LEYES DE LA FILTRACIÓN DEL VINO
Fuente: Tratado de Enología (Escrito por Jose Hidalgo Togores)
La filtración es una técnica de separación de dos fases, fase sólida y fase líquida gracias al paso a través de una pared porosa que constituye un filtro que retiene la fase sólida, y dejando pasar a su través el líquido, que sale con un mayor o menor grado de limpieza en función 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 mecánico más o menos complejo, que asegura la circulación a presión constante del líquido turbio y también la evacuación del mismo líquido filtrado y limpio.
- Suspensión sólido-líquido: líquido turbio o de alimentación
- Líquido obtenido: filtrado o permeado
- Material poroso: medio filtrante
- Sólidos retenidos: retenido o torta
- Filtro: Mecanismo que soporta el material poroso y que posibilita la filtración.
Es decir el filtro es un aparato formado por un soporte permeable sobre el que se dispone de una capa filtrante, y de un sistema mecánico más o menos complejo, que asegura la circulación a presión constante del líquido turbio y también la evacuación del mismo líquido filtrado y limpio.
El estudio de la filtración comprende el conocimiento de los siguientes aspectos:
- Teoría y leyes de la filtración.
- Factores que intervienen en la filtración de los vinos.
- Tipos de filtros y sus materias filtrantes.
- Aspectos cualitativos de los vinos filtrados.
De esta forma la filtración es una operación que puede ser medida de una manera teórica por medio de una serie de leyes físicas, que pueden adaptarse con mayor o menor facilidad a los distintos tipos de filtraciones, los cuales obedecen a diferentes mecanismos de filtración en función del tipo de material filtrante utilizado. Según sea el material filtrante utilizado el líquido sale con mayor o menor grado de limpieza.
En todos los sistemas de filtración, e independientemente del medio filtrante utilizado, la resistencia que se debe vencer para obtener un retenido y un
permeado, se puede cuantificar en términos diferenciales de presión (DP) y dependientes de tres factores:
. ΔPf: resistencia del filtro como tal, cuantificable como pérdidas de carga de tuberías, codos, válvulas, etc.
. ΔPt: resistencia de la torta o turbios retenidos, considerados solos o mejorados por coadyuvantes de filtración en el caso de aluvionado.
. ΔPm: resistencia del medio filtrante.
. Despreciando DPf por su escasa cuantía, resulta entonces los siguiente:ΔP= ΔPt+ΔPm
RESISTENCIA DE LA TORTA O TURBIOS DE FILTRACIÓN (ΔPt)
RESISTENCIA DEL MEDIO FILTRANTE (ΔPm)
ECUACIÓN DE LA FILTRACIÓN
EN EL CASO DE UNA FILTRACIÓN A PRESIÓN CONSTANTE (DP = P)
Donde se observa que a presión constante, a mayor tiempo de filtración, mayor es el volumen de líquido filtrado.
FILTRACIÓN A VELOCIDAD CONSTANTE (dV / dt = V / t)
Donde se observa, que a velocidad de filtración constante, a mayor diferencial de presión , mayor es el volumen de líquido filtrado.
LEY DE POISEUILLE (ECUACIÓN DE FILTRACIÓN)
De manera más resumida, la ecuación de filtración se puede expresar también por la ley de Poiseuille, donde el caudal de filtración es directamente proporcional a la superficie y presión de filtración, e inversamente proporcional al espesor de la capa filtrante, como sigue:
El caudal de filtración (Q) es directamente proporcional a la superficie (A), a la presión diferencial (DP) y a la permeabilidad (b) e inversamente proporcional al espesor de la capa filtrante (E) y a la viscosidad (h)
FILTRACIÓN CON COLMATACIÓN 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 filtración está regida por la siguiente ecuación, correspondiendo a una recta donde la variación del caudal depende del volumen filtrado:
Q = - K1 . V + Qo Q: caudal de filtración en el tiempo t
V: volumen filtrado en el tiempo t
Qo: caudal inicial en el instante to
El volumen máximo filtrado (Vmax) se alcanza cuando el valor de Q es nulo, es decir:
Vmax = Qo / K1
FILTRACIÓN CON COLMATACIÓN PROGRESIVA DE LOS POROS
Los turbios se depositan en el interior de los poros provocando una colmatación progresiva de los mismos, rigiéndose la filtración por la siguiente ecuación, asimilándose 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 filtración es: V = 1 / K2, que corresponde a la cotangente del ángulo a. Pudiéndose entonces determinar el volumen máximo filtrado (Vmax) hasta la colmatación como:
FILTRACIÓN DE ALUVIONADO
Los turbios se depositan sobre la capa filtrante, aumentando de espesor progresivamente a lo largo de la filtración, respondiendo la misma a la siguiente ecuación:
t / V = K3 . V + 1 / Qo
En este tipo de filtración 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
FILTRACIÓN CON COLMATACIÓN INTERMEDIA DE LOS POROS
En este tipo de filtración situada entre las anteriores se cumple la siguiente ecuación:
1 / Q = K4 . t + 1 / Qo