ES2237525T3 - Bujia filtrante. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la filtración y/o estabilización de fluidos, en especial cerveza, con un filtro de masa sedimentada que comprende bujías filtrantes, con los siguientes pasos: - sedimentación de agentes auxiliares de filtración en la superficie exterior de la bujía filtrante, constituida por un alambre enrollado en espiral, donde la superficie exterior de una espira del alambre presenta una anchura de 0, 5 mm a 0, 8 mm y la rendija s entre las espiras del alambre en la superficie exterior de la bujía filtrante se encuentra en un intervalo de 0, 03 mm a 0, 08 mm, - generación de una capa de masa previamente sedimentada con una altura h mínima de 1, 5 mm a 2, 4 mm en la superficie exterior y - conducción de fluido no filtrado a través de la capa de masa previamente sedimentada y por la rendija entre las espiras del alambre, de modo que se obtiene el filtrado.

Description

Bujía filtrante.

La invención se refiere a un procedimiento para la filtración y/o estabilización de fluidos, en especial cerveza, así como a una bujía filtrante para poner en práctica el procedimiento, con un cuerpo del filtro tubular constituido por un alambre enrollado en espiral, donde las rendijas entre las espiras del alambre están previstas como pasos para el fluido, y a un filtro de masa sedimentada.

Del documento EP-A-0 203 206 se conoce una bujía filtrante con un grosor del alambre de 0,25 mm y una anchura de las rendijas de 80 \mum, en la que el alambre se enrolla sobre una chapa perforada para garantizar la estabilidad del alambre muy delgado.

Los documentos DE 602 834, US-A-4 456 531, EP-A-0 259 696 y EP-A-0 933 114 no se refieren a filtros de masa sedimentada y presentan bujías filtrantes con un grosor del alambre \leq 1 mm. En el documento FR 864 853 A se describe también un filtro de masa sedimentada que presenta una anchura del alambre de aproximadamente 1 mm y una anchura de las rendijas de 0,02 a 0,05 mm.

Los filtros de masa sedimentada se necesitan en especial en la fabricación de cerveza para filtrar los turbios contenidos en la cerveza y/o para estabilizar la cerveza. En un filtro de masa sedimentada conocido se utilizan bujías filtrantes en las cuales el cuerpo del filtro presenta un alambre enrollado, donde las rendijas entre las espiras del alambre sirven como pasos para el fluido. Las bujías filtrantes del filtro de masa sedimentada están dispuestas en un espacio para fluido no filtrado y conducen el filtrado a una zona para el filtrado. Para la filtración se añaden a la cerveza a filtrar agentes auxiliares de filtración como por ejemplo tierra de diatomeas, celulosa, perlitas, carbón activo, fibras sintéticas, agentes estabilizadores como PVPP (polivinilpolipirrolidona), fibras de vidrio o fibras de celulosa, etc. En la filtración con filtros de masa sedimentada, los agentes auxiliares de filtración se acumulan en la superficie exterior del cuerpo filtrante, antes de iniciar la filtración propiamente dicha, formando de este modo una capa de masa sedimentada que sirve como capa filtrante. Durante la filtración se dosifican continuamente ("Bodyfeed") agentes auxiliares de filtración para mantener la porosidad de la torta de filtro.

El grosor de la capa de masa previamente sedimentada se selecciona de tal manera que se garantiza una salida uniforme del filtrado por toda la superficie de los cuerpos filtrantes cuando se inicia la filtración propiamente dicha. La capa de masa previamente sedimentada cumple una función de drenaje, es decir, crea una salida libre uniforme del filtrado desde la superficie de los cuerpos filtrantes a las rendijas entre los alambres. El agente auxiliar de filtración puentea como capa de drenaje las zonas cerradas de la superficie filtrante cilíndrica para conseguir la salida del filtrado (véase también la figura 2). En las bujías filtrantes convencionales, la cantidad total requerida o la altura de la capa de masa previamente sedimentada está determinada por el punto débil en el extremo superior de la bujía filtrante originado por el conocido problema de flujo, es decir, la disminución del promedio del caudal vertical hasta casi cero hacia el extremo superior de la bujía filtrante. En los filtros convencionales se dimensiona la cantidad dosificada de agentes auxiliares de filtración tan alta que incluso en este punto débil en el extremo superior de la bujía filtrante se acumula una cantidad de masa suficiente. Por este motivo, la bujía filtrante presenta mayoritariamente, en hasta más de un 90% de su superficie, una capa de masa sedimentada considerablemente más gruesa de lo necesario. De esta manera se originan un mayor consumo de agentes auxiliares de filtración y también mayores gastos de filtración. También por motivo de este problema, la longitud de las bujías filtrantes está limitada a un máximo de 1,2 m hasta 2 m. En las bujías filtrantes convencionales para la filtración mediante masa sedimentada, basadas en la tecnología de alambre enrollado con rendija, se utilizan anchuras del alambre \geq 1 mm y anchuras de la rendija de 30 \mum a 80 \mum.

El objetivo de la presente invención consiste por lo tanto en proporcionar un procedimiento y una bujía filtrante para poner en práctica este procedimiento que permiten reducir la cantidad de agentes auxiliares de filtración y, al mismo tiempo, reducir los gastos de filtración.

Este objetivo se logra según la invención a través de las características de las reivindicaciones 1 y 2.

Debido a que se ha demostrado que la altura requerida de la capa de masa previamente sedimentada, para conseguir la requerida salida uniforme del filtrado, depende entre otros factores de la anchura b del alambre, ya que el agente auxiliar de filtración debe puentear la zona impermeable del alambre hasta la siguiente rendija, a través de la utilización de anchuras del alambre inferiores a 1 mm es posible reducir la altura de la capa de masa previamente sedimentada, conforme a la reducción de la anchura del alambre, a 1,5 mm hasta 2,4 mm. Para conseguir una salida uniforme del filtrado a través de la masa previamente sedimentada se requiere un grosor de la capa de masa sedimentada que es aproximadamente 3 veces la anchura del alambre, es decir, utilizando alambres con anchuras de 0,80 mm o 0,50 mm es posible reducir este valor a 2,4 mm o 1,5 mm. De este modo se consigue un ahorro de por ejemplo un 20% hasta un 100% de la masa previamente sedimentada. Debido a que esta cantidad entra en el consumo total de agentes auxiliares de filtración en relación con la cantidad de filtrado, es posible reducir claramente el consumo específico de agentes auxiliares de filtración en relación con la cantidad de filtrado. Como consecuencia, disminuyen también los gastos de filtración. Una reducción de la anchura del alambre a menos de 1 mm, sin que sea necesario reducir la anchura s de las rendijas, no afecta al caudal del filtrado. La superficie relativa libre (abierta) del filtro aumenta incluso.

Según una primera forma de realización, las superficies exteriores son paralelas al eje longitudinal L de la bujía filtrante. La fabricación de bujías filtrantes de este tipo es sencilla. La anchura b de la superficie exterior se sitúa entre 0,5 mm y 0,8 mm. En este intervalo es posible reducir considerablemente la altura requerida de la masa previamente sedimentada y, al mismo tiempo, se garantiza una estabilidad suficiente. La altura de las bujías filtrantes es de 2 m a 4 m, en especial de 2 m a 3 m. Las bujías filtrantes con una altura superior a los 2 m permiten un mayor caudal de paso en comparación con el estado de la técnica.

Según otro ejemplo de realización, las superficies exteriores están inclinadas bajo un ángulo \alpha con respecto al eje longitudinal de la bujía filtrante. De esta manera se consigue una mejor adherencia del agente auxiliar de filtración.

El alambre tiene según un ejemplo de realización preferido una sección transversal que se adelgaza hacia el interior y que en lo esencial es triangular o cuadrangular.

Si el alambre enrollado en espiral se apoya en un soporte interior, es posible utilizar alambres muy delgados que de otro modo, debido a su inestabilidad, no podrían utilizarse. Ventajosamente está dispuesto como soporte un cuerpo interior, en especial un tubo interior, alrededor del cual el alambre está enrollado sobre distanciadores. Este tipo de construcción confiere a la bujía filtrante una estabilidad extraordinaria y, al mismo tiempo, permite reducir el volumen de la bujía filtrante.

Según un ejemplo de realización preferido, las bujías filtrantes no están dispuestas en un tanque convencional del filtro con placa perforada, sino que desembocan en una salida de registro. Preferentemente, el filtro de masa sedimentada presenta además una tubería de bypass para el fluido no filtrado. Mediante el caudal de bypass es posible eliminar el problema de una sedimentación no uniforme en función de la altura. De esta manera se reduce la cantidad requerida de la masa previamente sedimentada. En este caso, la cantidad de la masa previamente sedimentada sólo depende de la geometría del alambre, tal como se explica a continuación.

A continuación se explica la presente invención con referencia a las siguientes figuras:

Fig. 1 Detalle de una sección transversal de un alambre enrollado en espiral, con una capa de masa previamente sedimentada, según un primer ejemplo de realización de la presente invención.

Fig. 2 Detalle de una sección transversal de un ejemplo de referencia de un alambre enrollado en espiral con mayor anchura.

Fig. 3a Vista esquemática en corte longitudinal a través de una forma de realización de la bujía filtrante según la invención.

Fig. 3b Vista en corte a lo largo de la línea A-A en la figura 1.

Fig. 4 Detalle de una sección transversal de un alambre enrollado en espiral según un segundo ejemplo de realización de la presente invención.

Fig. 5 Detalle "y" en la figura 4 a escala aumentada.

Fig. 6 Vista en corte esquemático a través de un filtro de masa sedimentada que presenta la bujía filtrante según la invención.

Fig. 7 Vista en corte esquemático a través de otra forma de realización de un filtro de masa sedimentada que presenta las bujías filtrantes según la invención.

Las bujías filtrantes 1 según la invención se utilizan ventajosamente, tal como se desprende de la figura 7, para la filtración de fluidos, en especial cerveza, en un tubo de registro B para la salida del filtrado en un espacio 15 para fluido no filtrado. La caldera del filtro presenta además un bypass C para fluido no filtrado, dispuesto encima de las bujías filtrantes 1, que suministra fluido no filtrado al espacio 15 para fluido no filtrado a través de la entrada 40 de fluido no filtrado, o a través de otra entrada por separado no representada, por lo que se establece una corriente de bypass orientada y se consigue una sedimentación más uniforme. Mediante el bypass C de fluido no filtrado es posible ajustar una distribución ideal de los agentes auxiliares de filtración, por lo que resulta especialmente ventajosa la bujía filtrante 1 según la invención.

Alternativamente es posible utilizar la bujía filtrante según la invención también en otro ejemplo de realización.

Como se desprende de la figura 6, las bujías filtrantes según la invención para la filtración de fluidos, en especial cerveza, pueden estar suspendidas en un espacio 15 para fluido no filtrado de una caldera 13 del filtro. Las bujías filtrantes están fijadas en este caso en una pared separadora 12 que divide la caldera 13 del filtro en un espacio 14 para el filtrado y un espacio 15 para el fluido no filtrado. El fluido a filtrar, como por ejemplo cerveza, al que se ha añadido un agente auxiliar de filtración, por ejemplo tierra de diatomeas, se introduce a través de la entrada 30 al espacio para fluido no filtrado de la caldera 13 del filtro. De allí pasa por la capa 22 previamente sedimentada (véase la figura 1), que se ha formado antes de iniciar la filtración y durante la misma a través de la sedimentación del agente auxiliar de filtración, por ejemplo tierra de diatomeas, en la superficie exterior de las bujías filtrantes, y llega a través de las entradas 11 de fluido, constituidas por las rendijas 11 entre las espiras 17 del alambre, al espacio interior de la bujía filtrante 1 (véase la figura 2) y se conduce finalmente al espacio 14 para el filtrado donde sale de la caldera del filtro a través de una salida 16. La capa de masa previamente sedimentada tiene según la invención una altura mínima h de 1,5 mm a 2,4 mm en la zona superior de la bujía filtrante.

Tal como se desprende de la figura 3a, la bujía filtrante 1 presenta un cuerpo 2 del filtro, constituido por un alambre 17 enrollado en espiral. El cuerpo del filtro está unido a través de distanciadores 4 con un cuerpo interior con una superficie exterior cerrada, en este caso un tubo interior 3 que sirve para reducir el volumen del espacio interior del cuerpo 2 del filtro. El alambre 17 enrollado se apoya y se sujeta mediante el tubo interior 3 con los distanciadores 4. El tubo interior 3, los distanciadores 4 y el alambre 17 enrollado constituyen conductos 6 para el filtrado (figura 3b) a través de los cuales el filtrado puede fluir por la bujía filtrante hacia arriba a las entalladuras 9 y desde allí a través del cabezal 7 a la zona 14 para el filtrado. El cuerpo 2 del filtro está cerrado mediante un cabezal 7 y una pieza terminal 5. Pero la invención no está limitada a esta forma de realización, naturalmente es posible apoyar y soportar el alambre con las dimensiones según la invención mediante una estructura portante distinta, por ejemplo en forma de alambres portantes soldados que se extienden en dirección axial, o el alambre puede ser también autoportante.

En la figura 1 se muestra un detalle de una sección transversal del alambre 17 enrollado en espiral según un primer ejemplo de realización de la presente invención. El alambre tiene, en relación con la bujía filtrante 2, una sección transversal que se adelgaza hacia dentro y es en lo esencial triangular. El símbolo de referencia 20 en la figura 1 representa la superficie exterior de una espira del alambre, que se encuentra en el lado exterior de la bujía filtrante. La superficie exterior 20 del alambre enrollado tiene una anchura b < 1 mm, preferentemente de 0,5 mm a 0,8 mm. La anchura s de la rendija en la superficie exterior entre dos espiras del alambre se sitúa en el intervalo de 0,03 mm a 0,08 mm.

La anchura s_{2} de la rendija aumenta hacia el lado interior de la bujía filtrante y es como máximo b + s.

La profundidad m del alambre es de 1 mm a 2,5 mm. Como se desprende de la figura 1, para las dimensiones anteriormente mencionadas resulta una altura h máxima de la capa de masa previamente sedimentada de 1,5 mm a 2,4 mm, que es necesario para conseguir la calidad exigida de la filtración y que es de un 20% a un 100% más baja que la altura según el estado de la técnica. Como se simboliza mediante las líneas k y l, que representan una zona de desembocadura, la masa previamente sedimentada cumple una función de drenaje, es decir, sirve para conseguir una salida libre del filtrado en toda la superficie de la bujía filtrante hacia las rendijas 11 entre los alambres 17. Debido a que el filtrado no puede salir por las zonas encima de los alambres, el agente auxiliar de filtración constituye un puente para la salida del filtrado en las zonas de los alambres del filtro. Por ejemplo, el líquido en la zona de la superficie entre las líneas k y l puede salir a través de la rendija 11, por lo que está garantizada una salida uniforme del filtrado a través de toda la superficie de la bujía filtrante.

Como se desprende de una comparación de las figuras 1 y 2, la altura requerida de la capa de masa previamente sedimentada, necesaria para una salida uniforme del filtrado, depende del grosor b del alambre 17, ya que por ejemplo con una mayor anchura B (véase la figura 2) es preciso que el agente auxiliar de filtración puentee una zona más ancha para conseguir una salida uniforme del filtrado. Si por ejemplo la anchura B de la superficie exterior del alambre 17 es > 1 mm, se requiere por ejemplo una altura H de la capa de masa previamente sedimentada de por lo menos 3 mm, que es de un 20% a un 100% mayor que la altura mínima requerida de la capa de masa previamente sedimentada según la invención. Las dimensiones de la anchura s de la rendija así como de la profundidad m no difieren en el ejemplo de comparación, representado en la figura 2, del ejemplo de realización según la figura 1. Debido a la dependencia geométrica anteriormente expuesta de la altura h de la capa de masa previamente sedimentada en función de la anchura b del alambre puede apreciarse que, con la misma anchura s de la rendija, una reducción de la anchura b del alambre conlleva también una reducción de la altura h necesaria de la capa de masa previamente sedimentada, donde h \approx 3\cdotb.

En el ejemplo de realización anterior, representado en las figuras 1 y 2, las superficies exteriores son paralelas al eje longitudinal L de la bujía filtrante.

De acuerdo con un segundo ejemplo de realización, las superficies exteriores 20 están inclinadas bajo un ángulo (\alpha) con respecto al eje longitudinal L de la bujía filtrante.

Como se desprende de la figura 4, el alambre 17 enrollado en espiral, soldado en este caso con el elemento distanciador 4, que se extiende en forma de barra en dirección longitudinal del cuerpo 2 del filtro, como se muestra en las figuras 3a, 3b, tiene en lo esencial una forma triangular de la sección transversal. La base b del triángulo acutángulo, es decir, la anchura de la espira del alambre, se encuentra en el lado exterior del cuerpo 2 del filtro. La anchura b es < 1 mm y se sitúa preferentemente entre 0,5 mm y 0,8 mm. La altura m del triángulo acutángulo es de 1 a 2,5 mm. La superficie exterior 20 del alambre 17 enrollado, que constituye el lado exterior del cuerpo 2 del filtro, está inclinada bajo un ángulo \alpha con respecto al eje longitudinal L de la bujía filtrante. Este ángulo \alpha es de aproximadamente 1º a 10º y se sitúa preferentemente en el intervalo de 3º a 5º. La superficie inclinada 20 puede conseguirse mediante enrollado inclinado del alambre 17, o se selecciona la forma de la sección transversal del alambre 17 de tal modo que la sección transversal del triángulo no constituye un triángulo isósceles acutángulo, sino un triángulo acutángulo no isósceles, por lo que se obtiene también la inclinación de la superficie. El borde inferior 31 de la superficie inclinada 20 de una primera espira del alambre está desplazado hacia dentro, hacia el borde superior 32 de la superficie inclinada 20 de una espira del alambre situada debajo de la primera espira. El desplazamiento r (figura 3) corresponde a la distancia entre un primer plano, imaginado a lo largo de la superficie inclinada 20 de una primera espira, y un segundo plano que discurre a lo largo de la superficie inclinada 20 de la siguiente espira. El desplazamiento radial r se sitúa entre aproximadamente 0,05 mm y aproximadamente 0,2 mm. Debido al desplazamiento del borde inferior 31 frente al borde superior 32, el borde superior 32 sobresale hacia fuera en relación con el borde inferior situado por encima de aquel, de modo que en este punto se acumulan muy fácilmente los agentes auxiliares de filtración en forma de capa sedimentada y están aseguradas contra un desprendimiento hacia abajo. Todos los bordes inferiores 31 de la superficie inclinada 20 se encuentran en una recta en paralelo al eje longitudinal L del cuerpo del filtro, y todos los bordes superiores 32 de las superficies inclinadas 20 se encuentran en una segunda recta en paralelo al eje longitudinal L. Por lo tanto, el cuerpo 2 del filtro presenta un diámetro constante en una longitud L. La anchura s de la rendija puede ser de 0,03 mm a 0,08 mm.

En el ejemplo de realización representado, el borde superior del alambre enrollado está más alejado, en relación con el eje del cuerpo del filtro, que el borde inferior del alambre. Pero la presente invención no debe limitarse a este caso ya que, aunque no se representa de forma explícita, también es posible que el borde inferior del alambre enrollado se encuentre, en relación con el eje longitudinal L del cuerpo 2 del filtro, más hacia el exterior en comparación con el borde superior, es decir, la inclinación es inversa a la inclinación reflejada en las figuras. También en este caso facilita la superficie no uniforme una mejor adherencia de la capa sedimentada y, además, se logra un lavado por contracorriente simplificado.

Igual que en el primer ejemplo de realización se obtiene, debido a la anchura b reducida, una altura h inferior de la capa de masa previamente sedimentada.

Cuando las bujías se utilizan en un registro con un flujo bypass superpuesto, es posible utilizar bujías muy largas hasta una longitud de 4 m, ya que debido al bypass no aparece el problema relacionado con el último tramo del extremo superior, por lo que se manifiesta especialmente el efecto del alambre más delgado en forma de una reducción de la masa previamente sedimentada requerida.

Claims (10)

1. Procedimiento para la filtración y/o estabilización de fluidos, en especial cerveza, con un filtro de masa sedimentada que comprende bujías filtrantes, con los siguientes pasos:

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sedimentación de agentes auxiliares de filtración en la superficie exterior de la bujía filtrante, constituida por un alambre enrollado en espiral, donde la superficie exterior de una espira del alambre presenta una anchura de 0,5 mm a 0,8 mm y la rendija s entre las espiras del alambre en la superficie exterior de la bujía filtrante se encuentra en un intervalo de 0,03 mm a 0,08 mm,

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generación de una capa de masa previamente sedimentada con una altura h mínima de 1,5 mm a 2,4 mm en la superficie exterior y

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conducción de fluido no filtrado a través de la capa de masa previamente sedimentada y por la rendija entre las espiras del alambre, de modo que se obtiene el filtrado.

2. Bujía filtrante para poner en práctica el procedimiento según la reivindicación 1, con un cuerpo (2) del filtro tubular, constituido por un alambre (17) enrollado en espiral, donde las rendijas (11) entre las espiras del alambre están previstas como pasos para el fluido, caracterizada porque la superficie exterior (20) de una espira del alambre, que se encuentra en el lado exterior del cuerpo (2) del filtro, presenta una anchura de 0,5 mm a 0,8 mm y la anchura s de la rendija entre las espiras del alambre se sitúa en un intervalo de 0,03 mm a 0,08 mm, y porque la altura de la bujía filtrante es de 2 m a 4 m, en especial de 2 m a 3 m.

3. Bujía filtrante de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizada porque las superficies exteriores (20) son paralelas al eje longitudinal (L) de la bujía filtrante (1).

4. Bujía filtrante de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizada porque las superficies exteriores (20) están inclinadas bajo un ángulo \alpha en relación con el eje longitudinal L de la bujía filtrante.

5. Bujía filtrante de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque el alambre (17) presenta una sección transversal en lo esencial triangular o cuadrangular que se adelgaza hacia dentro en relación con el cuerpo (2) del filtro.

6. Bujía filtrante de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque el alambre (17) está apoyado mediante un soporte interior (3, 4).

7. Bujía filtrante de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizada porque como soporte está dispuesto un cuerpo interior (3), en especial un tubo interior (3), alrededor del cual el alambre (17) está enrollado sobre distanciadores (4).

8. Filtro de masa sedimentada con un tanque (13) del filtro en el que están dispuestas bujías filtrantes (1) de acuerdo con las reivindicaciones 3 a 10 para la filtración de fluidos.

9. Filtro de masa sedimentada de acuerdo con la reivindicación 8 en el cual las bujías filtrantes desembocan en una salida de registro (B).

10. Filtro de masa sedimentada de acuerdo con la reivindicación 9 que comprende además una tubería de bypass (C) para fluido no filtrado.