor es el volumen de lquido filtrado. En el caso de una filtracin a velocidad constante (dV / dt = V / t), resulta entonces los siguiente: A . P V / t = ----------------------------. V . w n (------------- + Rm) A n . . w. V n. V. Rm P = (----------------) V + -----------A2 . t A.t n . . w n . V . Rm K = ----------- y B = -------------- resulta entonces: P = K. V + B A2 . t A.t Donde se observa, que a velocidad de filtracin constante, a mayor diferencial de presin , mayor es el volumen de lquido filtrado. De manera ms resumida, la ecuacin de filtracin se puede expresar tambin por la ley de Poiseuille, donde el caudal de filtracin es directamente proporcional a la superficie y presin de filtracin, e inversamente proporcional al espesor de la capa filtrante, como sigue: A . P . A . P Q = dV / dt = ------------- = K --------.E E Q: caudal de filtracin A: superficie de filtracin P: presin diferencial : permeabilidad del filtro : viscosidad del lquido E: espesor de la materia filtrante

-Filtracin con colmatacin brusca de los poros. El filtro se comporta como un conjunto de tubos capilares, los cuales se obturan individualmente de manera progresiva. En este caso la filtracin est regida por la siguiente ecuacin, correspondiendo a una recta donde la variacin del caudal depende del volumen filtrado: Q = - K1 . V + Qo Q: caudal de filtracin en el tiempo t V: volumen filtrado en el tiempo t Qo: caudal inicial en el instante to

El volumen mximo filtrado (Vmax) se alcanza cuando el valor de Q es nulo, es decir: Vmax = Qo / K1 -Filtracin con colmatacin progresiva de los poros. Los turbios se depositan en el interior de los poros provocando una colmatacin progresiva de los mismos, rigindose la filtracin por la siguiente ecuacin, asimilndose a las filtraciones por placa o por membrana: t / V = K2 . t + 1 / Qo 1 / V = K2 + 1 / Qo . t

Cuando el tiempo (t) tiende hacia el infinito, el segundo sumando se hace cero y el valor de la velocidad de filtracin es: V = 1 / K2, que corresponde a la cotangente del ngulo . Pudindose entonces determinar el volumen mximo filtrado (Vmax) hasta la colmatacin como: t2 t1 Vmax = ---------------t2 / V2 - t1 / V1 -Filtracin de aluvionado. Los turbios se depositan sobre la capa filtrante, aumentando de espesor progresivamente a lo largo de la filtracin, respondiendo la misma a la siguiente ecuacin: t / V = K3 . V + 1 / Qo En este tipo de filtracin Qo es muy elevada, y entonces el segundo sumando tiende al valor de cero, y por lo tanto: t / V = K3 . V, es decir: Log V = 1/ 2 log t + Cte -Filtracin con colmatacin intermedia de los poros. En este tipo de filtracin situada entre las anteriores se cumple la siguiente ecuacin: 1 / Q = K4 . t + 1 / Qo VII.1.1.2. Mecanismos de la filtracin. Todos los filtros pueden retener las partculas en suspensin que contienen los lquidos, invocando dos posibles mecanismos: tamizado y adsorcin, aunque en la realidad ningn material filtrante funciona exclusivamente con uno u otro mecanismo, si no que lo hacen de una manera mixta, aunque con una mayor tendencia en uno u otro sentido. -Mecanismo de tamizado.

Mediante este mecanismo, los turbios son retenidos en la superficie del medio filtrante por diferencia de tamao entre estos y la porosidad del medio. Los filtros de membrana de tipo amicrbico son los que mejor responden a la definicin de este mecanismo, aunque tambin funcionan de este modo otros, como las tierras fsiles en ciclo corto o incluso los antiguos lechos filtrantes de amianto en los filtros de torta. El tamizado o la interceptacin de las partculas puede realizarse de tres maneras distintos: -Interceptacin inercial. Las partculas en una corriente fluida presentan una masa y una velocidad, y por consiguiente mantienen un momento de inercia asociado a ellas; de tal manera, que cuando el lquido toma el recorrido de menor resistencia al flujo, desvindose alrededor de las fibras, las partculas continan rectas e impactan directamente sobre las fibras quedando retenidas en el filtro. En el caso del vino, este efecto se atena, debido al pequeo tamao de las partculas y a la escasa diferencia de densidad con el vino. -Interceptacin difusional. Las partculas muy pequeas y de reducida masa se mueven al azar por el movimiento browniano, haciendo que se desven de las lneas de flujo, aumentando de este modo las posibilidades de ser interceptadas por las fibras del filtro. En los lquidos este efecto es tambin muy reducido, pero en la de los gases puede ser muy importante. -Interceptacin directa. Las partculas son retenidas simplemente por poseer un tamao superior al espacio resultante entre las fibras del filtro, aunque tambin se pueden interceptar partculas ms pequeas por el llamado efecto puente, donde se superponen entre sus bordes o con las mismas partculas. -Mecanismo de adsorcin. El mecanismo de adsorcin o de accin fsica retiene los turbios en profundidad, es decir en todo el espesor del medio filtrante, por medio de una diferencia de carga elctrica entre los slidos y el medio filtrante, pudiendo poseer los turbios un tamao inferior al del espacio resultante entre las fibras. Este efecto de adsorcin se conoce con el nombre de potencial zeta, donde las partculas en suspensin presentan generalmente una carga superficial negativa asociada y resultante de la doble capa inica formada en su superficie, mientras que la carga elctrica de las fibras suele ser positiva, lo que supone una atraccin entre ambas y por lo tanto la eliminacin de las partculas en suspensin . El potencial zeta se mide en milivoltios (mV), alcanzando valores variables segn los distintos medios filtrantes, presentando por ejemplo la celulosa un valor de +40 mV a un pH de 3,2 a 3,4. A los valores del pH del vino, presentan carga positiva las protenas y las fibras de celulosa, mientras que lo hacen negativamente otras sustancias como: levaduras, bacterias, materia colorante coloidal, sales metlicas, bentonita, carbones, taninos, gomas, slice coloidal, etc. VII.1.1.3. Parmetros y ensayos de filtracin. El aforo o velocidad instantnea de filtracin es la cantidad de lquido expresada en litros, que fluye en un minuto de tiempo a travs de 1 m2 de superficie filtrante eficaz, bajo la presin de 1 kg / cm2. El rendimiento de filtracin es la cantidad de lquido expresada en litros, que puede pasar a travs de 1 m2 de superficie filtrante eficaz, a la presin de 1 kg / cm2, hasta que deje de fluir o ste comience a salir velado o turbio. Estos parmetros dependen de las caractersticas del lquido a filtrar: naturaleza de los slidos en suspensin, viscosidad y tensin superficial, as como tambin del medio filtrante utilizado: materia filtrante, superficie filtrante y presin diferencial. La naturaleza de los turbios condicionan de una manera muy directa los rendimientos de la filtracin y especialmente la capacidad de colmatacin de la materia filtrante, siendo generalmente la velocidad de filtracin directamente proporcional al tamao de los turbios, e

inversamente proporcional a su capacidad de deformacin, pudiendo stos ltimos clasificarse como sigue: Partculas deformables: Gran poder colmatante: protenas, polisacridos, gomas, muclagos, materia colorante, etc. Poder colmatante medio: levaduras, bacterias, etc. Partculas indeformables: Poder colmatante dbil: precipitados finos, tartratos, tierras de diatomeas, etc. La viscosidad es la resistencia de un fluido al movimiento de sus molculas entre ellas, siendo un parmetro que aumenta la resistencia a la circulacin del lquido dentro del filtro, midindose en centipoises, siendo la unidad de medida que compara la viscosidad de un fluido con la del agua, la cual tiene una viscosidad de un centipoise a 21 C. En los vinos la viscosidad depende de su contenido alcohlico en sentido negativo, y de su extracto y riqueza en azcares en sentido positivo, pudiendo adems las variaciones de temperatura afectar a la viscosidad, de tal manera que sta reduce cuando la temperatura aumenta. La superficie filtrante es otro importante factor que afecta al aforo y al rendimiento de la filtracin, producindose un interesante efecto de multiplicacin de estos factores en el siguiente sentido: cuando se dobla la superficie de filtracin, se multiplica por cuatro la vida o el rendimiento del filtro. Otro aspecto importante de la materia filtrante es su volumen vaco o la relacin existente entre el dimetro de las fibras y el tamao de los poros situados entre stas, que condiciona la capacidad de retencin y por lo tanto el aforo y el rendimiento del filtro. La porosidad de las superficie filtrantes es un parmetro que debe ser definido para conocer exactamente la capacidad de retencin de las partculas por el filtro, presentando este valor una gran importancia, sobre todo en los filtros de tamizado y especialmente en los de tipo amicrbico, donde un adecuado tamao de sus poros determina la garanta de la estabilidad biolgica del vino filtrado. El llamado grado nominal es un valor en micras arbitrario asignado por el fabricante de filtros, basado en la retencin de algunos porcentajes de partculas de un tamao dado o mayor, donde se asegura la retencin de una elevada cantidad de turbios de ese tamao, por ejemplo del 98 por 100, existiendo un 2 por 100 restante donde estas condiciones no se cumplen. El grado absoluto determina con mayor exactitud la porosidad de una materia filtrante, y viene definido como el dimetro de la partcula esfrica dura ms grande que puede pasar por un filtro, bajo condiciones de prueba especficas, indicando de este modo la abertura ms grande que posee el medio filtrante. Para determinar el grado absoluto de una materia filtrante se puede utilizar el mtodo de la razn donde este valor se define como: Nmero de partculas de un tamao dado y mayores en el influente = ------------------------------------------------------------------------------------Nmero de partculas de un tamao dado y mayores en el efluente -1 Eficacia de filtracin (%) = ------- . 100 Valor de ------------1 2 10 100 1.000 % de eliminacin --------------------0 50 90 99 99,9

10.000 100.000

99,99 99,999

Normalmente se puede utilizar un de 5.000 a 10.000 como definicin operacional de un grado absoluto. Los valores de permiten comparar las eficacias de filtracin con diferentes tamaos de partculas para diferentes cartuchos de membrana de forma significativa. La presin del filtro, o mejor dicho la diferencia de presiones entre la de la entrada y la de salida, condiciona la velocidad de filtracin, aumentndola cuando la presin se eleva, hasta llegar a ciertos lmites donde la presin no se puede superar por ocasionar problemas de resistencia y estabilidad de las diferentes materias filtrantes. La presin debe ser constante para evitar movimientos bruscos del vino o golpes de ariete, siendo generalmente suministrada por medio de una bomba centrfuga o de tornillo de desplazamiento positivo, y a menudo de presin y de caudal regulables. La capacidad de colmatacin es otro parmetro de la filtracin, donde define la propiedad que presenta un lquido turbio: mosto o vino, para obstruir una determinada materia filtrante. Para ello es necesario conocer antes de realizar la filtracin la capacidad que tiene un lquido de colmatar los filtros, pudindose entonces elegir el sistema de filtracin ms adecuado para cada caso, y especialmente cuando se utilizan medios filtrantes de alto valor, como en el caso de las membranas amicrbicas o de corte molecular inferior. La determinacin de los ndices de colmatacin permite evaluar de una manera muy exacta el comportamiento de los lquidos antes de su filtracin, utilizando para ello un instrumental de laboratorio especfico, pudindose aplicar a los sistemas de filtracin por tierras, o a los de placas, y sobre todo a los de membrana de carcter amicrbico. -Filtracin por tierras. Utilizando un filtro de laboratorio de unos cuatro litros de capacidad, que contiene una suspensin de tierras y vino, se puede hacer pasar por una superficie filtrante de 4 a 20 cm2 a una determinada presin; pudiendo calcularse dos o tres puntos de la recta Log V = Log t + cte, que en funcin de la superficie filtrante utilizada, se puede trazar una recta en papel logartmico, donde se representa el comportamiento de la filtracin. -Filtracin por placas. La colmatacin de las placas se produce de una manera progresiva, utilizando un dispositivo de filtracin de laboratorio, se puede calcular el volumen mximo filtrable (Vmax) aplicando la expresin: t2 - t1 Vmax = ----------------t2 / V2 - t1 / V1 Presin: 0,5 bar t1 = 1 hora t2 = 2 horas V1 = volumen filtrado en 1 hora V2 = volumen filtrado en 2horas

Para conocer un ciclo real de filtracin de 6 a 10 horas, se puede construir una recta con ayuda de tres puntos o ms, donde se puede extrapolar la variacin de V en el tiempo. -Filtracin por membrana. El clculo del ndice de colmatacin de vino, puede ser realizado de diversas formas: -Indice de RibreauGayon (IRG). Es la diferencia de tiempo existente en hacer pasar 50 ml de vino, antes y despus de filtrar 500 ml del mismo vino, a travs de un medio filtrante de 4,5 cm de dimetro y bajo la presin de 50 mm de mercurio. IRG = T50 - T50 = (T560 T510) T50 -Indice de Laurenty (IL). Es la diferencia de tiempo que tardan en pasar 200 y 400 ml de vino, bajo la presin de 2 bar, a travs de una membrana de 3,9 cm 2 de superficie y de 0,65 m de dimetro de poro; debiendo alcanzarse un valor

inferior a 20 para los vinos blancos, 30 para los vinos tintos y 50 para los vinos licorosos o dulces naturales. IL = T400 - 2 . T200 -Indice de Descout (ID). Basado en el anterior mtodo, determinando adems un valor de tiempo intermedio en los 300 ml, debiendo resultar este ndice superior a 30. ID = ((T400 - T300) - (T300 - T200)) . 2 -Indice de Geoffrey y Perin (IGP). IGP = T100 2 . T50 -Indice de Meglioli (IM). IM = (T600 T200) 2. (T400 T200) -Test de filtrabilidad Vmax de Gaillar. Consiste en medir los volmenes de lquido filtrado a los dos minutos (V2) y a los cinco minutos (V5), bajo la presin de 1 bar y sobre una membrana porosa de 0,65 m y de 25 mm de dimetro. 5 - 2 3 (V5 . V2) Vmax = ------------------- = -------------5 / V5 - 2 / V2 5 (V2 . V5) La colmatacin del filtro se produce con unos valores de Vmax inferiores a los 2.500 a 4.000. A partir de ste ndice se puede estimar el rendimiento terico de una filtracin amicrbica: Rendimiento (litros) = Vmax VII.1.1.4. Caractersticas de las materias filtrantes. Los materiales ms utilizados para las filtraciones groseras y de abrillantado, poseen una serie de caractersticas comunes, que los diferencian de los otros tipos de superficies filtrantes, como las utilizadas para la filtracin amicrbica y tangencial, compuestas generalmente a base de membranas sintticas o minerales. Cada tipo de materia filtrante: tierras de diatomeas, perlitas, celulosa, etc. ofrece un determinado valor de una serie de caracteres, cuyas definiciones y determinaciones se exponen a continuacin. -Humedad (H). El contenido en humedad de una materia filtrante se evala pesando 2 gramos de muestra, sometindola a una desecacin de 3 horas a una temperatura de 106 C, y luego pesndola de nuevo (P gramos). 2 -P H (%) = --------- . 100 2 -Prdida a calcinacin (PC). La prdida a calcinacin es una determinacin que se realiza sobre materias filtrantes minerales, como las tierras fsiles o las perlitas, donde se pesan 2 gramos de materia filtrante, sometindola a calcinacin durante 1 hora a una temperatura de 600 C, y despus pesndola de nuevo (P gramos). Superficie real del filtro (cm2) ------------------------------------Superficie del ensayo (cm2)

2 - P PC (%) = ---------- x 100 2 -Granulometra. Este parmetro solo se calcula para las tierras fsiles y las perlitas, donde es de gran inters, pues su valor afecta a los resultados de la filtracin. Para medirlo se utiliza el mtodo BAHCO, donde se hace pasar el material por una serie de tamices con luces comprendidas entre 2 a 100 m, expresando los resultados en porcentaje en peso para cada fraccin retenida en el tamiz. Normalmente se recogen los resultados de los siguientes tamaos: > 50 50 a 30 30 a 20 20 a 10 10 a 5 5a3 50 50 a 30 30 a 20 20 a 10 10 a 5 5a3 5,0

Todas estas circunstancias desembocan en la consecucin de los siguientes resultados de la filtracin: -Duracin de la filtracin de 5 a 12 horas. -Tiempos muertos de la filtracin de 1 a 2 horas, para la limpieza del filtro y la formacin de la capa filtrante. -Consumo de perlitas de 10 a 20 gramos / litro, dependiendo del producto a filtrar: gramos / litro ---------------2a5 10 a 20 10 a 25 7 a 15

Vinos: Las: Fangos: Mostos:

-Caudal horario variable en funcin del producto a filtrar: litros / m2 . hora ---------------------200 a 300 300 a 600 100 a 200 100 a 150 50 a 150

Mosto blanco de escurrido: Mosto blanco desfangado: Fangos de mostos blancos: Restos de clarificaciones: Las de vinificacin: -Grado de limpidez obtenido de 0,5 a 5,0 NTU.

Recientemente se utilizan coadyuvantes para las perlitas de filtracin, tales como el algodn, la celulosa, o las tierras de diatomeas, que mezcladas en un 10 por 100, mejoran notablemente el trabajo y los resultados de los filtros rotativos de vaco, tales como: -Evitar la prdida progresiva de la permeabilidad de la torta, aumentando los rendimientos de filtracin hasta un 50 a 100 por 100 ms. -Menor consumo de materia filtrante, motivado por una homognea estratificacin de las tierras sobre el tambor, reduciendo las prdidas en el torneado de la torta en un 50 por 100, as 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 lquido durante el ciclo de filtracin, al impedir la penetracin de los turbios a travs de la torta filtrante en espesores reducidos, o por la formacin de vas de penetracin preferencial visibles o no. -Menor formacin de grietas, que a menudo se forman en estos filtros cuando se trabaja exclusivamente con tierras fsiles o perlitas, lo que motiva una mala filtracin y en la mayora de los casos una parada obligatoria para su reparacin de una o dos horas de duracin. Otros posibles adyuvantes para las tierras de filtracin son la polivinilpolipirrolidona (PVPP), o una mezcla de caseinato potsico y sol de slice, mediante un mecanismo conocido como filtracin activa, donde adems de realizar la filtracin del lquido se consigue la adsorcin de los polifenoles oxidables del mosto, consiguiendo reducciones de intensidad de color del 30 a 50 por 100. -Filtros prensa de marcos. Los filtros prensa de marcos son ms antiguos que los filtros rotativos a vaco, utilizndose fundamentalmente para la filtracin de lquidos muy cargados, como por ejemplo los fangos procedentes de la limpieza de los mostos, o las heces y las de la fermentacin alcohlica, e incluso tambin los restos de la clarificacin de los vinos. Estos aparatos son de menor coste de adquisicin, pudiendo trabajar sin adyuvantes de filtracin o bien con un consumo ms reducido de stos, con rendimientos inferiores, y de una manipulacin ms lenta y compleja. Estos filtros constan de un robusto bastidor, sobre el que se instalan un gran nmero de placas o marcos de aluminio o de material sinttico, situando entre ellas unas telas de algodn o de polipropileno, cuya misin es la retencin de lo turbios contenidos en los lquidos a filtrar en un espesor de hasta 30 mm. Una bomba de mbolo autoaspirante y de inyeccin de baja velocidad, dotada de una cmara de compensacin de presin, permite la circulacin del producto a filtrar a presiones de hasta 10 a 14 kg / cm2, completando el conjunto un sistema de regulacin por presostato y bandeja colectora del producto filtrado. Los marcos de filtracin son de diversas medidas, oscilando en placas de 630 x 630 mm, conteniendo cada cmara unos 8 litros y una superficie por plato de 0,66 m2, o placas de 800 x 800 mm con respectivamente 10,4 litros y 1,04 m2 por placa. En estos filtros se instalan desde 20 hasta 80 placas, arrojando una superficie filtrante total desde los 15 m2 hasta 80 m2, consiguiendo filtrar lquidos cargados de slidos de hasta un 30 por 100, con un rendimiento de unos 100 litros de heces por m2 de superficie filtrante y hora. La duracin del ciclo de filtracin es del orden de 2 a 4 horas, del cual el tiempo dedicado a la descarga y limpieza del filtro es muy elevado y estimado en 20 a 80 minutos para los filtros de 30 a 80 m 2. Algunos modelos de filtros llevan unas membranas elsticas acopladas a los platos, donde al terminar el ciclo de filtracin pueden ser hinchadas con aire comprimido, facilitando de este modo la extraccin de los residuos de la filtracin pegados a los platos, y tambin aprovechar una cantidad importante de lquido contenido en su interior. Este tipo de filtros pueden tambin utilizarse para filtrar lquidos menos cargados de slidos, como por ejemplo para el desfangado de mostos, empleando ayudas de filtracin como las perlitas o tierras fsiles, utilizando dosis alrededor de 2 a 4 gramos / litro, que permiten obtener rendimientos de filtracin de 100 a 200 litros / m2 . hora, en ciclos de filtracin de 3 a 4 horas. Con otros lquidos ms turbios, los datos y rendimientos de filtracin son los siguientes: Producto a filtrar Materia filtrante (kg / hl) Caudal medio (litros / m2 . hora) -------------------------------- -----------------------------------------------------------------------------Fangos de mostos: perlitas de 2 a 5 darcies (2 a 5) 50 a 200 Restos de clarificaciones: tierras de 1 a 3 darcies (0,5 a 2) 150 a 300 Heces de fermentacin: tierras de 1 a 3 darcies (0,5 a 2) 50 a 100 VII.1.2.2. Filtracin por placas.

La filtracin por placas corresponde a una modalidad de la limpieza de los lquidos, donde se utiliza como material filtrante unas placas prefabricadas con diferentes grado de porosidad, lo que permite obtener una amplia gama de resultados en la clarificacin, desde una filtracin grosera o de desbaste, pasando por una filtracin mediana e incluso de abrillantamiento, y terminando en una filtracin esterilizante. En la actualidad este tipo de proceso se utiliza como prefiltro de la filtracin amicrbica final realizada por medio de membranas, con el propsito de reducir el ndice de colmatacin de los vinos y por lo tanto para aumentar la vida o el ciclo de filtracin de estos ltimos. Una variacin 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 fabricacin de las placas. Hasta antes de los aos ochenta, las placas de filtracin se construan con una mezcla de amianto, celulosa, diatomeas y un producto ligante, hasta que se prohibi el uso del amianto por cuestiones sanitarias, siendo sustituidas por la fabricacin de otras placas exentas de este material, y compuestas por una mezcla de celulosa de madera decolorada, fibras de algodn, diatomeas activadas, fibras sintticas de polietileno y un producto ligante. En un primer momento de este cambio, los resultados ofrecidos por las nuevas placas no fueron de total satisfaccin, pues sin duda el amianto era un eficaz material de filtracin de difcil sustitucin, pero en la actualidad la tecnologa ha permitido que las placas sin amianto ofrezcan prestaciones similares a las anteriores. El amianto prohibido en la actualidad, es una fibra mineral inorgnica, siendo conocida tambin con el nombre de asbesto, que procede del griego asbestos o insoluble. Se trata de un producto procedente de la meteorizacin de la hornblenda o de la serpentina, con el nombre minerolgico de crisotilo, desde el punto de vista qumico 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 enolgico 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 tambin un importante efecto de adsorcin o potencial zeta de carga elctrica positiva, debido a su elevada superficie especfica de 1 m2 / gramo. En las placas de filtracin se utilizaba en proporciones crecientes segn el grado de porosidad deseado y nunca llegando a superar el 42 por 100 en peso. La celulosa es un polisacrido fundamental de las paredes celulares de los vegetales, estando formado por la condensacin de un gran nmero de molculas de glucosa: (C6H10O5)n con un valor de n entre 200 y 1.000, encontrndose alineadas longitudinalmente en forma de fibras. La celulosa puede proceder del algodn, o de la madera de las pceas o hayas, donde se tritura y se hierve a continuacin para liberarla de la lignina y pectina, siendo luego blanqueada en una solucin alcalina, y por ltimo repetidamente lavada con agua para despojarla de las impurezas. Las fibras obtenidas presentan un dimetro de 0,5 m y una longitud variable desde 0,5 a varios mm, encontrndose 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 pequea 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 adsorcin, eliminando las partculas con carga elctrica negativa, aunque tambin pueden retener sedimentos por tamizado, pudiendo adems absorber agua hasta aumentar su volumen en un 20 por 100. Las caractersticas de este materias son las siguientes: -Densidad: -Permeabilidad: -Humedad: -Celulosa: 110 a 320 gramos / litro. 0,5 a 5,0 darcies. 5 a 10 por 100. 90 a 99 por 100

Su contenido en las placas de filtracin es muy elevado y siempre superior al 50 por 100, mejorando sus propiedades de filtracin con la mezcla de otros materiales, como las tierras

fsiles o el amianto, debiendo ser lavadas con una solucin de cido ctrico para eliminar un posible sabor a papel. La fabricacin de las placas sigue el siguiente proceso de fabricacin en continuo: las materia primas que intervienen en la composicin de las placas son seleccionadas, lavadas y secadas de forma separada. Una vez mezcladas en la proporcin 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 sinfn que sirve de tamiz, donde el agua lo atraviesa primero por accin de la gravedad y luego por aspiracin. La vibracin de la cinta contribuye a la eliminacin del agua, y a la compactacin de las materias filtrantes, siendo secadas por la accin del calor y prensadas antes de su corte segn los distintos tamaos, obtenindose un material filtrante de 4 a 6 mm de espesor. Las placas son marcadas y referenciadas segn el tipo de filtracin en la cara lisa, donde se la somete a un tratamiento endurecedor para evitar su degradacin por desfibrado, de tal manera que el montaje en los filtros se realiza colocando la cara rugosa del lado que procede el lquido a filtrar y la cara lisa orientada hacia donde ste sale limpio. -Descripcin de un filtro de placas. Estos filtros estn compuestos de los siguientes elementos: -Un chasis fijo o mvil sobre ruedas, que sirve como soporte para todas las piezas que componen el filtro, estando formado por dos o ms barras longitudinales donde se apoyan las placas de filtracin. -Una placa de cabeza fija unida al chasis de una manera rgida, llevando las canalizaciones de entrada y salida del filtro dotadas de las correspondientes vlvulas, as como dos manmetros para medir la presin de entrada y salida del lquido, y en su parte superior una vlvula para la purga de aire que pudiera contener el filtro, acompaada de una mirilla para comprobar la ausencia de burbujas de aire y la eficacia de la filtracin. Un caudalmetro situado en la conduccin de entrada, permite conocer el caudal del lquido 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 sitan entre los dos placas anteriormente citadas y entre los cuales se colocan las placas de filtracin como material de filtracin. Cada plato soporte est fabricado en aluminio esmaltado, acero inoxidable, o material plstico que permitan su esterilizacin 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 tuberas por donde circula el lquido turbio a filtrar o el mismo limpio una vez filtrado. Los platos de aluminio esmaltado o de material plstico son macizos, y llevan en sus dos lados unas ranuras que permiten en reparto del lquido 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 filtracin. -En la parte inferior del filtro, se sita una bandeja destinada a recoger el goteo de lquido que se pierde entre las placas de filtracin. -Una bomba de circulacin de caudal regulable y continuo, que permita la circulacin del lquido a filtrar sin cambios bruscos de presin. -Funcionamiento de un filtro de placas.

Las placas de filtracin son capaces de retener las partculas que causan la turbidez de los lquidos, debido a la accin conjunta de los mecanismos de tamizado y de adsorcin en profundidad, es ste ltimo por el efecto del potencial zeta, as como tambin por los fenmenos de interceptacin inercial y difusional. Estas placas ofrecen una gama de resultados de filtracin, que oscilan desde las de una porosidad elevada y grandes caudales, hasta las de porosidad reducida y bajos caudales de filtracin, pudiendo agruparse en tres categoras: -Placas desbastadoras con una porosidad de 10 a 20 micras, que retienen las partculas de gran tamao y con grandes rendimientos de filtracin, estando compuestas con una elevada proporcin de tierras de diatomeas. Su utilizacin est 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 lquidos un efecto de abrillantamiento, encontrando es estas placas su mayor utilizacin en enologa, y utilizado como prefiltro antes de la filtracin final o esterilizante. -Placas esterilizantes con una porosidad entre 0,45 a 0,9 micras, que permiten una importante retencin de microorganismos como levaduras y bacterias, pero que nunca consiguen una total esterilidad del lquido filtrado, ofreciendo un caudal de filtracin muy reducido. Las dimensiones de las placas de filtracin ms frecuentes son de los formatos: 20 x 20 cm, 40 x 40 cm, y 60 x 60 cm, utilizndose estos tamaos en funcin del tipo de filtro disponible. Estas placas deben conservarse en un lugar seco y aireado, para evitar la absorcin de olores, colocndose entre los platos de filtracin tomndolas con cuidado por sus bordes, y colocando la primera desde la placa de cabeza, situndolas de tal forma que la cara rugosa se oriente hacia la entrada de lquido a filtrar y la parte lisa hacia la salida del lquido filtrado. Una vez colocadas las placas, el filtro se cierra hermticamente con ayuda del tornillo o husillo de apriete, pudiendo ser ste reapretado a lo largo del ciclo de filtracin, para evitar un goteo excesivo de las placas. Antes de comenzar el ciclo de filtracin es conveniente lavar las placas y el circuito de filtracin, para eliminar un caracterstico olor a papel, haciendo circular en circuito cerrado, una solucin de agua cida fra con un valor de pH inferior a 5,0 y a razn de 150 litros / m2 . hora, a una presin 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 80 a 90 C en circuito cerrado y durante 20 a 30 minutos. Las placas contienen un importante volumen hueco, del orden de un 75 a 85 por 100, 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 esterilizacin antes descrita. La filtracin se realiza haciendo pasar el lquido a filtrar de acuerdo con las caractersticas de presin y caudal que se describen a continuacin, haciendo circular primero el vino en circuito cerrado durante unos diez minutos, con objeto de activar el potencial zeta del filtro, y a continuacin pasndolo en continuo a travs del filtro. Cada placa de filtracin posee unas determinadas caractersticas, donde destacan el caudal en funcin de la superficie filtrante, la presin diferencial utilizada, y por fin el rendimiento o volumen total de lquido filtrado en la totalidad del ciclo. Tamao de placas ----------------------20 x 20 40 x 40 60 x 60 Tamao de placas ----------------------20 x 20 Unidades / m2 ----------------32 7 3 Tipo de filtracin ---------------------desbaste Caudal nominal (litros / m2 . hora) ----------------------------------------30

abrillantado esterilizante 40 x 40 desbaste abrillantado esterilizante desbaste abrillantado esterilizante Presin diferencial (P bar) sin amianto con amianto -----------------------------------< 2,5 < 3,0 < 1,5 a 2,0 < 2,5 < 1,0 a 1,2 < 1,5

15 11 140 70 50 330 160 110

60 x 60

Tipo de filtracin --------------------Desbaste. Abrillantado: Esterilizante:

El volumen de vino filtrado o longitud del ciclo de filtracin, depende del material de filtracin, as como del vino, calculndose ste como de 6 a 8 veces el caudal nominal antes expuesto. Una vez terminado el ciclo de filtracin, determinado por alcanzar los mximos de presin diferencial anteriormente descritos o bien al finalizar la jornada de trabajo, las placas de filtracin pueden ser regeneradas. Para ello, se debe hacer circular a contracorriente un caudal de agua de 150 litros / m2 . hora, a una presin inferior a 0,5 bar, y durante un tiempo de 10 a 20 minutos. El agua utilizada en un principio debe ser fra para eliminar la materia colorante, y despus se podr utilizar agua caliente a una temperatura comprendida entre los 50 a 55 C. Algunos filtros de placas pueden realizar simultneamente en la misma operacin dos o ms tipos de filtracin, utilizando para ello los polifiltros, donde se instalan varios sectores de placas de distintos tipos, pasando el lquido a filtrar sucesivamente por placas de mayor a menor dimetro de poro, e incluso combinar una seccin de filtracin por tierras y otra por placas. -Filtros de cartuchos lenticulares. Este tipo de filtros aparecen a partir de los aos ochenta con la prohibicin del amianto, siendo desarrollados para evitar algunos defectos producidos por los filtros de placas, como el goteo del lquido a filtrar que sale de las placas. El proceso de fabricacin de este material filtrantes es muy similar al de las placas, siendo cortadas en crculos de 8, 12, o 16 pulgadas de dimetro y polimerizadas mediante un tratamiento por calor, agrupando los discos por parejas formando una lente, cerrando los extremos de los mismos por un junquillo de polipropileno, y unindose entre ellos por separadores circulares del mismo material, que al mismo tiempo forman un tubo central para el drenaje del lquido filtrado. De este modo se consiguen unos cartuchos en forma de fuelle, compuestos por discos lenticulares con doble cara de filtracin, ofreciendo superficies filtrantes por cartucho desde los 1,8 m2 hasta los 5,0 m2, pudiendo apilarse varios de stos dentro de una campana o carcasa de filtracin, compuesta por una base con un trpode y dos tuberas de entrada y salida de lquido, y una carcasa propiamente dicha dotada de un tubo colector central donde se insertan los cartuchos. Las caractersticas de la filtracin responden a los siguientes parmetros: Tipos de filtracin Caudal nominal (litros / m2 . hora) Presin diferencial (P bar) ---------------------- ------------------------------------------ ---------------------------------Desbaste: 15,0 2,5 Abrillantado: 12,5 2,0 Esterilizante: 10,0 1,5 El procedimiento de filtracin es muy similar a la de los filtros de placas, variando los valores del enjuague con agua fra, con un caudal mximo de 600 litros / m2 . hora, a la presin

mxima de un bar, as como tambin la regeneracin de los cartuchos con valores similares a los anteriores. Al terminar el ciclo de filtracin, para conservar los cartuchos se pueden rellenar las carcasas con soluciones esterilizantes de anhdrido sulfuroso, o de perxidos tipo oxonia, debiendo enjuagarse convenientemente antes de su utilizacin. VII.1.2.3. Filtracin amicrbica por membrana. Este tipo de filtracin de lquidos fue desarrollada en los Estados Unidos de Amrica para potabilizar el agua con destino al consumo humano, utilizndose en los aos sesenta para el embotellado de los vinos pobres en grmenes, que a todos los efectos supona una tcnica de esterilizacin de los vinos, y sin los inconvenientes ofrecidos por otros sistemas como por ejemplo las derivadas del calentamiento. La filtracin amicrbica consiste en hacer pasar un lquido a travs de una membrana porosa, donde por el efecto del tamizado quedan retenidas en su superficie los microorganismos: levaduras y bacterias de mayor tamao que los poros de la membrana. Con este motivo es muy importante que los lquidos a filtrar lleguen al filtro lo ms limpios posibles, y con un ndice de colmatacin adecuado y descrito anteriormente en el apartado VII.1.1.3. Parmetros y Ensayos de Filtracin. Para conseguirlo se pueden utilizar filtros de placas de abrillantamiento o esterilizantes, o mejor en la actualidad siendo sustituidas por cartuchos de prefiltracin distintos a los cartuchos lenticulares .

-Cartuchos de prefiltracin.Los materiales de filtracin de estos cartuchos pueden estar compuestos de diversas sustancias: polipropileno, polipropileno-polietileno, fibra de vidrio, acetato de celulosa, y fibra de celulosa; distinguindose dos tipos de mdulos: los primeros para filtracin en profundidad comparable a las placas de filtracin o a los cartuchos lenticulares, y los segundos equipados con membranas plegadas de prefiltracin. Todos ellos se instalan dentro de una coraza perforada exterior de material plstico, formando un cartucho que puede ser instalado dentro de una campana o carcasa de filtracin. Los cartuchos de filtracin en profundidad comprenden una sucesin de materiales de menor porosidad, oscilando desde las 5 a 20 m en la entrada, y hasta 1 a 2 m en la salida, alcanzando un caudal por mdulo de 10 pulgadas de 300 a 500 litros por hora, bajo un diferencial de presin mximo de 4 a 5 bar. Los cartuchos de membranas plegadas presentan una apariencia idntica a los de filtracin final, estando las membranas de filtracin plegadas en sucesivas capas, alcanzando tambin una porosidad final de 1 a 2 m, con un caudal por mdulo de 10 pulgadas de 500 litros por hora, bajo una presin diferencial mxima de 5 bar. -Membranas y cartuchos de filtracin amicrbica. Las membranas utilizadas para la filtracin amicrbica pueden ser de dos tipos, las primeras de tipo homogneo fabricadas a partir de materiales, como: ster de celulosa, nylon, polisulfonato, acetato de celulosa, difluoruro de polivinilideno, etc., siendo disueltos en un solvente, depositando una capa delgada sobre una superficie plana, donde el solvente se evapora y resultando entonces una membrana de porosidad regular; siendo a continuacin fijada sobre un soporte de celulosa tambin poroso para comunicarla una adecuada resistencia, reteniendo los microorganismos en superficie, as como tambin en profundidad. Las segundas son de tipo pantalla absoluta construidas generalmente a partir de una lmina de policarbonato, donde en primer lugar es bombardeada por iones gamma pesados, que abren microtrazas en el material, las cuales despus de un ataque qumico con una base fuerte originan un poro cilndrico de unos 10 Anstrong de dimetro, reteniendo los microorganismos por el mecanismo de tamizado. Las membranas de primera categora o de policarbonato, presentan un espesor de unas 10 m y una porosidad del orden del 15 por 100, mientras que el resto de membranas son de segunda categora, con un espesor de 100 a 150 m y una porosidad del 85 por 100. Estas

membranas se instalan dentro de cartuchos cilndricos, compuestos por una coraza exterior perforada de polipropileno, seguida de un cartn plegado protector de celulosa, otra membrana plegada de efecto prefiltro, otra membrana plegada de tipo amicrbico, seguida de otro cartn protector plegado, y por fin un refuerzo interior perforado de polipropileno. Las tapas de los extremos son de poliuretano, estando selladas al cartucho con el mismo material, y con juntas tricas de silicona para adaptacin a la carcasa. El sentido de filtracin es de fuera hacia adentro, con dimensiones variables segn firmas fabricantes, oscilando desde 24,4 mm o 10 pulgadas de altura y 76 mm de dimetro con una superficie filtrante de 0,4 m2 por cartucho, hasta 78 mm de altura y 76 mm de dimetro con una superficie filtrante de 1,4 m2 por cartucho. Los cartuchos se instalan dentro de carcasas de filtracin, pudiendo contener cada una de ellas desde una unidad, hasta un mximo de 12 cartuchos, ofreciendo entonces una importante superficie de filtracin. El dimetro de los poros de las membranas de filtracin amicrbica, depende de los resultados a obtener, variando desde las 1,20 a 0,65 m para retener a las levaduras, hasta las 0,45 m para las bacterias. Nunca es posible conseguir que todos los poros de una membrana presenten el mismo dimetro, pudiendo distribuirse de acuerdo con una campana de Gauss, donde su mximo ofrece el valor de la porosidad nominal y conviniendo adems que sta sea lo ms estrecha posible. La porosidad nominal de un cartucho puede medirse mediante la determinacin de la prueba del ndice de burbuja, que se estudiar ms adelante: K . G . cos P = -----------------d P: presin del punto de burbuja. G: tensin superficial. : ngulo de contacto lquido / slido. d: dimetro de los poros. K: factor de correccin de forma.

La presin diferencial mxima (P) oscila segn fabricantes entre valores de 3,5 a 5,0 bar, aunque generalmente a partir de los 2,5 bar se detecta un efecto de colmatacin del filtro, y su caudal se reduce de manera notable. En cuanto a los caudales de filtracin dependen del tipo de membrana utilizado, del ndice de colmatacin del lquido a filtrar, as como tambin del nivel de presin aplicado, oscilando alrededor de 1.500 a 2.000 litros / hora y cartucho de 1,4 m 2, alcanzando en condiciones normales un rendimiento de filtracin hasta la colmatacin de 80.000 a 300.000 litros / cartucho de 1,4 m2. Al tratarse de un sistema de filtracin pobre en grmenes, nunca es posible obtener la total eliminacin de los microorganismos de un vino, siendo admisibles los siguientes niveles, utilizando una membrana amicrbica de 0,45 m de porosidad nominal, pudindose ser determinados con un sistema de control microbiano, como los descritos en el apartado XI.3.4. Controles Sanitarios. Vinos dulces: Vinos secos: < 10 grmenes / litro < 100 grmenes / litro

-Funcionamiento de un filtro amicrbico de membrana. La instalacin de un sistema de filtracin amicrbica por membrana comprende los siguientes elementos: -Una bomba de circulacin de lquido a filtrar, con caudal y presin constantes, que no produzca una emulsin con el aire, dotada de un variador de velocidad, y circuito de retorno con una vlvula calibrada para una presin mxima establecida. -Agua caliente a una temperatura de 80 a 90 C para la esterilizacin del filtro, y en una cantidad suficiente para su suministro durante al menos 30 minutos. Para ello puede utilizarse un depsito de volumen suficiente dotado de una resistencia elctrica de calentamiento, o bien una caldera o calentador de agua para su suministro en continuo, y con un caudal de al menos un tercio del lquido a filtrar.

-Un filtro para el agua caliente de esterilizacin del circuito de filtracin, situado antes de los prefiltros y filtros, compuesto por uno o varios cartuchos de filtracin de al menos 1,2 m, e instalado en la lnea de tal manera que pueda ser independizado durante la filtracin. -Opcionalmente se puede instalar un prefiltro de cartucho o de tipo lenticular, colocndolo antes de los filtros amicrbicos, con objeto de reducir el ndice de colmatacin del producto a filtrar, aunque tambin se pueden utilizar de manera independiente un filtro de placas o similar y alojando el lquido prefiltrado en un depsito nodriza de la lnea de embotellado. -Dos o tres carcasas para alojar de forma independiente los correspondientes cartuchos de filtracin amicrbica, secuenciados en dimetros de poro de 1,20 0,65 0,45 m si fueran necesario, y en nmero acorde con el caudal de la instalacin. Para la filtracin de los vinos blancos se utiliza una membrana final de 0,45 m, pasando previamente por otra de 1,20 m y opcionalmente por otra de 0,65 m, mientras que para la filtracin de los vinos tintos se emplea una membrana final de 0,65 m, pasando tambin previamente por otra de 1,2 m. Cada carcasa lleva en su parte superior un manmetro para comprobar la presin de filtracin dentro de la misma. -El conjunto de estos elementos se suele instalar sobre una bandeja de acero inoxidable, estableciendo las conexiones entre ellos con tuberas fijas de acero inoxidable, as como su correspondiente valvulera, mediante diversos circuitos para poder trabajar de forma flexible e independiente segn el grado de porosidad deseado. Una vez montado el filtro, se suelen realizar dos pruebas para comprobar el adecuado funcionamiento del filtro, as como tambin asegurar el dimetro de poro empleado para la filtracin: -La prueba de estanqueidad permite comprobar la total hermeticidad del filtro, asegurando de este modo un correcto montaje y tambin la integridad de las membranas de filtracin. En la carcasa a comprobar con sus cartuchos instalados se hace circular agua para mojar las membranas y llenar sus poros, vaciando a continuacin el exceso de agua de la carcasa; cargando a continuacin por la entrada con aire o nitrgeno a una determinada presin en funcin del tipo de poro, dejando la vlvula de salida abierta, debiendo mantenerse la presin constante durante al menos 5 minutos. Membrana (m)Presin (bar) -----------------------------------0,45 1,0 0,65 0,9 1,20 0,6 -La prueba del punto de burbuja se realiza de un modo similar a la anterior, pero sin vaciar de agua la carcasa, incrementando poco a poco la presin con aire o nitrgeno, hasta que se observa la salida de burbujas, establecindose una correlacin entre la presin alcanzada y el tamao de los poros de la membrana. Normalmente la presin de la prueba de estanqueidad es del 80 por 100 de la del punto de burbuja. Membrana (m)Presin (bar) -----------------------------------0,45 1,3 0,65 1,1 1,20 0,7 La esterilizacin del filtro debe ser realizada de forma obligatoria antes y despus de realizar la filtracin, es decir cuando se inicia o se termina la jornada de filtracin. Para ello se hace pasar agua caliente algo acidulada a pH 5,0 generalmente con cido ctrico, a una temperatura entre 80 a 90 C durante un tiempo de 20 a 30 minutos en continuo, contndolo

desde el momento que en la salida del filtro se alcanzan estas temperaturas. El agua debe ser filtrada previamente para evitar la colmatacin de los filtros amicrbicos, utilizando un caudal de al menos de un tercio del nominal, y dejando ligeramente abiertas todas las vlvulas y purgas del filtro para su completa esterilizacin. En el caso de colocarse el filtro antes de una llenadora, tambin debe ser esterilizado el circuito de tubera hasta esta mquina, as como tambin ella misma en el depsito de acumulacin y los caos de llenado. La filtracin se realiza a continuacin haciendo pasar el lquido por el circuito establecido, debiendo rechazarse los primeros litros obtenidos por la importante cantidad de agua que contienen, y vigilando el incremento de presin a lo largo del perodo de filtracin, donde un incremento demasiado brusco indicara una anormal colmatacin de las membranas, siendo a partir de los 2,5 a 3,0 bar de presin diferencial el lmite prctico de la filtracin. Como los cartuchos son capaces de filtrar una gran cantidad de litros, ocurre que terminada la jornada de filtracin, stos deben ser adecuadamente tratados para garantizar su esterilidad en los perodos de reposo, para lo cual, adems de esterilizar la lnea, tambin es conveniente llenarlos de un producto conservante, como una solucin de anhdrido sulfuroso o un perxido, que ser eliminado al poner de nuevo en marcha la lnea de filtracin y hacer pasar de nuevo agua caliente. Los cartuchos colmatados, algunos pueden ser regenerados siempre que sean capaces de soportar una presin de 1,0 a 2,5 bar en el sentido contrario a la filtracin. La operacin consiste en hacer pasar a contracorriente agua caliente a 55 C acidulada y previamente filtrada para evitar colmataciones. Tambin se puede hacer con productos qumicos, sumergiendo el cartucho en un bao alcalino al 2 a 3 por 100 a una temperatura de 50 C, y luego a otro bao cido al 1 a 2 por 100 a una temperatura de 50 a 60 C. VII.1.2.4. Filtracin tangencial. La filtracin tangencial es un procedimiento que se empez a aplicar en la enologa a principios de los aos ochenta, donde la filosofa de la filtracin o de la separacin de slidos o sustancias cambia respecto de los sistemas tradicionales, pudiendo permitirse una amplia gama de prestaciones, que abarcan desde una simple retencin de turbios y de microorganismos, hasta llegar a una smosis inversa donde se llegan a separar los solutos de las soluciones moleculares, simplemente utilizando en el equipo una membrana de porosidad adecuada, y adems sin que sta llegue a colmatarse, por muy turbio que el lquido a tratar acceda a la instalacin . La aplicacin de esta tcnica supone una revolucin para la industria alimentaria, aunque sus resultados no han sido todo lo satisfactorios que caba pensar en filtraciones ms cerradas que las de tipo amicrbico, ya que a partir de este nivel se retienen componentes cualitativos de gran inters en los vinos.

Modalidad

Tamao del poro Masa molecular Presin aplicada Retencin (micras) (Dalton) (bar) ---------------- --------------------- ------------------- -------------------- -------------------------------Microfiltracin: 10 a 0,1 1a7 materias en suspensin Ultrafiltracin: 0,1 a 0,001 103 a 106 1 a 10 macromolculas protenas polmeros sales polivalentes solutos de > 400 Dalton iones sales y cidos azcares

Nanofiltracin:

< 0,001

< 1.500 < 500

3 a 14 14 a 70

Osmosis inversa: 0,001 a 0,0001

El fundamento de la filtracin tangencial se basa en una tcnica separativa, que acta haciendo circular el lquido a filtrar en sentido tangencial o paralelo a la membrana de filtracin, penetrando ste en sentido perpendicular al anterior, y a diferencia del sistema tradicional de filtracin, donde el sentido del flujo del lquido a filtrar y el de la filtracin coinciden ambos en el sentido perpendicular a la membrana. Con este mecanismo se consigue que el retenido o las partculas retenidas, sean barridas de la superficie de la membrana, y por lo tanto impidiendo la colmatacin de la misma, debido a la velocidad de circulacin de unos 5 metros / segundo y la presin del lquido entre 5 a 10 bar. En la mayor parte de los casos se trabaja en circuito cerrado, donde el lquido a filtrar se concentra progresivamente, debiendo extraerse ste con cierta periodicidad, y adems refrigerar el lquido en circulacin, porque sube de temperatura por el rozamiento provocado la velocidad. En esta filtracin se produce por lo tanto una diferencia de presin entre la entrada (P1) y salida del filtro (P2), llamndose presin transmembranar media (PTM) a lo siguiente: (P1 + P2) PTM = ------------- - P3 2 El valor de P3 corresponde a la presin del permeado, que generalmente toma un valor de cero, por lo que la anterior expresin toma la siguiente forma: (P1 + P2) PTM = ----------- = P1 - P / 2 2 P = P1 P2

El flujo de permeacin a travs de la membrana (Jp) se define segn la siguiente expresin: PTM Jp = ----------------Rm + Rf + Rg Rm: Resistencia caracterstica de la membrana. Rf : Resistencia por colmatacin (fooling). Rg : Resistencia debida a la polarizacin (gel).

El flujo se incrementa linealmente en funcin de la presin transmembranar media, debido a que estos valores de resistencias son constantes, pero a partir de un cierto valor de la presin se forma por la polarizacin una capa de gel, que disminuye notablemente el flujo de permeacin. -Tipos de membranas y su caracterizacin. Las membranas de la filtracin tangencial presentan un marcado mecanismo de retencin por accin de tamizado, por diferencia de tamao de sus poros, aunque tambin puede existir una cierta retencin en su interior por adsorcin, que con el tiempo pueden llegar a llegar a colmatarlas. De tal forma que estas membranas deben responder a las siguientes exigencias: eficacia de separacin mediante una porosidad regular y conocida, elevado rendimiento de permeacin, y elevada resistencia mecnica, qumica y trmica, que permita proceder a su limpieza y esterilizacin peridica. En consecuencia, conviene que las membranas posean una capa superficial o piel lo ms fina posible, con objeto de presentar un marcado efecto de tamizado en su superficie, ofreciendo el resto de la membrana una mera funcin de soporte, y por lo tanto con un poro ms abierto, que impida el efecto de adsorcin en profundidad y la consecuente colmatacin. Las membranas se clasifican en tres grupos: - Membranas homogneas, donde los poros presentan la el mismo dimetro en todo su recorrido, por lo que no son muy utilizados en la filtracin tangencial. -Membranas asimtricas o anistropas, donde los poros aumentan de dimetro progresivamente hacia el interior, estando compuestas generalmente de compuestos de

tipo orgnico, como: acetato de celulosa, polisulfona, poliamida, poliacrilonitrilo, polister sulfona, polivinilideno, etc. -Membranas compuestas, estando formadas por un soporte muy permeable generalmente de tipo cermico, sobre el que se coloca una piel filtrante de tipo orgnico o ms frecuentemente de tipo mineral. Las membranas minerales se construyen depositando sobre el soporte una suspensin pulvurulenta estable de diferentes minerales, que al ser sometidos a un calentamiento se solidifican formando una membrana de diferente grado de porosidad. Los minerales ms utilizados son los siguientes: Cermica / metal Carbono / carbono Zirconio / acero inoxidable Almina / almina Oxido de titanio / almina Slice / almina Zirconio / carbono Corindn / titanio Las membranas orgnicas se obturan con mayor rapidez que las minerales, no permitiendo trabajar con lquidos muy cargados de slidos, mientras que las minerales pueden filtrar lquidos ms turbios. Por otra parte, el proceso de limpieza de las membranas se hace con ms facilidad en las segundas, donde el proceso de descolmatado se puede realizar a contracorriente a presiones ms elevadas entre 15 a 20 bar. Las membranas orgnicas solamente pueden trabajar a presiones reducidas de hasta 3 bar, mientras que las minerales pueden hacerlo hasta cerca de los 100 bar en casos excepcionales. Tambin es aconsejable para las membranas orgnicas, realizar un prefiltrado con un sistema convencional, antes de filtrar con el equipo tangencial. La caracterizacin de las membranas se hace mediante la determinacin de tres parmetros: coeficiente de permeabilidad hidrulica (Lp), tasa de rechazo (TR), y el umbral de corte. -Coeficiente de permeabilidad hidrulica (LP). Basado en la ecuacin de la filtracin: A . P . A . P Q = dV / dt = ------------- = K --------.E E Q: caudal de filtracin. A: superficie de filtracin. P: presin diferencial. : permeabilidad del filtro. : viscosidad del lquido. E: espesor de la materia filtrante.

Cuando se considera constante la superficie de filtracin (A), la permeabilidad del filtro (), la viscosidad del lquido (), y el espesor de la materia filtrante (E); entonces resulta lo siguiente: A. LP = ------.E Q = dV / dt = LP . P

Denominndose a LP como el coeficiente de permeabilidad hidrulico de la membrana. -Tasa de rechazo (TR). Es la capacidad de una membrana para impedir el paso a una partcula de determinado tamao, siendo medido por la siguiente expresin: TR = 1 - (Cp / Co)i Cp: concentracin de las partculas en el

permeado. Co: concentracin de las partculas en la solucin inicial. El valor de la tasa de rechazo es nulo cuando los valores de Cp y Co son iguales, lo que significa que ninguna partcula ha sido retenida por la membrana; mientras que si este valor es de uno, es cuando Cp es nulo y por lo tanto todas las partculas han sido retenidas por la membrana. -Umbral de corte. Este parmetro define la masa molecular ms pequea retenida en su totalidad, es decir con una tasa de rechazo (TR) de valor uno y en consecuencia un valor de Cp nulo. -Configuracin de los filtros tangenciales. Los filtros tangenciales estn compuestos por uno o varios elementos de filtracin, que se denominan mdulos, donde se utilizan distintas configuraciones y tipos de membrana de filtracin, todos ellos acordes con el producto a filtrar y segn los resultados a obtener. Adems la instalacin contiene los siguientes elementos: un depsito de alimentacin de producto a filtrar, una bomba de alimentacin de baja presin, una bomba de circulacin de velocidad variable entre 2 a 5 metros / segundo, un equipo de refrigeracin para reducir la temperatura del lquido a filtrar por debajo de los 25 C, conducciones y valvulera, as como diferentes equipos de control para el manejo automtico de la instalacin, como: presostatos, caudalmetros, sondas de temperatura, viscosmetros, etc. Los criterios de seleccin de una instalacin se refieren a la evaluacin de los siguientes parmetros: -Facilidad de limpieza. -Minimizacin de los fenmenos de polarizacin. -Facilidad de desmontaje fcil y sustitucin de los mdulos defectuosos. -Control de la temperatura. -Superficie de la membrana en relacin con el caudal de la instalacin. -Especificidad del producto a tratar. Los tipos de mdulos de filtracin tangencial ms utilizados son los siguientes: -Mdulos planos. Son generalmente membranas planas y rectangulares, instaladas de manera similar a un filtro de placas en forma de casette, donde el fluido a tratar es distribuido por unas placas separadoras hacia las membranas, y de ellas se recoge el permeado. Su estructura acanalada o enrejillada interior, favorece la filtracin por las turbulencias que se producen. Estos mdulos presentan una buena relacin superficie / volumen, siendo adems muy manejables y fciles de sustituir, pero no se adaptan bien a los lquidos muy cargados y adems son relativamente difciles de limpiar. -Modulos capilares o de fibra hueca. Tienen forma de cilindro en cuyo interior se instala un haz de fibras huecas, cuyos extremos estn alojados en los cabezales colectores del cartucho. El lquido a filtrar entra por un extremo del cilindro y sale por la otra parte, atravesando en su camino las fibras huecas, donde se produce la filtracin atravesando las paredes de dichas fibras, y por lo tanto saliendo el permeado por un colector lateral del cartucho. Cada fibra hueca puede presentar un dimetro interior entre 1 a 15 mm, ofreciendo una gran superficie de filtracin, aunque son de mayor fragilidad que otros sistemas, pues la rotura de una sola fibra ocasiona la inutilizacin del cartucho, y adems su limpieza es bastante delicada. -Mdulos capilares en espiral. Estn formados por un enrollamiento sobre un eje central, de un mdulo plano de gran extensin, tomando el conjunto un aspecto exterior cilndrico, donde por un extremo entra el lquido a filtrar, saliendo por el otro lado el

producto filtrado y por el tubo central. Estos equipos se utilizan en enologa con poca frecuencia, debido a las grandes dificultades de limpieza que ofrecen. -Mdulos cermicos. Estn formados por una estructura cermica de alta resistencia, donde en su interior se encuentra un haz de canales de unos 4 mm de dimetro, por donde circula el lquido a filtrar, saliendo el permeado a travs del material cermico. Estos equipos se utilizan para filtraciones de altas presiones de 100 bar como mximo, y donde se requiere una slida estructura de filtracin. El funcionamiento de los filtros tangenciales puede ser de tipo discontinuo o en batch, donde el retenido retorna al depsito de alimentacin, hasta que llega a concentrase de tal manera, que es preciso interrumpir la filtracin para vaciarlo y llenarlo de nuevo con un nuevo producto a tratar, para iniciar un nuevo ciclo de filtracin. En otras ocasiones el funcionamiento es de tipo continuo, donde se extrae permanentemente una fraccin del retenido, para ser reemplazada por nuevo lquido a tratar, existiendo dentro de este tipo varios sistemas: sin recirculacin, con recirculacin, y de varias etapas. En unas ocasiones es interesante el aprovechamiento del permeado, como en los casos de las filtraciones de desbaste, abrillantamiento o amicrbica de los vinos, pero en otros casos lo puede ser el retenido, con el caso de la concentracin de un mosto, donde el agua se elimina en el permeado y el mosto concentrado permanece en el retenido. -Caractersticas de los filtros tangenciales. Fenmeno de polarizacin. En el caso de una filtracin amicrbica con un filtro tangencial, el caudal inicial es muy elevado y del orden de unos 1.000 litros / m2 . hora, decreciendo muy rpidamente durante los primeros minutos, para estabilizarse alrededor de los 30 a 100 litros / m2 . hora; explicndose esta situacin por la formacin de un fenmeno de polarizacin, as como tambin por una colmatacin progresiva de la membrana de filtracin, que hace que el caudal estabilizado se reduzca gradualmente, hasta que en un momento sea necesario realizar una limpieza de la membrana. Durante el proceso de la filtracin tangencial, se produce en la proximidad de la membrana, un incremento gradual de la concentracin del lquido a filtrar o retenido, formando una capa lmite difusional, que supone una resistencia aadida a la ofrecida por la membrana para la filtracin, conocindose este fenmeno como de polarizacin de la concentracin. Por otra parte, cuando un lquido se mueve por el interior de una conduccin, bien en rgimen laminar o en turbulento, se forma siempre una capa de lquido situada junto las paredes, donde el rgimen es laminar, conocindose este lugar con el nombre de capa lmite que divide la zona del rgimen laminar del turbulento y que discurre paralela a las paredes de la conduccin. Si la superficie de la conduccin es permeable al solvente, entonces los solutos pueden concentrase entre la superficie filtrante y la capa lmite antes citada, formndose una zona o capa de polarizacin donde se forma una membrana dinmica que dificulta la filtracin, e incluso puede llegar a formar un gel , sobre todo en las membranas de elevada permeabilidad, y en consecuencia la gradual impermeabilizacin de la membrana de filtracin. Se denomina polarizacin primaria la zona que existe entre la pared de la membrana y la capa de polarizacin, y polarizacin secundaria, la subzona comprendida dentro de la anterior, donde se forma el gel adherido a la membrana. La colmatacin de las membranas de filtracin tangencial, producida por la formacin del gel durante su funcionamiento, e incluso por la formacin de un sedimento por encima de la membrana, o tambin por fenmenos de obstruccin mecnica o por adsorcin de los poros en profundidad, constituye uno de los principales problemas de funcionamiento de estas mquinas, y cuya solucin se expone ms adelante. Pero adems existen otros factores que influyen en la filtracin, destacando entre ellos los siguientes: -Efecto de la temperatura. El aumento de la temperatura tiene un efecto favorable a la filtracin, pues disminuye la viscosidad del lquido a filtrar y tambin el efecto de la polarizacin de la concentracin; aunque en el vino esta subida de temperatura no es conveniente que exceda de los 20 a 25 C, porque puede producir una importante

reduccin de su calidad, razn por la cual es conveniente instalar un dispositivo de refrigeracin del lquido en circulacin. -Efecto de la concentracin del retenido. El rendimiento de la filtracin tangencial disminuye a medida que la concentracin del lquido a filtrar aumenta, por lo que los sistemas discontinuos en batch no son adecuados, pues se produce una concentracin progresiva del retenido y en paralelo una disminucin del permeado. -Efecto de la diferencia de presin transmembranar. Segn la ecuacin de la filtracin, el caudal de filtracin es directamente proporcional a la diferencia de presin entre la entrada y la salida de la membrana; aunque no existe una relacin lineal, sino ms bien una curva, donde el valor ptimo de la diferencia de presin corresponde a un flujo lmite del permeado, reducindose este ltimo cuando se supera la presin ptima, por un efecto de compactacin de los sedimentos. Los diferenciales de presin ms utilizados se encuentran entre 1 a 4 bar, aunque existe una tendencia en los filtros tangenciales amicrbicos de trabajar a 0,5 bar. -Efecto de la velocidad de circulacin tangencial. La velocidad de circulacin elevada aumenta el grado de turbulencia del lquido en circulacin, lo que reduce el espesor de la capa lmite y por lo tanto las distintas formas de colmatado de las membranas; aunque existe un lmite impuesto por el coste energtico, la resistencia mecnica de las membranas, y tambin por producir una importante subida de la temperatura del lquido en circulacin. La velocidad de circulacin tangencial empleadas en microbiologa oscilan entre 0,5 a 7,0 metros / segundos. La colmatacin de las membranas de filtracin tangencial puede ser de dos tipos, la llamada colmatacin reversible, que puede ser fcilmente eliminable mediante un lavado con agua, o la colmatacin reversible donde es necesario aplicar un procedimiento especfico de limpieza de tipo fsico o qumico. La naturaleza de los sedimentos obedecen en la filtracin de los vinos, a una mezcla de polisacridos, as como a compuestos fenlicos con un grado de polimerizacin elevado, siendo los taninos la fraccin ms abundante (0,1 a 2,5 mg / gramo de membrana), representando en conjunto una fraccin despreciable en los vinos tratados, que por este concepto no supone una gran prdida alguna de calidad. Los procesos de descolmatacin ms utilizados en la limpieza de las membranas de los filtros tangenciales son los siguientes: -Parada peridica de la instalacin, reduciendo hasta anular la presin transmembranar, para restablecerla de nuevo en perodos de 3 segundos cada 20 minutos de funcionamiento. -Retrofiltracin o inversin de flujo (backwashing o backflushing), donde se invierte peridicamente el sentido de circulacin del lquido a travs de las membranas, durante 10 a 60 segundos cada 5 a 15 minutos de funcionamiento, que ocasiona una anulacin del gradiente de concentracin sobre la membrana y el desprendimiento del sedimento superficial. -Procedimiento backshock, muy similar al sistema anterior, siendo la frecuencia de inversin ms pequea, del orden de 60 milisegundos cada 1 a 5 segundos de funcionamiento, y manteniendo una velocidad tangencial inferior a 0,5 metros / segundo. -Procedimiento por desestabilizacin del flujo tangencial o de flujo pulsante, provocando una inestabilidad del flujo en el lugar del retenido de forma pulsada, con valores de 0,03 a 0,005 Hz, afectando a la velocidad tangencial y a la presin transmembranar. -Procedimiento de contrapresin dinmica o bactocatch, donde se utiliza una contrapresin dinmica por circulacin del permeado en contracorriente del flujo del retenido, originando infrasonidos de 10 hz, que generan una vibracin instantnea en la membrana capaz de eliminar los sedimentos formados.

-Procedimiento de membrana vibratoria, donde la limpieza de la membrana se produce por una vibracin en continuo de la misma y a una frecuencia determinada, impidiendo de este modo los fenmenos de sedimentacin y colmatacin. VII.1.2.5. Calidad de los vinos filtrados. Histricamente la filtracin ha sido considerada como una operacin necesaria en los vinos, pero a costa de producir un cierto adelgazamiento de los mismos, y esto puede llegar a ser cierto cuando se realizan filtraciones abusivas y excesivamente repetitivas. Adems de poder afectar a los componentes de los vinos, la filtracin puede producir algunos efectos secundarios, donde destacan los siguientes: -Modificacin del equilibrio gaseoso de los vinos, con una importante perdida del anhdrido carbnico contenido en solucin, y de forma ms grave, una saturacin de oxgeno, que puede producir importantes fenmenos de oxidacin en los vinos filtrados. La utilizacin de atmsferas inertes puede ser de gran inters para evitar estos inconvenientes, o bien para el segundo caso, la vigilancia y correccin del nivel de anhdrido sulfuroso libre en los vinos recin filtrados. -La adquisicin de olores o sabores desagradables, procedentes de los materiales filtrantes de dudosa calidad, especialmente procedentes de las tierras fsiles o de las placas de filtracin, donde pueden aparecer sabores a humedad o papel, por lo que debe comprobarse este defecto antes de su adquisicin, y adems someterse a un proceso de lavado en la bodega entes de su utilizacin. Adems, al tratarse de materiales muy porosos, las material filtrantes toman con gran facilidad los olores extraos de los lugares de su almacenamiento, por lo que su conservacin debe realizarse en las mejores condiciones posibles. En cuanto a los efectos producidos directamente sobre la composicin de los vinos, la filtracin puede afectarlos en mayor o menor cuanta en funcin del tipo de filtracin utilizado. La filtracin por tierras abiertas superior a los 2 darcie, no restan en absoluto ningn compuestos del vino; pero si las tierras son ms cerradas, entorno a los 0,3 a 0,5 darcie, entonces pueden disminuirse los polisacridos en un 10 por 100, as como tambin en la misma proporcin los taninos condensados. Sin embargo, la filtracin sobre placas, an siendo stas muy cerradas, no afectan sensiblemente a la retencin de ningn componente; por lo que se recomienda realizar la limpieza del vino en dos etapas, una primera mediante la filtracin con tierras abiertas, seguida de una segunda filtracin realizada con placas. La filtracin amicrbica por membranas de 1,2 a 0,45 m, disminuyen de una manera significativa los polisacridos, compuestos fenlicos y los steres de los vinos; y en consecuencia la filtracin tangencial presenta efectos mucho ms negativos, debido por una parte al mecanismo de filtracin, donde la velocidad de circulacin elevada y la subida de temperatura, no son las condiciones ms adecuadas para el tratamiento de los vinos; y por otra parte, los compuestos ms afectados son los polisacridos, con retenciones de hasta el 75 por 100, as como tambin los polifenoles que se encuentran ms polimerizados. La eliminacin parcial de estas sustancias, producen una prdida de las sensaciones de volumen y redondez en el gusto, as como en los vinos tintos una apreciable reduccin del color. Las protenas no se ven afectadas, pues para producir una estabilizacin proteica sera necesario una membrana con umbral de corte de 10.000 g / mol. Los aromas de los vinos tambin se pueden ver afectados, no por una retencin directa de los mismos en las membranas, si no por la eliminacin de las macromolculas que se comportan como sustancias de fijacin de los mismos. La reduccin del nmero de operaciones de filtracin, con la utilizacin razonables de las operaciones de filtracin imprescindibles, unido a la tendencia actual de poner en el mercado los vinos poco o nada filtrados (unfiltered), para conservar la mayor parte posible de los polisacridos de los vinos, y siempre que el consumidor acepte un posible sedimento natural en los vinos embotellados, son las soluciones que se ofrecen ante los efectos negativos que produce una filtracin excesiva o mal conducida. VII.2. CENTRIFUGACIN.

La centrifugacin es una tcnica de separacin de slidos o limpieza de lquidos alternativa a las de clarificacin por encolado, o a las de filtracin descritas en captulos precedentes; utilizando en este caso una operacin fsica, donde se somete al lquido a limpiar a la fuerza de la gravedad multiplicada por valores muy elevados, donde casi instantneamente se produce la sedimentacin y separacin de los slidos contenidos en la fase lquida. Los primeros estudios proceden del ao 1928, aunque su gran desarrollo en la enologa viene a partir de los aos cincuenta, donde se consigue que las mquinas funciones en total ausencia de aire, presentando en la actualidad un campo de gran inters para la industria alimentaria. VII.2.1. Teora de la centrifugacin. La sedimentacin de las partculas a travs de un lquido se rige por la ley de Stokes, donde la velocidad de cada (V) es directamente proporcional al tamao de la partcula, as como a la diferencia de densidades entre las partculas y el lquido, y tambin a la fuerza de la gravedad, e inversamente proporcional a la viscosidad del lquido. 2 . r2 V = -------- (dp dl) . g 9. r: radio de la partcula. dp: densidad de la partcula. dl: densidad del lquido. g: gravedad (m/s2). : viscosidad.

Una manera de acelerar la velocidad de cada de estas partculas, es aumentar el valor de la fuerza de la gravedad, pudiendo conseguirse sometiendo al lquido a clarificar a una rotacin sobre un eje o centrifugacin, consiguiendo de este modo obtener un valor mucho ms elevado de la fuerza de la gravedad, cuya unidad se expresa precisamente en valor de la gravedad de la atraccin terrestre (g). La fuerza centrfuga (Fc) se define como aquella que tiende a separar de su eje de rotacin, una partcula sometida a un giro de un determinado nmero de revoluciones por minuto o radianes por segundo, es decir: Fc = m . a = m . V2 / r = m . w2 . r Fc: fuerza centrfuga (newton). m : masa de la partcula (kg masa). a : aceleracin centrfuga (m/s2). r : radio de giro (m). w : velocidad angular (radianes/s). V : velocidad lineal (m/s).

Un nmero n de revoluciones por minuto, equivalen a n / 60 revoluciones por segundo y por lo tanto a 2 . . r . n / 60 radianes por segundo. Sustituyendo estos valores en la anterior expresin resulta lo siguiente: m . v2 m . (2 . . r . n / 60)2 Fc = -------- = ----------------------------r 9,8 . r Fc (newton) = 1,096 . 102 . m . n2 . r Fc (kilopondio) = 1,118 . m . n2 . r La fuerza centrfuga depende por lo tanto de la longitud del radio de giro, del nmero de revoluciones por minuto, y tambin de la masa de las partculas a separar. En una centrfuga convencional, las revoluciones por minuto oscilan entre valores de 5.000 a 10.000, clarificando lquidos a razn de 1.000 a 20.000 litro / hora, y gracias a la intervencin de una fuerza centrfuga de algunos miles de veces la fuerza de la gravedad. En las centrfugas de alto rendimiento, la velocidad de rotacin de 15.000 a 20.000 revoluciones por minuto, genera una fuerza centrfuga

de 14.000 a 15.000 veces la fuerza de la gravedad, que permite incluso la separacin de partculas tan finas como las bacterias. En las centrfugas verticales de platos el lquido turbio penetra por el eje de la mquina, hasta llegar a una cmara donde gira un conjunto de platos cnicos dispuestos en forma de pila y donde el lquido gira a un elevado nmero de revoluciones. El lquido en rotacin situado entre dos platos, sale limpio hacia el interior de la mquina, mientras que los turbios se separan en sentido contrario y acumulndose en los extremos de la cmara, donde peridicamente son eliminados. La velocidad del lquido no permanece constante a lo largo del canal, pues vara desde cero en la proximidad a los discos, hasta una velocidad mxima en el centro de este espacio. Las partculas se mueven por la velocidad del lquido (Vp) hacia en interior de la cmara y tambin por la velocidad de sedimentacin (Vc) de forma radial hacia el exterior, resultando entre ambas una componente (Vr) que conduce a las partculas hacia la superficie de los platos, donde la velocidad del lquido es cero y las partculas depositadas resbalan hacia el exterior. Una partcula que se encuentra en el canal entre dos platos, tender por un lado a desplazarse con el lquido a una velocidad Vp de componente radial Vp . seno , donde el el ngulo que forma la generatriz de los platos con el eje de rotacin; mientras que por otro lado la partcula est sometida a la velocidad Vc de la fuerza centrfuga. Cuando la diferencia Vc Vp . seno es positiva, la partcula se deposita en el plato, y en caso contrario sta se escapa con el lquido. La resultante Vr seala el lugar donde la partcula de deposita sobre el plato, y adems cuando el radio disminuye, tambin lo hace el valor de V c y aumenta el de Vp, por lo que las partculas situadas en el interior de la centrfuga no son sedimentadas. Se define la partcula lmite aquella que posee una masa tal que partiendo de la posicin ms desfavorable (A), alcanza en el disco superior el punto lmite de sedimentacin (B) antes de su escape. Otras partculas de menor masa que la lmite, pueden ser separadas, siempre y cuando penetrasen en el canal en posiciones intermedias (C). VII.2.2. Tipos de centrfugas. El contenido en partculas slidas de los lquidos a clarificar, condiciona la utilizacin de este tipo de mquinas, pudiendo estas agruparse en centrfugas verticales de platos, donde el contenido mximo de turbios oscila entre un 3 a 8 por 100, obtenindose lquidos muy limpios, con niveles de turbidez inferiores a valores de 0,8 a 1,0 por 100. Las centrfugas horizontales de masas, tambin llamadas decantadoras o decanters, son otras mquinas que permiten la limpieza de lquidos muy cargados de slidos hasta un 20 a 25 por 100, con rendimientos variables entre 2.000 a 25.000 litros / hora, y obtenindose lquidos ms limpios con tan solo un 2 a 5 por 100 de slidos. -Centrfugas verticales de platos. Estas mquinas se utilizan para clarificar lquidos ms o menos turbios, en un proceso discontinuo en las centrfugas de cmaras, o bien en otro continuo ms operativo, en las centrfugas verticales autolimpiables de platos, que se utilizan en la actualidad en detrimento de las anteriores. Las centrfugas discontinuas de cmaras estn compuestas por una cmara o bol de forma cilndrica, donde en su interior de forma concntrica se sitan una serie de pantallas, unas fijas solidarias al bol y otras mviles entremezcladas con las anteriores, siendo stas accionadas por un motor elctrico y generadoras de la fuerza centrfuga del lquido a clarificar. El producto penetra por la parte superior del eje de giro, movindose en el interior del bol mediante un movimiento de rotacin y otro en zig-zag entre las cmaras de sedimentacin, donde se depositan los slidos por la accin de la fuerza centrfuga, hasta que resulta limpio cuando termina el recorrido, y sale de la mquina por el mismo lugar que entr mediante una conduccin independiente. Las cmaras interiores en nmero de 4 a 8, retienen los turbios de una manera ordenada, primero las partculas ms grandes y de mayor masa en la zona ms prxima al eje de giro, y progresivamente las ms pequeas y de menor masa en las cmaras perifricas; de tal

modo que el volumen de las cmaras es tambin variable, siendo de mayor volumen la cmara interior y variando gradualmente a menor tamao hacia la zona exterior. La puesta en marcha de estas centrfugas se hace llenndola totalmente con agua, hasta que una vez se encuentre en rotacin se hace entrar el producto a limpiar, el cual desplaza el agua en poco tiempo, siendo observada esta operacin por medio de una mirilla en la tubera de salida, lo que permite la separacin del agua y del producto clarificado. Una vez que las cmaras se han colmatado, es preciso interrumpir el proceso de clarificacin para limpiar de sedimentos las cmaras, lo que tambin se hace introduciendo agua, apara aprovechar la totalidad del producto contenido en el interior del aparato. Este tipo de centrfugas no se utilizan en la actualidad, por tratarse de un sistema discontinuo y adems por las dificultades que ofrece la limpieza de las cmaras de sedimentacin, existiendo modelos de 2.000 a 6.000 litros / hora de rendimiento y con volmenes de sedimentacin desde 6 a 20 litros. Las centrfugas continuas de platos estn construidas por una bol formado por dos piezas en forma de tronco de cono unidos por sus bases mayores, donde en su interior se sita una pila de platos cnicos que giran accionados por un motor elctrico. El producto a clarificar penetra por la parte superior del eje de giro impulsado por una bomba centrfuga, accediendo a la cmara donde gira por la rotacin de los platos, y donde los slidos se acumulan en la zona de unin entre los dos troncos de cono del bol, mientras que el lquido limpio se mueve entre los platos hacia el eje de giro, saliendo de la mquina por el mismo lugar donde entr y por una conduccin independiente, siendo impulsado hacia fuera por otra bomba centrfuga. Los slidos se acumulan en una zona de un volumen bastante reducido de 4 a 18 litros, siendo peridicamente evacuados hacia el exterior, por medio de un disparo, que sucede en un tiempo muy reducido de tan solo unos 0,09 segundos, donde los dos troncos de cono del bol se separan, dejando escapar hacia fuera los lodos acumulados y siendo empujados por la presin interior creada por la fuerza centrfuga. El sistema automtico de expulsin de los slidos puede hacerse de varias formas, uno peridico mediante un temporizador donde se ajusta el tiempo de los disparos, y mejor otro de autocontrol mediante una clula fotoelctrica situada en la tubera de salida, que cuando detecta una cierta turbidez producida por la colmatacin del bol, acciona el mecanismo de separacin de los troncos de cono, por medio de aire comprimido o de un circuito hidrulico. Actualmente las centrfugas autolimpiables de platos funcionan totalmente hermticas, de tal forma que se impide la entrada de aire dentro de la mquina, lo que ocasionara unos graves problemas de oxidacin de los vinos. Otro aspecto a controlar es impedir que el lquido a clarificar contenga partculas abrasivas, como fragmentos de arena, tierras fsiles, perlitas, cristales de tartratos, etc. que pueden provocar un desgaste prematuro de las mquinas y especialmente en las zonas donde las velocidades son elevadas. Para impedirlo se debe de disponer de los medios necesarios, como los pocillos de decantacin, desburbadores, hidrociclones, etc. El tiempo de residencia en el cual las partculas estn sometidas a la fuerza de la gravedad, se determina por el volumen del bol, dividido entre el caudal, siendo en este tipo de centrfugas del orden de 2 a 3 segundos. El factor de rendimiento (LF) de una centrfuga se mide por la siguiente expresin: F . seno . rm . v2 LF = ------------------------- F: superficie activa de los platos. g : ngulo de los platos respecto de la horizontal. rm: radio medio. v: velocidad angular. g: gravedad.

Suponiendo un caudal de 10.000 litros / hora de un lquido turbio con un contenido en slidos del 5 por 100, para reducirlo hasta un 1 por 100, con una centrfuga de 10 litros de cmara de lodos, resulta lo siguiente: Caudal del lquido: 10.000 litros / hora

Concentracin inicial de sli