¿Qué es y cómo funciona un filtro tangencial para vinos? | Parte 3 (y última)

Anteriormente vimos los principios básicos del funcionamiento de los filtros tangenciales de vinos y un comparativo con la filtración tradicional (podés leerlo acá: ¿Qué es y cómo funciona un filtro tangencial para vinos? | Parte 1 )

Luego explicamos los tipos de membrana filtrante que utilizan, sus cualidades y tipos de módulos que podemos trabajar  (podés leerlo acá: ¿Qué es y cómo funciona un filtro tangencial para vinos? | Parte 2 )

Hoy vamos a ver

Colmatación en membranas tangenciales

La colmatación de la membrana tangencial es producida por la formación de un gel durante su funcionamiento, por formación de sedimento por encima de la membrana o también por obstrucción mecánica o adsorción de los poros en profundidad.

Además afectan otros factores como:

Efecto de la temperatura

El aumento de la temperatura  tiene un efecto favorable a la filtración, pues disminuye la viscosidad del líquido a filtrar y también el efecto de la polarización de la concentración; aunque en el vino esta subida de temperatura no es conveniente que exceda de los 20º a 25º C, porque puede producir una importante reducción de su calidad, razón por la cual es conveniente instalar un dispositivo de refrigeración del líquido en circulación.

Efecto de la concentración del retenido

El rendimiento de la filtración tangencial disminuye a medida que la concentración del líquido a filtrar aumenta, por lo que los sistemas discontinuos en “batch” no son adecuados, pues se produce una concentración progresiva del retenido y en paralelo una disminución del permeado. Esto quiere decir que mientras más se vaya concentrando el líquido a filtrar es más difícil que éste pase por las membranas filtrantes y por consecuente se obtenga menos permeato.

Efecto de la diferencia de presión transmembranar

Según la ecuación de la filtración, el caudal de filtración es directamente proporcional a la diferencia de presión entre la entrada y la salida de la membrana; aunque no existe una relación lineal, sino más bien una curva, donde el valor óptimo de la diferencia de presión corresponde a un flujo límite del permeado, reduciéndose este último cuando se supera la presión óptima, por un efecto de compactación de los sedimentos. Los diferenciales de presión más utilizados se encuentran entre 1 a 4 bar, aunque existe una tendencia en los filtros tangenciales amicróbicos de trabajar a 0,5 bar.

Efecto de la velocidad de circulación tangencial

La velocidad de circulación elevada aumenta el grado de turbulencia del líquido en circulación, lo que reduce el espesor de la capa límite y por lo tanto las distintas formas de colmatado de las membranas; aunque existe un límite impuesto por el coste energético, la resistencia mecánica de las membranas, y también por producir una importante subida de la temperatura del líquido en circulación. La velocidad  de circulación tangencial empleadas en microbiología oscilan entre 0,5 a 7,0 metros / segundos.

La colmatación puede ser reversible y puede eliminarse con lavados con agua; o irreversible en donde es necesaria una limpieza de tipo química. Los procesos de descolamatación más utilizados son:

• Parada periódica de la instalación: se reduce la presión trasmembranar para restablecerla en 3 minutos. Se realiza cada 20 min de funcionamiento.
• Retrofiltración o inversión del flujo. Se invierte el sentido de circulación 10-60 segundos cada 5-15 minutos de funcionamiento.
• Procedimiento backshock similar al anterior pero en una frecuencia más pequeña 60 milisegundos cada 5 minutos de funcionamiento.
• Procedimiento de desestabilización del flujo tangencial o flujo pulsante: se provoca una inestabilidad del flujo que afecta a la velocidad tangencial y a la presión transmembrenar.
• Procedimiento de contrapresión dinámica: donde se utiliza una contrapresión que hace re circular el permeado en contracorriente, generando una vibración en la membrana capaz de eliminar sedimentos.
• Procedimiento de membrana vibratoria: donde la limpieza de la membrana se produce por una vibración en continuo de la misma impidiendo sedimentación y colmatación.

¿Por qué filtramos tangencialmente?

Básicamente, hoy se hace necesario filtrar por motivos tecnológicos (limpidez, brillo) y motivos microbiológicos (esterilización – prevención – solución).

Dentro del primer motivo, podemos realizar algunas de las etapas previas a la filtración como los trasiegos, encolados, centrifugación, etc. que harán que el proceso de filtración sea más sencillo. De todas formas, antes de que nuestro vino se envase, deberemos reducir al máximo posible la turbidez para evitar futuras precipitaciones de los sólidos en suspensión.

El segundo motivo, tal vez el más importante, es el que dará larga vida a nuestro producto, ya que un vino con microorganismos presentes es un riesgo constante.

Cuidados y mantenimientos

La clave de cualquier sistema de filtración tangencial son las membranas, el cuidado y mantenimiento de todas ellas es la clave de la calidad y la rentabilidad.

Después de un número de horas de funcionamiento de la filtración, variable según las condiciones de trabajo, las membranas llegan a un grado de colmatación elevado y el caudal de permeado disminuye a valores inferiores a la producción mínima aceptable.

El procedimiento de limpieza, cuya frecuencia dependerá de la carga de turbios y del caudal unitario de filtración, se suele hacer cambiando periódicamente el sentido del flujo de filtración o retrofiltración. Todo el proceso está automatizado.

Pero el retrolavado periódico disminuye su efectividad a medida que transcurre el proceso y un mayor número de partículas obstruye los poros de la membrana y se requiere entonces un lavado químico. Cuando esto ocurre, la filtración deberá ser detenida y se procederá a efectuar un lavado intenso de las membranas, que consiste en vaciar el circuito y cargarlo nuevamente con solución de reactivo en recirculación durante un tiempo que suele oscilar en una hora. Existen productos comercializados cuya mezcla de componentes está estudiada para conseguir la mayor efectividad según el tipo de ensuciamiento que se presenta en la membrana.

La vida últil de un filtro tangencial depende del estado del vino que pasemos por este. Se deben evitar vinos con productos como bentonita o PVPP ya que colmatan fácilmente las membranas. Si se cuida correctamente, ésta vida últil puede superar ampliamente los 40.000.000 lts. Un ejemplo de esto es un filtro tangencial Della Tofola con módulos capilares de 170mts que posee Bodega Peñaflor el cual ya ha filtrado más de 80.000.000 lts y su uso sigue vigente con un mantenimiento adecuado y puesta a punto de forma periódica.

Respecto al costo, tomando como referencia un filtro tangencial de 85mts utilizando membranas de cerámica, el mismo tiene un valor de 106.000 euros + IVA con un rendimiento de 4.000 lts/hora para vino tinto y 7.000 lts/hora para vino blanco.

 

Bibliografía:

• “Tratado de enología” tomo 1 y 2, Togores
• Apunte “La microfiltración tangencial como herramienta para la estabilización microbiológica de los vinos” de Hugo Brandalise Ing. En Industrias de la Alimentación.
• Técnicas Membranarias de filtración de líquidos de Christian Guizard (http://www.firp.ula.ve/archivos/cuadernos/S451B.pdf)
• Colmatación de Membranas – Tesis Doctorado “Efecto de la limpieza química en la permeabilidad de membranas cerámicas de ultrafiltración (http://hera.ugr.es/tesisugr/16427300.pdf)