Lezioni di meccanica enologica Prof. Massimo Giubilei

Transcript

1 Lezioni di meccanica enologica Prof. Massimo Giubilei

2 Filtrazione La filtrazione è l operazione fisicomeccanica che consente di separate le particelle solide dal liquido in cui sono disperse. In genere il liquido da filtrare si definisce torbida, successivamente viene chiamato filtrato o permeato torbida filtrato P1 Δp P2

3 Filtrazione Per avere la filtrazione bisogna: 1. Disporre di un idoneo mezzo filtrante 2. Generare un gradiente (Δp)di pressione o depressione Pressione: quando il liquido viene spinto da una pompa contro il filtro Depressione: quando si crea un vuoto e il liquido viene aspirato (es. filtro sottovuoto)

4 Filtrazione: agenti Gli agenti che influiscono sulla filtrazione sono: Differenziale di pressione o pressione differenziale (Δp) Tipo e quantità delle particelle sospese Viscosità del liquido, ossia la fluidità del liquido Diametro dei pori del mezzo filtrante; La temperatura; La portata, costituita dalla quantità di filtrato (hl/h) che passa attraverso l unità di superficie filtrante (m 2 ).

5 Caratteristiche delle particelle sospese Per quanto riguarda le particelle sospese si valutano le seguenti caratteristiche: Dimensioni Natura: solide, disciolte, disperse (proteine, mucillagini ecc.), sospese (batteri, lieviti, residui uva ecc.) Comprimibilità Deformabilità Da alcune di queste caratteristiche dipende il potere colmatante della torbida.

6 Requisiti del mezzo filtrante Un buon mezzo filtrante deve avere i seguenti requisiti: Altra resistenza al gradiente di pressione Nessuna cessione Elevata capacità di trattenere le particelle e elevata resistenza meccanica

7 Modalità di filtrazione In base all azione del mezzo filtrante e del sistema di ritenzione delle particelle si possono distinguere: Filtrazione di superficie Filtrazione di profondità

8 Filtrazione di superficie Viene anche detta filtrazione di rifiuto, essa avviene essenzialmente per il meccanismo fisico di setacciamento o vagliatura, ossia le particelle avendo dimensioni maggiori a quelle dei pori del mezzo filtrante vengono trattenute sulla superficie del filtro (vagliate, rifiutate). Questa filtrazione è adatta soprattutto per sospensioni con elevata torbidità e con solidi sospesi non troppo fini (es. mosti), è quella che si opera con i filtri sottovuoto, infatti nel corso della filtrazione si trattengono sulla superficie del panello filtrante le particelle presenti nella torbida e via via vengono rimosse insieme ad un piccolo strato di farine fossili mediante raschiatura fino ad esaurimento del panello. Nel caso della filtrazione per alluvionaggio (sempre con farine fossili) all azione di filtrazione di superficie si unisce la fltrazione di profondità, infatti ciò è determinato col procedere della filtrazione e successiva aggiunta di farina fossile che produce un aumento dello spessore del panello.

9 Filtrazione di profondità Si verifica all interno dei mezzi filtranti spessi e porosi che trattengono le particelle all interno della loro rete continua di capillari. Questa filtrazione è adatta per il trattamento dei fluidi con bassa concentrazione di sostanze sospese. Gli interstizi vuoti nel mezzo filtrante, che hanno forma e dimensioni irregolari, formano una fitta rete di capillari, pertanto il liquido durante la filtrazione segue un percorso tortuoso e più lungo rispetto allo spessore filtrante. Le particelle solide sono trattenute da più azioni combinate, quali: La sedimentazione delle particelle lungo il percorso tortuoso dei capillari che determinano la perdita di energia cinetica; L adsorbimento svolto dalle pareti dei pori sulle sostanze sospese; L azione elettrostatica dovuto all attrazione fra le cariche elettriche opposte delle sostanze sospese e dei materiali che costituiscono il mezzo filtrante.

10 Aspetti tecnici dei filtri Efficienza di ritenzione o di separazione: indica la percentuale di particelle di una determinata grandezza trattenute dal mezzo filtrante: Porosità: indica la percentuale del volume dei pori rispetto al volume totale (da non conforndersi con la dimensione dei pori). La porosità varia: 90-95% nelle farine fossili Circa 80% nei cartoni Circa il 50% nelle ceramiche porose Rendimento: la quantità di prodotto filtrato in un ciclo di filtrazione

11 Aspetti tecnici dei filtri Permeabilità: proprietà dello strato filtrante di lasciarsi attraversare da un liquido,(misurata in Darcy o darcie); 1 darcy Spessore 1 cm Superficie 1 cm 2 Volume 1 ml Pressione 1 bar Tempo 1 sec Viscosità 1 cp (centipoise) Il poise (P) è l unità di misura della viscosità dinamica Un centipoise è un centesimo di un equilibrio, e uno millipascal-secondo (mpa s) (Poise in italiano vuol dire equilibrio)

12 filtri a farine fossili con dischi orizzontali filtri a farine fossili sottovuoto filtropressa filtri a cartoni filtri housing (a cartucce) filtri tangenziali

13 Filtri a farine con dischi orizzontali Il filtro a farina fossile con dischi orizzontali è adatto sia alla sgrossatura sia alla brillantatura dei mosti e dei vini. È costituito da: una camera filtrante (o campana) nella quale sono disposti una serie di dischi orizzontali calettati su un tubo centrale di raccolta del filtrato; un serbatoio per preparazione del coadiuvante con agitatore; una pompa dosatrice per farina fossile (filtrina); una pompa centrifuga per filtraggio in pressione; valvole a farfalla; specole con retroilluminazione per controllo limpidezza prodotto; manometri e quadro elettrico di comando.

14 Filtri a dischi orizzontali - schema Campana con manometro Dischi supporto Vasca per miscelazione farine Pompa Valvole Quadro comandi Telaio-carrellato

15 Filtri a dischi orizzontali - funzionamento Prima di iniziare la filtrazione è necessario preparare il prepanello o precoat, facendo depositare sul supporto uno strato di coadiuvante fino alla formazione si un adeguato strato filtrante. Successivamente viene inviato il prodotto da filtrare addizionato con opportune dosi di farina fossile, in questo modo lo strato filtrante viene incrementato e rinnovato e se ne mantiene l efficienza riducendo l azione colmatante, inoltre anche le particelle filtrate che si depositano contribuiscono a costituire il supporto filtrante. Quando il panello occupa l intero spazio disponibile o la permeabilità scende sotto determinati limiti, si interrompe la filtrazione, si recupero il prodotto ancora da filtrare, si svuota e pulisce il filtro per poi iniziare un nuovo ciclo di filtrazione. In questa tecnica prevalgono i meccanismi tipici della filtrazione di profondità, in base alla granulometria del coadiuvante è possibile effettuare sia filtrazioni grossolane che fini.

16 Filtro rotativo sottovuoto Il sistema di filtrazione sottovuoto permette la sgrossatura di mosti, nonchè la filtrazione di fecce e fondi di decantazione. In questa tecnica prevalgono i meccanismi tipici della filtrazione di superficie.

17 Filtro rotativo sottovuoto Il filtro rotativo sottovuoto è costituito: da un tamburo rotante sul quale viene creato il panello filtrante; da una vasca che contiene il liquido da filtrare, nella quale è immerso per circa un terzo il tamburo; da una lama o coltello raschiante che asporta progressivamente il deposito e parte del panello con conseguente rigenerazione; dalla pompa del vuoto; dalla pompa di estrazione azionata da elettrolivello; dal serbatoio di preparazione del coadiuvante con agitatore (nei modelli più piccoli può mancare); quadro elettrico di comando e di controllo

18 Filtro sottovuoto - schema

19 Filtro sottovuoto fasi funzionamento Fasi di lavorazione: formazione del prepanello; filtrazione, estrazione del filtrato e taglio e scarico del panello; filtrazione del liquido residuo e lavaggio del filtro a fine filtrazione. Il sistema di avanzamento del coltello di taglio del pannello è automatico, l inclinazione della vasca in alcuni modelli è variabile, permettendo di variare il grado di immersione del tamburo. La velocità di rotazione del tamburo può essere regolata. lo avviene mediante agitatore basculante. In funzione delle caratteristiche del prodotto da filtrare e del materiale con cui è stato costituito il panello.

20 Filtropressa Il filtropressa è formato da una successione di telai sui quali sono fissate tele filtranti, alternati con robusti pannelli di plastica. Sia i telai sia i pannelli sono di forma quadrata, disposti uno di fianco all altro in modo da formare una serie di camere per accogliere il materiale da filtrare. Tutti gli elementi, telai e pannelli, vengono serrati con un dispositivo che ha una testata fissa e una mobile collegata ad un pistone idraulico. La filtrazione si effettua esercitando mediante la testa mobile una pressione (da 2 a 10 bar) sulla serie di telai in modo che la sospensione da filtrare venga schiacciata e la parte liquida filtra attraverso le tele filtranti e fuoriesce dagli rubinetti. Quando lo spessore del materiale depositato sulle tele filtranti è tale da rendere difficoltosa la filtrazione, si procede alla pulizia delle tele e alla raccolta del materiale depositato.

21 Filtropressa - schema

22 Filtropressa - funzionamento

23 Filtro a cartoni Il filtro a cartoni è molto versatile e presente in tutte le cantine, in quanto è economico e può essere utilizzato sia per operazioni di sgrossatura sia per azioni brillantanti.

24 Filtro a cartoni Il filtro a cartoni è composto: da un telaio in acciaio, mobile su ruote, sul quale è montata la testata fissa (piastrone fisso) dove sono presenti i collettorii di ingresso della torbita e di uscita del filtrato con i relativi rubinetti a farfalla e manometri; sulla testata sono fissate due aste longitudinali (longaroni) per l appoggio dei cartoni al termnine sono filettate per consentire la chiusura manuale con vitone a tre razze, (in alcuni modelli più grandi la chiusura è idraulica e/o elettrica); sottostante vaschetta raccogligocce; le piastre di supporto dei cartoni in plastica o acciaio, con guarnizioni in gomma siliconica; piastra terminale di serraggio in acciaio.

25 Cartoni filtranti Posizionamento cartoni: inserire i cartoni preventivamente bagnati da ambo i lati con acqua o vino, con la parte marchiata (parte ruvida) verso il telaio di mandata, e la parte liscia verso il telaio di uscita. N Azione Micron 4 Semi-chiarificante/ Sgrossante 15 8 Chiarificante/ Sgrossante fine Chiarificante/ Medio brillantante 8 16 Brillantante 2 20 Semi - sterilizzante 0,7 24 Super Sterilizzante 0,5