ALTERNATIVAS DE APROVECHAMIENTO DE LA CREMA DE LEVADURA

REPRODUCIDA Y SOBRANTE EN EL AREA DE FERMENTACIÓN

DE LA INDUSTRIA LICORERA DE CALDAS

ILIANA Y. MURILLO MOSQUERA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

SEDE MANIZALES

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

LÍNEA DE PROFUNDIZACIÓN AMBIENTAL

MANIZALES

2003

ALTERNATIVAS DE APROVECHAMIENTO DE LA CREMA DE LEVADURA

REPRODUCIDA Y SOBRANTE EN EL AREA DE FERMENTACIÓN

DE LA INDUSTRIA LICORERA DE CALDAS

ILIANA Y. MURILLO MOSQUERA

Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Químico

Modalidad: Pasantía

Director:

Ing. Ramiro Betancourt Grajales

Ingeniero Químico

Director Ad Hoc:

Raúl Aguirre Ramírez

Ingeniero Químico

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

SEDE MANIZALES

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

LÍNEA DE PROFUNDIZACIÓN AMBIENTAL

MANIZALES

2003

A Dios.

A mis padres y amigos

por su apoyo incondicional.

AGRADECIMIENTOS

Expresando los agradecimientos a:

Ramiro Betancourt Grajales, Ingeniero Químico y Director del trabajo de grado, por su

orientación y colaboración durante el desarrollo de este trabajo.

Raúl Aguirre Ramírez, Ingeniero Químico y Director Ad Hoc, Ingeniero de Turno Área de

destilación de la Industria Licorera de Caldas, por su comprensión y colaboración

incondicional.

Luis Alfonso Ríos Ossa, Ingeniero Químico, Coordinador Área de Destilación de la

Industria Licorera de caldas, por su motivación y apoyo.

Personal del Laboratorio y del Área de Destilación de la Industria Licorera de caldas, por su

colaboración.

Jesús Zuleta, Agrónomo orgánico, Director de la facultad de Agronomía Orgánica de la

Universidad de Santa Rosa de Cabal, por su colaboración y disponibilidad incondicional.

Demás personas que de una u otra forma, con sus conocimientos y colaboración

contribuyeron en la realización de este trabajo.

Resumen de Trabajo de Grado

CARRERA Ingeniería Química.

1er Apellido Murillo 2° Apellido Mosquera Nombre Iliana Yeanmarie 1er Apellido 2° Apellido Nombre 1er Apellido 2° Apellido Nombre TITULO DEL TRABAJO Alternativas de Aprovechamiento de la Crema de Levadura

Reproducida y Sobrante en el Área de Fermentación de la

Industria Licorera de Caldas.

RESUMEN DEL CONTENIDO

El trabajo plantea alternativas de aprovechamiento para la crema de levadura reproducida

y sobrante durante el proceso de fermentación de la I.L.C.

Se realizaron varios ensayos de filtración a dicha crema, con lo cual se obtuvo una torta de

levadura (producto deseado) con un porcentaje de humedad del 66,7 % y una corriente de

filtrado. Ambas fueron analizadas en el laboratorio y con base en los resultados se

conoció su composición fisco – química y bacteriológica. Permitiendo el planteamiento de

las alternativas de aprovechamiento para cada uno de los productos obtenidos.

Con los ensayos de filtración, se pudo recopilar la información necesaria para los cálculos

del sistema de filtración ya existente en la empresa y los cálculos del costo de operación.

En la facultad de Agronomía orgánica de la Universidad de Santa Rosa de cabal

UNISARC, se hallo una alternativa de uso para la levadura prensada, en la producción de

abonos orgánicos, principalmente tipo Bocashi.

PALABRAS CLAVES

Fermentación; Levadura; Filtración; Filtrado, abono, Contaminación.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA Biblioteca Central SEDE MANIZALES

THEY SUMMARIZE OF WORK OF DEGREE

CARRERA Ingeniería Química.

1er Apellido Murillo 2° Apellido Mosquera Nombre Iliana Yeanmarie 1er Apellido 2° Apellido Nombre 1er Apellido 2° Apellido Nombre TITULO DEL TRABAJO Alternative of Use of the Cream of Reproduced Yeast and

Surplus in the Area of Fermentation of the Industria Licorera

de Caldas.

Abstract

The work outlines alternative of use for the cream of reproduced yeast and surplus during

the process of fermentation of the I.L.C.

They were carried out several filtration rehearsals to this cream, in which a cake was

obtained of yeast (wanted product) with a humidity percentage of 66,7% and a current of

filtrate. Both were analyzed in the laboratory with base in the results met their

composition revenue - chemistry and bacteriological. Allowing the position of the use

alternatives for each one of the obtained products.

With the filtration rehearsals, you could gather the necessary information for the

calculations of the filtration system already existent in the company and the calculations of

the operation cost.

In the career of organic Agronomy of the University of Santa Rosa de Cabal UNISARC,

it finds an use alternative for the pressed yeast, in the production of organic fertilize,

mainly type Bocashi.

KEY WORDS: Fermentation; Yeast; Filtration; Filtrate, fertile, Contamination.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA Biblioteca Central SEDE MANIZALES

TABLA DE CONTENIDO

Página

RESUMEN 1 INTRODUCCIÓN 3 OBJETIVOS 51. Descripción del problema 62. Antecedentes 82.1. Antecedentes de la empresa 82.1.1 Reseña histórica 82.1.2 Productos 92.1.3. Infraestructura 102.1.4 Proceso de producción en el área de fermentación 113. Marco teórico 143.1 Fermentación 143.1.1 Fermentación aerobia 153.1.2 Fermentación anaerobia 163.1.2.1 Fermentación alcohólica 163.2 Levaduras 213.2.1 Estructura de las levaduras 213.2.2 Reproducción 223.2.3 Tipos de levaduras 233.2.3.1 En condiciones aerobias 233.2.3.2 En condiciones anaerobias 233.2.4 Desarrollo de las levaduras 243.2.5 Necesidades de las levaduras 243.2.6 Inhibición de las levaduras 273.2.7 Dosificación 273.2.8 Formas de presentación de la levadura 273.2.8.1 Levadura prensada húmeda 283.2.8.1.1 Principales características 293.2.8.1.2 Composición 293.2.8.2 Levadura seca 303.2.8.2.1 Principales características 303.2.8.3 Levadura liquida 303.2.8.3.1 Composición de la crema de levadura 313.2.9 Fabricación de la levadura 323.4 Proceso de filtración 333.4.1 Formas de llevar a cabo el proceso 363.4.1.1 Presión constante 363.4.1.2 Velocidad o flujo volumetrico constante 363.4.2 Compresibilidad de la Torta. 37

3.4.3 Pautas para mejorar la filtración 373.4.4 Factores de los cuales depende la velocidad de filtración 383.4.5 Necesidades para una filtración 393.4.5.1 Medios filtrantes o agentes de filtración 393.4.5.1.1 Selección 393.4.5.1.2 Materiales de fabricación 403.4.5.1.3 Otros medios de filtración 413.4.5.2 Aparatos utilizados en filtración 413.4.5.2.1 Clasificación de filtros según características 433.4.5.2.2 Clasificación de filtros según su tipo 443.5 Filtro prensa 443.5.1 Tipos de filtro prensa 453.5.1.1 Filtros prensa de cámaras 453.5.1.2 Filtros prensa de placas y marcos 473.5.1.2.1 Filtros prensa de placas y marcos. Sin lavado 473.5.1.2.2 Filtros prensa de placas y marcos. Con lavado 733.5.2 Materiales de construcción 503.5.3 Algunas definiciones 514 Cálculos del sistema de filtración actual 524.1 Descripción del sistema de filtración 524.2 Procedimiento experimental 534.3 Precauciones 554.4 Descripción de las variables del proceso 574.5 Filtro prensa 594.5.1 Modelo matemático 594.5.2 Resumen de variables necesarias y obtenidas en la practica 674.5.3 Cálculos 734.6 Sistema de tuberías (transporte de crema de levadura) 804.6.1 Modelo 814.6.2 Información necesaria 824.6.3 Cálculos 834.7 Tanque de almacenamiento de la crema de levadura a filtrar 844.8 Tanque de almacenamiento para el filtrado 864.9 Bomba 875 6 6.1 6.1.1 6.1.2 6.2. 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8

Análisis preliminar de costos Planteamiento de Alternativas de aprovechamiento Filtración Levadura prensada Filtrado producido Centrifugación Desintegración de las células Desecación Floculación Producción de proteína unicelular SCP Uso directo a la tierra Digestión anaerobia

89949595989899

100101101103104

6.9 6.10

Evaporación Otras alternativas

104105

CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA

107109111

LISTA DE CUADROS

Página

Cuadro 1. Efecto de la temperatura sobre CO2 producido por el genero S.C. 25Cuadro 2. Composición de la crema de levadura 31Cuadro 3. Tamaño de algunas partículas que se pueden filtrar 34Cuadro 4. Información necesaria: Experimento 1 67Cuadro 5. Datos obtenidos: Experimento 1 67Cuadro 6. Información obtenida. Experimento 1 68Cuadro 7. Información necesaria: Experimento 2 69Cuadro 8. Datos obtenidos: Experimento 2 69Cuadro 9. Información obtenida. Experimento 2 70Cuadro 10. Información necesaria: Experimento 3 71Cuadro 11. Datos obtenidos: Experimento 3 71Cuadro 12. Información obtenida. Experimento 3 72Cuadro 13. Valores para las resistencias. Experimentos 76Cuadro 14. Resultados de la practicas 79

LISTA DE FIGURAS

Página

Figura 1. Proceso general de la fermentación. 15Figura 2. Levadura en una proceso de fermentación. 16Figura 3. Obtención de etanol. Escala industrial. 19Figura 4. Mecanismo de fermentación. 21Figura 5. Célula de la levadura. 22Figura 6. Vidas de la levadura. 23Figura 7. Influencia de la temperatura en las levaduras. 26Figura 8. Presentación de la levadura en el mercado. 28Figura 9. Levadura prensada. 28Figura 10. Composición aproximada de 100 gr de materia seca de levadura 30Figura 11. Proceso de filtración. 33Figura 12. Principales componentes de la filtración 35Figura 13. Componentes principales de la filtración con formación de torta. 35Figura 14. Formas de llevar a cabo el proceso de filtración. 37Figura 15. Vista frontal de un filtro prensa de cámaras. 46Figura 16. Filtro prensa de placas y marcos. 47Figura 17. Placas y marcos de filtro prensa sin lavado. 48Figura 18. Placas y marcos de filtro prensa con lavado. 50Figura 19. Esquema del arreglo de placas del filtro prensa. 54Figura 20. Diagrama de un filtro prensa. 56Figura 21. Sistema de tuberías para el transporte de levadura hacia el filtro. 80Figura 22. Esquema interno de una bomba centrífuga 87Figura 23. Métodos para la ruptura de los microorganismos 99Figura 24. Diagrama esquemático de un proceso de general de SCP 103

LISTA DE GRÁFICAS

Página

Gráfica 1. Regresión lineal. Experimento 1. 74Gráfica 2. Regresión lineal. Experimento 2. 75Gráfica 3. Regresión lineal. Experimento 3. 75

LISTA DE ANEXOS

Página

Anexo A. Resultados de análisis, reportados por el laboratorio. 114

Anexo B. Resultados de análisis microbiológicos. 122

Anexo C. Formas y formulas para preparar abonos orgánicos por UNISARC. 124

Anexo D. Diagramas de procesos en la fermentación en la I.L.C. 131

Anexo E. Normas ambientales actuales. 137

Anexo F. Programa TDH 1.0 145

Anexo G. Cotización de bomba y juego de lonas. 147

Anexo H. Fotos. 158

1

RESUMEN

La INDUSTRIA LICORERA DE CALDAS, actualmente presenta problemas de tipo

ambiental con la disposición de residuos industriales, tal como es la crema de levadura

sobrante, es decir, la levadura que se reproduce durante la fermentación, pero no se reutiliza

en el proceso, por lo cual dicho efluente se convierte en una preocupante ambiental para la

industria.

El principal objetivo del proyecto “ALTERNATIVAS DE APROVECHAMIENTO DE

LA CREMA DE LEVADURA REPRODUCIDA Y SOBRANTE EN EL AREA DE

FERMENTACIÓN DE LA INDUSTRIA LICORERA DE CALDAS”, es la evaluación

del sistema de filtración para crema de levadura, ya existente en la Industria Licorera de

Caldas, al igual que el planteamiento de alternativas de aprovechamiento de dicho residuo

que contribuyan a la disminución del factor contaminante que esta levadura produce

durante el proceso.

En este estudio se determinaron características fisco-químicas y bacteriológica de la crema

de levadura, y se compararon estas características con la reglamentación ambiental vigente.

Se realizaron diversos ensayos de filtración a la crema de levadura, obteniendo una torta

(producto principal) y un filtrado, estas dos corrientes fueron también analizadas en el

laboratorio, con el fin de confirmar su composición. Con la realización de las pruebas se

recopiló la información necesaria para los cálculos correspondientes a la evaluación del

proceso y el costo de operación.

2

Se plantearon alternativas de aprovechamiento de la crema de levadura con su descripción.

Dentro de las alternativas se contempló la posibilidad de usar esta levadura prensada en la

producción de bioconcentrados y biofertilizantes y para la alimentación animal.

La facultad de Agronomía orgánica de la Universidad de Santa Rosa de Cabal UNISARC,

utilizo la levadura prensada como parte de su materia prima para la elaboración de uno de

sus abonos orgánicos fermentados como es el Bocashi, obteniendo muy buenos resultados,

abriéndose la posibilidad de utilizarlo en el resto de abonos. Adicionalmente también se

encuentran muy interesados en la utilización de la levadura, la facultad de Zootecnia de

dicha universidad, para ser utilizada en la nutrición de sus animales.

3

INTRODUCCIÓN

A nivel nacional, son pocas las Industrias Licoreras que le dan algún tipo de uso a los

residuos producidos durante los procesos de la fermentación, como la crema de levadura

sobrante en el proceso. Entonces la disposición de este efluente se convierte en un

preocupante problema de tipo ambiental, ya que por lo general esta es enviada directamente

a las cañerías, sin un previo y adecuado tratamiento, contribuyendo con la contaminación

de ríos, quebradas o cual sea su destino.

Esta crema de levadura que se genera después de separado el mosto y el vino, representa un

problema de tipo ambiental para las industrias licoreras del país.

En la actualidad la INDUSTRIA LICORERA DE CALDAS, de manera indirecta presenta

este tipo de problemas, razón por la cual se buscó mediante este trabajo estudiar las

alternativas para el aprovechamiento de este residuo.

A nivel industrial se cuenta con procesos de tratamiento final para levaduras tales como el

secado por medio de lecho fluidizado, secador spray, tambor rotatorio, prensado etc. En

nuestro caso para los ensayos de filtración de la levadura se utilizo el filtro prensa, equipo

disponible en la empresa.

La crema de levadura sobrante en la fermentación, es sometida a un proceso de prensado

mediante la técnica de filtración con el fin de analizarla y plantear las alternativas para su

aprovechamiento o uso, al igual que las entidades interesadas en el producto final obtenido

(levadura prensada).

4

Con este trabajo se pretende principalmente, disminuir la contaminación ambiental, que

durante el proceso de producción se causa a los alrededores y a la vez presentar a la

empresa alternativas de aprovechamiento y/o tratamiento para la crema de levadura

sobrante, que podrían ser vinculadas al proceso y representar un beneficio económico.

5

OBJETIVOS

GENERAL

Estudiar las alternativas de aprovechamiento de la crema de levadura reproducida y

sobrante en el área de fermentación de la Industria Licorera de Caldas

ESPECÍFICOS

Conocer la composición físico-química y bacteriológica de la levadura antes y después

del proceso de filtración.

Plantear las alternativas de aprovechamiento o de usos para dicha levadura.

Evaluar el sistema de filtración ya existente en la empresa.

Conocer la composición del filtrado y plantear alternativas de tratamiento y/o

aprovechamiento para este.

Buscar la eliminación del factor contaminante de la crema de levadura que se produce

durante el proceso que se realiza en la empresa.

6

1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Para cualquier empresa de producción es de gran importancia el aspecto ambiental, no solo

por que así lo estipulan las normas medio ambientales, las cuales cada día son más

exigentes, sino también con el fin de asegurar una producción mas limpia y un nivel de

competitividad mas alto.

Es por este motivo que la Industria Licorera de Caldas está interesada en darle uso al

sistema de filtración existente, con el fin de solucionar el problema que la crema de

levadura sobrante durante el proceso de fermentación representa dentro de la carga

contamínate que descargan los procesos de la empresa a la cañería.

La miel clarificada, es esterilizada al igual que sus tuberías. Se ajusta a los requisitos de

3.500 l, azúcar (°Brix 8,0), temperatura (30°C), pH (4,5 con ácido sulfúrico), en estas

condiciones se agrega 20 Kg de levadura y la sales nutrientes (urea 2.000 g, fosfato de

amonio 4.000 g). El nivel del tanque B-301 es de 7% aproximadamente, se suministra aire a

250 m3/h. Cuando el brix baja a un valor determinado, se agrega miel y sales a las

condiciones mencionadas y se escala en volumen hasta 20% de B-305.

Se repite el proceso hasta 40%, 80% y luego se hace corte del 50% de la B-301 a B-351 y

se escala de nuevo la B-301 a 80%.

Se ajustan finalmente los niveles de las cuatro cubas al 80% donde se estabilizan antes de

empezar la separación en la unidad 400 del mosto fermentado en vinos y crema de

levadura.

El mosto fermentado es sometido a filtración. El mosto filtrado llega a las máquinas

separadoras de levadura. La máquina separa la crema de levadura y el vino

deslevadurizado. Es aquí donde surge el interés ambiental, pues existen casos en los cuales

7

el proceso no requiere la recirculación total de la crema de levadura filtrada y tratada,

haciéndose necesario la evacuación por las cañerías de esta crema sobrante que actualmente

no se trata.

En el anexo D, se muestran los diagramas de proceso de la fermentación realizada en la

Industria Licorera de Caldas.

Por esto se requiere de una alternativa que permita el tratamiento adecuado para esta

levadura de manera que se pueda disminuir las posibles amenazas ambientales y si es el

caso aportar algún tipo de divisa a la empresa.

8

2. ANTECEDENTES

2.1 ANTECEDENTES DE LA EMPRESA

2.1.1 Reseña histórica

1.905: Se le dio el monopolio de licores al Estado.

1.919: La ley 18, ordena a los departamentos, explotar directamente sin concesiones, la

producción alcohólica. Es así como Caldas, instala fábrica de licores en la ciudad de

Pereira..

1.928: Nace el Ron Viejo de Caldas, con una producción anual de 10.000 botellas.

Se instala la fábrica de vinos, en los sótanos de la Gobernación de Caldas.

cuyo reparto fue el siguiente:

Vino Blanco 11.310 botellas

Vino Málaga 14.583

Vino Oporto 14.200

Vino Vermouth 24.300

1.943: Mediante Ordenanza No. 13 de 1.943, aclarada y corregida con la No. 6 de 1.944, se

crea La Industria Licorera de Caldas

1.950: Nace la fórmula del Aguardiente Cristal.

1.960: Se inicia la producción de Brandy Tourell, el único brandy que se produce en

Colombia con auténticos productos franceses.

1.967: Al producirse la desmembración política del Viejo Caldas, se traslada la fabrica de

licores, de Pereira a Manizales.

1.974: Lanzamiento al mercado del Vodka Sabolynaya.

9

1.982: Se inicia la exportación de los productos a Estados Unidos, a través de la Shaw Ross

Internacional Importers Inc., compañía particular que se constituyó en el Estado de la

Florida el 12 de Agosto de 1.969.

1984: Se lanza al mercado la Crema de Café Kaldí.

2.000: La ILC recibe del Departamento Administrativo de la Función Pública, Mención de

Honor, por "El rediseño de su organización”.

El 15 de Diciembre el Consejo Directivo del Instituto de Normas Técnicas Colombianas

ICONTEC, otorga el Sello de Calidad al Aguardiente Cristal.

2.001: El 14 de Febrero, en acto especial en el Teatro Fundadores de Manizales, es

entregado el Sello de Calidad.

2.1.2 Productos

Referencia

Aguardiente Cristal

* Nacional 29% Vol. 1750 ml - 1000 ml - 750 ml - 375 ml - 375 plano - 200 ml

100 ml - 50 ml - 375 Pet- 1000 ml Treta Pack

* Exportación 30% Vol 1750 ml - 1000 ml - 750 ml - 700 ml - 375 ml - 375

plano 200 ml - 100 ml - 50 ml.

Ron Viejo de Caldas

* Nacional 35.5% Vol 1750 ml - 1000 ml - 750 ml - 375 ml - 375 plano - 200 ml

100 ml - 50 ml - 375 Pet

* Exportación 40% Vol 1750 ml - 1000 ml - 750 ml - 700ml - 375 ml - 375 plano

200 ml - 100 ml - 50 ml.

Ron Extraviejo Juan de la Cruz 40% Vol. 750 ml

Ron Viejo de Caldas Gran Reserva Carta de Oro 40% Vol., 750 ml

Ron Joven de Caldas 35% Vol., 750 ml -375 plano - 375 Pet.

Aguardiente Amarillo de Manzanares 32% Vol., 750 ml - 375 ml

Aguardiente Cristal Night 30% Vol, 750 ml.

Aperitivo Cristal 19.5 % Vol. 750 ml - 375 ml - 375 plano

Aguardiente Colombiano 29% Vol., 750 ml

10

Aguardiente Caldas 30% Vol, 750 ml

Licor de Caldas - Anisado 32 % Vol, 750 ml

Vodka Sabolinaya 40% Vol, 750 ml, 50 ml

Crema de Café Kaldí ó Kaldí Coffe Liquor 28 % Vol, 750 ml- 50 ml

Aguardiente Light

2.1.3 Infraestructura

La Industria Licorera de Caldas posee 276 hectáreas de terreno de las cuales 243

comprenden la "microcuenca" con nacimientos de agua propios garantizando así una de

las principales materias primas para la elaboración de los productos.

El área Industrial cuenta con una planta de tratamiento de agua con capacidad de 140

metros cúbicos por hora de agua potable e instalaciones para agua suavizada utilizada en la

Elaboración de Licores y agua desmineralizada para calderas. El tanque de almacenamiento

de agua potable tiene una capacidad de 3'000.000 de litros.

Posee una planta de Destilación de Alcohol con capacidad para producir 50.000 litros de

alcohol diarios; además cuenta con una capacidad aproximada para almacenamiento de

alcohol de 2'700.000 litros. Para la generación del vapor que requieren estos procesos la

Empresa tiene dos calderas pirotubulares de 720 B.H.P. que utilizan como combustible gas

natural y alternativo ACPM.

En el área de Elaboración de Licores se cuenta con una batería de tanques de acero

inoxidables suficientes para llevar a cabo la fabricación de todos los licores.

Para el añejamiento de rones se dispone de 7 bodegas adecuadas para tal fin, donde se

ubican 90.000 barriles de roble para el añejamiento y 400 tinas para manejo de rones.

El área de envasados posee 6 líneas de producción para las distintas referencias y clases de

productos donde se realizan las actividades de limpieza de envase nuevo por soplado,

envasado, capsulado, etiquetado y encartonado. Dichas líneas de producción están en

capacidad de cumplir con los requerimientos de los clientes.

11

Para el manejo y almacenamiento de materias primas, envases y empaques y producto

terminado, la Empresa cuenta con Bodegas suficientes, especialmente adecuadas para

garantizar que se preserven las condiciones de calidad de los productos.

Se dispone de un laboratorio de Control de Calidad dotado con cromatógrafos y modernos

equipos para el control de los procesos, materias primas, productos intermedios y finales.

Dispone de una planta Diesel de generación de energía la cual entra en operación cuando se

presentan cortes en el suministro.

2.1.4 Proceso de producción en el área de fermentación

En el área de fermentación se tienen 4 unidades y los equipos utilizados en cada una están

referenciados con la unidad. Anexo D.

UNIDAD 100: Recepción y almacenamiento de la miel.

UNIDAD 200: Predilución y clarificación de la miel.

UNIDAD 300: Fermentación.

UNIDAD 400: Separación del mosto y el vino.

Recepción de la Miel: La miel virgen es transportada desde el ingenio por carrotanques y es

descargada por gravedad al tanque de descarga, este tanque posee un controlador de nivel

On- Off de flotador que prende o apaga las bombas de miel a almacenamiento. A esta miel

antes de ser descargada se le realizan análisis de °Brix, azúcar fermentable, sólidos, acidez,

sulfitos, etc, para corroborar que cumpla con la norma interna de la empresa.

Transporte de Miel a Almacenamiento: La miel es llevada a los tanques de almacenamiento

de 1.000 toneladas, TK-101 A/D, por medio de bombeo. Estos tanques poseen sensor de

nivel.

Arrastre de Miel a Predilución: La miel almacenada que queda en los fondos de los tanques,

es enviada al proceso de predilución mediante una bomba de arrastre.

12

Transporte de Miel a Predilución: La miel es enviada desde los tanques de almacenamiento

al recipiente de predilución, B-202, mediante bombas.

Predilución de la Miel: La miel bombeada a predilución primero pasa por los mezcladores

estáticos con agua caliente. El agua se mezcla con la miel antes de entrar al recipiente de

predilución B-202.

La miel en el tanque B-202, se somete a un proceso de dilución y calentamiento en

presencia de ácido sulfúrico. En estas condiciones tiene lugar la reacción de hidrólisis de la

sacarosa, mediante el cual se transforma la sacarosa a fructosa y glucosa.

Para este tanque se tiene controlador de densidad, control automático de pH, inyección

directa de vapor bajo control automático de temperatura, control de nivel, además posee un

medio de agitación A-202.

Separación de Partículas Finas: La miel prediluida pasa por un Hidrociclón, cuyo fin es

separar las partículas más finas especialmente arenas.

Transporte de la Miel a Clarificación: La miel prediluida es bombeada al proceso de

clarificación.

Recepción de Miel separada del Hidrociclón: La suspensión de miel prediluida del

Hidrociclón pasa por un tanque intermedio o tanque Pulmón que posee una recirculación

por medio de una bomba centrifuga con el fin de que no se depositen sólidos en el fondo

del tanque. El control de nivel de este tanque se realiza por rebose que vuelve a caer al

recipiente de predilución B-202.

Separación de Sólidos de la Miel: La miel procedente del tanque Pulmón, pasa por

gravedad a la centrifuga clarificadora, bajo control de flujo, en donde se obtienen unos

lodos de miel que van al recipiente de lodos B-203 y una miel clarificada que va al

recipiente de miel clarificada B-204 de donde pasa al proceso de fermentación por medio

de bombas.

13

Propagación de la Levadura: Se realiza en la cuba B-301, esta es esterilizada al igual que

sus tuberías. Luego de esterilizado el sistema se agrega miel clarificada ajustada a los

requisitos de azúcar (°Brix 8,0), temperatura (30°C) , pH (4,5) y sales (4.000 gr. de Fosfato

de amonio y 2.000 gr. de Urea), hasta completar 4 m3, luego se agrega la levadura, se

empieza la alimentación de aire a 100 m3/h, se arranca la bomba de recirculación para

pasarla por el intercambiador, se tapa la cuba y se espera que el azúcar residual baje al valor

previsto antes de repetir la alimentación de miel clarificada, agua de proceso y sales

nutrientes.

Esterilización de la Miel Clarificada: La miel clarificada procedente de B-204, es enviada

por bombeo al calentador de miel con vapor, pasando luego al esterilizador y después al

enfriador, de donde sale a una temperatura de 30°C.

Ajuste de Brix a alimentación: La miel esterilizada y enfriada pasa al mezclador estático

donde se hace dilución final con agua de proceso a 16°C, para ajustar el brix entre 7.0-19

grados para la fermentación mediante controlador de densidad y se lleva al enfriador final

en donde se ajusta la temperatura a 30°C y de allí llega finalmente a fermentación.

Fermentación: Las cubas de fermentación (B-351, B-352, B-353 y B-354) al igual que las

tuberías y los intercambiadores son debidamente lavadas y esterilizadas con vapor vivo.

Luego se dejan enfriar a 32°C. Se prepara 6 m3 de miel a la densidad de propagación en la

cuba B-351 y se recibe el 50% de la cuba madre, una vez baje el brix a 1,5 se empieza la

alimentación subiendo el brix de esta cuba en forma gradual. A la miel de alimentación se

aumenta gradualmente el brix hasta lograr el brix de alimentación normal para el proceso

de estabilizado. En la cuba B-351 se fija un nivel del 80% con el controlador de nivel y se

mantiene su densidad hasta un brix máximo de 7.0, al llegar al 80% de nivel se hace un

corte del 20% a la cuba B-352 donde se controla su densidad. La cuba B-352 se deja llenar

hasta un 80% y luego se hace un corte continuo a la cuba B-353, se ajusta el nivel en la

cuba B-353 al 80 % y finalmente se hace un corte continuo a la cuba B-354.

14

Se ajustarán finalmente los niveles de las cuatro cubas al 80% antes de empezar la

separación en la unidad 400 del mosto fermentado en vinos y crema de levadura.

Al empezar el proceso en la cuba B-351 se arrancan las bombas y se establece circulación a

través del enfriador y las boquillas de inyección, al tener el nivel normalizado en al cuba B-

351 se fija una temperatura de 28-32 °C en el controlador de temperatura de igual forma se

procede en el arranque de las cubas restantes teniendo en cuenta que las dos ultimas cubas

B-353 y B-354 poseen controladores manuales de temperatura.

Para el control de operación se toman muestras cada hora y se miden densidades, nivel y

temperatura de las cuatro cubas de fermentación, de igual manera se hace anotación de

flujos de miel, levadura y sales.

Antiespumante: La solución de antiespumante se prepara a una concentración de 10% y se

alimenta al mosto de la cuba B-351 cada vez que lo requiera, para disminuir el nivel de

espuma en los fermentadores.

Sales Nutrientes: Las sales nutrientes se preparan por Baches al 2,5% en peso de urea y

1,25% en fosfato de amonio y se dosifican al proceso de fermentación.

Separación de la Levadura: El mosto fermentado es sometido a filtración y luego llega a las

máquinas separadoras de levadura S-402 A/B y S-406 A. La máquina separa la crema de

levadura y el vino deslevadurizado.

14

3. MARCO TEORICO

3.1 FERMENTACIÓN

La palabra “fermentar” procede del término latino “fervere”, que significa “hervir”. Dicha

denominación hace una idea del aspecto que toma el líquido, aunque en este caso la

sensación de agitación se produce principalmente por el desprendimiento de CO2, no

exento de un desprendimiento de calor. Así, lo que ahora se conoce como “levadura”, antes

de Pasteur era conocido como “fermento”.15

Durante este proceso, el líquido sufre una serie de cambios, entre los que más se

evidencian, esta el cambio en su composición, pasando de un líquido en el que predominan

los azucares a uno en el que predomina el etanol. Por tanto se plantea la fermentación

como el proceso donde la glucosa es transformada por un microorganismo en etanol y en

una serie de componentes con especiales cualidades sensoriales (olor y sabor) y con

desprendimiento de CO2 y calor. La fermentación es la aplicación de sistemas y/o procesos

vivos para la obtención de productos a partir de un sustrato. Esta hace parte de la rama de la

biotecnología denominada tecnología enzimática.

OSSUBPRODUCTQCOOHCHCHOHC +++⇒ 2236126

La transformación de 1 Kg de azúcar, produce, aproximadamente 500 a 520 gr de alcohol y

de 480 a 500 gramos de CO2.15

Glucosa Etanol Calor Carbónico

15

El proceso general de la fermentación es el siguiente:

Los seres vivos mediante la acción de enzimas actúan sobre el sustrato que normalmente es

la fuente principal de alimento y gracias a la actividad enzimática de estas se logra un

metabolismo extracelular (proceso vivo) que origina productos y subproductos que son

utilizados por el hombre.

Se puede clasificar de acuerdo a las condiciones en que actúa el microorganismo en aerobia

y anaerobia.8

3.1.1 Fermentación Aerobia: Es aquella en la cual el microorganismo necesita oxigeno

durante todo el proceso de fermentación. Como fuente de oxigeno se utiliza aire a una

presión muy cercana a la atmosférica. No se utiliza oxigeno directamente ya que este a

concentraciones altas es toxico para los microorganismos, además el costo y los cuidados

que se requieren debido a su alto poder comburente lo hacen en la mayoría de los casos

inaplicable industrialmente.

La mayoría de las fermentaciones aerobias son llevadas a cabo industrialmente con

procesos discontinuos o semicontinuos.8

MICROORGANISMO (SISTEMA VIVO)

ENZIMAS

SUSTRATO RESIDUOS

SUBPRODUCTOS

PRODUCTOS

Figura 1. Proceso general de la fermentación

16

3.1.2 Fermentación Anaerobia: Por definición es aquella que sucede en ausencia total de

oxigeno, sin embargo son muy pocas las que exigen una exclusión total de aire, debido a

que se trabaja con sistemas vivos estos requieren normalmente su presencia en alguna etapa

del proceso.

La fermentación anaerobia más conocida es la alcohólica, industrialmente es llevada a cabo

en procesos continuos y discontinuos.8

3.1.2.1 Fermentación Alcohólica: Ha tenido una gran aplicación en la obtención de

alcohol etílico para bebidas y productos farmacéuticos. También para remplazar

parcialmente la gasolina (gasohol).8

Figura 2. Levaduras en un proceso de fermentación

Algunas consideraciones a tener en cuenta en la fermentación alcohólica son:

a. Materias Primas: Se utilizan como materias los granos, almidones, azucares y melazas

de remolacha o de caña de azúcar. La melaza de caña de azúcar es la materia prima

principal usada en Colombia.

17

b. Aditivo: Como nutriente, se utiliza urea; como fuente de nitrógeno, fosfatos; como fuente

de fósforo, elementos metálicos en trazas como sodio, zinc, hierro y cobre entre otros.

c. Como antisépticos se utilizan sulfatos y ácido sulfúrico: Los fosfatos actúan también

como agentes catalizadores. El ácido sulfúrico tiene además funciones como permitir el

desdoblamiento de la sacarosa (inversión de la sacarosa), precipitar los cationes calcio y

magnesio en forma de sulfatos ( ya que estos son ligeramente tóxicos para la levadura) y

disminuir el pH.

d. Microorganismos utilizados: El microorganismo preferido para la producción de alcohol

etílico es la levadura Saccharomyces Cerevisiae. Presenta las siguiente características:

Forma redonda o ligeramente ovalada.

Reproducción por germinación multilateral ( a través de su membrana celular se

forma una célula hija)

Fermenta la glucosa, sacarosa, maltosa y en cierto grado la galactosa.

No fermenta la lactosa.

La temperatura optimas para la reproducción es 30°C.

e. Características generales del proceso: Siguiendo diferentes etapas en función del tipo de

biomasa de partida. Estas etapas son las siguientes:

• Pretratamiento de la biomasa: transformación de la materia prima para favorecer la

fermentación.

• Hidrólisis: transformación, en medio acuoso, de las moléculas complejas en

azúcares sencillos por medio de enzimas (hidrólisis enzimática) o mediante el uso

de reactivos químicos (hidrólisis química).

• Fermentación alcohólica: conversión de los azúcares en etanol por la acción de

microorganismos (levaduras) durante 2 a 3 días bajo condiciones controladas:

o Temperatura: 27 - 32 °C

o Acidez: pH entre 4 y 5

18

o Concentración de azúcares: inferior al 22%

o Concentración final de etanol: inferior al 14%

• Separación y purificación del etanol: destilación de la masa fermentada para obtener

etanol comercial del 96% o destilación adicional con un disolvente (benceno) para

obtener etanol absoluto (99,5%).

f. Factores que intervienen en la fermentación alcohólica: Es importante evaluar los

factores físico – químicos que afectan el proceso fermentativo, a fin de establecer el mejor

rendimiento.

1. La concentración de azucares: Para la multiplicación inicial de la levadura, la

concentración de azucares debe mantenerse en niveles bajos, ya que la respiración de la

levadura puede ser interferida con grandes cantidades de azúcar en la fase inicial.

2. Oxigeno: La presencia de oxigeno tiende a proporcionar una menor producción de

alcohol, ya que la levadura pasara a oxidar carbohidratos por medio de la respiración,

llevando la a la proliferación de la levadura y no a la producción de alcohol.

3. Agitación: Es un factor que actúa disminuyendo la sedimentación de células,

propiciando un contacto eficiente con el sustrato. Una agitación moderada del mosto en la

fermentación permite mantener las células en suspensión

4. Temperatura: Influye directamente en el tiempo de fermentación y en la aparición o

no de infecciones. La temperatura durante un proceso fermentativo industrial se mantiene

entre 30-32 °C, aunque la temperatura optima para las levaduras se encuentra entre 25-30

°C. Temperaturas mas elevadas favorecen el desarrollo bacteriano, inhiben el crecimiento

de la levadura y promueven la evaporación del alcohol. Sin embargo algunas tandas tienden

a estabilizarse espontáneamente alrededor de los 36°C.

El máximo contenido de alcohol que se puede lograr con al fermentación es del orden del

12% en volumen, eso se debe a que el alcohol etílico a esta concentración pasa a ser un

antiséptico de la levadura, inhibiéndose así, el proceso fermentativo.8

19

Figura 3. OBTENCIÓN DE ETANOL. ESCALA INDUSTRIAL

MEZCLADO AJUSTE pH

TRATAMIENTO

PREVIO

FERMENTACION

SEPARACION

DE LEVADURA

DESTILACIÓN

DE

VINO

(MOSTO)

DESTILACIÓN

DE

ALCOHOL

Levadura sobrante Vinazas Aceite de

fusel

Etanol

Carboxilos

Jugo

Levadura

CO2

Opcional

Siembra

Miel

Nutrientes

Vino

20

g. Mecanismo de transformación de azúcar en alcohol: La levadura es una célula

heterotrófica, siendo por tanto incapaz de utilizar energía solar o de compuestos orgánicos

simples para obtener energía para sintetizar sus componentes más complejos.

Para obtener esta energía pueden ejecutar dos tipos de metabolismos:

1. Oxidativo: (en presencia de oxigeno y glucosa), formando gas carbónico y agua.

2. Fermentativo: (en ausencia de oxigeno y presencia de glucosa) formando gas carbónico y

etanol.8

Para que ocurra la transformación de sacarosa en alcohol es preciso que esta sea

descompuesta en azucares más simples, ya que la levadura no consigue utilizarla en su

forma compleja. Esta transformación (hidrólisis) se efectúa por una enzima, localizada en la

pared celular de las propias levaduras, llamada invertasa.

Luego de esta hidrólisis, las moléculas de sacarosa transformada en fructosa y glucosa

(azucares fermentables), son absorbidas por las levaduras a través de mecanismos de

difusión o reacción directa con un componente de la membrana celular, con gasto de

energía.

Los monosacáridos dentro de la célula y en ausencia de oxigeno proveen la energía para las

diferentes células. Los productos del metabolismo son etanol y CO2, que serán liberados de

la célula por excreción.8

El proceso consta de dos etapas, la primera es una fermentación aerobia con el fin de

mantener la multiplicación celular, la segunda una fermentación anaerobia para evitar la

oxidación indeseable del sustrato. Debido a la producción de CO2 las condiciones

anaerobias se logran de una manera más fácil, además el recorrido ascendente de las

burbujas gaseosas de CO2 origina una corriente convectiva que agita el medio y por ello en

algunos casos no es necesario una agitación mecánica adicional.8

21

CO2 Glucose and Fructose

Glycerine

Piruvic acid

Acetaldehyde

GLUCOLYSIS

ETHANOL

Dehydrogenise alcohol enzyme

Secondary products

3.2 LEVADURAS

Las levaduras son hongos unicelulares de tamaño microscópico. En una pequeña gota de

mosto fermentando se calcula que hay alrededor de 5 millones de unidades actuando.8

3.2.1 Estructura de la levaduras: Las levaduras son seres vivos unicelulares, de forma

ovalada o alargada de 6 a 8 milésimas de milímetros. Un gramo de levadura contiene unos

10 millones de células. La célula de levadura está envuelta por una membrana exterior

denominada pared celular. La membrana celular permite, al ser semipermeable, la entrada

de nutrientes y sustancias disueltas en el agua; siendo evacuados el CO2 y el alcohol. La

membrana celular regula por procesos osmóticos la igualdad entre el medio intracelular y

extracelular.16

La presión osmótica es proporcional al número de moléculas disueltas en el agua.

El citoplasma es la parte fundamental viva de la célula y contiene:

- Un núcleo donde se encuentran los cromosomas (determinante de las propiedades

hereditarias).

- Vacuolas donde se encuentran las reservas de grasas.

- Mitocondrias que permiten el abastecimiento de energía a la célula.16

Figura 4. Mecanismo de Fermentación

22

FIGURA 5: CÉLULA DE LA

LEVADURA

3.2.2 Reproducción: La reproducción de las levaduras se desarrolla de dos formas: por

gemación y por reproducción sexual. La reproducción por gemación es la forma más

común y es un proceso en el cual la llamada célula madre desarrolla una pequeña ampolla

que va aumentando de volumen hasta secarse convirtiéndose en una célula hija.

En el microscopio se puede observar en la pared celular las cicatrices debidas a la

separación de las células hijas. Una célula de levadura puede reproducir alrededor de 25

células hijas. La reproducción sexual se realiza mediante el cruce de esporas, cuando las

condiciones de vida son desfavorables, como temperaturas extremas, sequedad excesiva,

etc.16

23

3.2.3 Tipos de levadura:

FIGURA 6 / VIDAS DE LAS LEVADURAS

Levadura + Azúcar

FERMENTACIÓN

CO2 + alcohol

Levadura + Azúcar + Oxigeno

RESPIRACIÓN

CO2 + agua + energía

3.2.3.1 En condiciones aeróbicas (Con oxígeno en abundancia), existe una abundancia de

oxígeno que reacciona con el azúcar, en este momento son las levaduras oxidativas las que

realizan el siguiente proceso:

C6-H12-O6 + 6O2 6 H2O + 6 CO2 + 673 Calorías.

Azúcar + Oxígeno Agua + Gas Carbónico + Calor

Se transforma el azúcar junto con el oxígeno en agua y carbónico.16

3.2.3.2 En condiciones anaeróbicas (Sin oxígeno o en pequeñas cantidades): El oxígeno

transportado por el mosto ya se ha consumido, por lo que no puede reaccionar con el

azúcar, son las levaduras fermentativas las que producen el siguiente proceso:

C6-H12-O6 2 CH3-CH2OH + 2 CO2 + 33 Calorías

Azúcar Etanol (alcohol) + Gas Carbónico + calor

En este caso, baja el calor generado, así como la producción de gas carbónico, sin embargo

aparece el alcohol.16

24

La actividad de estas levaduras fermentativas finaliza cuando la concentración alcohólica

alcanza aproximadamente el 6,5%, al no poder soportar tal concentración.16

3.2.4 Desarrollo de las levaduras: El crecimiento y desarrollo de la levadura, como

cualquier microorganismo, está condicionado por un numero de factores (sustancias

nutritivas, factores de crecimiento) y condicionantes físico-químicos (temperatura, pH,

aireación). Se denomina "factor limitativo" a aquel cuya ausencia o modificación acarrea la

detención del crecimiento. Si se colocan algunas levaduras en un medio de cultivo

(solución de agua y azúcar), estas se multiplicaran hasta el agotamiento del factor limitante

(por ejemplo hasta que se acabe el azúcar) o hasta el momento en que un factor limitativo

alcanza un valor critico (por ejemplo demasiado alcohol). Este es otro factor importante a

tener en cuenta.15

Es importante tener claro que el desarrollo de la levadura y la fermentación están

íntimamente ligados. Si se trazaran curvas de la multiplicación de la levadura en función

del azúcar fermentado, se observaría que ambas son siempre ascendentes, o dicho de otra

manera, el azúcar se transforma a medida que las levaduras se multiplican. Por lo tanto la

fermentación será más rápida, cuando las levaduras se reproducen con rapidez.15

3.2.5 Necesidades de la levadura:

Humedad

Azúcar

Oxigenación: La limitación de la aireación, hace que la fermentación sea más lenta, las

tasas de fermentación son menores (se fermenta menos azúcar), con lo que será difícil

transformar todo a alcohol. Si se somete a la solución a una aireación constante, se

obtendría un incremento en el crecimiento de las levaduras y más rápida es la

descomposición del azúcar. La fermentación se inicia espontáneamente y se desarrolla

con rapidez, cuanto mejor aireadas están las levaduras. La fermentación es siempre

25

"más completa" en contacto con aire, pero más rápida. Por lo tanto produce mas alcohol

y CO2, pero en muy poco tiempo. La fermentación al abrigo del aire, se detiene antes

del agotamiento del azúcar, pero produce menos alcohol y menos CO2.

Temperatura: Las levaduras tiene su optimo de intensidad fermentativa,

aproximadamente a los 35ºC, paralizando cualquier actividad a los 45ºC.15

Temperatura de

fermentación

Genero Saccharomyces

(gramos de CO2 desprendido en 24 horas)

15ºC 4-5,3

20ºC 4.3-7,5

25ºC 8,7-11,3

30ºC 8,8-16,0

35ºC 10,8-13,1

39ºC 3,3-15,2

La fermentación es el doble de rápida a 30ºC, que a 20ºC, o lo que es lo mismo, por

cada grado que se eleva la temperatura las levaduras transforman el 10% mas de

azucares en el mismo tiempo. Un mosto de 200 gr./l de azúcar, fermentaría en 3 o 4 días

a 30ºC, tardaría 15 días a 20ºC, pero semanas a 10ºC. La mayoría de las Saccharomyces

tiene su máximo de desprendimiento de CO2 a 20ºC. 15

La sensibilidad al alcohol por parte de la levadura aumenta con la temperatura.15

Cuadro 1. Efecto de la temperatura sobre CO2 producido por el genero Saccharomyces Cerevisiae

26

Figura 7 Influencia de la temperatura en la levadura

55º C Muerte de la levadura 45º C Frena la actividad 20-40º C Aumenta progresivamente su actividad 10-15º C Se ralentiza la actividad fermentativa 4º C Fermentación prácticamente bloqueada

La levadura disminuye su actividad con el descenso de la temperatura siendo casi

inapreciable a 2ºC. El tiempo de conservación de la levadura fresca, esta en función del

tiempo que hace que ha sido fabricada, además de la temperatura a que ha sido mantenida.

Su conservación es de aproximadamente 2 semanas a 5ºC, pasado este tiempo el poder

fermentativo va disminuyendo progresivamente. Es posible prolongar el tiempo de

conservación si se la mantiene a 1ºC. Congelada puede durar 3 meses, aunque el poder

fermentativo se reduce casia la mitad.15

Dentro del genero Saccharomyces (mas de 20 especies), solo la S. Cerevisiae y la S.

Bayanus, son importantes en la fermentación.

Nitrógeno: El nitrógeno amoniacal o catión amonio son de rápida asimilación para

las levaduras.

Acidez: Se fermentan mas azucares en un medio neutro que en uno ácido. Para su

crecimiento, la levadura tiene un optimo de pH entre 4 y 6. Un pH alcalino disminuye el

crecimiento de las levaduras.15

27

3.2.6 Inhibición de las levaduras: Se entiende por inhibición, como la detención de la

actividad de las levaduras, retardo e impedimento de su desarrollo, y por lo tanto, de la

fermentación.15

La fermentación baja e incluso se para, principalmente por 2 razones:

1. Agotamiento de algún elemento necesario (oxigeno, sustancias nitrogenadas, etc.).

2. Formación o presencia de sustancias inhibidoras (alcohol, CO2, etc.).

Alcohol: La resistencia al alcohol, depende de cada levadura. La proporción de

azúcar transformado y el alcohol formado, disminuye en presencia de un medio

parcialmente alcoholizado.

CO2: Solo en casos en que se produce la fermentación bajo presión, puede ser

un factor importante, llegando a parar la fermentación. Si el CO2 escapa

libremente, carece de importancia.

Azúcar: El exceso de azúcar, puede paralizar o impedir la fermentación,

basándose simplemente en el fenómeno de la osmosis. Así es fácil deducir que

no por añadir mas azúcar obtendremos mas alcohol y por tanto mas CO2.15

3.2.7 Dosificación: En las industrias las dosis de levaduras varían de 150 a 300 gr de

levadura seca por hectolitro ó de 0,3 a 0,5 litros de levadura liquida por hectolitro. La dosis

esta en función de la temperatura, duración de la fermentación y densidad del mosto. Es

inversamente proporcional a las dos primeras y directamente proporcional a la ultima.15

3.2.8 Forma de presentación de la levadura: Existe en el marcado tres formas de

presentación física de la levadura, y dentro de ellas, diversos tipos:17

• Levadura prensada.

• Levadura seca.

• Levadura líquida (levadura en crema).

28

3.2.8.1 Levadura prensada húmeda: Según el código alimentario, la levadura prensada

húmeda es el producto obtenido por proliferación del Saccharomyces Cerevisiae de

fermentación alta, en medios azucarados adecuados16. Es la más utilizada por su eficacia y

economía. Como materia viva que es, su contenido en agua es del 70%, quedando como

materia seca el 30% aproximadamente.17

Figura 9. Levadura prensada

Figura 8. Presentación de la levadura en el mercado.

29

Se presenta en paquetes de 1/2 kg, 1 kg o 5 kg precortados. La diferencia más notable entre

la levadura en pastillas y la de sacos reside en la preparación de ésta, que se presenta

granulada, lo que se favorece con un contenido ligeramente superior de materia seca.17

3.2.8.1.1 Principales características

a) Color: Pueden variar del blanco la crema.

b) Sabor: Casi insípido, característico y nunca repugnante.

c) Estabilidad: Manteniendo el bloque de levadura en una cámara a 30º C durante un

mínimo de tres días, no debe descomponerse ni desprender olores desagradables.

d) Actividad fermentativa: Será capaz de fermentar los azúcares presentes en la masa en

un tiempo de tres o cuatro horas. En la reglamentación correspondiente indica el

método estándar de determinación.

e) Humedad: no superior al 75%.

f) Pureza: no contendrá microorganismos patógenos, cargas amiláceas, ni otras materias

extrañas en la levadura.

g) Presentación: el recipiente que contenga levadura deberá llevar la fecha de envasado en

fábrica.16

3.2.8.1.2 Composición: La composición química de la levadura prensada varía en función

de la humedad y del tiempo que lleve fabricada, pero se puede dar como media un 70% de

contenido en agua. También se comercializan levaduras con una mayor cantidad de

humedad; éstas tienen aspecto de crema dependiendo del contenido en agua. Además se

obtienen levaduras secas o deshidratadas, con un contenido en humedad de entre el 7 y el

9%. Ésta se comercializa en polvo, granulado o comprimido.16

30

FIGURA 10 / COMPOSICIÓN APROXIMADA DE 100 gr

DE MATERIA SECA DE LEVADURA

ProteínaGlúcidos

GrasasMateria mineral

45 gr. 43 gr. 6 gr. 6 gr.

100 gr. de lavadura prensada contienen alrededor de 32 gr. de materia seca y 68 gr. de agua.

3.2.8.2 Levadura seca: Es el producto obtenido por la deshidratación de levaduras

seleccionadas (Saccharomyces Cerevisiae) u otras especies (diversas razas y variedades)

cultivadas en medios azucarados y nitrogenados apropiados. Puede presentarse en polvo,

granulada o comprimida. Aunque existen en el mercado dos tipos de levaduras

deshidratadas, la activa y la instantánea, es ésta última la más empleada.

Trescientos cincuenta gramos de levadura seca equivalen a un kilogramo de levadura fresca

prensada.17 3.2.8.2.1 Principales características

a) Humedad: no más del 8% de su peso. b) Cenizas sulfúricas: no más del 9%, calculado sobre materia seca. c) La materia grasa no será superior al 4%. d) La cifra de proteína total no será inferior al 50%, calculado sobre materia seca. e) Estará exenta de almidón, azucarado y sustancias extrañas.16

3.2.8.3 Levadura liquida: Formada la bebida alcohólica, en el fondo se forma un lodo

constituido por las células vegetales de levadura que al terminar la fermentación por

agotamiento de azúcar, se van depositando en el fondo del recipiente. Este lodo, que forma

31

una crema espesa, constituye la levadura Fresca o crema de levadura. Se suministra en

cisternas refrigeradas. La levadura líquida es exactamente la misma que la prensada, tal y

como se encuentra antes de la filtración y el empaquetado.17

3.2.8.3.1 Composición de la crema de levadura: La crema de levadura muestra variaciones

considerables, tanto en rendimiento como en composición según la condición de

operación.7

PRINCIPIOS INMEDIATOS CREMA PRENSADA (100%)

Agua 70 gr

Hidratos de carbono 13.3 gr

Grasas 0.8 gr

Proteínas 13.5 gr

Cenizas 2.4 gr

Vitamina B1 4 mg

Vitamina B2 3 mg

Vitamina B6 5.5 mg

Vitamina pp. 30 mg

Ácido pantoténico 20 mg

Potasio 400 mg

Sodio 15 mg

Calcio 25 mg

Magnesio 16 mg

Hierro 5 mg

Fósforo 480 mg

Azufre 50 mg

Los minerales están el 60% en combinación con el ácido fosfórico.

Cuadro 2. Composición de la crema de levadura23

32

3.2.9 Fabricación de la levadura: La fabricación de levaduras comienza con unas cepas

puras, libres de toda contaminación, denominadas células madres. El punto de partida es

una cantidad muy próxima a 1 g de células madres, a las cuales se las introduce en un

frasco con nutrientes. En este frasco, conservado a temperatura adecuada (27/30º C), al

cabo de 24 horas el número de células iniciales se habrá multiplicado por 50. Seguidamente

se añade a otro recipiente más grande donde después de otras 24 horas las levaduras se

multiplican nuevamente. A partir de este momento, comienza el proceso industrial donde la

mezcla pasa a cubas cada vez más grandes, hasta llegar, al cabo de los seis días, a una cuba

de 48 toneladas. Las primeras etapas en la elaboración transcurren sin aireación, pero en la

fase industrial las cubas tienen potentes compresores que mantienen el caldo fermentativo

bien aireado. Esta súper-oxigenación de la levadura ayuda a que se reproduzca más

rápidamente. La materia prima básica de esta fabricación es la mezcla de azúcar, la cual

contiene un 50% de azúcar y de 10 a 12,5% de materias nitrogenadas, de las cuales la mitad

son asimiladas por la levadura.16

Además en su composición hay materias minerales ricas en potasio y nutrientes

indispensables para el desarrollo de las levaduras. Dicha mezcla se obtiene del residuo de la

extracción de azúcar, presentada en forma de un líquido pastoso y que antes de ser añadida

como nutriente ha de ser esterilizada y clarificada para eliminar las materias orgánicas que

puedan contaminar el cultivo. Una vez esterilizada, la mezcla se enfría a 30º C, y se le va

añadiendo a las cubas de fermentación. Al mismo tiempo el caldo fermentativo es sometido

a una corriente de aire constante, que permite eliminar el anhídrido carbónico, para que de

este modo se desarrollen adecuadamente las células. Cuando todo el azúcar de la melaza ha

sido consumido por las levaduras, comienza la separación del mosto, por medio de

sucesivas centrífugas que la lavan y la orean. Para obtener la consistencia de levadura

comercial se necesita filtrar la crema por medio de filtros-prensas rotativos a vacío que

eliminan parte del agua, cayendo la levadura obtenida directamente a una máquina

amasadora que le da forma de barra y se corta automáticamente a la medida y peso deseado

para formar los bloques. Estos bloques se envuelven mecánicamente con papel y cada

cuatro o cinco bloques se envuelven con celofán. Formadas las bolsas, pasan a cajas de

cartón que se almacenan en cámaras frigoríficas a 2º C de temperatura.16

33

3.4 PROCESO DE FILTRACION

La filtración es la separación de una mezcla de sólidos y fluidos que incluye el paso de la

mayor parte del fluido a través de un medio poroso, que retiene la mayor parte de las

partículas sólidas contenidas en la mezcla. El medio filtrante es la barrera que permite que

pase el líquido, mientras retiene la mayor parte de los sólidos, los cuáles se acumulan en

una capa sobre la superficie o filtro (torta de filtración), por lo que el fluido pasará a través

del lecho de sólidos y la membrana de retención.25

La forma de separación depende de la naturaleza de la partícula que vaya a ser separada y

de las fuerzas que actúan sobre ella para separarlas. Las características de las partículas más

importantes a tener en cuenta son el tamaño, la forma y la densidad, y en el caso de fluidos,

la viscosidad y la densidad.26

La modalidad de filtración utilizada va a depender del tamaño de partícula, lo cual puede

resultar muy diverso según puede apreciarse en la siguiente tabla:26

Figura 11. Proceso de filtración

34

Especies Dimensiones (mm)

Levaduras y hongos 1 – 10

Bacterias 0,3 – 10

Emulsiones de aceite 0,1 – 10

Sólidos coloidales 0,1 – 1

Virus 0,03 – 0,3

Proteínas, polisacáridos (MW 104 – 106) 0,002 – 0,02

Enzimas (MW 104 – 105) 0,002 – 0,005

Antibióticos comunes (MW 300-1000) 0,0006 – 0,0012

Moléculas orgánicas (MW 30-500) 0,0003 - 0,0008

Iones inorgánicos (MW 10-100) 0,0002 – 0,0004

Agua (MW 18) 0,0002

El sistema de filtración va desde un simple colado hasta separaciones altamente complejas.

El fluido puede ser un líquido o un gas; las partículas sólidas pueden ser gruesas o finas,

rígidas o plásticas, redondas o alargadas, individuales separadas o agregados. La suspensión

de alimentación puede llevar una fracción elevada o muy baja de sólidos.

En algunos casos, la separación de las fases debe ser prácticamente completa; en otros se

desea una separación parcial, por lo que se han desarrollado numerosos filtros para las

diferentes situaciones.26

La deposición de partículas sólidas sobre el medio filtrante es mostrada esquemáticamente

en la siguiente figura. Se acepta generalmente que este tipo de filtración ocurre por un

mecanismo de acumulación de partículas y formación de “puentes” sobre la superficie de

los poros que conforman el medio filtrante. El medio filtrante juega un papel fundamental

en el inicio de la filtración y puede extenderse su influencia a la estructura y propiedades de

la torta formada.26

Cuadro 3. Tamaño de algunas partículas que se pueden filtrar

35

En la siguiente figura la suspensión a separar, se suministra al filtro a una presión P1 y se

pone en contacto con la superficie del medio filtrante. Las partículas son retenidas mientras

que el fluido puede pasar a través de los poros del medio filtrante, acumulándose las

primeras formando una torta húmeda de espesor h. Posteriormente, el fluido tendrá que

vencer la resistencia que le impone la torta más la correspondiente a la presencia del medio

filtrante. La presión en la cara posterior del medio filtrante es P2. En la medida que se

lleva a cabo este proceso, el espesor de torta (h) y el volumen de filtrado claro obtenido

(V), aumenta en el tiempo.26

Suspensión

Medio fíltrante

Torta o sedimento húmedo

Figura 12. Esquema de filtración donde se ilustran sus componentes fundamentales

h

SUSPENSIÓNFILTRADO P2

P1

Figura 13. Esquema donde se ilustran los componentes principales de la filtración con formación de torta..

SEDIMENTO O TORTA

36

3.4.1 Formas de llevar a cabo el proceso: En dependencia de la forma empleada para

suministrar la suspensión al filtro, se tiene procesos a:

3.4.1.1 (-∆p) constante. Proceso de filtración al vacío. Alimentación con bomba

centrífuga de curva plana. Procesos llevados a cabo suministrando aire comprimido al

tanque de almacenamiento de la suspensión. Para una suspensión determinada en un filtro

dado, la variable principal que se puede controlar, es la caída de presión, en la que si la

diferencia de ésta es constante, la velocidad de flujo es máxima al comienzo de la filtración

y disminuye continuamente hasta el final; este método es llamado filtración a presión

constante.

3.4.1.2 Velocidad o flujo volumétrico constante. Se alimenta la suspensión con una

bomba volumétrica (rotatoria, dosificadora de manguera flexible, etc.). Al comienzo de la

filtración, con frecuencia la resistencia del filtro es grande comparada con la resistencia de

la torta, ya que ésta es delgada. En estas circunstancias la resistencia ofrecida al flujo es

prácticamente constante, por lo que la filtración transcurre a velocidad casi constante. A

través de relaciones matemáticas se puede obtener la cantidad de líquido que ha pasado por

el filtro, la caída de presión necesaria para obtener cualquier velocidad de flujo deseada y

además determinar la resistencia de la torta de filtración.

3.4.1.3 Velocidad (o flujo) y (-∆p) ambos variables. Se alimenta la suspensión mediante

una bomba centrífuga.26

37

Vel

ocid

ad c

onst

ante

Pre

sión

(-∆p

)

(-∆p) constante

(-∆p) y

velocidad

variables

3.4.2 Compresibilidad de la torta: En las tortas obtenidas por filtración, la resistencia

específica de ésta, varia con la caída de presión producida a medida que ésta se deposita;

esto se explica porque la torta se va haciendo más densa a medida que la presión se hace

mayor y dispone por ello de menos pasadizos con un tamaño menor para que pase el flujo.

Este fenómeno se conoce como compresibilidad de la torta. Tortas muy compresibles serán

aquellas que derivan de sustancias blandas y floculentas, en contraste con sustancias duras

y granulares, como el azúcar y los cristales de sal, que se ven muy poco afectados por la

presión (la velocidad es independiente de la presión).25

3.4.3 Pautas para mejorar la filtración

Temperatura: Al elevar la temperatura disminuye la viscosidad del líquido que se

filtra y con ello en muchos casos se consigue una mejor velocidad de filtración.

Presión: Por aumento de la presión también se puede incrementar la velocidad a la

que el filtrado atraviesa la torta de filtración. La caída de presión necesaria se puede

alcanzar ya sea antes del filtro por la altura de la columna del líquido mismo o por

presión adicional, o bien del lado del filtrado por disminución de la presión (vacío).

Figura 14. Formas de llevar a cabo el proceso de filtración.

38

Agentes auxiliares d la filtración: El agregado de agentes auxiliares de filtración

que no reaccionen con la suspensión evita la formación de una torta de filtración

con una estructura menos compacta. Como agentes auxiliares de filtración se usan,

entre otros: Tierras de infusorios, asbesto, cuarzo, celulosa, etc.

Disminución del espesor de la torta de filtración.

Variación del pH.29

3.4.4 Factores de los cuales depende la velocidad de la filtración: Los factores más

importantes de que depende la velocidad de filtración serán entonces:

• La caída de presión desde la alimentación hasta el lado más lejano del medio

filtrante.

• El área de la superficie filtrante.

• La viscosidad del filtrado.

• La resistencia de la torta filtrante.

• La resistencia del medio filtrante y de las capas iniciales de torta.

• Las partículas muy finas o incluso coloides, forman una torta de filtración muy

compacta que dificulta la filtración.

• Las partículas gruesas y cristalinas, en cambio, forman una torta porosa y se dejan

filtrar con facilidad.

• Las partículas cristalinas redondas o esquinada se filtran bien. Por el contrario, las

partículas laminares se depositan una sobre otra dificultando el paso del líquido a

filtrar.

Las partículas mucilaginosas y pegajosas obstruyen los poros del material de filtración.

La torta de filtración puede llegar a hacerse impenetrable.29

39

3.4.5 Necesidades para una filtración

Medios filtrantes o agentes de filtración.

Aparato de filtración.

Materiales auxiliares para la filtración.

3.4.5.1 Medios filtrantes o agentes de filtración

3.4.5.1.1 Selección: La elección de los medios de filtración es con frecuencia la

consideración más importante para asegurar el funcionamiento satisfactorio de un filtro. Se

debe escoger primordialmente por su capacidad para retener los sólidos que se deben

separar del fluido.29

a. Para la filtración de torta: La selección resulta casi siempre en una solución de término

media entre los siguientes atributos:

1. Propensión mínima a las purgas: Capacidad de retener los sólidos sobre sus

poros con rapidez.

2. Propensión mínima a los atascamientos: Velocidad baja de arrastre de sólidos

dentro de sus intersticios.

3. Velocidad elevada de producción: Resistencia mínima al flujo de filtrado.

4. Resistencia a los ataques químicos.

5. Resistencia para sostener la presión de filtración.

6. Resistencia aceptable al desgaste mecánico.

7. Capacidad para descargar torta con facilidad y limpieza.

8. Capacidad para conformarse mecánicamente al tipo de filtro, con el cual se

utilizará.

9. Costo mínimo.

b. Para la filtración con medios de filtro: Se aplican los atributos 3, 4, 5, 8 y 9 de la lista

anterior y es preciso agregarles:

1. Capacidad para retener los sólidos requeridos.

40

2. Libertad de descarga de pelusa.

3. Capacidad para no atascarse con rapidez (larga duración). 29

3.4.5.1.2 Materiales de fabricación: Los medios de filtro se fabrican de algodón,

polímeros sintéticos, vidrio, asbesto, celulosa, metales y otros materiales que forman fibras,

de carbono, metal, retazos, polímeros sintéticos y otros sólidos porosos o perforados y de

arenas otros sólidos en partículas, capaces de formar un lecho filtrable.29

Para la filtración de torta, el tipo más común de media es el de textiles tejidos de algodón

o fibras sintéticas. Además del material del que se hacen las hilazas, se utilizan ciertas

características de construcción para describir Las telas de filtros:

1. Tejido: Se pueden hacer con cualquier fibra textil naturales o sintética. Entre los

muchos disponibles, sólo se utilizan 4 de ellos como medios de filtración:

o Tejido liso (cuadrado): Los hilos cruzados se tejen por encima y por debajo

de Los hilos largos, en forma alterna.

o Sarga: Se caracterizan por su aspecto diagonal.

o Tejido de cadena: La tela resultante tiene características intermedias a las de

las lonas y las sargas.

o Satín: Similar a las sargas, con hilos flotantes. El resultado es una tela de

cara lisa sin el aspecto diagonal de una sarga.

2. Estilo: número arbitrario que asigna coda fabricante.

3. Conteo: número de hilos por pulgada en cada dirección, expresándose primero el de

los hilos largos.

4. Peso (en onzas por yarda cuadrada): Las telas de peso elevado y conteo bajo,

constituyen las telas más fuertes, pero en general tienden a atascarse y retener

sólidos gruesos.

5. Pliegues: Número de pequeñas hilazas torcidas juntas para constituir el hilo final.

6. Número de hilaza. peso del filamento original torcido (raramente constituye un

factor a tener en cuenta para el usuario).29

41

3.4.5.1.3 Otros medios de filtración: Telas metálicas de varios tipos de tejido en

níquel, cobre, latón, bronce, acero, aluminio y aleaciones. Los metales también se utilizan

en la forma de medios porosos rígidos.

• Medios fibrosos no tejidos para filtro, que se emplean hasta que fallen y luego se

descartan.

• Los filtros prensados y la barra de algodón se utilizan para filtrar partículas

gelatinosas. Las tramas no tejidas se utilizan para fines similares.

• Pulpas y papeles de filtro: retienen sólidos muy finos y aclaran soluciones.

• Lechos granulares: filtros de arena y carbón, para filtrar agua y soluciones químicas.

• Placas filtrantes de arcilla, cuarzo, vidrio, tierra de diatomeas de determinado

tamaño de grano, entre otros. Estos materiales granulados se compactan y se unen

con la ayuda de aglutinantes para formar placas o tubos de diferente porosidad.29

La resistencia del material del filtro y la de la capa preliminar de la torta, se combinan en

una sola resistencia, que se conoce como resistencia del filtro y que se expresa en función

de un espesor ficticio de torta de filtración; este espesor se multiplica por la resistencia

específica de la torta, obteniéndose así el valor numérico de la resistencia del filtro.

En relación con la resistencia que ofrece el medio de filtración, se sabe que la diferencia de

presión, y tal vez la velocidad de flujo lo afecten; además un medio filtrante viejo y usado

tiene una resistencia mucho mayor que uno nuevo y limpio. Esta resistencia del medio es

considerada constante porque generalmente sólo es importante en los primeros instantes del

proceso, de esta manera puede ser determinada a partir de datos experimentales.29

3.4.5.2 Aparatos utilizados en filtración: Los aparatos que se utilizan en filtración,

constan básicamente de un soporte mecánico, conductos por los que entra y sale la

dispersión y dispositivos para extraer la torta. La presión se puede proporcionar en la parte

inicial del proceso, antes del filtro o bien se puede utilizar vacío después del filtro, o ambas

a la vez, de forma que el fluido pase a través del sistema. La mayoría de los filtros

industriales operan a vacío o a presión, es decir, operan a presión superior a la atmosférica.

42

También son continuos o discontinuos, dependiendo de que la descarga de los sólidos sea

continua o intermitente. Durante gran parte del ciclo de operación de un filtro discontinuo

el flujo de líquido a través del aparato es continuo, pero debe interrumpirse periódicamente

para permitir la descarga de los sólidos acumulados. En un filtro continuo, tanto la descarga

de los sólidos como del líquido es interrumpida cuando el aparato está en operación. 29

Termodinámicamente, un filtro es un sistema de flujo. Por medio de una diferencia de

presión aplicada entre la entrada de la suspensión y la salida del filtrado, la suspensión

circula a través del aparato, en el cual se depositan los sólidos presentes en el flujo,

formando un lecho de partículas, por el que debe seguir circulando la suspensión a filtrar.

El filtrado pasa a través de tres clases de resistencia en serie: 20

1. Las resistencias de los canales que llevan la suspensión hasta la cara anterior de la

torta, y el filtrado desde que sale del medio filtrante.

2. La resistencia correspondiente a la torta.

3. La resistencia correspondiente al medio filtrante.

Con respecto a la distribución de la caída global de presión, por ser éste un flujo en serie, la

diferencia de presión total en el filtro puede igualarse a la suma de las diferencias de

presión individuales. En un filtro bien diseñado las resistencias de las conexiones de

entrada y salida son pequeñas y pueden despreciarse en comparación con la resistencia de

la torta y del medio filtrante. Al incrustarse las primeras partículas en las mallas del medio

filtrante, se produce una resistencia adicional que afecta al flujo posterior.20

La resistencia total que se establece sobre el medio, incluyendo la de las partículas

incrustadas, se llama resistencia del medio filtrante y es importante durante los primeros

momentos de la filtración. La resistencia que ofrecen los sólidos, y que no se debe al medio

filtrante, se llama resistencia de torta. La resistencia de la torta es cero al iniciar la

filtración, a causa de la deposición continua de sólidos sobre el medio, esta resistencia

aumenta continuamente con el tiempo de filtración.20

43

3.4.5.2.1 Clasificación de filtros según sus características

3.4.5.2.1.1 Por la fuerza impulsora: Se induce el flujo del filtrado por el septo (tabique

que divide una cavidad), mediante la carga hidrostática (gravedad), presión sobre

atmosférica aplicada corriente arriba del septo, presión subatmosférica aplicada corriente

abajo del septo, o fuerza centrifuga a través de éste último.

3.4.5.2.1.2 Por el mecanismo de filtración

a. Filtración de tortas: Los sólidos filtrados se detienen en la superficie del medio y se

amontonan unos sobre otros para formar una torta de espesor creciente.

b. Filtración de media filtro: (Filtración de bloqueo, superficial, de profundidad y

micrónica, clarificación, cuando las partículas retiradas son extremadamente

pequeñas, ultrafiltración). Los sólidos quedan atrapados dentro de los poros o del

cuerpo del medio.

3.4.5.2.1.3. Por la función: La meta puede ser la obtención de sólidos secos (la torta es el

producto de valor), líquido clarificado (el filtrado es el producto valioso) o ambas cosas. Lo

primero se logra sólo mediante la filtración de tortas; pero la clarificación se realiza tanto

en las operaciones de torta, como de media de filtración.

3.4.5.2.1.4 Por ciclo operacional: Los filtros pueden ser intermitentes por lotes o

continuos.

3.4.5.2.1.5 Por la naturaleza de los sólidos

a. De 1 a 10 micros y mayores: La mayoría de Las filtraciones incluyen sólidos

de ésta gama de tamaños.

b. De 1 micra hasta las dimensiones de las bacterias o, incluso, las moléculas grandes: sólo

se pueden filtrar mediante la filtración de media filtro o ultrafiltración.

44

Estos métodos de clasificación no se excluyen mutuamente. Los filtros se dividen

primeramente en los dos grupos de equipos de torta y clarificación, a continuación en

grupos de máquinas que utilizan la misma fuerza impulsora y luego, en las clases par lotes

o continuos.29

3.4.5.2.2 Clasificación de filtros según su tipo

1. FILTROS DE ARENA: Abiertos

A presión

2. FILTROS PRENSA:

de cámaras

de platos y marcos:

con lavado

sin lavado

salida del producto abierta

salida del producto cerrada

3. FILTROS DE HOJAS: Moore

Kelly

Sweetland

4. FILTROS CONTINUOS: Rotativo

Horizontales

3.5 FILTRO PRENSA

Discontinuo de presión: En estos se coloca una tela o una malla sobre placas, de manera

tal que sean los bordes los que soporten a la tela y al mismo tiempo dejen debajo de la tela

un área libre lo más grande posible para que pase el filtrado. Las placas se disponen con

mayor frecuencia verticalmente, para así disponer de un área suficiente para la operación

que se trate, estas placas son varias y se encuentran apretadas por tornillos o una prensa

hidráulica; estas placas se disponen en paralelo. Al circular la suspensión, la torta se forma

45

en el lado más alejado de la placa, parte que se conoce con el nombre aguas arriba de la

tela.20

En los primeros instantes de la filtración, la caída de presión en la tela es pequeña y el

proceso ocurre a velocidad aproximadamente constante. A medida que transcurre el

proceso y, por tanto, crece la torta húmeda, el proceso transcurre a presión constante,

situación que perdura en la mayor parte del ciclo de filtración. Una vez que el espacio

disponible entre dos placas sucesivas se ha llenado con torta, es necesario desarmar la

prensa y extraer la torta.20

3.5.1 Tipos de filtro prensa: Filtros prensa de cámaras y filtros prensa de placas y marcos.

3.5.1.1 Filtros prensa de cámaras: El tipo de filtro prensa más sencillo y más barato, es

conocido como de cameras o filtro prensa de platos huecos. En la figura 15, se representa

una vista frontal del plato. Una cabeza fija pesada de fundición va montada sobre un marco

adecuado que lleva las conexiones necesarias de tuberías. Saliendo de esta cabeza hay dos

barras horizontales, soportadas por el otro extremo del marco. Estas barras soportan los

platos de la prensa por medio de orejas A. Los platos son normalmente de fundición y

tienen de 30 a 90 cm de diámetro por 12 mm de espesor, con un borde elevado de 10 a 25

mm. Pueden ser cuadrados o redondos. Poseen una estructura reticulada para soportar la

tela filtrante y permitir la circulación del líquido de filtrado.20

En el centro de cada plato va un agujero, que está alineado con una conexión de la cabeza

de la prensa y por el que se introduce la alimentación. Sobre cada plato va colocada una tela

de tejido filtrante con un agujero cortado en el centro. El tejido filtrante se ajusta al plato en

este punto por media de los anillos B llamados ojales que pueden ir atornillados o

inmovilizados por un retén de bayoneta. De esta forma el tejido filtrante cae hacia abajo de

manera que queda saliendo alrededor del plato. Cuando todos los platos se han armado en

la forma indicada, se coloca un plato especial al final y se prensa el conjunto fuertemente

por media de un tornillo o mediante un dispositivo de presión hidráulica. Las telas filtrantes

sirven de junta entre platos adyacente.20

46

Si, el líquido que se quiere filtrar, se bombea a través de la conexión que está en el centro

de la cabeza de la prensa, se llenará todo el espacio que hay entre las telas. A medida que se

bombea material, el filtrado pasa a través de las telas, corre hacia abajo por las

ondulaciones que existen sobre las caras de los platos y escape a través de los agujeros C,

efectuados en la parte inferior de los platos, que conectan con una salida exterior, y que

normalmente descarga en una artesa abierta. Bajo presión, las telas son forzadas contra la

cara de plata. La cámara formada entre los platos por los bordes salientes, es el volumen

disponible para la formación de la torta. Por consiguiente, el saliente de los bordes se

determina por el espesor de la torta a través de la cual se puede hacer pasar el filtrado con

una presión razonable. Cuando se ha acumulado suficiente cantidad para llenar las cámaras,

se afloja el tornillo de cierre, se desliza hacia atrás el plato final por los carriles soportes, se

separan los platos y se descargan las tortas. Pueden encontrarse muchas variantes del tipo

descrito anteriormente. La alimentación puede introducirse por un canal a lo largo de un

lado de los platos en lugar de hacerlo par el centro. Las conexiones de descarga pueden, ir

unidas a una tubería cerrada en lugar de descargar a una artesa abierta. Ninguno de estos

cambios, sin embargo, afecta al método de trabajo.29

Figura 15. Vista frontal de un plato. Filtro prensa de cámaras

47

El filtro prensa de cámara no es apto para el lavado de las tortas, es difícil efectuar una

descarga limpia de las mismas y más importante aún, el desgaste de las telas filtrantes es

muy grande.20

3.5.1.2 Filtros prensa de placas y marcos: Entre los filtros prensa de placas y marcos se

pueden diferenciar dos variantes en cuanto al servicio que prestan. Ellos son:

• Filtro prensa sin lavado.

• Filtro prensa con lavado.

3.5.1.2.1 Filtros prensa de placas y marcos. Sin lavado: Un tipo de filtro más satisfactorio

y mucho más flexible es el filtro prensa de placas y marcos (algunas veces llamado plato

embutido). Este se compone de placas muy ligeramente rebordeadas y de marcos huecos,

montados alternativamente en el tipo de estructura que se emplea para el filtro de cámaras.

Al montar el filtro prensa se coloca en cada placa una tela filtrante, que no se monta sobre

los marcos. Estas telas filtrantes tienen unos agujeros que coinciden con Las conexiones de

la placa y marcos, de forma que cuando se ha montado el filtro, estas aberturas forman un

canal continuo de longitud total a la del filtro y coinciden con las conexiones

correspondientes de la cabeza fija. Los canales se comunican con el interior del filtro

únicamente en los marcos.20

Figura 16. Filtro prensa de placas y marcos

48

En el fondo de las placas hay unos agujeros que conectan a llaves individuales (descarga

abierta). Con este sistema se puede controlar la filtración en cada una de las cavidades

filtrantes al examinar el líquido de filtrado. Si no existen los agujeros con las llaves, el

líquido se extrae por el cabezal fijo del filtro (descarga cerrada) y se aplica cuando los

líquidos son tóxicos, volátiles o explosivos; pero no se puede controlar la filtración frente a

una rotura de las telas.

A medida que se bombea el material que ha de filtrarse a través del canal de alimentación

los marcos se van llenando y se eleva la presión.20

3.5.1.2.2 Filtros prensa de placas y marcos. Con lavado: Existen dos clases diferentes de

placas. Una de ellas es como la anterior y la nueva tiene una conexión al canal de lavado.

Además las dos placas y el marco forman, al estar prensados, dos canales: uno de

alimentación y otro de lavado.

Con el objetivo de diferenciar estas dos clases de placas y también los marcos, es una

práctica universal la fabricación de los filtros prensa fundir pequeños resaltes en el exterior

de las placas y marcos para guiar al operario al montar el filtro. La prensa se monta de tal

manera que el orden de los botones sea 1-2-3-2-1-2-3-2-1 etc. Los diferentes canales se

Figura 17. Placas y marco de un filtro prensa sin lavado

PLACA

MARCO

49

unen a las conexiones de la cabeza durante la filtración, el canal de lavado esta cerrado por

una válvula situada en la cabeza de la prensa.20

La filtración se efectúa como se ha explicado anteriormente para el filtro sin lavado.

Cuando la filtración ha alcanzado el limite práctico y se ha formado una torta compacta y

bien formada, se cierra la conexión de alimentación y las válvulas de salida de todos las

placas de tres botones y se introduce agua por el canal de lavado. Estos canales de lavado

están conectados con las dos caras de las placas de tres botones. El agua entra por lo tanto

entre cada placa y su tela filtrante, pero como la salida de las placas de tres botones se ha

cerrado, el líquido de lavado pasa a través de la torta, cae por las caras de las placas de un

botón y sale a través de las llaves de descarga que han quedado abiertas en las placas de un

botón.

Es obvio que pueden no existir las conexiones entre el canal de lavado y las caras de los

platos de un solo botón. El agua de lavado pasa a través de la totalidad del espesor de la

torta, mientras que durante la filtración el filtrado pasa a través de sólo la mitad del espesor

de la torta. Teóricamente, esta resistencia adicional de la torta originará que el agua se

distribuya uniformemente sobre las caras de las placas de tres botones y que, por tanto, pase

uniformemente a través de la torta. A pesar de esto, el lavado es mucho mejor en Las

proximidades de la entrada del agua. En consecuencia, muchos filtros prensas con lavado

están provistos de dos canales de lavado situados en esquinas opuestas diagonalmente. Se

lava el filtro primero a través de un canal y después a través del otro.

Si el filtro de placas y marcos con lavado está dispuesto también para que el filtrado salga

en forma cerrada, deben preverse dos canales de descarga separados, puesto que las placas

de tres botones han de ponerse fuera de ser vicio durante el lavado.

El filtro prensa también puede construirse con canales de forma que pueda calentarse o

enfriarse.

En los filtros prensa de los diferentes constructores puede encontrarse una gran variedad de

detalles; estas variaciones son solamente estructurales y la comprensión de la operación de

un filtro prensa hará que la identificación de cualquiera de ellos sea una cosa sencilla.20

50

3.5.2 Materiales de construcción: Usualmente se construyen de fundición, aluminio o

acero inoxidable. Se concibe que pueden construirse de cualquier metal que funda, pero de

hecho la mayor parte de estas construcciones son muy caras para ser prácticas. Las placas y

marcos recubiertos de plomo goma pueden emplearse para filtrar líquidos que ataquen a la

fundición, y se dispone de filtros prensa completamente construidos con madera.29

El medio filtrante más corriente es cualquiera de Los tejidos de algodón. Pueden utilizarse

varios tipos de tejidos desde la ligera tela para sábanas hasta la pesada franela o incluso

arpillera. En la filtración de algunos aceites se utilizan hojas de papal en lugar de telas, pero

no soportan cualquier presión, sino sólo baja presiones y deben siempre colocarse con un

tejido fuerte de soporte. Puede disponerse de telas de hilos metálicos suficientemente finas

para Las necesidades de la filtración, pero rara vez se utilizan.29

Figura 18. Placa y marco de un filtro prensa con lavado.

51

3.5.3 Algunas definiciones

Ciclo: Se define como el tiempo total que tarda realizar los siguientes pasos:

comprimir, vaciar, limpiar, recargar y presionar un filtro prensa; la filtrar y lavar

con agua y/o con vapor.

Superficie filtrante: La superficie filtrante es igual a las superficies útiles que

presentan, al paso de los jugos turbios, las telas interpuestas.

Presión de filtración: La velocidad de filtración depende de la presión a la cual se

pone el jugo en el interior del filtro. Esta presión esta dada por la bomba. La presión

es normalmente de 3 a 4 Kg/cm2. Puede descender hasta 2 Kg/cm2 en los casos más

favorables y subir hasta 4.5 Kg/cm2 en el momento del lavado y en los casos

desfavorables.

Presión de cierre: El tornillo de cierre o la presión hidráulica deben ser capaces de

equilibrar la presión total del jugo y además dar un cierre suplementario que asegure

el aislamiento del aparato y evite las fugas del jugo entre los marcos y las placas.

Generalmente se calcula que la presión dada por el dispositivo de cierre deber ser

por lo menos superior en el 50% a la presión del jugo.

Peso de la torta producida: Los filtro dan alrededor de 4 o 5 Kg de la torta por m2

de superficie filtrante por hora.

1. Torta: Cuando la filtración es buena las tortas son porosas, cuando es mala, son

semilíquidas y delgadas.

2. Humedad: El contenido de humedad depende evidentemente del estado de la

torta. Cuando las tortas son buenas, son secas, el contenido de humedad varia

del 50 al 60%, cuando son semilíquidas llegan al 70%.27

52

4. CALCULOS DEL SISTEMA DE FILTRACIÓN

4.1 Descripción del sistema de filtración actual

El equipo de filtración consiste en un par de filtro prensa de marcos y placas, los cuales

están diseñados para operar con un batch de 3 horas cada filtro, para tratar una solución

alcohólica con contenido de levadura al 20%. Fueron suministrados por la empresa

PROTÓN Ltda., con las siguientes especificaciones: modelo: PP-1000-22, año: 1.994, N°:

294091, N° de placas: 22, área total de filtración: 35.2 m2, volumen de sólidos total (torta):

1030 litros/batch, 4210 mm de largo, 1400 mm de ancho y 3200 Kg. de peso aprox. Las

lonas son en poliéster con una retención de 7 micras.

Estos filtros, al igual que la tubería de conducción se encuentran en buen estado, a pesar de

tener más de 4 años sin operar.

La levadura a filtrar se encuentra almacenada en un tanque (en acero inoxidable con

agitación mecánica) y desde éste por la línea de tubería (en acero) existente, es enviada al

filtro mediante una bomba centrífuga de 1,5 HP de potencia, 100 gal/min, 50 pies de

presión y un motor de 1750 RPM, cuya referencia en el proceso es la P-405 A/B.

La presión en la entrada y salida es medida con la ayuda de un manómetro tipo Bourdon, la

suspensión a filtrar consiste en una crema de levadura con 22-24% de sólidos. El líquido

filtrado es recolectado en un tanque horizontal en acero inoxidable. Transcurrido un tiempo

adecuado (3,5-4,0 horas) y cuando se observa que ha disminuido notablemente la velocidad

de filtración, se abre el filtro y se descargan las tortas depositadas en los marcos.

53

4.2 Procedimiento experimental

Pasos importantes:

1. Revisión, mantenimiento y reparación del sistema de filtración (filtro prensa, lonas

de filtración, bomba y líneas de conducción): Se sometió dicho sistema a una

revisión por parte de los mecánicos del área de destilación, estos realizaron los

arreglos y ajustes necesarios para asegurar el buen funcionamiento durante la fase

experimental.

2. Definición de las corridas realizadas (Proceso de filtración): Se partió de la

realización de 10 ensayos, considerando que eran necesarios para la recolección de

la información necesaria en los cálculos del sistema de filtración. Después de

iniciados los ensayos no se noto cambio significativos entre las variables de proceso

de un ensayo y otro, razón por la cual se decidió suspender los experimentos en el

ensayo N° 7. La información de estos ensayos fue organizada, tabulada y analizada,

para luego concluir, que solo 3 de estos 7 experimentos presentaban cambios

realmente significativos en sus variables, eligiendo así, estos como los datos

representativos para el calculo y análisis del sistema de filtración. (Cuadros 5, 6, 8,

9, 11, 12)

Filtración a presión constante

1. Verificar que todas las válvulas de las placas estén cerradas.

2. Acomodar los marcos y las placas de tal forma que estén alternadas y permitan que

el fluido pase por los conductos. Asegurarse que la marca que tienen estos coincidan

perfectamente unos con los de los otros.

54

3. Colocar una lona a cada lado de los marcos de manera que los huecos de las lonas

coincidan perfectamente con los de los marcos.

4. Aplicar presión a los marcos y placas mediante el volante de ajuste.

5. Agitar el tanque de alimentación (encender agitador)

6. Operar las válvulas y prender la bomba de tal forma que se utilice el sistema de

recirculación, sin que entre líquido al filtro. Esto es para ayudar a la uniformidad de

concentración en el tanque de alimentación.

7. Tomar la concentración de levadura en la solución (% peso), pH, densidad y

viscosidad de la suspensión.

8. Abrir la válvula de descarga al filtro

9. Fijar una presión de operación y empezar la toma de tiempos en cuanto salga el

líquido filtrado.

10. A volúmenes constantes medir el tiempo de recolección.

11. Medir densidad, viscosidad y pH del filtrado colectado de esta forma.

12. Continuar las mediciones hasta tomar de 15 a 20 datos V/t vs. t

13. Descargar y pesar la torta

14. Tomando una muestra representativa de la torta obtenida en el proceso, determinar

su humedad aproximada, espesor, densidad, volumen.

Figura 19

55

Caída de presión total (∆p).

La caída de presión ∆P se mide como la presión de entrada al sistema de filtración y a la salida del filtro o presión de descarga. Instalan los manómetros a la entrada y salida del filtro.

4.3 Precauciones:

Evitar la agitación muy cercana al filtro porque podría impedir la formación de la

torta.

Cuidado con el agitador, asegurarse que la hélice esté completamente sumergida y

evitar que el motor se sobrecaliente.

Registrar presión de operación, densidad de la suspensión, número de marcos, peso

y humedad de la torta, caída de presión total.

Para evitar que un indicador del manómetro vibre demasiado, cerrar un poco la

válvula que se encuentra antes del medidor, hasta la posición en que el valor que

registra quede inmóvil, sin que por esto se cierre el flujo.

Procurar tener cuidado a la hora de manejar al volante de ajuste, no se acerque al

contacto eléctrico y así evitar algún accidente.

Al terminar proceso se deberá dejar el equipo y el área de trabajo lo mas limpio

posible.

56

Figura 20. DIAGRAMA DE UN SISTEMA DE FILTRACIÓN (FILTRO PRENSA)

57

4.4 Descripción de las variables del proceso

Variables controladas (Manipuladas): Entre estas variables se encuentran aquellas

que sus valores son conocidos, por ser propias de las especificaciones de los equipos y

aquellas que se le dieron valores fijos durante la practica.

Número de marcos del filtro: Especificación propia del filtro prensa.

Área total de filtración (AT): Especificación propia del filtro prensa.

Área de filtración (AFILTRACION): Especificación propia del filtro prensa.

Volumen de la torta (VTORTA): Correspondiente al volumen del marco del filtro

prensa. Se asumió (por experimentos de prueba realizados con anterioridad) que

la torta formada ocupa todo el volumen disponible del marco.

Presión de ajuste: Ajuste mecánico del filtro prensa (tornillo mecánico).

Variables no controladas (Perturbaciones): Entre estas variables se encuentran

aquellas que sus valores son conocidos, pero que dependen de la fermentación, ya

que la crema de levadura es un producto de esta y de los procesos de separación a

los que es sometido el vino producido durante dicho proceso de fermentación. Estos

valores fueron dados directamente por los sensores del proceso y otros por

procedimientos en el laboratorio.

Temperatura de operación: Corresponde a la temperatura a la cual se envía la

crema

de levadura al proceso de filtración.

pH de la crema de levadura, sólidos contenidos en la crema de levadura (CS),

densidad (ρS) y viscosidad (µS) de la crema de levadura, densidad de la levadura

fresca (ρSS),

Variables medidas de salida: Entre estas variables se encuentran aquellas que sus

valores fueron conocidos directamente por medidores.

Peso de la torta: Después de terminado el proceso de filtración y descargadas los

tortas formadas, se tomaron 3 tortas al azar y utilizando una balanza industrial

58

fueron pesadas individualmente y luego se tomo un valor promedio de los tres

obtenidos (si el peso obtenido presentaba variación significativa).

Espesor de la torta: Correspondiente al grosor de la torta, medido utilizando un

metro.

pH del filtrado: Variable medida utilizando un pHmetro disponible durante la

practica

Viscosidad del filtrado: Medida con un viscosímetro

Variables de salida no medidas: Entre estas variables se encuentran aquellas que sus

valores fueron conocidos mediante el cálculo de correlaciones o ecuaciones.

Humedad de la torta: Mediante análisis en el laboratorio (Anexo A)

Densidad de la torta: Fue calculada mediante la ecuación VM=ρ , que

correlaciona el

peso de una muestra de la torta formada con su volumen correspondiente

(volumen desalojado).

Área de la torta: Fue calculada mediante la ecuación LLA *= , que

correlaciona los lados (medidos con metro)de una torta formada.

Densidad del filtrado: Fue calculado mediante la formula VM=ρ , que

correlaciona el peso y el volumen de la muestra de filtrado compuesta

recolectada durante la practica.

Volumen del tanque de almacenamiento: Se calculó utilizando las formulas

HrV ** 2π= y HrV **3

2π= , que correlaciona el radio del tanque y la

altura (dependiendo de las secciones cilíndrica y cónica del tanque).

Otras variables: Fracción hueca o porosidad (ε ), masa de sólido por volumen de

filtrado (w), volumen de una torta ( TORTAV ), Volumen total de las tortas

formadas ( [ ]TOTALTORTAV ), cantidad de sólido contenido en una torta (M), masa de

suspensión en que está contenida M ( SM ), Volumen de suspensión en que esta

contenido SM ( SV ), Cantidad de sólidos totales contenidos en las tortas

59

formadas ( TOTALM ), Masa de suspensión en que están contenidos TOTALM

( [ ]TOTALSM ), Volumen de suspensión en que esta contenida [ ]TOTALSM ( [ ]TOTALSV ),

Volumen de filtrado V por cada placa, TOTALV totales. Estas variables fueron

calculadas siguiendo el algoritmo de la filtración.

Las variables correspondientes al filtrado, fueron tomadas para una muestra compuesta

representativa formada de la siguiente manera: 1. El filtrado fue recolectado en canecas de 20

galones en volumen. 2. Se tomaron muestras de 500 ml de filtrado por cada caneca

recolectada. 3. Se mezclaron las muestras de cada caneca obteniendo así, la muestra

compuesta de filtrado a utilizar en la práctica.

4.5 Filtro prensa

4.5.1 Modelo matemático

Ec. General de la filtración

mediotortta

ctotal

medio

cmedio

torta

ctorta

rrgP

rgP

rgP

ddV

A +∆

=∆

=∆

=θ

1 (1)

Resistencia del medio filtrante

Se considera que permanece constante y se representa por:

mm Rr µ= (2)

Es una fracción muy pequeña de la resistencia total y representa la resistencia ofrecida por

el medio con los poros parcialmente obstruidos por el material a filtrar, por lo cual es

bastante mayor que la ofrecida por el medio filtrante completamente limpio.

60

Resistencia de la torta

La resistencia de la torta depende del espesor y la naturaleza de la torta, y ha de expresarse

teniendo en cuenta que aumenta intensivamente con el transcurso de la filtración por ir

aumentando el espesor.

KLRr torta

Tt µµ == (3)

El espesor de la torta, Ltorta o simplemente L, es una variable que no puede determinarse

con exactitud en la practica de la filtración, como es proporcional al volumen filtrado,

puede expresarse en función de este.

La masa de sólido depositada sobre el filtro será igual a la masa de sólido que estaba

contenida en el volumen V de filtrado mas la masa de sólido contenida en el volumen de

suspensión retenida por la torta; es decir,

Ms

sms

sVs

sLAs

sVM−−

+−

=−

+−

=1

)1(111

ρρερ (4)

o, VwVms

sM =−

=1

ρ (5)

ρ = densidad del filtrado

s = fracción másica del sólido en la suspensión (Kg sólido/ Kg de suspensión)

atortahumedatortam

sec__

=

w = masa de sólido referida al volumen de filtrado.

La masa de sólido depositada sobre el filtro vendrá da por:

sLAM ρε)1( −= (6)

Siendo ρs la densidad del sólido.

Igualando las expresiones (5) Y (6), y despejando L, se tiene:

61

wVA

Vms

sA

Ls ρε

ρρε )1(

11)1(

1−

=−−

= (7)

El valor de K despejado de la ecuación

LPg

KddV

Ac

µθ∆

=1 (8)

El valor de K es:

22

3

)1(1

εε

−=

okSK (9)

Sustituyendo en (3)

3

22 )1()1( ε

ερε

−−

== o

sT

kSA

wVKLR (10)

Las propiedades que dependen de las características de la torta se pueden incluir en un

factor definido por la expresión:

)1(1)1(

3

2

ερερε

α−

=−

=ss

o

KkS

(11)

Denominada RESISITENCIA ESPECIFICA DE LA TORTA (de dimensiones L/M), y

representa la resistencia ofrecida por la unidad de masa de torta seca depositada sobre la

unidad de área de sección norma al flujo a través de la torta.

Sustituyendo el valor de α en la ecuación (10) resulta:

AM

AwVR T

αα== (12)

Siendo las dimensiones de RT (resistencia de la torta /viscosidad del filtrado) 1/L.

62

Sustituyendo valores en la ecuación (1) resulta

+

∆=

m

c

RA

wVPg

ddV

A αµθ1 (13)

La resistencia del medio fíltrante puede expresarse en función de la resistencia ofrecida por

una capa hipotética de torta que corresponda al volumen Ve de filtrado necesario para

formar esa torta hipotética; es decir

AM

AwV

msAsV

R eeem

αααρ==

−=

)1( (14)

Siendo Me la masa de sólido depositada por el volumen Ve.

Sustituyendo estos valores en la ecuación (13), queda:

( ) ( )e

c

e

c

MMA

Pg

VVA

wPg

ddV

A +

∆=

+

∆= µαµαθ

1 (15)

Tortas compresibles e incompresibles

El valor de α definido en la ecuación (11) no permanece constante a lo largo de l proceso

de filtración, ya que tanto SO como ε dependen de la presión aplicad sobre las partículas

que forman la torta y del grado de floculación de la suspensión. Esto exige que el valor de

α empleado en los cálculos de filtración sea el valor medio correspondiente a la disposición

de la masa de sólido sobre el filtro.

En los lechos de partículas rígidas, S0 y ε no están afectadas por la compresión aplicada

sobre el lecho, en cuyo caso ha de permanecer constante el valor de α durante el proceso de

filtración y la torta se denomina INCOMPRESIBLE; pero si α depende de la presión de

filtración, la torta se denomina COMPRESIBLE.

63

El efecto de la presión sobre la resistencia especifica de la torta se expresa por la relación

sugerida por Almy y Lewis, aplicable a un intervalo limitado de presiones, que tienen la

forma:

no P∆= αα (16)

Siendo la resistencia especifica a presión cero, o resistencia especifica de la torta si fuera

totalmente incompresible, y n el factor de compresibilidad que se considera como una

constante característica de la sustancia a filtrar, aunque realmente también esta afectada por

la presión. El valor teórico de n esta comprendido entre cero y la unidad, pero el intervalo

real de variación es de 0.9 (para las sustancias altamente compresibles como los hidróxidos)

y 0.15 (para los coadyudantes)

Para la ecuación (16), n es la pendiente de la recta obtenida al representar α frente a ∆P en

escala logarítmica:

Pno ∆+= logloglog αα (17)

Filtración a presión constante

Partiendo de la ecuación (13)

APgRV

APgw

dVd

c

m

c ∆+

∆=

µµαϑ2 (18)

Para tortas incompresibles y filtración a presión constante resulta:

21 kVkdVd

+=θ

(19)

Siendo

VAPgR

msAPgs

APgwk

c

torta

cc ∆=

−∆=

∆=

µµαρµα)1(221 (20)

64

por medio de dVd θ para el intervalo de tiempo ∆θ, en el que se ha recogido el

volumen de filtrado ∆V.

La ecuación (19) permite calcular la velocidad de filtración (volumen / tiempo) en el

instante en que se ha recogido el volumen V de filtrado. Podemos calcular el volumen de

filtrado obtenido antes que se alcance una velocidad de filtración determinada (velocidad

mínima) por debajo de la cual la filtración se hace demasiado lenta, por lo cual ha de

descargarse y limpiarse el filtro, este volumen de filtrado se calcula a partir de la ecuación

(19) y viene dado por:

eVdVd

kV −=

θ

1

1 (21)

Para calcular el volumen total de filtrado en función del tiempo de filtración hemos de

integrar la ecuación (19) entre los limites adecuados. Considerando que se empezó a contar

el tiempo de filtrado en el instante en que se ha formado una torta de espesor tal que la

resistencia ofrecida a la filtración sea igual a la del medio filtrante, es decir cuando el

volumen del filtrado es Ve. El tiempo necesario para recoger ese volumen Ve. Se expresa

por θe, y sea V el volumen de filtrado recogido en el instante de tiempo comprendido entre

0 y θ. Prescindiendo del volumen de líquido retenido por la torta, a partir de la ecuación

(19):

( )dVVVkd eVV

e∫∫+

−+=

0 1

θ

θθ (22)

21 )(2 ee VVk

+=+ θθ (23)

Como para θ = 0, V = 0, resulta:

2

21 e

eVk

=θ (24)

65

y entonces,

eVVkVk1

21

2+=θ (25)

y de aquí

ee Vk

VV −+=1

2 2 θ (26)

De acuerdo con la ecuación (25), si se representa θ en abscisas frente a V en ordenada, se

obtiene una parábola cuyo vértice es el punto (-θe,Ve). En el caso de que la resistencia del

medio filtrante sea despreciable frente a la de la torta, el vértice de la parábola será el

origen de coordenadas, y el tiempo de filtración, proporcional al cuadrado del volumen de

filtrado.

Teniendo en cuenta que el área es el único factor en que difiere la constante k1 para las

condiciones experimentales y las de operación, se puede calcular el valor de esta constante

par las condiciones de operación a partir del valor encontrado para las condiciones

experimentales:

oper

oper

AA

kk

2exp

2

exp1

1

)()(

= (27)

Por lo que respecta Ve, puede observarse que h de ser proporcional a al superficie de

filtración. Por consiguiente,

expexp)()(

AA

VV oper

e

opere = (28)

Lavado de la torta

El lavado de las tortas suele hacerse sobre el mismo filtro, haciendo pasar el líquido de

lavado a través de la torta obtenida en la filtración, pero el líquido de lavado puede pasar a

66

través de la torta siguiendo el mismo camino que ha seguido el líquido filtrado o siguiendo

un camino diferente, según el tipo d filtro empleado. Así en los filtros de hojas, de

gravedad, de vacío, etc., el líquido de lavado sigue el mismo camino que ha seguido el

filtrado, mientras que los filtros prensa de placas y marcos, el líquido de lavado no sigue la

misma trayectoria a través del precipitado que seguía el líquido en el periodo de filtración,

el líquido de lavado pasa por el espesor total de la torta contenida en el marco

correspondiente, mientras que el filtrado final ha atravesado solo la mitad de la misma. En

este tipo de filtros, el área a través de la cual fluye el líquido de lavado es la mitad de la

utilizada en la filtración, y la velocidad de lavado es la cuarta parte de la velocidad final de

filtración. La velocidad de lavado puede expresarse en función de la velocidad final de

filtración.

)(41

41

1 VeVkddV

ddV

flav +=

=

θθ (29)

El tiempo de lavado vendrá dado por:

lav

lavlav

ddVV

=

θ

θ (30)

Para filtros de placas y marcos:

)(4 1 elavlav VVkV +=θ (31)

Capacidad de filtración:

La capacidad de filtración se define por el coeficiente entre el volumen a filtrar y el tiempo

total de l ciclo de filtración

ciclo

VCθ

= (32)

El tiempo total del ciclo de filtración será la suma del tiempo de filtrado del lavado y del

necesario para la carga, descarga y limpieza del filtro.

67

4.5.2 Resumen de variables necesarias y obtenidas en la practica.

Cuadro 4. Información necesaria. Experimento 1

Filtro Prensa

Número de marcos 22 Área total de filtración 35,2 m2 Área de filtración 1,6 m2 Volumen de la torta 0,096 m3 Retención de las lonas 7 micras

Operación Presión de ajuste 660 bar Tiempo de operación 5,5 hr. Caída de presión total 2,1 atm Presión de bomba 2 Kg/cm2 Temperatura 20 °C

Suspensión: Crema de levadura PH 2,83 Sólidos 23,5 % Densidad 0,96 g/ml Viscosidad 7,5 cp Densidad de la levadura Fresca: 2,61 g/ml

Cuadro 5. Datos obtenidos. Experimento 1

Tiempo (min)

Volumen (L)

X = V/A (L/m2)

Y = (A*t)/V (m2*min/L)

87.000 1935.929 1152.339 0.075 89.000 1967.949 1171.398 0.076 91.000 1995.042 1187.525 0.077 93.000 2022.135 1203.652 0.077 95.000 2049.228 1219.779 0.078 97.000 2096.025 1247.634 0.078

68

99.000 2120.655 1262.295 0.078 101.000 2150.212 1279.888 0.079 103.000 2177.305 1296.015 0.079 105.000 2201.935 1310.676 0.080 107.000 2229.028 1326.802 0.081 109.000 2256.121 1342.929 0.081 111.000 2283.214 1359.056 0.082 113.000 2307.844 1373.717 0.082 115.000 2337.401 1391.310 0.083 117.000 2362.031 1405.971 0.083 119.000 2384.198 1419.165 0.084 121.000 2408.828 1433.826 0.084 123.000 2430.995 1447.021 0.085 125.000 2458.088 1463.148 0.085 127.000 2482.719 1477.809 0.086 130.000 2519.664 1499.800 0.087 135.000 2566.461 1527.655 0.088 140.000 2640.351 1571.638 0.089 145.000 2743.798 1633.213 0.089

Cuadro 6. Información obtenida. Experimento 1

TORTA

Peso de la torta 105,84 Kg Espesor de la torta 0,06 m Humedad de la torta 66,7 % Densidad 0,64 g/ml Area 1,6 m2

FILTRADO

PH 3,44 Viscosidad 5 cp Densidad 0,8 g/ml

TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE LA SUSPENSION Volumen 22,26 m3 Nivel utilizado 42 %

69

Cuadro 7. Información necesaria. Experimento 2

Filtro Prensa

Número de marcos 22 Área total de filtración 35,2 m2 Área de filtración 1,6 m2 Volumen de la torta 0,096 m3 Retención de las lonas 7 micras

Operación Presión de ajuste 660 bar Tiempo de operación 5 hr. Caída de presión total 2,0 atm Presión de bomba 1,8 Kg/cm2 Temperatura 20 °C

Suspensión: Crema de levadura pH 2,83 Sólidos 24 % Densidad 0,98 g/ml Viscosidad 7,5 cp Densidad de la levadura Fresca: 2,61 g/ml

Cuadro 8. Datos obtenidos. Experimento 2

X Y Tiempo (min) Volumen (L)

V/A (A*t)/V

65 1398,879 832,6661 0,0781 70 1451,147 863,7780 0,0810 75 1480,365 881,1696 0,0851 80 1543,368 918,6714 0,0871 85 1609,254 957,8893 0,0887 90 1638,365 975,2170 0,0923 95 1684,574 1002,7226 0,0947

70

100 1784,126 1061,9796 0,0942 105 1829,219 1088,8205 0,0964 110 1879,214 1118,5798 0,0983 115 1936,547 1152,7065 0,0998 120 1980,128 1178,6476 0,1018 125 2036,496 1212,2000 0,1031 130 2085,478 1241,3560 0,1047 135 2129,178 1267,3679 0,1065 140 2187,478 1302,0702 0,1075 145 2239,487 1333,0280 0,1088 150 2279,254 1356,6988 0,1106 155 2332,145 1388,1815 0,1117 160 2384,782 1419,5131 0,1127 165 2440,961 1452,9530 0,1136 170 2482,239 1477,5232 0,1151 175 2539,254 1511,4607 0,1158 180 2578,819 1535,0113 0,1173 185 2635,279 1568,6185 0,1179

Cuadro 9. Información obtenida. Experimento 2

TORTA

Peso de la torta 107,61 Kg Espesor de la torta 0,06 m Humedad de la torta 67,8 % Densidad 0,64 g/ml Area 1,6 m2

FILTRADO

pH 3.38 Viscosidad 5 cp Densidad 0,8 g/ml

TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE LA SUSPENSIÓN Volumen 22,26 m3 Nivel utilizado 40 %

71

Cuadro 10. Información necesaria. Experimento 3

Filtro Prensa

Número de marcos 22 Área total de filtración 35,2 m2 Área de filtración 1,6 m2 Volumen de la torta 0,096 m3 Retención de las lonas 7 micras

Operación Presión de ajuste 660 bar Tiempo de operación 5,3 hr. Caída de presión total 2,2 atm Presión de bomba 2 Kg/cm2 Temperatura 19 °C

Suspensión: Crema de levadura PH 2,84 Sólidos 23,5 % Densidad 0,97 g/ml Viscosidad 7.5 cp Densidad de la levadura Fresca: 2,61 g/ml

Cuadro 11. Datos obtenido. Experimento 3

X Y Tiempo (min) Volumen (L)

V/A (A*t)/V

70 1762,217 1152,3389 0,0755 80 1884,190 1171,3979 0,0760 90 1995,042 1187,5248 0,0766 100 2082,135 1203,6517 0,0773 110 2149,228 1219,7786 0,0779

72

120 2266,025 1247,6341 0,0777 130 2342,655 1262,2949 0,0784 140 2450,212 1279,8878 0,0789 150 2577,305 1296,0147 0,0795 160 2671,935 1310,6755 0,0801 170 2729,028 1326,8024 0,0806 180 2856,121 1342,9293 0,0812

Cuadro 12. Información obtenida. Experimento 3

TORTA

Peso de la torta 106,69 Kg Espesor de la torta 0,06 m Humedad de la torta 65,3 % Densidad 0,65 g/ml Area 1,6 m2

FILTRADO

PH 3,5 Viscosidad 5 cp Densidad 0,8 g/ml

TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE LA SUSPENSION Volumen 22,26 m3 Nivel utilizado 40,5 %

La información revela la gran similitud de entre los datos de un experimento y otro, debido

a que las perturbaciones creadas por las propiedades de entrada de la crema de levadura la

filtro prensa solo dependen de los procesos de filtración y separación a los que es sometido

el vino producido durante la fermentación. Por otra parte variaciones que se podían

modificar como la presión de entrada al filtro prensa no se pudo ocasionar, ya que por los

resultados de los ensayos de prueba se concluyó que al disminuir significativamente la

apertura de la válvula para la corriente de entrada al filtro se provocaban grandes fugas en

las llaves y corriente de salida del filtrado, lo cual provocaba perdidas de suspensión (crema

73

de levadura) entre las placas y marcos del montaje, aumentando el tiempo de proceso y por

ende costos. Esta es la razón por la cual no se analizó la compresibilidad de la torta (para lo

cual se necesita una variación de la caída de presión en cada experimento).

4. 5.3 Cálculos

4..5.3.1 Algoritmo para el cálculo de la resistencia específica de la torta y la resistencia

del medio filtrante

Se asumió que la torta de la levadura se comporta como incompresible, puesto que no se

pudo realizar los ensayos pertinentes para el cálculo del factor de compresibilidad

(variación de la caída de presión en el proceso). Esto fue debido a que al modificar la

apertura de las válvulas de entrada y/o salida de las corrientes del filtro, con el fin de

generar cambios significativos en la lectura de los manómetros, se presentaron entre los

marcos y las placas y en las llaves de desague de filtrado de cada placa. (causado por el

tiempo que tiene el juego de lonas filtrantes, lo que indica que han cumplido su ciclo y

requieren ser reemplazadas por un juego nuevo).

Se tiene que la ecuación de diseño para torta incompresible es:

∆+

∆=

PR

AV

Pw

VAt m*

2** µαµ

A partir de los datos obtenidos en la practica se construyeron las tablas 5, 6, 8, 9, 11 y 12

Con la información de dichas tablas se realizaron las regresiones lineales con x = V/A e y =

A*t/V, graficas, obteniéndose los valores de:

Intercepto = PRm

∆*µ

Pendiente = P

w∆2

**αµ

74

Donde:

α = Resistencia especifica de la torta

Rm = Resistencia del medio filtrante

µ = Viscosidad del filtrado

∆P = Caída de presión en el filtro

w = Masa de torta por volumen de filtrado, dada por s

s

mw

−=

1ρ

Gráfica 1. Regresión lineal. Experimento 1

EXPERIMENTO N°1 y = 3E-05x + 0,0373R2 = 0,9917

0,072

0,074

0,076

0,078

0,080

0,082

0,084

0,086

0,088

0,090

1000,000 1100,000 1200,000 1300,000 1400,000 1500,000 1600,000 1700,000 1800,000

V/A

A*t

/V

75

Gráfica 2. Regresión lineal. Experimento 2

EXPERIMENTO N°2y = 5E-05x + 0,0402

R2 = 0,9786

0,0600

0,0700

0,0800

0,0900

0,1000

0,1100

0,1200

0,1300

600,0000

700,0000

800,0000

900,0000

1000,0000

1100,0000

1200,0000

1300,0000

1400,0000

1500,0000

1600,0000

1700,0000

V/A

A*t

/V

Gráfica 3. Regresión lineal. Experimento 3

EXPERIMENTO N°3 y = 3E-05x + 0,0428R2 = 0,9797

0,0750

0,0760

0,0770

0,0780

0,0790

0,0800

0,0810

0,0820

1100,0000 1150,0000 1200,0000 1250,0000 1300,0000 1350,0000 1400,0000

V/A

A*t

/V

76

Utilizando los valores necesarios de µ , ∆P, w, para cada experimento (cuadros 4, 7, 10), se

calcularon las resistencias de medio filtrante y la resistencia de la torta. Obteniéndose los

siguientes resultados.

Cuadro 13. Valores de Rm y α para los 3 experimentos

R2

Intercepto

Pendiente

Ecuación de la recta

Exp. N°1 0,9786 5,0E-05 0,0402 Y=0,00005X+0,0402 2,10E-05 0,0970 Exp. N°2 0,9917 3,0E-05 0,0373 Y=0,00003X+0,0373 1,26E-05 0,0900 Exp. N°3 0,9797 3,0E-05 0,0428 Y=0,00003X+0,0428 1,26E-05 0,1033

Promedio

1.54E-05

0.0967

Con respecto a las graficas 1,2 y 3, se puede observar que la tendencia de los datos es muy

similar, y su desviación con respecto a la tendencia es muy baja.

Los valores de las resistencia ofrecidas por el medio filtrante y por la torta, son muy

aproximados entre un experimento y otro, lo que indica que para efectos de cálculos de

diseño se puede trabajar con cualquiera de estos valores o con su promedio. La resistencia

del medio filtrante presenta un valor muy bajo, casi despreciable, lo cual quiere decir que

las lonas filtrantes están colocando una resistencia muy baja durante el proceso de

filtración, debido a su desgaste.

PRm∆

=µ

Pw

∆=

2µα

Rm α

77

4.5.3.2 Muestra de cálculos:

Como la suspensión se comporta como un fluido incompresible se tiene:

Para Experimento 1

Fracción hueca o porosidad

245.061.2

64.011 =−=−=

mlg

mlg

S

TS

ρρε

Masa de sólido por volumen de filtrado

lkg

mw

s

s 348.0675.235.0

2439.0*64.0

235.0)235.01(

235.01

==−−

=−

=ρ

Volumen de una torta

TORTAFILTRACIONTORTA eAV *=

32 096.006.0*6.1 mmmVTORTA ==

Volumen total de las tortas formadas

[ ] MARCOSTORTATOTALTORTA NVV °= *

[ ] 33 112.222*096.0 mmV TOTALTORTA ==

Cantidad de sólido contenido en una torta

TSTORTAVM ρ*=

KgmkgmM 44.61640*096.0 3

3 ==

78

Masa de suspensión en que están contenidos los 61.44 kg

KgKgCMM

SS 45.261

235.044.61

===

Volumen de suspensión en que esta contenida esta masa

l

mlgKgMV

S

SS 34.272

96.0

45.261===

ρ

Cantidad de sólidos totales contenidos en las tortas formadas

[ ] TSTOTALTORTATOTAL VM ρ*=

KgmkgmM TOTAL 68.1351640*112.2 3

3 ==

Masa de suspensión en que están contenidos los 1351.68 kg

[ ] KgKgC

MM

S

TOTALTOTALS 829.5751

235.068.1351

===

Volumen de suspensión en que esta contenida esta masa

[ ] [ ]ll

mlg

KgMV

S

TOTALSTOTALS 6000488.5991

96.0

829.5751≅===

ρ

6.000 l, es el valor teórico que representa la cantidad de crema de levadura necesaria

gastada durante el proceso de filtración,

Volumen de filtrado

El volumen de filtrado V, se calcula a partir de un balance de materia aplicado a la torta,

suponiendo que la suspensión retenida por la torta ocupa el volumen correspondiente a la

porosidad.

79

TORTAS VVV +=

lllV 34.1769689.272 =−= Por cada placa.

lllVTOTAL 488.3879.2112488.5991 =−= totales

Valor que representa la cantidad de filtrado que se produce durante el proceso de filtración.

Los resultados correspondientes a los 3 experimentos y sus valores promedios se

encuentran resumidos en el siguiente cuadro.

Cuadro 14. Resultados de la práctica

VALORES

EXPRIMENTO 1

EXPRIMENTO 2

EXPRIMENTO 3 PROMEDIO

ε [ ] 0,245 0,245 0,249 0.2463 w [ Kg/l] 0,348 0,359 0,348 0.3516

VTORTA [ m3] 0,096 0,096 0,096 0.096

M [Kg] 61,44 61,44 62,4 185.28

MS [Kg] 261,45 256,00 265,53 260.993

VS [ l] 272,34 261,22 273,74 269.100

V [ l] 176,34 165,22 177,74 173.100 [VTORTA ]TOTAL [ m3] 2.112 2.112 2.112 2.112

MTOTAL [Kg] 1351.68 1351.68 1372.80 1358.72 [MS]TOTAL [Kg] 5751.829 5632.00 5841.702 5741.843 [VS]TOTAL [ l] 5991.489 5746.93 6022.373 5920.264 VTOTAL [ l] 3879.489 3634.938 3910.373 3808.080

Al igual que los datos recolectados en la práctica , en estos valores se puede ver la gran

similitud entre una variable y otra .

80

4..6 Sistema de tuberías (transporte de crema de levadura)

Figura 21. Sistema de tubería para el transporte de la levadura hacia el filtro

FILTRO PRENSA

2 m 11 m

10 m

6 m

7 m

18 m

2 m

30 cm

Piso de filtro

Piso

P1 P2

P3

P4

P5

P6

P7 P8

Válvula

Manómetro

Codo

Flanshe

30°

81

En el sistema de tubería de la figura anterior circula crema de levadura a 20°C, a razón 128

l/min. La tubería es en acero inoxidable cédula 40 de 2” de diámetro.

4.6.1 Modelo

Ec. Teorema de Bernoulli

Lnnnn

hg

vgpZ

gv

gpZ +++=++

210

210 2

2

2

25

2

21

1

15

1 ρρ

Donde

Z = Altura o elevación potencial sobre el nivel de referencia. [m]

p = Presión relativa o manométrica. [bar]

ρ = Densidad del fluido [Kg/m3]

v = Velocidad media de fluido [m/s]

gc = Aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2

hL = Perdida de carga debida al flujo de fluido [m de columna de fluido]

Como ρ1 = ρ2 y v1 = v2

( )( )Ln hZZ

gpp +−=− 12521 10

ρ

Entonces,

=∆P ( )( )Ln hZZ

g+− 12510

ρ

Perdida de carga debido a flujo de fluido hl

4

296.22d

KQh L =

Donde

K = Coeficiente de resistencia o de perdida de carga por velocidad.

Q = Caudal [l/min]

d = Diámetro interior de la tubería [mm]

82

Número de Reynolds Re

µρ

dQR e

22,21= ó

µρdvR e =

Donde:

µ = Viscosidad absoluta del fluido [cp]

Velocidad media de fluido v

2

22,21d

Qv =

Coeficiente de resistencia debida a la tubería y los accesorios k,

K = 30 fT Codo de 90°

K = 45 fT válvula de mariposa

K = 1,0 Salida de tubería

DLfK = tubería recta

Donde:

f = Factor de fricción

L = Longitud de la tubería [m]

D = Diámetro interior de la tubería [m]

4.6.2 Información necesaria

Q =128 l/min

d = 52,.2 mm Para tubería de 2 pulgadas y cédula 40 en acero inoxidable.

D = 0,0522 m Para tubería de 2 pulgadas y cédula 40 en acero inoxidable.

µ = 7,5 cp

fT = 0,098

L =55,3 m

ρ = 0,97gr/l

83

4.6.3 Cálculos

Velocidad media de fluido v

smv 985,0

5.52128*22,212 ==

Número de Reynolds Re

2,66195,7

960*985,0*5,52==eR

f = 0.019

Coeficiente de resistencia debida a la tubería y los accesorios k

K = 6*30(0.098) = 17,64 6 codos de 90°

K = 1*10(0.098) = 0,98 Codo de 30°

K = 1*60(0.098) = 5,88 “T”, flujo desviado a 90°

K = 2*45(0.098) = 8,82 2 válvulas de mariposa

K = 1,0 Salida de tubería

375,205.52

1000*3,56*019,0==K Para 55.3 metros de tubería de 2” cédula 40

695,54375,20182,888,598,064,17 =+++++=TOTALK

Perdida de carga debida a flujo de fluido hl

mh L 708,25.52

128*695,54*96.224

2

==

Altura Total H [m de columna]

mH 708,10708,28 =+=

84

Caída de presión entre los puntos p1 – p8

( )( )Ln hZZ

gP +−=∆ 12510

ρ

( ) barP 1708,2810

81,9*9605 =+=∆

Realizando la respectiva conversión se tiene una caída de presión igual a 10.199 m. Este

valor es relativamente pequeño comparado en la gran distancia que recorre la crema de

levadura para llegar a el filtro y la cantidad de accesorios que en esta se encuentran

instalados.

Este sistema de tubería se encuentra en buen estado y será capaz de suplir las necesidades

que el proceso real puede tener, pues la tubería no presenta ningún tipo de fugas, ni

corrosión de su material (acero inoxidable).

El motor de la bomba tendrá que ser capaz de suministrar la potencia necesaria para vencer

las perdidas que se presentan en el sistema de conducción de la levadura, valor que

corresponde aproximadamente a 11 m.

Todos los datos e información para los cálculos de la tubería fueron tomados de CRANE.

Flujo de fluidos en válvulas, accesorios y tuberías. McGraw-Hill, Mexico 1987.

4.7 Tanque de almacenamiento de la crema de levadura a filtrar

Se trata de un tanque agitado en acero inoxidable con control de temperatura y presión.

El tanque disponible para esta operación es el B-405, cuya área y volumen respectivamente

son: 30.92 m2 y 22.26 m3..

El tanque tiene la siguiente forma:

85

Teniendo en cuenta el volumen necesario para la obtención de la torta en el filtro presa, el

cual tiene un valor de 6000 l de suspensión, el volumen para este tanque deberá ser igual a

ST VV 2,1=

donde,

seguridadFactorencionSuVolumenV

TanqueVolumenV

S

T

_2,1sup_

_

===

Entonces

32.77200

6000*2,1

mLV

LV

T

T

==

=

Por lo tanto el tanque B-405 cumple con el volumen de diseño necesario para el proceso.

Para la agitación del tanque se cuenta con una agitador de paletas en acero inoxidable de 20

rpm.

2 54 m

1 64 m

2.93 m

B-405

86

4.8 Tanque de almacenamiento para el filtrado

Se trata de un tanque horizontal

El tanque disponible para esta operación es en acero inoxidable, cuya área y volumen

respectivamente son: 10.46 m2 y 5.23 m3..

El tanque tiene la siguiente forma:

Teniendo en cuenta el volumen de filtrado producido durante la filtración es

aproximadamente igual a 3879 l, el volumen para este tanque deberá ser igual a

ST VV 2,1=

De donde

seguridadFactorencionSuVolumenV

TanqueVolumenV

S

T

_2,1sup_

_

===

Entonces

365.437.4655

3879*2,1

mLV

LV

T

T

==

=

Por lo tanto el tanque cumple con el volumen de diseño necesario para el proceso.

1.85 m

1.80 mD=0.10 m

D=0.05 m

87

4.9 Bomba

La bomba utilizada fue la referenciada como P-405 dentro del proceso de la I.L.C, bomba

centrífuga con una altura máxima de 50 pies de presión, caudal de 100 galones/min y un

motor con 1750 rpm y 1,5 HP de potencia.

Altura máxima de la bomba

HT = 11.02 m calculada a las condiciones de operación..

La altura máxima o cabeza que puede dar la bomba fue calculada utilizando el programa

TDH 1.0 diseñado y desarrollado por Ingenio Colombiano IngCo Ltda. Bogotá (Colombia)

webmaster@procesosvirtuales.com www.procesosvirtuales.com (Anexo F).

Con esta altura máxima se calculo la potencia de la bomba así:

Para un caudal de 128 l/min = 33.81 gal/min y un a altura máxima igual a 11m = 36.08

pies, se tiene una potencia de motor de bomba de 1 HP. (PETERS, Max S. y

TIMMERHAUS, Klaus D. Plant design and economics for chemical engineers. McGraw-

Hill Book Company. New York. 1980. Figura 13-40).

Figura 22. Esquema interno de una bomba centrifuga

88

Asumiendo el valor mas bajo para la eficiencia de una bomba centrifuga, el cual

corresponde al 40%, se tiene una potencia real igual a:

HPHPP 5.24.0

1==

Se puede observar que el valor calculado por el programa TDH 1.1 (11,02 m), es muy

aproximado al hallado en la sección del cálculo del sistema de conducción (10,19 m), con

lo cual se puede tomar este valor promedio de 11 m como confiable para la elección de la

bomba a utilizar en el proceso.

Finalmente la bomba que se recomienda es una centrífuga con motor de 2,5 HP de potencia

y revoluciones un poco mayor que la utilizada en el experimento, con el fin de mejorar el

transporte de la crema de levadura al filtro y disminuir la caída de presión generada en el

sistema.

No se recomienda una bomba con valores para la potencia del motor muy superiores a la

recomendada, puesto que genera un sobredimensionamiento en el sistema y un aumento en

el consumo energético, innecesario.

5. ANÁLISIS PRELIMINAR DE COSTOS

Para el estudio preliminar de costos del proceso de filtración de la crema de levadura, se

tuvo en cuenta la cantidad de levadura que se puede tratar en un batch de operación del

filtro prensa. Esta cantidad de levadura es la correspondiente a la gastada para la

producción mensual.

Ya que la Industria Licorera de Caldas, desea implementar el sistema de filtración para

tratamiento de la levadura sobrante en el proceso de fermentación, buscando un producto

prensado, con una humedad relativamente baja, apta para comercialización, se hizo una

estimación aproximada de los costos que genera la puesta en marcha del proceso.

Como no se cuenta con datos experimentales que muestren la tendencia de la curva de

crecimiento de la levadura, no se tiene un valor aproximado de la cantidad de biomasa

producida durante la fermentación y por ende a tratar en la filtración. A pesar que se podría

utilizar cinéticas ya publicadas, acerca del crecimiento de biomasa en fermentación

alcohólica y utilizarlas de manera aproximada para el cálculo de de biomasa generada , por

decisión de la I.L.C. se decidió utilizar otro método para este calculo.

Como no se conoce el comportamiento durante la reproducción de la levadura, es por esta

razón que el cálculo de los costos de la operación se realizaron teniendo en cuenta la

cantidad de levadura (6000 L), necesaria para producir las 22 torta de 2.11 m3 en total.

Como puede que esta cantidad de levadura se recolecte en un día, puede que no, es por esto

que se toma la base de 3 días para su recolección, tiempo que asegura este contenido en el

tanque de almacenamiento de la levadura. Lo que indica que el proceso de filtración se

realizará cada 3 días, es decir que se procesara 10 veces al mes.

Con base en esto se consultaron y se obtuvieron las cotizaciones para el juego de 22 lonas

para filtro prensa. Anexo G.

Estructura de costos.

Los costos serán calculados por mes, estimando una producción mensual de 21,11 m3 de

torta/mes, correspondiente a 13.728 Kg de levadura (13.728 toneladas ) filtrada, con un

porcentaje de humedad de 66,7% así:

Inversión:

Costo de la bomba: este valor corresponde a cotización obtenida de catálogos

presentados en Internet de la firma WORTHINTONG, escogida por se la marca de

prácticamente todas las bombas utilizadas en el ara de fermentación, presenta

buenos costos y buenos materiales de construcción.

Costo aproximado para la Bomba = US$ 2.000 dólares = $ 5’740.000

Costo del juego de lonas = US$ 1.492 = $ 4’282.040

Los precios son basados en un valor del dólar de $ 2870).

Depreciación: La depreciación esta estimada a 1 año para las lonas y de 5 para la bomba.

COSTOS

FIJOS

VARIABLES

Depreciación Mano de Obra Directa

Reactivos Para el lavado Energía Agua Materiales

mesmesesaño

año/67,836.356$

121

1040.282'4$

=

Para las lonas

mesmesesaño

años/67,666.95$

121

5000.740'5$

=

Para la bomba

Mano de Obra Directa:

Durante el proceso de fermentación se contará con 1 operario encargado de monitorear el

proceso, ya que la recolección de la levadura puede estar a cargo del ingeniero de turno. El

operario tendrá turnos de 12 horas cada 3 días, (las 12 horas destinadas a filtrar, desmontar,

lavar y montar el filtro prensa). El salario del operario puede corresponde al mínimo

estipulado por la empresa $580.000.

mesoperario

mes000.580$1000.580$

=⋅

COSTOS FIJOS TOTALES:

mesmesmesCF 000.580$67,666.95$67,836.356$

++=

mesCF 34,506.032'1$

=

COSTOS VARIABLES:

Energía:

- Bomba centrífuga para transporte de la levadura l filtro prensa: La potencia requerida por

la bomba es de 1,864 KW.

mesdíah

mesdías

KWhKW 10,889.15$

16

11007,142$864,1 =⋅⋅⋅

Agua de lavado (agua potable): El agua requerida para el lavado de tanques, tuberías, lonas

y filtro prensa, es aproximadamente de 55,65 m3.

mesmesdías

mdiam 15,029.901$

110*1.1619$*65,55

3

3

=

Reactivos: El reactivo utilizado será el hipoclorito liquido para el lavado y desinfección de

los tanques, la tubería, el filtro prensa y las lonas.

Hipoclorito:

mesmesdias

KgdiaKg 000.90$101800$5

=⋅

COSTOS VARIABLES:

activoPotableAguaEnergíaCV Re++=

mesmesmesCV 000.90$15,029.901$10,889.15$

++=

mesCV 25,918.006'1$

=

El costo total vendrá dado por la suma de los costos fijos y los costos variables, para un

valor de $2’039.425,59 por mes.

El precio al cual saldría cada Kg de levadura es el siguiente:

levadurakgmes

levaduraKdmes

_6,148$

_728.13

59,425.039'2$

=

De este análisis se concluye que el proyecto resulta técnico y económicamente viable, ya

que su costo es relativamente bajo.

ALMACENAMIENTO

DE LA CREMA DE

LEVADURA

B-405

CREMA DE LEVADURA 23% SÓLIDOS

TANQUE RECOLECTOR DE FILTRADO

CREMA DE LEVADURA BOMBEADA

TORTAS DE LEVADURA

FORMADAS 67% HUMEDAD

FILTRADO

DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO

94

6. PLANTEAMIENTO DE ALTERNATIVAS DE APROVECHAMIENTO

Teóricamente, si todas las levaduras fueran recuperadas y retuvieran su nivel original de

actividad, pueden ser mantenidos altos niveles de levadura, dando velocidades de

conversión rápidas y ningún azúcar se utiliza para el crecimiento de las levaduras, lo que

origina un aumento de eficiencia de conversión. La recuperación de las levaduras es

igualmente esencial para la conversión rápida en los procesos de fermentación continua.

En la práctica, la recuperación nunca es total, una proporción de la levadura muere por

causas naturales y parte de la levadura separada debe siempre ser eliminada para impedir la

acumulación de materia en suspensión. Es a esta levadura que normalmente se elimina del

proceso, a la que se plantearon algunas alternativas de aprovechamiento para así disminuir

la carga contaminante que se crea al descargarla a la cañería de la empresa sin previo y

adecuado tratamiento.

Los organismos unicelulares como levaduras y bacterias se recuperan normalmente por

filtración y centrifugación. Las bacterias requieren mayor energía de centrifugación para su

separación, y la aglomeración, por flotación o por decantación en presencia de agentes

floculantes adecuados puede ser esencial. Es importante eliminar toda el agua posible antes

del secado final, ya que éste es normalmente un procedimiento costoso tanto en capital

como en requerimientos energéticos, excepto cuando pueden ser utilizados el secado al sol

(generalmente originando un producto de menor calidad) y mano de obra de bajo costo.

La mayor parte de las levaduras utilizadas industrialmente tienen un rango de tamaño entre

5 y 20 µm y su densidad no es mucho mayor que la del agua. Tales células no sedimentan a

partir de la suspensión a ninguna velocidad adecuada, solamente por floculación, cuando

las células forman fóculos con un tamaño de partícula combinado adecuado para una

velocidad de sedimentación razonable puede ser recogida la levadura.

95

6.1 FILTRACIÓN

Método objeto de estudio de este trabajo, puesto que el sistema requeridos ya se encuentra

instalado en la empresa. Este método es el más ampliamente utilizado para separar la

levadura de la suspensión que la contiene. (Ver Ítem 4.3).

Los filtros rotatorios de tambor a vacío son tal vez los dispositivos más ampliamente

utilizados para la separación de los microorganismos de los caldos de fermentación; en

estos, el elemento de filtración es un tambor rotatorio mantenido bajo presión interna

reducida.

Las mayores ventajas son la efectividad de la filtración, con elevación mínima de la

temperatura, el bajo consumo de energía y la integración de la filtración en el lavado y la

parcial eliminación de agua. La contaminación del material que se filtra con el material de

ayuda en la filtración puede ser un serio inconveniente. Los filtros rotatorios que operan

bajo presión positiva pueden también ser utilizados mientras que los filtros de correa son

una modificación obvia del principio y son muy adecuados para precipitados fácilmente

filtrables que requieren extenso lavado. Los filtros de correa pueden combinarse con una

prensa para facilitar la eliminación de agua.

Para cada una de las corrientes producidas en este proceso se plantearon alternativas de

aprovechamiento:

6.1.1 Levadura prensada

Aprovechamiento en la elaboración de abonos orgánicos fermentados. Tipo Bocashi.

El compostaje o “composting” es el proceso biológico aeróbico, mediante el cual los

microorganismos actúan sobre la materia rápidamente biodegradable (restos de cosecha,

excrementos de animales y residuos urbanos), permitiendo obtener "compost", abono

excelente para la agricultura. El compost es un nutriente para el suelo que mejora la

estructura y ayuda a reducir la erosión y a la absorción de agua y nutrientes por parte de las

plantas. Es el resultado de la descomposición de diferentes materiales (por lo general con el

96

apoyo de oxigeno), realizada por la actividad de micro y macro organismos. El producto de

esta descomposición es el “humus”, sustancia que proporciona nutrientes a las plantas.

Generalmente tienen un buen efecto al mejorar los componentes físicos, químicos y

biológicos del suelo:

El compost, mejora las propiedades físicas del suelo. La materia orgánica favorece la

estabilidad de la estructura de los agregados del suelo agrícola, reduce la densidad

aparente, aumenta la porosidad y permeabilidad, y aumenta su capacidad de retención de

agua en el suelo. Se obtienen suelos más esponjosos y con mayor retención de agua.

Mejora las propiedades químicas. Aumenta el contenido en macronutrientes N, P, K, y

micronutrientes, la capacidad de intercambio catiónico (C.I.C.) y es fuente y almacén de

nutrientes para los cultivos.

Mejora la actividad biológica del suelo. Actúa como soporte y alimento de los

microorganismos ya que viven a expensas del humus y contribuyen a su mineralización.

La población microbiana es un indicador de la fertilidad del suelo.

Para la elaboración del compost se puede emplear cualquier materia orgánica, con la

condición de que no se encuentre contaminada.

CONVENIO CON LA FACULTAD DE AGRONOMIA ORGANICA DE LA UNISARC

Puesto que en la Facultad de Agronomía Orgánica de Universidad de Santa Rosa de Cabal,

elaboran algunos tipos de abonos orgánicos fermentados, se les realizó una visita

invitándolos a utilizar la levadura que se obtuvo en la parte experimental del trabajo, estos

la utilizaron únicamente en el elaborado tipo Bocashi, obteniendo buenos resultados con

esta levadura prensada. Ellos en este momento se encuentran muy interesados en el

proyecto, ya que de poder utilizar la levadura en la elaboración de todos sus productos

(Anexo C). Podrían obtener un buen resultado y a menores costos.

97

Estas muestras, fuera de ser utilizadas en la elaboración del Bocashi, están siendo

analizadas en el laboratorio, para ellos poder presentar la ficha técnica de esta levadura

prensada.

La facultad se encuentra interesada en tener un contacto personal con los encargados de la

empresa del proyecto para así poder obtener dicho producto en grandes cantidades, para la

elaboración de sus productos, se quiere llegar a un acuerdo o convenio que desarrolle un

poco mas este proyecto y tenga beneficios tanto a la empresa como a la facultad de

Agronomía Orgánica de la UNISARC.

Aprovechamiento para alimentación animal: La levadura de forraje se produce para pasto

de animales. Esta y la de consumo humano se fabrican en condiciones similares, a acepción

de las materias primas usadas y del tratamiento final de los productos.

La levadura es una excelente fuente de proteína de gran valor biológico y digestibilidad, y

tiene mucho empleo en las raciones para aves de corral y cerdos, en las cuales, sin

embargo, se utiliza principalmente por las vitaminas de complejo B, y como fuente de

factores de crecimiento no identificados de importancia para la producción avícola. Cuando

se irradia con luz ultravioleta, también aporta vitamina D. Cuando la levadura contiene

componentes de lúpulo, el sabor amargo hará que el forraje no sea apetecible si se incluye

en grandes cantidades. Este sabor amargo puede eliminarse mezclando el orujo con una

solución de hidróxido sódico y fosfato sódico, de pH 10, a una temperatura de 450 °C,

después de lo cual se concentra, lava y deseca.

La levadura se suele incluir a niveles de 2-5% en las raciones para los cerdos y aves de

corral, pero, si el precio de la levadura es bajo, puede reemplazar hasta el 80% de la

porción de proteína de origen animal de la ración para los cerdos y aves de corral, siempre

que se añada más calcio. Los terneros pueden recibir hasta 200 g. diarios de levadura de

desecada y, en algunos casos, este producto parece aumentar el contenido graso de la leche

de vaca.

La levadura fresca puede suministrarse a los bovinos y cerdos, los cuales se acostumbran

rápidamente a consumirla. Cuando se suministran grandes cantidades a los cerdos, hay que

elegir una mezcla mineral que contenga mucho calcio y poco fósforo, añadiendo también

98

vitamina B12. No se debe suministrar levadura fresca a las cerdas nodrizas, a causa del

peligro de diarrea en los lechones.

En la facultad de Zootecnia de la Universidad de Santa Rosa de Cabal, se encuentran

interesados en el producto para la utilizarlo como suplemento alimenticio de sus animales.

6.1.2 Filtrado producido

La empresa cuenta con un decanter para lodos de clarificación de miel, se puede

tomar en cuenta la opción de mezclar la corriente de los lodos de mil, con la

obtenida en el proceso de filtración, y lograr aplicaciones exitosas como se obtuvo

con la levadura prensada en la UNISARC, esto cuando el decanter sea reparado, ya

que en estos momentos no se encuentra en funcionamiento..

Lograr la adecuación apropiada para poder llevar esta corriente a la planta de

Vinazas de la empresa, una vez se logre arrancar con éxito esta, y haber estabilizado

los parámetros de la corriente de filtrado a los indicados en la planta de Vinazas.

Estimar conveniente los análisis necesarios para esta corriente, con el fin de poder

contemplar la posibilidad de recircularla a la predilución, dependiendo de sus

condiciones físico-químicas, bacteriológicas y organolépticas, que no interfieran en

el proceso de fermentación.

Ya se ha pensado en esta corriente solo que va de la mano con otros proyectos que

tiene la empresa en un futuro muy cercano.

6.2 CENTRIFUGACIÓN

Los precipitados de proteínas deben ser separados frecuentemente por centrifugación con

dificultades. Para la separación de la levadura del caldo agotado se utilizan centrifuga tipo

Westphalia. La crema que de esta forma se obtiene se lava dos veces, se enfría a 8-9°C y se

prensa entre placas y bastidores. La pastilla resultante contiene 31% de sólidos. Se diluye

con agua hasta un contenido de 25% de sólidos antes de empaquetarla.

99

También, la crema de levadura se diluye con agua, se centrifuga. Este proceso se repite a

continuación, tras dos lavadas con agua , la crema de levadura se seca en secaderos

rotatorios de cilindro único, hasta un contenido de humedad próximo al 5 %. La levadura

seca se pasa por un imán eléctrico para eliminar cualquier fragmento de hierro que pudiera

haberse desprendido, se muele, empaqueta y almacena.

Esta centrifugación puede ser realizada, seguida de una plasmolisis, evaporación y del

secado por secador spray.

6.3 DESINTEGRACIÓN DE LAS CÉLULAS

La ruptura de los microorganismos es generalmente difícil debido a la fuerza de la pared

celular y a la alta presión osmótica que existe dentro de ella; las partículas son demasiado

pequeñas para ser sometidas a simples métodos mecánicos, como la molienda, por tanto

deben conseguirse fuerzas más intensas. Al mismo tiempo la desintegración debe ser

llevada a cabo sin dañar los componentes celulares y frecuentemente ambos requerimientos

son contradictorios. Los métodos utilizados para romper los microorganismos se resumen

en la figura 23. Su efecto puede ser estimado frecuentemente en términos de niveles de

actividad de una enzima celular recuperada en la suspensión rota, combinando una medida

de la eficiencia de la ruptura con una estimación del grado de daño.

Ruptura de células

Métodos mecánicos (Presión, trituración, ultrasonidos)

Métodos no mecánicos

Lisis Desecación (liofilización, secado con solventes

orgánicos)

Químicos (detergentes, antibióticos

Físicos (choque osmótico, congelación

Enzimáticos (lisozina, otras enzimas, antibióticos )

Figura 23. Métodos para la ruptura de los microorganismos.

100

6.4 DESECACIÓN

El secado de los bioproductos, es en muchos casos el método final por el que los productos

son llevados a una forma estable adecuada para su manejo y almacenamiento; la

sensibilidad al calor de la mayor parte de los productos biológicos significa que los únicos

métodos que pueden ser utilizados son los que conducen a la eliminación de agua con

elevación mínima de la temperatura.

Para eliminar agua como vapor, debe ser transferida la energía del calor y se requieren

condiciones estrictamente controladas para asegurar que la elevación de la temperatura, que

resulta del balance entre la velocidad de entrada de calor y el calor latente equivalente de la

evaporación, están dentro del limite tolerable. La transferencia de calor puede ser efectuada

por contacto (conducción), convención o radiación, o por una combinación de ellas.

La desecación a vacío se aplica en forma discontinua, en cámaras secadoras, o

continuamente como en los tambores rotatorios de desecación a vacío. La transferencia de

calor ocurre principalmente por contacto con superficies calentadas y deben ser tenidos en

cuenta los cambios en las características de la fase líquida a medida que se hace más

concentrada.

La desecación por pulverización proporciona el ejemplo más importante de un método de

convención, en el que la transferencia de calor, el movimiento del producto y la eliminación

del vapor son todas efectuadas por una corriente de gas. Grandes cantidades pueden ser

tratadas en una operación continua. La solución que va a ser secada se aplica como una

solución o una lechada y es atomizada mediante un inyector o un disco rotatorio. Una

corriente de gas caliente (150-250°C) causa una evaporación tan rápida que la temperatura

de las partículas permanece muy baja. La desecación por pulverización puede ser utilizada

para la desecación de enzimas o antibióticos y cuando la presencia de otros materiales no es

perjudicial puede ser utilizada para la desecación del caldo completo de fermentación.

La liofilización es el método de desecación más suave debido a que el agua es sublimada a

partir de una masa congelada. Para la sublimación del vapor de agua han de ser transferidas

101

por conducción desde las placas calentadas aproximadamente 680 Kcal. por Kg. de agua a

la superficie de sublimación; para facilitar la sublimación rápida, se mantiene una presión

muy baja y el vapor debe ser eliminado por condensación a baja temperatura. La

temperatura del sólido es regulada mediante control de la presión en la cámara de

desecación utilizando un control muy sensible a la presencia de cualquier agua líquida

presente en la masa.

6.5 FLOCULACIÓN

El fenómeno de la floculación de las levaduras no se entiende completamente pero el pH y

la presencia de iones cálcicos son factores importantes. La habilidad para flocular

naturalmente está determinada genéticamente. Una desventaja es que las levaduras

floculantes tienden a separarse antes de que la fermentación se haya completado; a la

inversa, algunas levaduras con bajas propiedades de floculación permanecen suspendidas

hasta muy tarde en un lote de fermentación y pueden ser separadas solamente por

centrifugación mecánica. Se pueden emplear también agentes finalizadores, el más

conocido es la cola de pescado, una proteína obtenida del colágeno, derivada de las vejigas

natatorias de los grandes peces tropicales. La cola de pescado, de carga eléctrica opuesta a

la de las células de levadura, precipita las células y forma un sedimento estable.

Los métodos de floculación y precipitación tienen la ventaja de no requerir energía, aunque

sean más lentos que la separación mecánica.

6.6 PRODUCCIÓN DE PROTEÍNA UNICELULAR SCP

Los piensos compuestos, preparados para satisfacer los requerimientos nutricionales totales

del animal, generalmente contienen entre 10 y 30% de proteína por unidad de peso, la SCP

podía ser una alternativa válida a algunas de las fuentes tradicionales.

Cuando se compara con los métodos tradicionales para producir proteínas para alimentos o

piensos, la producción industrial a gran escala de biomasa microbiana para el mismo uso

102

tiene algunas ventajas características: los microorganismos en general tienen una alta

velocidad de multiplicación, un alto contenido en proteína, pueden utilizar un gran número

de fuentes de carbono diferentes (algunas de las cuales son consideradas tradicionalmente

como desechos), pueden seleccionarse o producirse relativamente fácilmente cepas con alta

producción y buena composición, las instalaciones de la producción ocupan áreas limitadas

y dan una producción alta y la producción microbiana es independiente de variaciones

climáticas o estaciónales y por consiguiente son más fáciles de planear.

El proceso de SCP

Independientemente del tipo de substrato o del organismo empleado la producción de SCP

siempre supone ciertas etapas básicas:

(1) Provisión de una fuente de carbono, que generalmente requiere alguna combinación

de tratamientos físico o químico de las materias brutas;

(2) Preparación de un medio adecuado que contenga la fuente de carbono y fuentes de

nitrógeno, fósforo y otros nutrientes esenciales;

(3) Impedir la contaminación del medio o de la planta;

(4) El cultivo de los microorganismos deseados;

(5) Separación de la biomasa microbiana del medio agotado;

(6) Tratamiento posterior de la biomasa con o sin operaciones específicas de purificación.

Dependiendo del tipo de substrato y del tipo de SCP producida, puede ser necesario incluir

tratamientos posteriores para eliminar componentes del substrato o más frecuentemente

para reducir el contenido de los componentes no deseados en el producto (por ejemplo los

ácidos nucleicos), e incluso para aislar la proteína. El contenido en RNA de las células que

crecen rápidamente es alto y los métodos prácticos para la reducción de los ácidos

nucleicos en la SCP incluyen: hidrólisis alcalina, extracción química, manipulación del

crecimiento y de la fisiología celular y activación de RNAsas endógenas (generalmente

mediante un breve tratamiento por calor).

103

Se deben tomar medidas para impedir la liberación al ambiente de grandes cantidades de

microorganismos, vivos o muertos. Cuando el medio utilizado es todavía rico en DBO

(demanda bioquímica de oxígeno), tiene que ser tratado a fin de evitar la polución

ambiental. Una forma obvia de hacer esto es reciclando el medio de crecimiento utilizado,

un procedimiento que ayudará simultáneamente a minimizar los requerimientos de agua

fresca y los costes. Requerimientos de agua estimados entre 18 y 45 x 106 litros

(dependiendo del substrato y del organismo) han sido descritos para una planta productora

de 100.000 toneladas de SCP por año.

6.7 USO DIRECTO EN LA TIERRA

Solamente cuando la cantidad y la calidad de los componentes en el residuo de destilería es

beneficioso para un suelo específico puede ser ventajosa la aplicación sobre el suelo, en

Reciclaje de agua

Separación Fermentación Esterilización Mezclado

Agua

Oxigeno del aire

Fuente de

Fuente de nitrógeno

Minerales

Medio almacenado

Almacenamiento del producto

Secado

Figura 24. Diagrama esquemático de un proceso general de SCP

104

otros casos la aplicación del residuo se convierte en un método caro de irrigación del suelo,

particularmente cuando esté implicado el transportes por carretera mediante camiones-

cisterna.

En circunstancias en las que las relaciones N/P/K son adecuadas y en las que los suelos son

bajos en humus, la aspersión durante cierto tiempo, antes y durante el crecimiento, puede

mejorar el rendimiento de las cosechas. Sin embargo, el radio de operación entre la

destilería y los campos que están siendo tratados es crítico para la economía.

6.8 DIGESTIÓN ANAEROBIA

Alrededor del 95% de la carga con Demanda Biológica de Oxígeno (DBO) puede ser

convertida en combustibles gaseosos y en fangos. Sin embargo, el metano en el gas

solamente representa aproximadamente el 60% de la materia orgánica original en términos

del valor calorífico disponible. El sistema es relativamente barato de instalar y sencillo de

operar cuando el residuo de destilería es de calidad aceptable.

La principal desventaja es que el DBO en los efluentes tratados puede no estar

suficientemente degradado en términos legislativos y es frecuentemente necesaria una

terminación aeróbica final.

6.9 EVAPORACIÓN

La producción de jarabes para la alimentación animal a partir de residuos de destilería ha

sido el método de tratamiento más común en los países industrializados, particularmente

cuando los cereales constituyen la materia prima para la fermentación.

El residuo de la destilación de melazas está en una categoría diferente. Las sales disueltas al

ser concentradas a un alto nivel tienen un efecto laxante sobre los animales y un jarabe de

residuos de destilería debe ser dosificado en pequeña proporción con otras raciones.

Sin embargo, la evaporación es cara, en coste de capital y de energía térmica, el grado de

contenido en sólidos en el residuo de destilería original dicta la economía de la aplicación.

105

La principal ventaja es que la condensación requiere solamente una aireación mínima para

su descarga a las vías acuáticas.

6.10 Otras alternativas.

En el Instituto J. “Dimitrov” se ha desarrollado un procedimiento que permite el secado

de crema de levadura en condiciones naturales de irradiación solar usando el bagacillo

de caña como absorbente.21

Se han ideado muchos métodos para la producción de proteína monocelular (proteína

derivada de microorganismos). El interés se ha centrado en la proteína monocelular

(PMC) en los años sesenta como forma de colmar la deficiencia proteica. El motivo de

este interés radica en el hecho de que, en condiciones favorables, los microorganismos

pueden producir en poco tiempo grandes cantidades de proteína. Mientras 1000 kg de

ganado pueden producir como máximo, 1 kg de proteína en 24 horas, 1000 kg de

levadura en el mismo tiempo, pueden aumentar a 5 000 kg, de los cuales la mitad es

proteína comestible. 2

En 1996, varias instituciones científicas cubanas y la Universidad de Matanzas Camilo

Cienfuegos, emprendieron un proyecto, una de cuyas ramas comprendía la obtención del

aditivo a partir de levaduras. Los investigadores eligieron como base un residual de la

producción de alcohol, la crema de levadura Saccharomyces Cerevisiae, rica en

sustancias con acción probiótica.

El producto que proponen posee el mérito de solucionar el destino de la crema de

levadura Saccharomyces, muy ácida y contaminante: las 20 mil toneladas de este

"desecho" que generan al año las fábricas cubanas de alcohol, podrían proveer una

industria de probióticos que, por ahora, todavía no existe. 18

Uno de los inconvenientes que en el mundo enfrentaban los investigadores en general en

la utilización de levaduras para el consumo humano, es que son poco digeribles debido a

106

su gruesa pared celular ( la envoltura de la célula) y que tienen un contenido muy alto de

ácidos nucleicos (AN), que al degradarse durante el metabolismo dan lugar a la

formación de ácido úrico. Los humanos tenemos una capacidad máxima de eliminación

de 2 gr. por día de AN, y en promedio el 10 % del peso total de las levaduras

corresponde a esos ácidos. En consecuencia, una persona solo podría consumir un

máximo de 20 gr. de levadura al día, lo que representa únicamente 12% de proteína

microbiana en ese lapso.

Se iniciaron trabajos sobre la extracción de los AN. Posteriormente el grupo realizo una

prueba panel para embutidos del tipo de las salchichas, que fueron preparadas con carne,

los mononucleótidos saborizantes, proteína de levadura para sustituir parte de la carne.22

107

CONCLUSIONES

1. Con el tratamiento de la levadura sobrante en el proceso de fermentación, la empresa

continua como gestora de proyectos ambientales, que integran y dan participación a las

diferentes instituciones interesadas en este tipo de trabajos.

2. Se realizaron los análisis de laboratorio pertinentes para tener el conocimiento de la

composición físico - química y bacteriológica de la crema de levadura y de las

corrientes producidas durante el proceso de la filtración (levadura prensada y filtrado).

Ver anexos A y B.

3. La evaluación del sistema de filtración, permitió establecer la gran viabilidad que el

proceso técnicamente presenta, pues, el sistema se encuentra en buen estado y su

funcionamiento durante la fase experimental fue bueno.

4. Por medio del estudio del proceso de filtración se pudo establecer, que este resulta

aplicable como alternativa al aprovechamiento de la crema de levadura sobrante en el

proceso de fermentación que se realiza en la Industria Licorera de Caldas, por que

permite obtener una levadura prensada de buenas características físicos–químicas y

bacteriológicas.

5. La levadura obtenida después de la filtración, por las características que presenta es un

producto apto, principalmente para la elaboración de abonos orgánicos fermentados,

obteniendo los mismos y en algunos casos, mejores resultados que cuando se utiliza la

levadura de pan.

6. La facultad de Agronomía Orgánica de la UNISARC, logró obtener un abono orgánico

fermentado (Bocashi), con propiedades muy buenas, utilizando como base la levadura

prensada de la empresa.

108

7. Respecto a las variables del proceso de filtración, no presentaron cambios significativos

entre un experimento y otro, lo que indica que el filtro prensa a pesar del tiempo que

tiene sin ser utilizado, se encuentra en buenas condiciones.

8. El tiempo de uso del juego de lonas filtrantes, actualmente utilizado para la elaboración

de los experimentos, puede ser uno de los factores que permitió el pequeño cambio en

el valor de las resistencias calculadas entre un experimento y otro.

9. El valor del costo del proceso es de $2’039.429,59 por mes, lo cual indica, que los

costos de operación son muy bajos, además se debe tener en cuenta que se pueden

reducir un poco más, si el proceso de fermentación amerita recircular toda la levadura

durante varios días. Por otro lado en este momento no se tiene en cuenta el valor de la

comercialización, pues aún se está en etapas experimentales.

10. La realización de estudio de mercado del producto (levadura prensada), dará un

estimativo verdadero de la cantidad de levadura que puede ser adquirida por los

consumidores departamentales y hasta regionales, y poder así tener una producción mas

aproximada y no crear otro tipo de problema , como seria el caso de un producto en

exceso.

11. Se logra poner de nuevo el filtro prensa en funcionamiento, pues tenía ya varios años

(mas de 4) sin operar y logrando el funcionamiento de todo el sistema de filtración se

llega a disminuir la carga contaminante que se produce en el área de fermentación,

durante el proceso que se realiza en la I.L.C.

12. La I.L.C. se encuentra satisfecha con el trabajo realizado en la facultad de Agronomía

Orgánica de la UNISARC, por que permite vincular a un consumidor potencial del

producto al proyecto, se encuentra interesada en el convenio, para iniciar los análisis y

experimentos necesarios.

109

RECOMENDACIONES

1. Comprobado que el proceso de filtración muestra gran viabilidad técnica y económica,

amerita lo más pronto posible su puesta en marcha, logrando de esta manera la

disminución de la carga contaminante producida en los diferentes procesos que se

llevan acabo en la Industria Licorera de Caldas y la comercialización de la levadura

prensada, producto obtenido en la filtración.

2. Se debe aprovechar que se cuenta con un consumidor potencial e interesado en la

levadura prensada y lograr un convenio interinstitucional y continuar buscando otras

entidades que puedan aprovechar la levadura prensada en la empresa y así poder

ejecutar la comercialización a gran escala.

3. Se puede vincular al Agrónomo de la empresa al proyecto, con el fin de buscar un

acuerdo con la facultad de Agronomía Orgánica de la UNISARC, de utilizar un

porcentaje de esta levadura prensada para los abonos orgánicos de la empresa, ya que

se cuenta con una micro cuenca y grandes zonas verdes en las instalaciones.

4. Aunque la bomba utilizada P-405 A/B para la filtración, sirvió para la fase

experimental, para la puesta en marcha del proceso, no resultaría útil su uso, debido a

que el motor de esta no cuenta con la potencia necesaria para superar las alturas y

perdidas de presión que se presentan durante el proceso, por lo cual se recomienda

adquirir e instalar la bomba necesaria para mejorar los resultados obtenidos durante la

filtración.

110

5. El otro filtro prensa que se encuentra sin lonas filtrantes, al ser dotado de estas y

sometido a un minucioso mantenimiento podría ponerse en funcionamiento alternado

con el otro, produciendo de esta manera aumentar el número de batch operados al mes y

al igual que la producción de levadura prensada y disminuir el tiempo de residencia que

la crema de levadura tiene en el tanque de almacenamiento, ya que es un poco largo.

6. Se recomienda realizar análisis de metales pesados tanto a la levadura prensada como

al filtrado, con el fin de poder obtener un valor estimado de la contaminación real

generada.

7. El Grupo Ecológico de la Industria Licorera de Caldas, debería hacerse cargo del

estudio del mercado de la levadura prensada para su comercialización, ya que la

producción será alta, comparada con la demanda de los posibles consumidores ya

encontrados.

111

BIBLIOGRAFÍA

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12. PRESCOTT AND DUNN. Industrial microbiology, III edición. McGraw-Hill. 1959

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19. http://www.geocities.com/icasegunda/ procquim/filtra/filt06.html

20. http://www.sofofa.cl/ambiente/documentos/Fabricaci%F3n%20de%20Levadura.pdf

21. http:// www.granma.inf.cu/grciencia/vol4/ nro.3/art/2000_04_03_a04

22. http://www.invdes.com.mx/suplemento/anteriores/ Agosto2000/htm/levadura.html

23. http://wwwa011.infonegocio.com/350/levaduracerveza.htm

24. http://www.tarwi.lamolina.edu.pe/~cvs/Filtracion.htm

25. http://www.ispjae.cu/eventos/colaeiq/Cursos/Curso22.doc

26. http://www.misiones.gov.ar/IFAI/AzucarOrganica.htm

27. http://www.fao.org/docrep/x5369S/x5369s00.htm

28. http://www.geocities.com/icasegunda/ procquim/filtra/filt01.html

29. LEGISLACIÓN ECONOMICA. Decreto N° 1594 de 1984.

113

A N E X O S

114

ANEXO A

Resultados de análisis, reportados por el laboratorio

122

ANEXO B

Resultado de análisis microbiológicos

Levadura tratada y sin tratar

124

ANEXO C

Formas y fórmulas para preparar y aplicar abonos

orgánicos fermentados. Compost y tipo Bocashi.

Utilizadas por la Facultad de Agronomía Orgánica de la

Universidad de

Santa Rosa de Cabal

FORMULA 1: CON GALLINAZA Y BUENESAS

CANTIDAD MATERIALES 5 Bultos de gallinaza. 20 Kilos de cal viva. 5 Kilos de miel de purga. 2 Bultos de tierra buena. 10 Kilos de calfos o fosforita Huila. 10 Kilos de ceniza. 50 Kilos de hierva picada - buenesas. ½ Libra de levadura.

PREPARACIÓN:

Se vacían los bultos de gallinaza y se le esparce la cal, por todos los lados. A continuación

se mezcla con la tierra y las buenesas, y con la miel de purga y el agua se va remojando la

pila a medida que se va volteando para lograr que toda la mezcla quede húmeda.

Posteriormente se le van agregando el resto de materiales y se van mezclando de manera

que estén bien integrados.

La cantidad de agua se determina realizando la prueba de puño, que consiste en "tomar un

puñado de compostaje; comprimirlo con la mano hasta que corra un poco de agua entre los

dedos, más no debe chorrear demasiado". Si nota q2ue quedó muy seca se puede añadir un

poco más de agua. A los 5 días se realiza el primer volteo. A esta fecha ya la temperatura

125

está alta y el color del material es un poco blancuzco. Esto quiere decir que los

microorganismos se están multiplicando y están haciendo la labor de transformación de la

materia.

A los siguientes 8 días, es decir a los 15 de haber iniciado el proceso se realiza el segundo

volteo. Realice un volteo cada 8 días hasta completar de 30 a 45 días.

A este abono se le puede añadir 50 kilos de lombricompos.

El lombricompos no se debe agregar antes, ya que la temperatura mata a los

microorganismos benéficos que están en él. En general los compostajes se pueden iniciar a

utilizar cuando pierden la temperatura y el olor no es desagradable.

APLICACIÓN Y DOSIS

Este material como casi en todos los casos se puede mezclar con dosis de una parte del

compostaje por dos partes de tierra para la elaboración de los semilleros. Para la siembra

de cualquier cultivo se mezclan bien en el hoyo la cantidad dependiendo la planta. Para

hortalizas mezclar hasta 5 Kg por m2 y en plantas perennes como frutales o plátano se

recomienda en el hoyo de 2 a 3 Kg de compostaje o bien se mezcla en el surco o terraza

antes de sembrar, todo depende del cultivo a sembrar.

Para abonar plantas ya establecidas se puede aplicar de 1 a 2 kilos de este compostaje por

mata, procurando que no quede a pleno sol, en este caso conviene tapara con hojarasca el

abono para que no se reseque y no pierda las propiedades. La dosis para árboles frutales

debe ser de 5 kilos por árbol.

RECOMENDACIÓN:

A todos los compostajes se les puede agregar con el agua de remojo 5 litros de caldo

supermagro o caldo de mantillo de bosque, pero a partir de los 30 días cuando ya halla

bajado la temperatura. La temperatura se regula haciendo volteos cada 5 a 8 días y

procurando que los montones no queden muy gruesos.

Los abonos compostados deben terminar el proceso de transformación en el campo de

cultivo para evitar perdida de energía.

126

FORMULA No 2 CON PULPA DE CAFÉ Y ESTIERCOL

CANTIDAD MATERIALES 1 Bulto de pulpa de café 1 Bulto de tierra fértil 1 Bulto de estiércol de bovino 3 Kilos de miel de purga 2 Kilos de calfos o cal dolomita 2 Litros de caldo supermagro 50 Kilogramos de buenesas ½ Libra de levadura 10 Kilogramos de ceniza de cocina.

Según la disponibilidad de materiales usted puede aumentar o disminuir la cantidad de

ellos.

PREPARACION:

Se revuelven todos los materiales secos y el caldo supermagro los mezcla con 50 litros de

agua aproximadamente y la miel de purga.

Esta mezcla la va rociando a la pila a medida que la revuelve. (No olvide que la humedad

se mide con la prueba de puño).

APLICACIÓN Y DOSIS:

Para semilleros, mitad de tierra y mitad de este compostaje. La misma dosis recomendada

en la fórmula número 1 se emplea para el abonamiento de cultivos.

Realice bajo techo la preparación de estos abonos fermentados.

127

FÓRMULA N° 3 CON GALLINAZA Y TIERRA

CANTIDAD MATERIALES 5 Bulto de gallinaza 2 Bultos de tierra fértil 2 Bultos de cascarilla de arroz o de café 10 Kilos de miel de purga 2 Litros de caldo supermagro 20 Kilos de calfos o fosforita Huila ½ Libra de levadura 10 Kilos de ceniza o carbón de madera

PREPARACION:

Mezcle bien los productos, agregue el agua necesaria y voltear cada 5 días hasta los 30 o

45 días aproximadamente.

APLICACIÓN Y DOSIS.

Se deben seguir las mismas recomendaciones anteriores.

FORMULA No 4 CON EL ESTIERCOL DE CABALLO

CANTIDAD MATERIALES 1 Bulto de estiércol de caballo o yegua 3 Bulto de tierra virgen libre de agrotóxicos 2 Bulto de cascarilla de arroz o pulpa de café 3 Litros de caldo M4 5 Kilos de mogolla de trigo

1/2 Libra de levadura 10 Kilos de calfos o fosforita Huila 10 Kilos de cal agrícola 10 Kilos de miel de purga - melaza

PREPARACION:

Mezclar bien los materiales que deben estar suficientemente húmedos y cubrir con una

estopa (taparlo).

128

Revolver a partir del quinto día, todos los días durante una semana sin dejar de mantener la

humedad constante. Al cabo de 25 días está listo para usarlo como abono en el cultivo.

FORMULA No 5 CON ESTIERCOLES DE CERDO Y VACA

CANTIDAD MATERIALES 5 Carretadas de estiércol de cerdo 1 Bulto de estiércol de vaca fresco 10 Kilos de mantillo de bosque 10 Litros de caldo supermagro 2 Kilos de miel de purga disuelta en agua 2 Bultos de tierra fértil 2 Bultos de cascarilla de arroz 2 Bultos de buenesas

1/2 Libra de levadura 2 Bultos de tierra arenosa de subsuelo 20 Kilos de fosforita huila, cal dolomita o calfos

PREPARACION:

Mezclar bien el estiércol de la vaca y el de cerdo con el capote, el cisco de arroz y la tierra,

más los otros ingredientes a medida que se va humedeciendo con el agua, (si la humedad de

los estiércoles no es mucha), mezclando con el caldo supermagro y la miel de purga hasta

lograr una pila uniforme y lo suficientemente húmeda, pero no demasiado, la buenesa bien

picada se va adicionando en el momento de la mezcla.

Cada semana se debe voltear la pila hasta la tercera semana y cuando la temperatura haya

disminuido lo suficiente y se observa una mezcla homogénea ya está listo para ser usado

como abono.

La temperatura en la primera semana se eleva lo suficiente y esta es una buena señal de que

los microorganismos están actuando en la descomposición y transformación de la materia,

pero se debe estar controlando para que no suba demasiado, haciendo os volteos necesarios.

129

A este compostaje se le debe agregar algunos otros residuos de cosecha o desperdicios de

cocina que estén disponibles.

FORMULA N° 6 DE BUENESAS Y ESTIERCOLES.

CANTIDAD MATERIALES 5 Bultos de hierbas frescas ojalá de vagas o sitios fértiles 60 Kilos de estiércol fresco de cualquier origen 10 Kilos de miel de purga 10 Kilos de capote o mantillo de bosque 2 Bultos de tierra de subsuelo

1/2 Libra de levadura 20 Kilos de fosforita Huila, calfos o cal dolomita

PREPARACION:

La hierba se pica lo mejor posible y el estiércol fresco se revuelve con el caldo de

pescado, la miel de purga, la levadura, el capote y la tierra. Luego se mezclan todos los

productos hasta formar una pila bien distribuida.

A los 8 días de voltea el material, y se repite el volteo a los siguientes 8 días. Este abono

está listo para utilizarlo a los 40 días de haber iniciado el proceso. Cualquier estiércol con

mantillo de bosque, desechos de cosecha y miel de purga, ya garantizan un buen abono

orgánico.

RECOMENDACIÓN:

Los estiércoles a utilizar deben provenir de animales sanos y el agua a utilizar no debe ser

tratada con coro. Los compostajes deben estar siempre a la sombra y libres de la lluvia.

Las mezclas en los compostajes o abonos fermentados no deben estar encharcadas, porque

no permita la actividad microbial. Para el caso de la gallinaza, que es tan utilizada por

muchos agricultores, se recomienda compostarla, pues sus contenidos no son lo

130

suficientemente asimilables al suelo y se ha comprobado que pueden quedar algunos

residuos como antibióticos y gérmenes patógenos.

FORMULA N°. 7 TIPO BOCASHI

CANTIDAD MATERIALES 5 Bultos de gallinaza 2 Bultos de cascarilla de arroz o de café 2 Bultos de tierra fértil 5 Kilos de miel de purga o melaza 10 Kilos de carbón de leña 1/2 Libra de levadura 50 Kilos de fosforita huila o calfos 5 Kilos de cal agrícola

PREPARACION:

De la misma forma como se procedió a la preparación de la fórmula N° 1, se debe proceder

acá, solo algunos materiales cambian y las cantidades.

RECOMENDACIÓN.

Para todos los abonos fermentados y compostados, las pilas no deben quedar muy gruesas,

es decir que en la parte más alta de la altura máxima no supere los 50 cm, debido a que si la

temperatura se eleva demasiado el consumo de energía es alto y en el campo se va a

necesitar esa energía para terminar el proceso de transformación.

RECOMENDACIONES GENERALES:

La dosis: En general se recomiendan entre 2 y 3 kilos por árbol grande, distribuido

alrededor de la planta y tapado con hojarasca de los alrededores.

Para la siembra de hortalizas u otras plantas s3 mezcla la materia orgánica con la tierra y se

siembran las plántulas, plánticas o semillas sin peligro de que se quemen.

131

ANEXO D

Diagramas de proceso de las diferentes fases de la fermentación llevada a cabo en la I.L.C.

132

TANQUE DE

PREDILUCION B-202

MEZCLADOR ESTATICO

S-20 1 A/B

RECIRCULACIÓN DE AGUA DE RECICLO

B-205

Vapor

Vapor

Agua

Miel Almacenada Agua

Ácido Sulfúrico

Miel prediluida a clarificación

Diagrama de proceso 1: PREDILUCION DE MIELES I.L.C.

133

Lodos

Lodos

HIDROCICLONES

TANQUE PULMON

CENTRÍFUGAS CLARIFICADOR

AS S-203 A/D

RECIPIENTE DE

MIEL DE CLARIFICACIÓN

B-204

RECIPIENTE

DE LAVADO DE LODOS B-203

Lodos

Agua

Miel predilucion

Agua potable E-202

Miel clarificada a fermentación

Diagrama de proceso 2 : CLARIFICACIÓN DE MIEL I.L.C.

134

Diagrama de proceso 3: PROPAGACIÓN DE LEVADURA I.L.C.

CUBA DE PROPAGACIÓN B-301

ENFRIADOR

E-301

COMPRESORES DE AIRE

K-301 A/E

Levadura

Antiespumante

Salesa Agua potable

Miel clarificada

A enfriamiento

Levadura propagada a fermentación

Aire

135

Antiespumante

Sales

MEZCLADOR ESTATICO

S-206

CUBA DE FEMENTACION

B-351 – B-354

ENFRIADOR E-203

ENFRIADOR E-351 - E-354

ENFRIADOR E-202

ESTERILIZADOR S-204

CALENTADOR DE MIEL

J-202

Miel clarificada

Vapor

Agua

Levadura

CO2

Mosto fermentado a recuperación de levadura

Diagrama de proceso 4: FERMENTACION I.L.C.

136

FILTROS

CENRIFUGA SEPARADORA

S-402 A/B

CENTRÍFUGA REPASADORA

S-406 A/B TANQUE DE VINOS B-402 TANQUE DE

TRATAMIENTO DE LEVADURA

B-405

TANQUE LAVADO DE CREMA DE

LEVADURA B-403 Vapor

Agua

Vino Mosto

Fermenta

Agua

Levadura reciclo a

fermentación Ácido sulfúrico

Agua

Vino deslevadurizado a

destilación

Diagrama de proceso 5: RECUPERACIÓN DE LEVADURA I.L.C.

137

ANEXO E

Normas Ambientes actuales

El decreto 1594 de 1984 presenta los limites que se deben considerar en el momento usar el

agua y los residuos líquidos.

DE LAS NORMAS DE VERTIMIENTO

Artículo 72: Todo vertimiento a un cuerpo de agua deberá cumplir, por lo menos, con las

siguientes normas:

Referencia Usuario Existente Usuario Nuevo

PH 5 a 9 unidades 5 a 9 unidades

Temperatura < 40°C < 40°C

Material flotante Ausente Ausente

Grasas y aceites Remoción > 80% en carga Remoción > 80% en carga

Sólidos suspendidos,

domésticos o industriales Remoción > 50% en carga Remoción > 80% en carga

Demanda bioquímica de oxígeno:

Para desechos domésticos Remoción > 30% en carga Remoción > 80% en carga

Para desechos industriales Remoción > 20% en carga Remoción > 80% en carga

Carga máxima permisible (CMP), de acuerdo con lo establecido en los artículos 74 y 75 del

presente Decreto.

138

Parágrafo: Declarado nulo por el Consejo de Estado en Sentencia del 14 de agosto de

1992. De acuerdo con las características del cuerpo receptor y del vertimiento, la EMAR

decidirá cuál o cuáles de las normas de control de vertimiento señaladas en este artículo

podrán excluirse.

Artículo 73: Todo vertimiento a un alcantarillado público deberá cumplir, por lo menos,

con las siguientes normas:

Referencia Valor

pH 5 a 9 unidades

Temperatura ≤ 40°C

Ácidos, bases o soluciones ácidas o

básicas que puedan causar

contaminación; sustancias explosivas

o inflamables. Ausentes

Sólidos sedimentables ≤ 10 ml/l

Sustancias solubles en hexano ≤ 100 mg/l

Referencia Usuario Existente Usuario Nuevo

Sólidos suspendidos para

desechos domésticos e

industriales Remoción > 50% en carga Remoción > 80% en carga

Demanda bioquímica de oxígeno:

Para desechos domésticos Remoción > 30% en carga Remoción > 80% en carga

Para desechos industriales Remoción > 20% en carga Remoción > 80% en carga

139

Caudal máximo 1.5 veces el caudal promedio horario

Carga máxima permisible (CMP) de acuerdo a lo establecido en los artículos 74 y 75 del

presente Decreto.

Parágrafo: Declarado nulo por el Consejo de Estado en Sentencia del 14 de agosto de

1992. De acuerdo con las características del cuerpo receptor y del vertimiento, la EMAR

decidirá cuál o cuáles de las normas de control de vertimiento anotadas, podrán excluirse.

Artículo 74: Las concentraciones para el control de la carga de las siguientes sustancias de

interés sanitario, son:

Sustancia Expresada como Concentración (mg/l)

Arsénico As 0.5

Bario Ba 5.0

Cadmio Cd 0.1

Cobre Cu 3.0

Cromo Cr+6 0.5

Compuestos fenólicos Fenol 0.2

Mercurio Hg 0.02

Níquel Ni 2.0

Plata Ag 0.5

Plomo Pb 0.5

Selenio Se 0.5

Cianuro CN 1.0

Difenil policlorados Concentración de agente activo No detectable

Mercurio orgánico Hg No detectable

Tricloroetileno Tricloroetileno 1.0

Cloroformo Extracto Carbón Cloroformo (ECC) 1.0

Tetracloruro de carbono Tetracloruro de Carbono 1.0

Dicloroetileno Dicloroetileno 1.0

140

Sulfuro de carbono Sulfuro de carbono 1.0

Otros compuestos

organoclorados,

cada variedad Concentración agente activo 0.05

Compuestos organofos

forados, cada variedad Concentración agente activo 0.1

Carbamatos 0.1

Parágrafo: Cuando los usuarios, aún cumpliendo con las normas de vertimiento,

produzcan concentraciones en el cuerpo receptor que excedan los criterios de calidad para

el uso o usos asignados al recurso, el Ministerio de Salud o las EMAR podrán exigirles

valores más restrictivos en el vertimiento.

Artículo 75: La carga de control de un vertimiento que contenga las sustancias de que trata

el artículo anterior, se calculará mediante la aplicación de las siguientes ecuaciones:

A = (Q) (CDC) (0.0864)

B = (Q) (CV) (0.0864)

Parágrafo: Para los efectos de las ecuaciones a que se refiere el presente artículo

adoptándose las siguientes convenciones:

A: Carga de control, kg/día.

Q: Caudal promedio del vertimiento, l/seg.

B: Carga en el vertimiento, kg/día.

CDC: Concentración de control, mg/l.

CV: Concentración en el vertimiento, mg/l.

0.0864: Factor de conversión.

Parágrafo 2: La carga máxima permisible (CMP) será el menor de los valores entre A y B.

141

Artículo 76: Cuando la carga real en el vertimiento sea mayor que la carga máxima

permisible (CMP), aquella se deberá reducir en condiciones que no sobrepase la carga

máxima permisible.

Artículo 77: Cuando el caudal promedio del vertimiento se reduzca y por consiguiente la

concentración de cualesquiera de las sustancias previstas en el artículo 74 se aumente, la

carga máxima permisible (CMP) continuará siendo la fijada según el parágrafo 2 del

artículo 75 del presente Decreto.

Artículo 78: El control del pH, temperatura (T), material flotante, sólidos sedimentables,

caudal y sustancias solubles en hexano, en el vertimiento, se hará con base en unidades y en

concentración. El de los sólidos suspendidos y el de la demanda bioquímica de oxígeno con

base en la carga máxima permisible (CMP), de acuerdo con las regulaciones que establezca

la EMAR.

Artículo 79: Las normas de vertimiento correspondiente a las ampliaciones que hagan los

usuarios del recurso se calcularán de acuerdo con lo establecido en los artículos 75, 76, 77 y

78 del presente Decreto.

Artículo 80: El control de vertimientos para las ampliaciones deberá efectuarse

simultáneamente con la iniciación de las operaciones de ampliación o modificación.

Artículo 81: Las ampliaciones deberán disponer de sitios adecuados para la caracterización

y aforo de sus efluentes.

Artículo 82: De acuerdo con su caracterización, todo vertimiento puntual o no puntual,

además de las disposiciones del presente Decreto deberá cumplir con las normas de

vertimiento que establezca la EMAR.

Artículo 83: Los usuarios que a la fecha de expedición del presente Decreto estén

desarrollando obras conforme a las exigencias de la EMAR respectiva o del Ministerio de

142

Salud, deberán cumplir con las normas de vertimiento establecidas en los plazos

convenidos.

Parágrafo: Los usuarios a que hace referencia el presente artículo, una vez expirados los

plazos de los permisos o autorizaciones correspondientes, deberán cumplir con las normas

contenidas en el presente Decreto o cualesquiera otras que en desarrollo del mismo

establezca la EMAR.

Artículo 84: Los residuos líquidos provenientes de usuarios tales como hospitales,

lavanderías, laboratorios, clínicas, mataderos, así como los provenientes de preparación y

utilización de agroquímicos, garrapaticidas y similares, deberán ser sometidos a tratamiento

especial, de acuerdo con las disposiciones del presente Decreto y aquellas que en desarrollo

del mismo o con fundamento en la ley establezcan el Ministerio de Salud y la EMAR.

Artículo 85: El Ministerio de Salud y la EMAR establecerán las normas que deberán

cumplir los vertimientos de residuos líquidos radiactivos.

Artículo 86: Toda edificación, concentración de edificaciones o desarrollo urbanístico,

turístico o industrial fuera del área de cobertura del sistema de alcantarillado público,

deberá dotarse de sistemas de recolección y tratamiento de residuos líquidos conforme a las

normas especiales que para cada caso señalen el Ministerio de Salud y la EMAR

correspondiente.

Artículo 87: Se prohíbe el vertimiento de residuos líquidos no tratados provenientes de

embarcaciones, buques, naves u otros medios de transporte marítimo, fluvial o lacustre, en

aguas superficiales dulces, marinas y estuarinas.

Parágrafo: La EMAR fijará las normas de vertimiento para el caso contemplado en este

artículo teniendo en cuenta lo establecido en el presente Decreto.

Artículo 88: Los puertos deberán contar con un sistema de recolección y manejo para los

143

residuos líquidos provenientes de embarcaciones, buques, naves y otros medios de

transporte. Dichos sistemas deberán cumplir con las normas de vertimiento.

Artículo 89: Las disposiciones del presente Decreto también se aplicarán a las

exploraciones y explotaciones petroleras o de gas natural, el beneficio del café, los

galpones, las porquerizas, los establos y similares.

Artículo 90: En ningún caso se permitirán vertimientos de residuos líquidos que alteren las

características existentes en un cuerpo de agua que lo hacen apto para todos los usos

señalados en el presente Decreto.

Artículo 91: No se admite ningún tipo de vertimiento:

a. En las cabeceras de las fuentes de agua.

b. En un sector aguas arriba de las bocatomas para agua potable, en extensión que

determinará, en cada caso, la EMAR conjuntamente con el Ministerio de Salud.

c. En aquellos cuerpos de agua que la EMAR y el Ministerio de Salud, total o parcialmente

declaren especialmente protegidos.

Artículo 92: El Ministerio de Salud o su entidad delegada, así como la EMAR,

establecerán el sitio de toma de muestras para la evaluación de las concentraciones de

sustancias de interés sanitario en un vertimiento.

Artículo 93: Cuando en un cuerpo de aguas se presenten vertimientos accidentales o por

fuerza mayor o caso fortuito, tales como de petróleo, hidrocarburos y otras sustancias, que

originen situaciones de emergencia, el Ministerio de Salud coordinará con las EMAR los

procedimientos tendientes a controlar dicha situación.

Artículo 94: Se prohibí el lavado de vehículos de transporte aéreo y terrestre en las orillas

144

y en los cuerpos de agua, así como el de aplicadores manuales y aéreos de agroquímicos y

otras sustancias tóxicas y sus envases, recipientes o empaque.

Artículo 95: Se prohíbe el vertimiento de residuos líquidos sin tratar, provenientes del

lavado de vehículos aéreos y terrestres, así como el de aplicadores manuales y aéreos,

recipientes, empaques y envases que contengan o hayan contenido agroquímicos u otras

sustancias tóxicas.

Parágrafo: Los residuos líquidos provenientes de embarcaciones, buques, naves o medios

de transporte similares, se dispondrán de conformidad con el artículo 88 de este Decreto.

Artículo 96: Los usuarios que exploren, exploten, manufacturen, refinen, transformen,

procesen, transporten o almacenen hidrocarburos o sustancias nocivas para la salud y para

los recursos hidrobiológicos, deberán estar provistos de un plan de contingencia para la

prevención y control de derrames, el cual deberán contar con la aprobación de la EMAR y

el Ministerio de Salud o de su entidad delegada.

Artículo 97: El Ministerio de Salud o la EMAR podrán prohibir el vertimiento de residuos

líquidos que ocasionen altos riesgos para la salud o para los recursos hidrobiológicos, o

exigir la ejecución de un programa de control de emergencia.

145

ANEXO F

Programa TDH 1.0

Descripción

Este cálculo en línea permite calcular el TDH (Total Dinamic Head) o Cabeza Total

Dinámica de una Bomba Centrífuga.

El script se realizó con base en la ecuación de Hazen Willians, y es un programa muy

práctico y de fácil uso, para acercarse al cálculo del TDH cuando se transporta un fluido

de un punto a otro punto. El programa calcula la cabeza total dinámica que requiere la

bomba para transportar el fluido de un tanque a otro.

Uso del cálculo e línea

El uso del cálculo en línea es muy sencillo, simplemente basta con introducir los

siguientes datos y el programa calcula el TDH:

1. Diámetro de la tubería que transporta el fluido.

Las unidades pueden ser introducidas en milímetros o en pulgadas.

2. Caudal del fluido.

Las unidades se pueden introducir en metros cúbicos por hora (m3/h), litros por segundo

(l/s), o galones EU por minuto (GPM)

3. Longitud de la tubería.

Las unidades pueden ser introducidas en metros o en pies.

4. Elevación.

Se refiere a la elevación que sufre el fluido a ser transportado de un lugar a otro. Las

unidades pueden ser introducidas en metros (m) o en pies (ft).

146

5. Material de la tubería.

Presentación:

TDH Versión 1.0

Diámetro 2 in

Caudal 7.68 m^3/h TDH long de Tubería 55.3 m

11.026712

m Elevación 7 m

Material Acero Corroido

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En el cálculo en línea hay parámetros para tuberías en: Plástico, acero nuevo,

usado, corroído y recubrimiento en caucho, dependiendo del fluido a manejar.

147

ANEXO G

COTIZACIONES

158

ANEXO H

FOTOGRAFIAS

CREMA DE LEVADURA

LEVADURA PRENSADA

ENTRADA FILTRO PRENSA

PLACAS Y MARCOS DE FILTRO PRENSA