1.Filtração

1.1 Filtro de Terras

1.2 Filtro de Placas

1.3 Filtro de membrana

EstabilizaçãoEstabilização

1.3 Filtro de membrana

Fernanda Cosme

Filtro de terra• Simplicidade de utilização

• Baixo custo de filtração

• Capacidade de adaptação a vários níveis de turvação

MecanismoEfeito de tamisagem: As partículas de diâmetro superior aos poros da camada

filtrante ficam retidas mecanicamente. A eficácia depende do tamanho dos poros,

quanto menor a permeabilidade da terra utilizada maior será este efeito e vice-

versa.

Efeito de absorção: retenção em profundidade em toda a espessura da camada

filtrante. Efectua-se nas curvas dos canais filtrantes.

Efeito de adsorção: relativamente limitado no filtro de terra.

Processo de funcionamento

• Estabelece-se sobre o suporte uma pré-camada constituída pelo

agente filtrante

• Durante a filtração doseia-se uma mistura de vinho e agente filtrante,

para retardar a colmatagem e constituir toda uma série de camadas

filtrantes sucessivas constituídas pelo adjuvante de filtração e as

impurezas retidas até ao enchimento do filtro.

Condução da filtração

Escolha do adjuvante de filtração:

Objectivo Nível de clarificação

minimizarConsumo de terras

Tempo gasto para filtrar um determinado volume

Parâmetros a respeitar

• Ter um mínimo de terras diferentes (3 a 4 Máx.)

• Cobrir a gama de produtos a filtrar com a terra escolhida

• Estabelecer formulações simples para evitar erros• Estabelecer formulações simples para evitar erros

• Escolha da terra em função do tipo de filtro, das suas capacidades

e da qualidade de trabalho realizado

Procurar um consumo reduzido

Condução da Filtração

A condução da filtração faz-se em dois tempos

Pré-camada Aluvião

Pré-camada-Adjuvante mais grosseiro (terra branca)

- Celulose

-Elemento primordial para uma boa filtração

-Circuito fechado entre o corpo do filtro e a panela

-Debito 1,5 vezes o debito da filtração

-Contra-pressão mínima de 1 bar

-Perfeito desarejamento do filtro

-Manutenção de pressões

-Sobreposição de camadas de terras sucessivamente mais finas

-Quantidade mínima de terra1kg/m3

-Água ou vinho límpido

Aluvionagem

� Terra de aluvionagem é igual a terra da última pré - camada dose

de terra de aluvionagem é função dos sólidos em suspensão.

�A dose é determinada por tentativas, iniciando-se o processo com

uma sobre dosagem.uma sobre dosagem.

�Se ∆∆∆∆p > rapidamente, alimentação de terra insuficiente em relação aos sólidos do líquido colmatagem rápida do filtro

�Se ∆∆∆∆p > pouco, dosagem excessiva de terras – ciclo curto de filtração é grande o consumo de terras

AluviãoRegra: As terras a dosear devem ser iguais às utilizadas na última camada da pré-camada, nunca usar terras mais grosseiras

• As doses determinam-se por tentativa

• O ideal é iniciar com uma sobredosagem, e chegar por regulação à

dose idealdose ideal

• O sucesso de um bom ciclo de filtração decide-se no primeiro ¼ de

hora de doseamento

• A curva óptima aceita um aumento de pressão de 0,5 a 1 Bar/h para a

obtenção da clarificação desejada

Aluvião

• Um pequeno aumento do ∆P indica um doseamento excessivo que vai

conduzir a um ciclo curto (por enchimento inútil da câmara de filtração) e

a um grande consumo de terra

• Todo o aumento de pressão é em geral irreversíveis

• A clarificação final de um vinho não se atinge, na maior parte dos

casos, de uma só vez. É necessário recorrer a dupla ou tripla filtração

em que as cargas vão sendo constituída por terras sucessivamente mais

final

Comportamento das terras durante a filtração

Compressibilidade das terras

1,5 BAR < ∆P < 2,5 BAR

Repartição do bolo

Filtração ideal o bolo das terras apresenta sobre toda a superfície

filtrante um crescimento de espessura idêntico e uma repartição

uniforme dos componentes finos e grossos.

Comportamento das terras durante a filtraçãoFactores perturbadores

Irregularidades na passagem do liquido através da superfície filtranteIrregularidades na passagem do liquido através da superfície filtrante

O escoamento deve ser o mais uniforme possível para evitar pontos de

passagem preferenciais.

Turbulência da câmara de filtraçãoTurbulência da câmara de filtração

O liquido entra na câmara de filtração a uma velocidade muito superior aquela

com que atravessa a camada de terra. A energia de travagem é anulada pela

formação de turbilhões que originam escoamento paralelo à superfície do filtro.

Tendência à sedimentação das terrasTendência à sedimentação das terras

O caminho de uma partícula de Kieselgur não é idêntico ao caminho do liquido.

Quanto mais grossa a terra maior a tendência para sedimentar.

Controlo da operação de filtraçãoEvolução da diferença de pressãoGrau de limpidez obtido (visualmente ou por turbidimetria)

Exemplo de formulação de adjuvantes (filtro de discos horizontal)

Vinho

Vinho Novo(filtração de desbaste)

2(g/m2)

800 a 1000 de mistura a50% terra aberta + média

1 (g/m2)

600 a 800 terra aberta(3 a 5 darcy)

3(g/m2)

Antes da refrigeração

Após refrigeração

Vinho velho após colagempara engarrafa s/ refrigerar

800 a 1000 terra média(1 a 1,5 darcy)

700 a 900 mistura a 50 %terra média + terra rosa

(0,2 Darcy) + 100g celulose

400 a 500 terra rosa(0,2 Darcy) +

200g de celulose

600 a 800 terra aberta(3 a 5 darcy)

500 a 700 terra média(1 a 1,5 darcy)

700 a 800 terra média400 a 500terra rosa

Condução da filtração

1- Enchimento e desgasificação – Feito de preferência com vinho

limpo, garantir que todo o ar é expulso.

2- Formação da pré-camada – O liquido é colocado em circuito

fechado entre a câmara de filtração passando pelo depósito de terras.

Incluir o filtro residual ou o disco de filtração final. O tanque da bomba

doseadora deve estar cheio cerca de 1/3 com uma concentração de

terras < 1kg/L. termina quando o liquido ficar limpo no visor á saída da

campânula.

Condução da filtração

3- Filtração – O liquido a filtrar é adicionado das terras com

a bomba doseadora. Esta é regulada em função do

diferencial de pressão. Acompanhar também a turbidez. Se

esta for superior ao pretendido colocar o vinho em circuito

fechado injectando terras pode melhorar o resultado.

4-filtração final – O liquido que fica na campânula pode

ser filtrado através do disco inferior usando um gás a baixa

pressão. Outra possibilidade é a utilização de um pequeno

Condução da filtração

pressão. Outra possibilidade é a utilização de um pequeno

filtro auxiliar, usando a bomba de alimentação ou gás.

5- Extracção do liquido – O bolo é extraído por centrifugação

colocando o conjunto dos discos em rotação.

6- Higienização – Deve ser feita uma lavagem diária começando por

passar água nos elementos filtrantes com estes a rodar. Passar uma

Condução da filtração

passar água nos elementos filtrantes com estes a rodar. Passar uma

solução alcalina 2 a 5 % em circuito fechado, no sentido da

filtração durante 15 a 30 min.

Enxaguar até retirar todos os vestígios de produto. Esporadicamente

pode ser necessário fazer uma desincrustação com um ácido 1 a 5 %.

Filtro de vácuo de tambor rotativoFiltro de terras

com vácuo

Defecção de mostos/clarificação de borras

* Cilindro rotativo de eixo horizontal com superfície perfurada sobre a qual se depositam as terras* Tambor está imerso até metadeno reservatório que contem o no reservatório que contem o liquido a filtrar* O vácuo é feito sobre o interior do tambor e repartido de forma uniforme sobre a camada filtrante* filtrado é recolhido no interior do tambor através do eixo central

O tambor tem 4 zonas: filtração, secagem, raspagem e zona de renovação da superfície filtrante

Regras de funcionamento de um filtro de vácuo

* As terras são preparadas num tanque (1º adiciona-se a água necessária e

depois colocam-se as terras ex: camada de 6 a 7 cm num filtro de 10 m2

poderá. necessitar de 200 kg). Deve-se fazer uma boa mistura com o auxilio

de um agitador ou criar um circuito fechado com a bomba de alimentação.

* É colocado o tambor a rodar à velocidade máxima. Esta vai sendo

reduzida á medida que a camada se forma, de modo a manter as terras

secas.

* As terras são enviadas para o tanque do tambor sendo ligado o vácuo e a

bomba do filtrado. O vácuo não deve ser excessivo, o que secaria

excessivamente o bolo, criando fendas...

Regras de funcionamento de um filtro de vácuo

•Formada a espessura da pré-camada pretendida, a lamina de corte é

encostada ao bolo. Sendo a espessura de corte regulada pelo motor de

avanço. Só interessa cortar a espessura que deixe ficar uma superfície limpa,

variando a profundidade do corte em função da quantidade de sólidos

(em rega 0,6 a 2 mm).(em rega 0,6 a 2 mm).

•O fim da filtração ocorre devido á camada filtrante, ao produto a filtrar ou ao

tempo.

•Desligar o vácuo e as terras que estão no filtro depreendem-se caindo

para o tanque.

Higienização do filtro de vácuo

*O filtro deve ser lavado diariamente com água potável. Deve ter-se em

atenção de fazer passar a água por todo o circuito. O vácuo terá que ser

ligado bem como a bomba de extracção do filtrado.

•Periodicamente ou quando o filtro ficar parado por algum tempo deverá ser

feita uma higienização com um produto alcalino na concentração de 2 a 5feita uma higienização com um produto alcalino na concentração de 2 a 5

%. O produto deverá ser colocado em circuito fechado devendo passar por

todos os pontos durante pelo menos 15 min. Deve-se seguidamente fazer o

enxaguamento com água durante o tempo necessário para garantir que não

fiquem resíduos (controlo com fenilftaleina).

* Antes de usar deve ser feito pelo menos um enxaguamento com água limpa.

Filtro de vácuo de tambor rotativo

Vantagens Mosto limpo de impurezasObtenção de sólidos mais secos

Desvantagens Consumo de terrasTempo morto na preparação da pre-camadaTempo morto na preparação da pre-camada

Aplicações Mosto recém prensadoBorras de mosto decantadoBorras de vinhoBorras de clarificaçãoBorras de descargas de centrifuga

Filtração por placas

Controlo de qualidade da placa filtrante

Consiste em medir dois parâmetros:

1) A velocidade de passagem de um líquido padrão a uma pressão

conhecida que nós dá debito da placa

2) A eficácia clarificante aplicada a uma solução de turvação

conhecida. O efeito clarificante ou efeito de retenção é determinado

pelo testes

solução aquosa de partículas bem definidas

• vinho tipo contendo uma suspensão partículas sob a forma de leveduras ou de bactérias

Filtração por placas

Conservação das placas antes de usar

Local seco e arejadoLonge de cheiros que são fixados facilmente

Mecanismos de retenção das placas filtrantes

Tamisagem – retenção puramente mecânica das partículas, o diâmetro é Tamisagem – retenção puramente mecânica das partículas, o diâmetro é

superior aos espaços livres entre as fibras dos filtros.

Intercepção directa – as partículas mais pequenas que os poro do filtro

passam através dos poros mas podem ser paradas por uma fibra se

estiver na sua trajectória.

Filtração por placas

Sedimentação – As partículas cuja massa e dimensão são suficientes para sedepositarem no decorrer da passagem nas partes horizontais do filtro sobre o

efeito da gravidade

Inércia – Ao atravessar uma placa filtrante, o vinho efectua uma trajectóriasinuosa, logo a troca de direcção da partícula tem tendência a seguir um

Mecanismos de retenção das placas filtrantes

sinuosa, logo a troca de direcção da partícula tem tendência a seguir umcaminho directo

Turbulência – As pequenas partículas são sujeitas a movimento browniano, nodecorrer da sua agitação vão-se fixar nas fibras do filtro.

Efeito electroestático ou adsorvente – Este efeito resulta da carga daspartículas e das fibras, quando as cargas são de sinal oposto, há atracão efixação nas fibras.

Filtração por placasOs parâmetros a respeitar para ter uma boa filtração são:

-Debito (l/h/placa)-Pressão diferencial (máximo)-Volume filtrado ao longo do ciclo

È necessário conhecer:

-Tipo de placa-Debito l/h/m2 máximo

Taxa de redução de microrganismos de uma placa esterilizante depende:

-Placa de filtração-Velocidade de filtração-Das características físico-químicas do pré-filtrado.

-Debito l/h/m2 máximo-Debito l/placa/h consoante a dimensão da placa-Diferencial de pressão máximo a não ultrapassar-Duração do ciclo máximoA cada placa correspondem características precisas

Lavagem – Mesmo usando matérias primas de excelente qualidade as placas

filtrantes tem sempre um certo odor que lhes é próprio.Por isso, é indispensável

fazer passar água através da placa durante 10 a 20 minutos. A duração da

lavagem exacta será determinada em função do resultado da degustação da

água resultante da filtração.

Filtração por placas

Esterilização do filtro

Deve-se proceder à esterilização do filtro/tubagem/tanque

Esterilização do material :

-Acção esterilizante ao calor-Acção esterilizante por produtos químicos

Acção esterilizante ao calor – água quente 80/90 ºC ou vapor de água a 120 ºC

À água quente á saída do filtro deve ser de 80 ºC e deve permanecer em

contacto 20 a 30 minutos.

Deve igualmente trabalhar com pouca pressão para evitar danos nas placas

Filtração por placas

Acção esterilizate por produto químicos – existe um grande nº de produtos Acção esterilizate por produto químicos – existe um grande nº de produtos

químicos bactericidas utilizados na esterilização dos filtros por meio de uma

bombagem em circuito fechado.

É necessário respeitar a concentração necessária de produto químico.

A concentração é indicada pelo fornecedor.

Esta técnica é de manipulação com muita precaução, o melhor será a acção do

calor.

Após a filtração – lavagem em contra corrente

Este processo permite uma regeneração parcial das placas filtrantes.

Deve ser efectuado com precaução porque pode haver riscos de danos nas

placas.

Devem evitar-se as flutuações de pressão ou golpes de pressão

O debito é em regra menos de metade do debito de filtração

Filtração por placas

O debito é em regra menos de metade do debito de filtração

Todo se faz com água quente.

No decorrer do dia – lavar abundantemente após filtração e lavar novamenteantes de iniciar uma nova filtração

No fim do dia – esterilizar após filtração. No começo do dia esterilizar antes do inicio de uma nova filtração.

Filtros de cartuchos lenticulares

Os filtros de lentilhas tem uma constituição semelhante ás placas

CeluloseKieselgurResina flexível carregada de um potencial zeta

As impurezas de sinal eléctrico contrário são captadas e retidas nas fibras.

A sua originalidade é uma resina ligante carregada positivamente (Z+)A sua originalidade é uma resina ligante carregada positivamente (Z+)

Relativamente às placas tem como vantagem trabalhar num modulo fechado e

ser mais fácil montar os elementos filtrantes e regeneração simples.

Principais utilizações

-Alternativa a filtração por terras em filtrações de desbaste de volumes pequenos

-A seguir à filtração por terras para clarificar vinhos antes do engarrafamento

-Em filtrações esterilizantes como alternativa à membrana

Filtros de cartuchos lenticularesConfiguração dos cartuchos

São constituídos de lentículas de dupla face apresentando uma superfície filtrante:-1.8 m2 por cartucho-Os filtros podem conter 1 a 9 cartuchos com uma superfície total de 1.8 a 16.2m2

-3.7 m2 por cartucho-Os filtros podem conter 1 a 4 cartuchos com uma superfície total de 3.7 a 14.8m2

Parâmetros de filtração:-É um filtro em profundidade-Debito para

-cartuchos clarificantes 10 hl/m2/h-cartuchos esterilizantes 5 hl/m2/h

-Diferencial de pressão nos dois casos, máximo a não ultrapassar 2 BAR-Duração média do circulo sem regeneração 200 hl/m2

-O material pode ser regenerado com água quente

Filtração por membrana

O sistema de filtração por membrana classifica-se em:

Microfiltração frontal e tangencial (0,1 a 10 µ)

Ultrafiltração (0,002 a 0,1 µ)

Osmose inversa ( 0,001 a 0,01 µ)

Para a microfiltração de vinhos (frontal), os ∅ dos poros

mais comuns são: 0.45, 0.65, 1 e 2 µ

Filtração por membrana

37

Filtração por membrana

Processo de separação de partículas sólidas de diâmetro 0.025 – 100 µ

Suportes de microfiltração

Membranas microfibrosas

Membranas microporos

As características das membranas compreendem:

• eficácia de retenção, ∅∅∅∅ dos poros conhecido e homogéneo

• debito de permeação (filtração) elevada

• boa resistência mecânica, química e térmica

Limiar de retenção - mede a dimensão das partículas que os poros são

capazes de reter (∅∅∅∅ dos poros).

Membranas caracterizam-se pelo seu limiar de retenção absoluto –

Limiar de retenção

Membranas caracterizam-se pelo seu limiar de retenção absoluto –

retenção

Placas filtrantes caracterizam-se pelo seu limiar de retenção nominal

retenção

Processos de Membranas

40

Fonte: J. Fernandes

Micro Filtração0.1 a 10 micrasBacterias, Solidos Finos

Ultra Filtração0.005 a 0.05 micras

•FiltraçãoFiltraçãoFiltraçãoFiltração

Processos de Membranas

41

0.005 a 0.05 micrasOrganicos, Endotoxinas

Nano Filtração0.0005 a 0.005 micrasDureza, Ions Divalentes

Osmose Reversa0.0001 a 0.001 micrasSais, Ions Monovalentes

Água

Índice de colmatagem

IC = T2 – 2T1

T1 – tempo de passagem de 250 mL de vinhoT2 – tempo de passagem de 500 mL de vinho

Passagem do vinho por uma membrana de 0.45 µ de diâmetro 25 mme pressão de 2,1 Bar