Alternativas de aprovechamiento de la crema de levadura reproducida y sobrante en el área de fermentación de la Industria Licorera de Caldas
Autor: Murillo Mosquera, Iliana Yeanmarie
Asesor: Betancourt Grajales, Ramiro (Thesis advisor)
Fecha: 2003
Programa: Bogotá - Medicina -Fisioterapia
Facultad: Facultad de Medicina

Resumen: 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. / 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.

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
2003ALTERNATIVAS 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
2003A 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.UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA Biblioteca Central
SEDE MANIZALES
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.TABLA DE CONTENIDO
Página
RESUMEN 1
INTRODUCCIÓN 3
OBJETIVOS 5
1. Descripción del problema 6
2. Antecedentes 8
2.1. Antecedentes de la empresa 8
2.1.1 Reseña histórica 8
2.1.2 Productos 9
2.1.3. Infraestructura 10
2.1.4 Proceso de producción en el área de fermentación 11
3. Marco teórico 14
3.1 Fermentación 14
3.1.1 Fermentación aerobia 15
3.1.2 Fermentación anaerobia 16
3.1.2.1 Fermentación alcohólica 16
3.2 Levaduras 21
3.2.1 Estructura de las levaduras 21
3.2.2 Reproducción 22
3.2.3 Tipos de levaduras 23
3.2.3.1 En condiciones aerobias 23
3.2.3.2 En condiciones anaerobias 23
3.2.4 Desarrollo de las levaduras 24
3.2.5 Necesidades de las levaduras 24
3.2.6 Inhibición de las levaduras 27
3.2.7 Dosificación 27
3.2.8 Formas de presentación de la levadura 27
3.2.8.1 Levadura prensada húmeda 28
3.2.8.1.1 Principales características 29
3.2.8.1.2 Composición 29
3.2.8.2 Levadura seca 30
3.2.8.2.1 Principales características 30
3.2.8.3 Levadura liquida 30
3.2.8.3.1 Composición de la crema de levadura 31
3.2.9 Fabricación de la levadura 32
3.4 Proceso de filtración 33
3.4.1 Formas de llevar a cabo el proceso 36
3.4.1.1 Presión constante 36
3.4.1.2 Velocidad o flujo volumetri co constante 36
3.4.2 Compresibilidad de la Torta. 373.4.3 Pautas para mejorar la filtración 37
3.4.4 Factores de los cuales depende la velocidad de filtración 38
3.4.5 Necesidades para una filtración 39
3.4.5.1 Medios filtrantes o agentes de filtración 39
3.4.5.1.1 Selección 39
3.4.5.1.2 Materiales de fabricación 40
3.4.5.1.3 Otros medios de filtración 41
3.4.5.2 Aparatos utilizados en filtración 41
3.4.5.2.1 Clasificación de filtros según características 43
3.4.5.2.2 Clasificación de filtros según su tipo 44
3.5 Filtro prensa 44
3.5.1 Tipos de filtro prensa 45
3.5.1.1 Filtros prensa de cámaras 45
3.5.1.2 Filtros prensa de placas y marcos 47
3.5.1.2.1 Filtros prensa de placas y marcos. Sin lavado 47
3.5.1.2.2 Filtros pren sa de placas y marcos. Con lavado 73
3.5.2 Materiales de construcción 50
3.5.3 Algunas definiciones 51
4 Cálculos del sistema de filtración actual 52
4.1 Descripción del sistema de filtración 52
4.2 Procedimiento experimental 53
4.3 Precauciones 55
4.4 Descripción de las variables del proceso 57
4.5 Filtro prensa 59
4.5.1 Modelo matemático 59
4.5.2 Resumen de variables necesarias y obtenidas en la practica 67
4.5.3 Cálculos 73
4.6 Sistema de tuberías (transporte de crema de levadura) 80
4.6.1 Modelo 81
4.6.2 Información necesaria 82
4.6.3 Cálculos 83
4.7 Tanque de almacenamiento de la crema de levadura a filtrar 84
4.8 Tanque de almacenamiento para el filtrado 86
4.9 Bomba 87
5 Análisis preliminar de costos 89
6 Planteamiento de Alternativas de aprovechamiento 94
6.1 Filtración 95
6.1.1 Levadura prensada 95
6.1.2 Filtrado producido 98
6.2. Centrifugación 98
6.3 Desintegración de las células 99
6.4 Desecación 100
6.5 Floculación 101
6.6 Producción de proteína unicelular SCP 101
6.7 Uso directo a la tierra 103
6.8 Digestión anaerobia 1046.9 Evaporación 104
6.10 Otras alternativas 105
CONCLUSIONES 107
RECOMENDACIONES 109
BIBLIOGRAFIA 111LISTA DE CUADROS
Página
Cuadro 1. Efecto de la temperatura sobre CO producido por el genero S.C. 25
2
Cuadro 2. Composición de la crema de levadura 31
Cuadro 3. Tamaño de algunas partículas que se pueden filtrar 34
Cuadro 4. Información necesaria: Experimento 1 67
Cuadro 5. Datos obtenidos: Experimento 1 67
Cuadro 6. Información obtenida. Experimento 1 68
Cuadro 7. Información necesaria: Experimento 2 69
Cuadro 8. Datos obtenidos: Experimento 2 69
Cuadro 9. Información obtenida. Experimento 2 70
Cuadro 10. Información necesaria: Experimento 3 71
Cuadro 11. Datos obtenidos: Experimento 3 71
Cuadro 12. Información obtenida. Experimento 3 72
Cuadro 13. Valores para las resistencias. Experimentos 76
Cuadro 14. Resultados de la practicas 79LISTA DE FIGURAS
Página
Figura 1. Proceso general de la fermentación. 15
Figura 2. Levadura en una proceso de fermentación. 16
Figura 3. Obtención de etanol. Escala industrial. 19
Figura 4. Mecanismo de fermentación. 21
Figura 5. Célula de la levadura. 22
Figura 6. Vidas de la levadura. 23
Figura 7. Influencia de la temperatura en las levaduras. 26
Figura 8. Presentación de la levadura en el mercado. 28
Figura 9. Levadura prensada. 28
Figura 10. Composición aproximada de 100 gr de materia seca de levadura 30
Figura 11. Proceso de filtración. 33
Figura 12. Principales componentes de la filtración 35
Figura 13. Componentes principales de la filtración con formación de torta. 35
Figura 14. Formas de llevar a cabo el proceso de filtración. 37
Figura 15. Vista frontal de un filtro prensa de cámaras. 46
Figura 16. Filtro prensa de placas y marcos. 47
Figura 17. Placas y marcos de filtro prensa sin lavado. 48
Figura 18. Placas y marcos de filtro prensa con lavado. 50
Figura 19. Esquema del arreglo de placas del filtro prensa. 54
Figura 20. Diagrama de un filtro prensa. 56
Figura 21. Sistema de tuberías para el transporte de levadura hacia el filtro. 80
Figura 22. Esquema interno de una bomba centrífuga 87
Figura 23. Métodos para la ruptura de los microorganismos 99
Figura 24. Diagrama esquemático de un proceso de general de SCP 103LISTA DE GRÁFICAS
Página
Gráfica 1. Regresión lineal. Experimento 1. 74
Gráfica 2. Regresión lineal. Experimento 2. 75
Gráfica 3. Regresión lineal. Experimento 3. 75LISTA 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. 158RESUMEN
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.
1Se 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.
2INTRODUCCIÓN
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).
3Con 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.
4OBJETIVOS
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
(cid:190) Conocer la composición físico-química y bacteriológica de la levadura antes y después
del proceso de filtración.
(cid:190) Plantear las alternativas de aprovechamiento o de usos para dicha levadura.
(cid:190) Evaluar el sistema de filtración ya existente en la empresa.
(cid:190) Conocer la composición del filtrado y plantear alternativas de tratamiento y/o
aprovechamiento para este.
(cid:190) Buscar la eliminación del factor contaminante de la crema de levadura que se produce
durante el proceso que se realiza en la empresa.
51. 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
6el 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.
72. 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.
81.982: 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
9Aguardiente 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.
10Para 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.
11Transporte 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.
12Propagación 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.
13Se 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.
143. 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 CO , no
2
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 CO y calor. La fermentación es la aplicación de sistemas y/o procesos
2
vivos para la obtención de productos a partir de un sustrato. Esta hace parte de la rama de la
biotecnología denominada tecnología enzimática.
C H O ⇒CH CH OH + CO + Q + SUBPRODUCTOS
6 12 6 3 2 2
Glucosa Etanol Carbónico Calor
La transformación de 1 Kg de azúcar, produce, aproximadamente 500 a 520 gr de alcohol y
de 480 a 500 gramos de CO .15
2
14El proceso general de la fermentación es el siguiente:
MICROORGANISMO
(SISTEMA VIVO)
ENZIMAS
PRODUCTOS SUSTRATO RESIDUOS
SUBPRODUCTOS
Figura 1. Proceso general de la fermentación
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
153.1.2 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.
16b. 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:
(cid:190) Forma redonda o ligeramente ovalada.
(cid:190) Reproducción por germinación multilateral ( a través de su membrana celular se
forma una célula hija)
(cid:190) Fermenta la glucosa, sacarosa, maltosa y en cierto grado la galactosa.
(cid:190) No fermenta la lactosa.
(cid:190) 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
17o 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
18Figura 3. OBTENCIÓN DE ETANOL. ESCALA INDUSTRIAL
Opcional
CO
2
Siembra
Miel MEZCLADO
TRATAMIENTO FERMENTACION
Nutrientes AJUSTE pH PREVIO
Vino Levadura
C arboxilos
DESTILACIÓN DESTILACIÓN
Etanol Jugo SEPARACION
DE DE DE
LEVADURA
ALCOHOL VINO
(MOSTO)
Levadura
Aceite de Vinazas sobrante
fusel
19g. 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 CO que serán liberados de
2,
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 CO las condiciones
2
anaerobias se logran de una manera más fácil, además el recorrido ascendente de las
burbujas gaseosas de CO origina una corriente convectiva que agita el medio y por ello en
2
algunos casos no es necesario una agitación mecánica adicional.8
20Figura 4. Mecanismo de Fermentación
Secondary
Glycerine
products
Glucose and Fructose
CO
2
GLUCOLYSIS Piruvic acid
Dehydrogenise
alcohol enzyme
ETHANOL Acetaldehyde
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 CO y el alcohol. La
2
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
21FIGURA 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
223.2.3 Tipos de levadura:
FIGURA 6 / VIDAS DE LAS LEVADURAS
FERMENTACIÓN
Levadura + Azúcar CO2 + alcohol
RESPIRACIÓN
Levadura + Azúcar + Oxigeno 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:
C -H -O + 6O 6 H2O + 6 CO + 673 Calorías.
6 12 6 2 2
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:
C -H -O 2 CH -CH OH + 2 CO + 33 Calorías
6 12 6 3 2 2
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
23La 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:
(cid:57) Humedad
(cid:57) Azúcar
(cid:57) 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
24"más completa" en contacto con aire, pero más rápida. Por lo tanto produce mas alcohol
y CO , pero en muy poco tiempo. La fermentación al abrigo del aire, se detiene antes
2
del agotamiento del azúcar, pero produce menos alcohol y menos CO .
2
(cid:57) Temperatura: Las levaduras tiene su optimo de intensidad fermentativa,
aproximadamente a los 35ºC, paralizando cualquier actividad a los 45ºC.15
Temperatura de Genero Saccharomyces
fermentación (gramos de CO desprendido en 24 horas)
2
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
Cuadro 1. Efecto de la temperatura sobre CO producido
2
por el genero Saccharomyces Cerevisiae
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 CO a 20ºC. 15
2
La sensibilidad al alcohol por parte de la levadura aumenta con la temperatura.15
25Figura 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.
(cid:57) Nitrógeno: El nitrógeno amoniacal o catión amonio son de rápida asimilación para
las levaduras.
(cid:57) 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
263.2.6 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, CO , etc.).
2
(cid:57) 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.
(cid:57) CO : Solo en casos en que se produce la fermentación bajo presión, puede ser
2
un factor importante, llegando a parar la fermentación. Si el CO escapa
2
libremente, carece de importancia.
(cid:57) 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 CO .15
2
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).
27Figura 8. Presentación de la levadura en el mercado.
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
28Se 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
29FIGURA 10 / COMPOSICIÓN APROXIMADA DE 100 gr
DE MATERIA SECA DE LEVADURA
Proteína 45 gr.
Glúcidos 43 gr.
Grasas 6 gr.
Materia mineral 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
30una 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
Cuadro 2. Composición de la crema de levadura23
Los minerales están el 60% en combinación con el ácido fosfórico.
313.2.9 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
323.4 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
Figura 11. Proceso de filtración
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
33Cuadro 3. Tamaño de algunas partículas que se pueden filtrar
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
34Torta o sedimento húmedo
Suspensión
Medio
fíltrante
Figura 12. Esquema de filtración donde se ilustran sus componentes fundamentales
En la siguiente figura la suspensión a separar, se suministra al filtro a una presión P y se
1
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 P . En la medida que se
2
lleva a cabo este proceso, el espesor de torta (h) y el volumen de filtrado claro obtenido
(V), aumenta en el tiempo.26
SEDIMENTO O TORTA
P
1
FILTRADO
SUSPENSIÓN
P
2
h
Figura 13. Esquema donde se ilustran los componentes principales de la filtración con
formación de torta..
353.4.1 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
36(-∆p) constante
etnatsnoc
)p∆-(
(-∆p) y
nóiserP
dadicoleV
velocidad
variables
Figura 14. Formas de llevar a cabo el proceso de filtración.
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
(cid:153) 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.
(cid:153) 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).
37(cid:153) 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.
(cid:153) Disminución del espesor de la torta de filtración.
(cid:153) 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
383.4.5 Necesidades para una filtración
(cid:153) Medios filtrantes o agentes de filtración.
(cid:153) Aparato de filtración.
(cid:153) 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.
392. 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
403.4.5.1.3 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.
41También 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
423.4.5.2.1 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.
43Estos 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
44en 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
45Figura 15. Vista frontal de un plato. Filtro prensa de cámaras
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
46El 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
47En 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
Figura 17. Placas y marco de un filtro prensa sin lavado
PLACA
MARCO
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
48unen 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
49Figura 18. Placa y marco de un filtro prensa con lavado.
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
503.5.3 Algunas definiciones
(cid:153) 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.
(cid:153) Superficie filtrante: La superficie filtrante es igual a las superficies útiles que
presentan, al paso de los jugos turbios, las telas interpuestas.
(cid:153) 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.
(cid:153) 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.
(cid:153) 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
514. 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.
524.2 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.
53Figura 19
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.
54Caída 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:
(cid:153) Evitar la agitación muy cercana al filtro porque podría impedir la formación de la
torta.
(cid:153) Cuidado con el agitador, asegurarse que la hélice esté completamente sumergida y
evitar que el motor se sobrecaliente.
(cid:153) Registrar presión de operación, densidad de la suspensión, número de marcos, peso
y humedad de la torta, caída de presión total.
(cid:153) 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.
(cid:153) Procurar tener cuidado a la hora de manejar al volante de ajuste, no se acerque al
contacto eléctrico y así evitar algún accidente.
(cid:153) Al terminar proceso se deberá dejar el equipo y el área de trabajo lo mas limpio
posible.
55Figura 20. DIAGRAMA DE UN SISTEMA DE FILTRACIÓN (FILTRO PRENSA)
564.4 Descripción de las variables del proceso
(cid:190) 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.
(cid:131) Número de marcos del filtro: Especificación propia del filtro prensa.
(cid:131) Área total de filtración (A ): Especificación propia del filtro prensa.
T
(cid:131) Área de filtración (A ): Especificación propia del filtro prensa.
FILTRACION
(cid:131) Volumen de la torta (V ): Correspondiente al volumen del marco del filtro
TORTA
prensa. Se asumió (por experimentos de prueba realizados con anterioridad) que
la torta formada ocupa todo el volumen disponible del marco.
(cid:131) Presión de ajuste: Ajuste mecánico del filtro prensa (tornillo mecánico).
(cid:190) 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.
(cid:131) Temperatura de operación: Corresponde a la temperatura a la cual se envía la
crema
de levadura al proceso de filtración.
(cid:131) pH de la crema de levadura, sólidos contenidos en la crema de levadura (C ),
S
densidad (ρ) y viscosidad (µ) de la crema de levadura, densidad de la levadura
S S
fresca (ρ ),
SS
(cid:190) Variables medidas de salida: Entre estas variables se encuentran aquellas que sus
valores fueron conocidos directamente por medidores.
(cid:131) 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
57fueron pesadas individualmente y luego se tomo un valor promedio de los tres
obtenidos (si el peso obtenido presentaba variación significativa).
(cid:131) 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
(cid:131) Viscosidad del filtrado: Medida con un viscosímetro
(cid:190) Variables de salida no medidas: Entre estas variables se encuentran aquellas que sus
valores fueron conocidos mediante el cálculo de correlaciones o ecuaciones.
(cid:131) Humedad de la torta: Mediante análisis en el laboratorio (Anexo A)
(cid:131) Densidad de la torta: Fue calculada mediante la ecuación ρ=M , que
V
correlaciona el
peso de una muestra de la torta formada con su volumen correspondiente
(volumen desalojado).
(cid:131) Área de la torta: Fue calculada mediante la ecuación A= L*L, que
correlaciona los lados (medidos con metro)de una torta formada.
(cid:131) Densidad del filtrado: Fue calculado mediante la formula ρ=M , que
V
correlaciona el peso y el volumen de la muestra de filtrado compuesta
recolectada durante la practica.
(cid:131) Volumen del tanque de almacenamiento: Se calculó utilizando las formulas
π
V =π*r2 *H y V = *r2 *H , que correlaciona el radio del tanque y la
3
altura (dependiendo de las secciones cilíndrica y cónica del tanque).
(cid:131) Otras variables: Fracción hueca o porosidad (ε), masa de sólido por volumen de
filtrado (w), volumen de una torta (V ), Volumen total de las tortas
TORTA
[ ]
formadas ( V ), cantidad de sólido contenido en una torta (M), masa de
TORTA TOTAL
suspensión en que está contenida M (M ), Volumen de suspensión en que esta
S
contenido M (V ), Cantidad de sólidos totales contenidos en las tortas
S S
58formadas (M ), Masa de suspensión en que están contenidos M
TOTAL TOTAL
[ ]
( M ), Volumen de suspensión en que esta contenida [ M ] ([V ] ),
S TOTAL S TOTAL S TOTAL
Volumen de filtrado V por cada placa, V totales. Estas variables fueron
TOTAL
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
1 dV ∆P g ∆P g ∆P g
= torta c = medio c = total c
(1)
A dθ r r r + r
torta medio tortta medio
Resistencia del medio filtrante
Se considera que permanece constante y se representa por:
r = µR
(2)
m m
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.
59Resistencia 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.
L
r = µR = µ torta (3)
t T K
El espesor de la torta, L o simplemente L, es una variable que no puede determinarse
torta
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,
s s s (m −1)s
M =Vρ +εLAρ =Vρ + M (4)
1− s 1− s 1− s 1− s
sρ
o, M = V =Vw (5)
1−ms
ρ = densidad del filtrado
s = fracción másica del sólido en la suspensión (Kg sólido/ Kg de suspensión)
torta_humeda
m=
torta_seca
w = masa de sólido referida al volumen de filtrado.
La masa de sólido depositada sobre el filtro vendrá da por:
M =LA(1−ε)ρ
(6)
s
Siendo ρ la densidad del sólido.
s
Igualando las expresiones (5) Y (6), y despejando L, se tiene:
601 sρ 1
L = V = wV
(7)
A(1−ε)ρ 1− ms A(1−ε)ρ
s
El valor de K despejado de la ecuación
1 dV ∆Pg
= K c (8)
A dθ µL
El valor de K es:
ε31
K = (9)
kS 2(1−ε)2
o
Sustituyendo en (3)
L wV kS 2(1−ε)2
R = = o
(10)
T K A(1−ε)ρ ε3
s
Las propiedades que dependen de las características de la torta se pueden incluir en un
factor definido por la expresión:
kS 2(1−ε) 1
α= o =
(11)
ρε3 Kρ (1−ε)
s s
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:
αwV αM
R = = (12)
T A A
Siendo las dimensiones de R (resistencia de la torta /viscosidad del filtrado) 1/L.
T
61Sustituyendo valores en la ecuación (1) resulta
1 dV ∆ Pg (13)
= c
A d θ  α wV 
µ  + R 
 A m 
La resistencia del medio fíltrante puede expresarse en función de la resistencia ofrecida por
una capa hipotética de torta que corresponda al volumen V de filtrado necesario para
e
formar esa torta hipotética; es decir
αρ sV αwV αM
R = e = e = e (14)
m A (1 − ms ) A A
Siendo M la masa de sólido depositada por el volumen V .
e e
Sustituyendo estos valores en la ecuación (13), queda:
1 dV ∆ Pg ∆ Pg
= c = c (15)
A d θ µα w (V + V ) µα (M + M )
A e A e
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 S como ε dependen de la presión aplicad sobre las partículas
O
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, S y ε no están afectadas por la compresión aplicada
0
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.
62El 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:
α=α ∆Pn
(16)
o
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:
logα= logα + nlog ∆P
(17)
o
Filtración a presión constante
Partiendo de la ecuación (13)
dϑ µαw µR
= V + m (18)
dV ∆Pg A 2 ∆Pg A
c c
Para tortas incompresibles y filtración a presión constante resulta:
dθ
= k V + k
(19)
dV 1 2
Siendo
µαw µαρ s µR
k = = = torta (20)
1 ∆Pg A 2 ∆Pg A 2 (1 − ms ) ∆Pg VA
c c c
63dθ
por medio de dV 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:
1 d θ
V = − V (21)
k dV e
1
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 V . El tiempo necesario para recoger ese volumen V . Se expresa
e e
por θ , y sea V el volumen de filtrado recogido en el instante de tiempo comprendido entre
e
0 y θ. Prescindiendo del volumen de líquido retenido por la torta, a partir de la ecuación
(19):
∫θ dθ= ∫V +V e k ( V + V ) dV
1 e (22)
−θ 0
k
θ + θ = 1 (V + V )2
(23)
e e
2
Como para θ = 0, V = 0, resulta:
k V 2
θ = 1 e
(24)
e
2
64y entonces,
k
θ = 1 V 2 + k VV
(25)
2 1 e
y de aquí
2θ
V = V 2 + − V (26)
e k e
1
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 (-θ ,V ). En el caso de que la resistencia del
e e
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 k para las
1
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:
(k ) A2
1 oper = exp
(27)
(k ) A2
1 exp oper
Por lo que respecta V , puede observarse que h de ser proporcional a al superficie de
e
filtración. Por consiguiente,
(V ) A
e oper = oper (28)
(V ) A
e exp exp
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
65través 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.
dV  1dV  1
  =   = (29)
dθ 4dθ 4k (V +Ve)
lav f 1
El tiempo de lavado vendrá dado por:
V
θ = lav (30)
lav  dV 
 
 dθ 
lav
Para filtros de placas y marcos:
θ =V 4k (V +V )
(31)
lav lav 1 e
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
V
C = (32)
θ
ciclo
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.
664.5.2 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 35,2m2
Área de filtración 1,6m2
Volumen de la torta 0,096m3
Retención de las lonas 7micras
Operación
Presión de ajuste 660 bar
Tiempo de operación 5,5hr.
Caída de presión total 2,1atm
Presión de bomba 2Kg/cm2
Temperatura 20°C
Suspensión: Crema de levadura
PH 2,83
Sólidos 23,5%
Densidad 0,96g/ml
Viscosidad 7,5cp
Densidad de la levadura Fresca: 2,61g/ml
Cuadro 5. Datos obtenidos. Experimento 1
Tiempo Volumen X = V/A Y = (A*t)/V
(min) (L) (L/m2) (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
6799.000 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 105,84Kg
Espesor de la torta 0,06m
Humedad de la torta 66,7%
Densidad 0,64g/ml
Area 1,6m2
FILTRADO
PH 3,44
Viscosidad 5cp
Densidad 0,8g/ml
TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE LA SUSPENSION
Volumen 22,26 m3
Nivel utilizado 42%
68Cuadro 7. Información necesaria. Experimento 2
Filtro Prensa
Número de marcos 22
Área total de filtración 35,2m2
Área de filtración 1,6m2
Volumen de la torta 0,096m3
Retención de las lonas 7micras
Operación
Presión de ajuste 660 bar
Tiempo de operación 5hr.
Caída de presión total 2,0atm
Presión de bomba 1,8Kg/cm2
Temperatura 20°C
Suspensión: Crema de levadura
pH 2,83
Sólidos 24%
Densidad 0,98g/ml
Viscosidad 7,5cp
Densidad de la levadura Fresca: 2,61g/ml
Cuadro 8. Datos obtenidos. Experimento 2
X Y
Tiempo
Volumen (L)
(min) 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
69100 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 107,61Kg
Espesor de la torta 0,06m
Humedad de la torta 67,8%
Densidad 0,64g/ml
Area 1,6m2
FILTRADO
pH 3.38
Viscosidad 5cp
Densidad 0,8g/ml
TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE LA SUSPENSIÓN
Volumen 22,26 m3
Nivel utilizado 40%
70Cuadro 10. Información necesaria. Experimento 3
Filtro Prensa
Número de marcos 22
Área total de filtración 35,2m2
Área de filtración 1,6m2
Volumen de la torta 0,096m3
Retención de las lonas 7micras
Operación
Presión de ajuste 660 bar
Tiempo de operación 5,3hr.
Caída de presión total 2,2atm
Presión de bomba 2Kg/cm2
Temperatura 19°C
Suspensión: Crema de levadura
PH 2,84
Sólidos 23,5%
Densidad 0,97g/ml
Viscosidad 7.5cp
Densidad de la levadura Fresca: 2,61g/ml
Cuadro 11. Datos obtenido. Experimento 3
X Y
Tiempo
Volumen (L)
(min) 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
71120 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 106,69Kg
Espesor de la torta 0,06m
Humedad de la torta 65,3%
Densidad 0,65g/ml
Area 1,6m2
FILTRADO
PH 3,5
Viscosidad 5cp
Densidad 0,8g/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
72de 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:
At µ*α*wV  µ*R 
=   + m 
V  2∆P  A  ∆P 
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:
µ*R
Intercepto = m
∆P
µ*α*w
Pendiente =
2∆P
73Donde:
α = Resistencia especifica de la torta
R = Resistencia del medio filtrante
m
µ = Viscosidad del filtrado
∆P = Caída de presión en el filtro
ρ
w = Masa de torta por volumen de filtrado, dada por w = s
1 − m
s
Gráfica 1. Regresión lineal. Experimento 1
EXPERIMENTO N°1
y = 3E-05x + 0,0373
R2 = 0,9917
0,090
0,088
0,086
0,084
0,082 V/t*A
0,080
0,078
0,076
0,074
0,072
1000,000 1100,000 1200,000 1300,000 1400,000 1500,000 1600,000 1700,000 1800,000
V/A
74Gráfica 2. Regresión lineal. Experimento 2
EXPERIMENTO N°2
y = 5E-05x + 0,0402
R2 = 0,9786
0,1300
0,1200
0,1100
0,1000
V/t*A
0,0900
0,0800
0,0700
0,0600
600,000 700,000 800,000 900,000 1000,00 1100,00 1200,00 1300,00 1400,00 1500,00 1600,00 1700,00
0 0 0 0 00 00 00 00 00 00 00 00
V/A
Gráfica 3. Regresión lineal. Experimento 3
EXPERIMENTO N°3
y = 3E-05x + 0,0428
R2 = 0,9797
0,0820
0,0810
0,0800
0,0790 V/t*A
0,0780
0,0770
0,0760
0,0750
1100,0000 1150,0000 1200,0000 1250,0000 1300,0000 1350,0000 1400,0000
V/A
75Utilizando 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 R y α para los 3 experimentos
m
Intercepto Pendiente Rm α
R2 µRm µαw Ecuación de la recta
= =
∆P 2∆P
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.
764.5.3.2 Muestra de cálculos:
Como la suspensión se comporta como un fluido incompresible se tiene:
Para Experimento 1
Fracción hueca o porosidad
g
0 .64
ρ ml
ε = 1 − TS = 1 − = 0 .245
ρ g
S 2 .61
ml
Masa de sólido por volumen de filtrado
ρ 0.235 0.235 kg
w = s = = = 0.348
1 − m 0.235 .675 l
s (1 − 0.235 ) − * 0.2439
0.64
Volumen de una torta
V = A *e
TORTA FILTRACION TORTA
V = 1.6m2 * 0.06 m = 0.096 m3
TORTA
Volumen total de las tortas formadas
[ ]
V =V *N°
TORTA TOTAL TORTA MARCOS
[ V ] =0.096m3*22=2.112m3
TORTA TOTAL
Cantidad de sólido contenido en una torta
M = V * ρ
TORTA TS
kg
M = 0.096 m3 *640 = 61.44Kg
m3
77Masa de suspensión en que están contenidos los 61.44 kg
M 61.44Kg
M = = = 261.45Kg
S C 0.235
S
Volumen de suspensión en que esta contenida esta masa
M 261 .45 Kg
V = S = = 272 .34 l
S ρ g
S 0 .96
ml
Cantidad de sólidos totales contenidos en las tortas formadas
[ ]
M = V * ρ
TOTAL TORTA TOTAL TS
kg
M = 2.112 m3 *640 = 1351 .68Kg
TOTAL m3
Masa de suspensión en que están contenidos los 1351.68 kg
M 1351.68Kg
[ M ] = TOTAL = = 5751.829Kg
S TOTAL C 0.235
S
Volumen de suspensión en que esta contenida esta masa
[ ]
M 5751 .829 Kg
[ V ] = S TOTAL = = 5991 .488 l ≅ 6000 l
S TOTAL ρ g
S 0.96
ml
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.
78V = V + V
S TORTA
V = 272.89l −96l =176.34l Por cada placa.
V = 5991.488l − 2112.l = 3879.488l totales
TOTAL
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 EXPRIMENTO EXPRIMENTO
1 2 3 PROMEDIO
ε [ ] 0,245 0,245 0,249 0.2463
w [ Kg/l] 0,348 0,359 0,348 0.3516
0.096
V [ m3] 0,096 0,096 0,096
TORTA
M [Kg] 61,44 61,44 62,4 185.28
260.993
M [Kg] 261,45 256,00 265,53
S
269.100
V [ l] 272,34 261,22 273,74
S
V [ l] 176,34 165,22 177,74 173.100
[V ] [ m3] 2.112 2.112 2.112 2.112
TORTA TOTAL
M [Kg] 1351.68 1351.68 1372.80 1358.72
TOTAL
[M ] [Kg] 5751.829 5632.00 5841.702 5741.843
S TOTAL
[V ] [ l] 5991.489 5746.93 6022.373 5920.264
S TOTAL
V TOTAL [ 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 .
794..6 Sistema de tuberías (transporte de crema de levadura)
30° P5
7 m
18 m
6 m
P6 P4
2 m
FILTRO
P7 P8
PRENSA
30 cm 10 m P3
Piso de filtro
P1
P2 2 m
11 m
Piso
Figura 21. Sistema de tubería para el transporte de la levadura hacia el filtro
Válvula
Flanshe
Manómetro
Codo
80En 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
10 5 p v 2 10 5 p v 2
Z + 1 + 1 = Z + 2 + 2 + h
1 ρ g 2 g 2 ρ g 2 g L
1 n n 2 n n
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]
g = Aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2
c
h = Perdida de carga debida al flujo de fluido [m de columna de fluido]
L
Como ρ = ρ y v = v
1 2 1 2
ρg
p − p = n ((Z − Z )+ h )
1 2 10 5 2 1 L
Entonces,
ρg
∆P= n (( Z − Z ) + h )
10 5 2 1 L
Perdida de carga debido a flujo de fluido h
l
22 .96 KQ 2
h =
L d 4
Donde
K = Coeficiente de resistencia o de perdida de carga por velocidad.
Q = Caudal [l/min]
d = Diámetro interior de la tubería [mm]
81Número de Reynolds R
e
21 ,22 Q ρ dv ρ
R = ó R =
e d µ e µ
Donde:
µ = Viscosidad absoluta del fluido [cp]
Velocidad media de fluido v
21,22Q
v =
d 2
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
L
K = f tubería recta
D
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
824.6.3 Cálculos
Velocidad media de fluido v
21,22 *128 m
v = = 0,985
52.52 s
Número de Reynolds R
e
52 ,5 * 0,985 * 960
R = = 6619 ,2
e 7,5
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
0,019*56,3*1000
K = =20,375 Para 55.3 metros de tubería de 2” cédula 40
52.5
K =17,64+0,98+5,88+8,82+1+20,375= 54,695
TOTAL
Perdida de carga debida a flujo de fluido h
l
22 .96 * 54 ,695 * 128 2
h = = 2,708 m
L 52 .5 4
Altura Total H [m de columna]
H = 8 + 2,708 = 10,708 m
83Caída de presión entre los puntos p – p
1 8
ρg
∆ P = n ((Z − Z )+ h )
10 5 2 1 L
960 * 9,81
∆P = (8 + 2,708 ) = 1bar
10 5
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:
842.93 m
254 m
B-405
164m
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
V = 1,2V
T S
donde,
V =Volumen_Tanque
T
V =Volumen_Susupencion
S
1,2= Factor_seguridad
Entonces
V = 1,2 * 6000 L
T
V = 7200 L = 7.2m 3
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.
854.8 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:
1.85 m
D=0 .05 m
1.80 m
D=0.10 m
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
V = 1,2V
T S
De donde
V =Volumen_Tanque
T
V =Volumen_Susupencion
S
1,2= Factor_seguridad
Entonces
V = 1,2 * 3879 L
T
V = 4655 .37 L = 4.65 m 3
T
Por lo tanto el tanque cumple con el volumen de diseño necesario para el proceso.
864.9 Bomba
Figura 22. Esquema interno de una bomba centrifuga
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
H = 11.02 m calculada a las condiciones de operación..
T
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).
87Asumiendo el valor mas bajo para la eficiencia de una bomba centrifuga, el cual
corresponde al 40%, se tiene una potencia real igual a:
1HP
P= =2.5HP
0.4
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.
885. 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.
Depreciación
C FIJOS
Mano de Obra Directa
O
S
T
Reactivos Para el lavado
O
S
VARIABLES Energía
Agua
Materiales
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:
(cid:153) 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
(cid:153) 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.$4'282.040 1año
=$356.836,67/mes Para las lonas
 
 1año 12meses
$5'740.000 1año
=$95.666,67/mes Para la bomba
 
 5años 12meses
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.
$580.000 $580.000
⋅1operario=
mes mes
COSTOS FIJOS TOTALES:
$356.836,67 $95.666,67 $580.000
CF= + +
mes mes mes
$1'032.506,34
CF=
mesCOSTOS VARIABLES:
Energía:
- Bomba centrífuga para transporte de la levadura l filtro prensa: La potencia requerida por
la bomba es de 1,864 KW.
$142,07 10días 6h $15.889,10
1,864KW ⋅ ⋅ ⋅ =
KWh 1mes 1día mes
Agua de lavado (agua potable): El agua requerida para el lavado de tanques, tuberías, lonas
y filtro prensa, es aproximadamente de 55,65 m3.
55,65m3 $1619.1 10días $901.029,15
* * =
dia m3 1mes mes
Reactivos: El reactivo utilizado será el hipoclorito liquido para el lavado y desinfección de
los tanques, la tubería, el filtro prensa y las lonas.
(cid:153) Hipoclorito:
5Kg $1800 10dias $90.000
⋅ =
dia Kg mes mes
COSTOS VARIABLES:
CV = Energía + Agua Potable + Re activo
$15.889,10 $901.029,15 $90.000
CV = + +
mes mes mes$1'006.918,25
CV =
mes
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:
$2'039.425,59
mes $148,6
=
13.728Kd _levadura kg_levadura
mes
De este análisis se concluye que el proyecto resulta técnico y económicamente viable, ya
que su costo es relativamente bajo.DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO
CREMA DE LEVADURA
23% SÓLIDOS
ALMACENAMIENTO
TORTAS DE LEVADURA
DE LA CREMA DE
LEVADURA FORMADAS 67% HUMEDAD
B-405
CREMA DE LEVADURA
BOMBEADA
FILTRADO
TANQUE RECOLECTOR DE
FILTRADO6. 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.
946.1 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
95apoyo 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.
96Estas 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
97vitamina 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
(cid:190) 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..
(cid:190) 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.
(cid:190) 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.
(cid:190) 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.
98También, 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 Métodos no mecánicos
(Presión, trituración, ultrasonidos)
Lisis Desecación (liofilización,
secado con solventes
orgánicos)
Físicos (choque osmótico, Químicos (detergentes, Enzimáticos (lisozina, otras
congelación antibiótic os enzimas, antibióticos )
Figura 23. Métodos para la ruptura de los microorganismos.
996.4 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
100por 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
101tiene 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).
102Fuente Reciclaje de agua
de
F uente de
nitrógeno
Minerales
Agua
Oxigeno
del aire
Medio Mezclado Esterilización Fermentación Separación Secado Almacenamiento
almacenado del producto
Figura 24. Diagrama esquemático de un proceso general de SCP
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
103otros 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.
104La principal ventaja es que la condensación requiere solamente una aireación mínima para
su descarga a las vías acuáticas.
6.10 Otras alternativas.
(cid:190) 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
(cid:190) 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
(cid:190) 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
(cid:190) 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
105su 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
106CONCLUSIONES
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.
1077. 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.
108RECOMENDACIONES
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.
1095. 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.
110BIBLIOGRAFÍA
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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.
112A N E X O S
113ANEXO A
Resultados de análisis, reportados por el laboratorio
114ANEXO B
Resultado de análisis microbiológicos
Levadura tratada y sin tratar
122ANEXO 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
124está 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.
125FORMULA 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.
126FÓRMULA 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).
127Revolver 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.
128A 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
129suficientemente 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.
130ANEXO D
Diagramas de proceso de las diferentes fases de la
fermentación llevada a cabo en la I.L.C.
131Ácido Sulfúrico
Miel
Almacenada Agua
MEZCLADOR ESTATICO
S-20 1 A/B
TANQUE DE
PREDILUCION
B-202
Vapor
Agua
RECIRCULACIÓN DE
AGUA DE RECICLO Miel prediluida a
clarificación
B-205 Vapor
Diagrama de proceso 1: PREDILUCION DE MIELES I.L.C.
132Agua potable
E-202
CENTRÍFUGAS
HIDROCICLONES CLARIFICADOR
TANQUE
Miel AS S-203 A/D
predilucion PULMON
Lodos
Lodos
RECIPIENTE
RECIPIENTE DE
Agua DE LAVADO DE
MIEL DE
LODOS B-203
CLARIFICACIÓN
B-204
Lodos
Miel clarificada a
fermentación
Diagrama de proceso 2 : CLARIFICACIÓN DE MIEL I.L.C.
133Antiespumante
Miel clarificada
Levadura Salesa Agua potable
Levadura
CUBA DE PROPAGACIÓN propagada a
fermentación
B-301
Aire
COMPRESORES DE AIRE
K-301 A/E
ENFRIADOR
E-301
A enfriamiento
Diagrama de proceso 3: PROPAGACIÓN DE LEVADURA I.L.C.
134MEZCLADOR
ENFRIADOR CO
ESTATICO 2
E-203
S-206
Sales
Levadura
ENFRIADOR Agua
Mosto
E-202 fermentado a
Antiespumante recuperación
de levadura
CUBA DE
FEMENTACION
ESTERILIZADOR
B-351 – B-354
S-204
CALENTADOR
Vapor
DE MIEL
J-202
ENFRIADOR
E-351 - E-354
Miel
clarificada
Diagrama de proceso 4: FERMENTACION I.L.C.
135Agua
Mosto
Fermenta CENRIFUGA Vino
SEPARADORA
FILTROS
S-402 A/B
Vino
deslevadurizado a
destilación
Agua TANQUE LAVADO
DE CREMA DE
Levadura Vapor
reciclo a LEVAD URA B-403
fermentación
Ácido sulfúrico
Agua
CENTRÍFUGA
REPA SADORA TANQUE DE
TANQUE DE S-406 A/B VINOS B-402
TRATAMIENTO
DE LEVADURA
B-405
Diagrama de proceso 5: RECUPERACIÓN DE LEVADURA I.L.C.
136ANEXO 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.
137Parágrafo: 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
138Caudal 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
139Sulfuro 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.
140Artículo 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
141Salud, 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
142residuos 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
143y 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.
144ANEXO F
Programa TDH 1.0
(cid:190) 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.
(cid:190) 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).
1455. Material de la tubería.
En el cálculo en línea hay parámetros para tuberías en: Plástico, acero nuevo,
usado, corroído y recubrimiento en caucho, dependiendo del fluido a manejar.
(cid:190) Presentación:
TDH Versión 1.0
Diámetro 2 in
Caudal 7.68 m^3/h
TDH long de Tubería 55.3 m
11.026712
Elevación 7 m
m
Material Acero Corroido
Borrar
146ANEXO G
COTIZACIONES
147ANEXO H
FOTOGRAFIAS
158CREMA DE LEVADURALEVADURA PRENSADAENTRADA FILTRO PRENSAPLACAS Y MARCOS DE FILTRO PRENSA