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Filtración tangencial en vino y cerveza: cuándo compensa y cómo se dimensiona

Filtración29/07/202612 min de lectura

La filtración tangencial (crossflow) hace circular el vino o la cerveza en paralelo a una membrana de microfiltración. El líquido limpio la atraviesa y los sólidos siguen en el circuito, así que la membrana se ensucia más despacio que un filtro frontal. En vino y cerveza compensa cuando hay volumen repetido, producto turbio y un gasto alto en consumibles de filtración. La barrera final antes del llenado se mantiene, y la propia ficha de Sartoflow Compact cuenta con cartuchos estériles en la etapa siguiente [1].

En PSF somos distribuidor autorizado de Sartorius y suministramos ese equipo de filtración tangencial para vino y los cartuchos que van detrás. En esta guía usamos su ficha técnica, el Código Internacional de Prácticas Enológicas de la OIV y dos ensayos publicados, uno en vino y otro en cerveza, para que cada cifra se pueda comprobar.

En este artículo

Qué es la filtración tangencial y en qué se diferencia de la frontal
Qué dicen los ensayos sobre presión y tamaño de poro
Filtración tangencial en vino: en qué momentos de la bodega
Filtración tangencial en cerveza: clarificar sin perder cuerpo ni espuma
Tangencial frente a tierras, placas y cartuchos
Cuándo elegir filtración tangencial y cuándo no
Cómo se dimensiona un equipo: el ejemplo de Sartoflow Compact
Errores habituales al implantarla
Qué le pedimos para recomendarle un sistema
Preguntas frecuentes
Fuentes

Qué es la filtración tangencial y en qué se diferencia de la frontal

En la filtración frontal (dead-end), todo el caudal empuja contra el medio filtrante. Los sólidos forman una torta, la presión diferencial sube y llega un momento en que hay que cambiar placas o cartuchos. En la tangencial, el producto recircula a lo largo de la membrana. Una parte la atraviesa como permeado, que es el filtrado; el resto vuelve al circuito como retentado, cada vez más concentrado en sólidos.

El barrido frena el ensuciamiento (fouling), aunque no lo evita del todo. Según la ficha de Sartoflow Compact, en la filtración estática esa capa crece hasta bloquear la membrana, y en la dinámica el flujo tangencial la va limpiando [1].

La fuerza que empuja el líquido a través de la membrana es la presión transmembrana (PTM). La misma ficha la calcula como la media entre la presión de entrada y la de salida del módulo, menos la presión del lado del filtrado [1]:

PTM = (P entrada + P salida) / 2 − P filtrado

Junto con el caudal tangencial, la temperatura, la composición del producto y la propia membrana, es lo que decide cuánto filtra el equipo [1].

En vino, la OIV admite la filtración sobre membranas minerales u orgánicas de porosidad igual o superior a 0,2 µm (microfiltración), con materiales filtrantes que cumplan el Codex Enológico Internacional [2]. Las técnicas de membrana, en general, deben aplicarse bajo la responsabilidad de un enólogo o de un técnico cualificado [3].

Qué dicen los ensayos sobre presión y tamaño de poro

En vino: los coloides marcan el límite

Investigadores de la Universidad de Toulouse y del ISVV de la Universidad de Burdeos microfiltraron en tangencial vino tinto con una membrana cerámica de 0,2 µm, añadiéndole taninos, pectinas y manoproteínas, coloides del vino implicados en el ensuciamiento de la membrana [4]. Dos resultados sirven en bodega. El ensuciamiento irreversible apareció desde el principio, incluso a presiones bajas. Y con 0,2 g/l de manoproteína y 0,5 g/l de pectina, el caudal medio caía al superar cierta presión transmembrana, algo que los autores atribuyen a la compactación de una capa de gel [4]. Con un vino cargado de coloides, subir la presión cuando el caudal baja puede empeorarlo.

Los mismos autores recuerdan por qué el sector busca alternativas a las tierras. La tierra de diatomeas está clasificada como sustancia peligrosa por la sílice cristalina que contiene, y la usada hay que llevarla a un gestor de residuos [4].

En cerveza: el poro más fino no da la mejor cerveza

En la Universidad de la Tuscia (Italia) se clarificó cerveza sin filtrar con módulos cerámicos de fibra hueca de entre 0,2 y 1,4 µm, siempre a 2,35 bar de presión transmembrana, 2,5 m/s de velocidad de alimentación y 10 °C [5].

Poro nominal de la membrana	Caudal estable de permeado	Qué pasó con la cerveza
0,2 µm (simétrica)	32 L/m²·h	Turbidez por debajo de 1 EBC, pero bajaron de forma significativa la densidad, la viscosidad, el color, el extracto y la vida media de la espuma
0,5 µm (simétrica)	37 L/m²·h	Lo mismo que con 0,2 µm
0,8 µm (asimétrica)	Del mismo orden que los módulos comerciales de fibra hueca de polietersulfona	Turbidez bastante buena y una pérdida media de esos parámetros
1,4 µm (asimétrica)	196 ± 38 L/m²·h	Mínima pérdida de calidad, pero turbidez alta a temperatura ambiente y turbidez en frío

Los datos de la tabla son de Cimini y Moresi (2016) [5]. Los autores concluyen que la membrana de 1,4 µm podía ser una alternativa real a los filtros convencionales de tierras si el permeado pasa después por un cartucho de membrana de 0,45 o 0,65 µm antes del embotellado aséptico [5].

Filtración tangencial en vino: en qué momentos de la bodega

La ficha de Sartoflow Compact sitúa el equipo en tres momentos [1]:

Primer trasiego, después de la fermentación.
Segundo trasiego, sobre el vino joven ya preclarificado, tras el contacto con los clarificantes y la sedimentación de las lías.
Última filtración de bodega, antes de que el vino listo para embotellar pase a los depósitos; según el método, también sirve para ensamblar partidas después de la clarificación.

En esos pasos, Sartorius lo presenta como sustituto de las centrífugas, los filtros de tierra y los filtros de placas, y sin coadyuvantes que luego haya que gestionar como residuo [1]. La preparación del vino sigue contando, porque la ficha advierte que el rendimiento depende de su composición y de su pretratamiento [1], y coloides como los taninos, las pectinas y las manoproteínas están entre los que ensucian la membrana [4]. Por eso la preclarificación y el régimen de trabajo se ajustan a cada vino, y un tinto no se filtra como un blanco joven.

Cuándo y con qué clarificar se explica en clarificación del vino, y el recorrido completo hasta el embotellado, en la guía de filtración de vino.

Filtración tangencial en cerveza: clarificar sin perder cuerpo ni espuma

En cerveza, la tangencial se plantea como alternativa a las tierras o como clarificación antes del tanque de cerveza brillante. El poro se elige con lo que enseña el ensayo de la Tuscia, y si se opta por uno abierto, la seguridad microbiológica queda para un cartucho final [5].

Cartucho filtrante de membrana Sartocool PS 0,45 µm de Sartorius

Entre los cartuchos que suministramos para esa etapa está Sartocool PS 0,45 µm. Sartorius lo indica para la filtración final antes del embotellado de vino, espumoso, agua embotellada y cerveza, y ha validado su retención con Lactobacillus lindneri, una bacteria que altera la cerveza, con una tasa de al menos 10⁷ bacterias por cm² [7].

Al filtrar cerveza hay que cuidar, en toda la línea, la entrada de oxígeno y la pérdida de carbónico. De esas dos cosas, la ficha de Sartoflow Compact solo trata la segunda: describe el equipo como un sistema cerrado por el lado del filtrado, con una liberación mínima de CO₂ [1]. Como esa ficha está escrita para vino, si su caso es cerveza lo estudiamos con usted antes de proponerle un equipo. La filtración de cerveza de la maduración al llenado está en la guía de filtración de cerveza, y qué aporta la microfiltración a la calidad y la seguridad del producto, en cerveza microfiltrada.

Tangencial frente a tierras, placas y cartuchos

La tabla los compara por su función en el proceso. El coste por litro depende de cada instalación y se calcula con sus datos, como contamos en qué le pedimos.

Tecnología	Para qué sirve	Límite principal	Dónde encaja
Filtración tangencial	Clarificar en continuo, sin coadyuvantes y con ciclos automáticos	Inversión mayor y control técnico de presión, limpieza y retentado	Lotes medianos o grandes y repetidos, con producto cargado
Tierras (aluvionado)	Retener mucha carga sólida	Residuo que hay que gestionar y manipulación de un polvo con sílice cristalina [4]	Instalaciones que ya las usan
Placas y módulos lenticulares	Clarificar y afinar con una inversión contenida	Más montaje y cambios de placa, y resultado más dependiente de la operación	Lotes pequeños o producción variable
Cartuchos de membrana	Barrera microbiológica final con integridad comprobable	Se colmatan pronto si el producto llega cargado	Justo antes del llenado

Cartucho filtrante Sartorius Vinosart PS de filtración absoluta para vino

Un error habitual es pedir al cartucho final el trabajo de la clarificación. Si se agota demasiado deprisa, el problema suele estar antes. En vino, la etapa final la cubre un cartucho como Vinosart PS, de 0,45 o 0,65 µm, que según su ficha garantiza la retención total de las levaduras del vino y cuya integridad puede comprobarse a diario [6]. En PSF ese test lo hace el PSFcheck, nuestro equipo automático de test de integridad.

La tangencial reduce la carga que llega a ese cartucho. Sartoflow Compact admite como opción un turbidímetro en el filtrado que detiene la filtración si un módulo se daña, para no sobrecargar ni colmatar los cartuchos estériles de la etapa siguiente [1]. Las placas y los módulos lenticulares tienen su propia guía en placas filtrantes, y los cartuchos que suministramos están en cartuchos de filtración.

Cuándo elegir filtración tangencial y cuándo no

Cuándo suele compensar

El producto llega con mucha carga de sólidos, levaduras o coloides y los filtros frontales se colmatan a mitad de lote.
El gasto en consumibles de filtración crece cada campaña para el mismo volumen.
Se pierde producto en tortas, placas o purgas.
La línea necesita ciclos programados, limpiezas automáticas y registro de datos.
Se quiere dejar de manipular tierras.

Cuándo no suele compensar

Lotes pequeños y muy variados, o una necesidad puntual, porque preparar y limpiar el equipo para cada uno cuesta más de lo que ahorra.
El producto ya llega limpio y estable, y un tren de cartuchos bien elegido lo resuelve con menos inversión.
No hay quien controle presión, limpieza e integridad de las membranas.
Solo se busca la barrera microbiológica final, que es trabajo del cartucho de membrana.

Cómo se dimensiona un equipo: el ejemplo de Sartoflow Compact

Equipo de filtración tangencial Sartoflow de Sartorius con bastidores de módulos de fibra hueca y cuadro de control

Sartoflow Compact trabaja con módulos de fibra hueca Fibersart diseñados para este equipo, con membrana de polietersulfona de 0,2 µm, 12,5 m² de superficie por módulo y fibras de 1,2 mm de diámetro interior [1]. Es modular. La unidad base y cada bastidor de ampliación llevan 6 módulos, de modo que el equipo crece con la bodega [1].

Modelo	Módulos	Superficie de membrana	Rendimiento según la ficha
Sartoflow Compact 6	6	75 m²	1.800 a 6.000 l/h
Sartoflow Compact 12	12	150 m²	3.600 a 12.000 l/h
Sartoflow Compact 18	18	225 m²	5.400 a 18.000 l/h
Sartoflow Compact 24	24	300 m²	7.200 a 24.000 l/h
Sartoflow Compact 30	30	375 m²	9.000 a 30.000 l/h
Sartoflow Compact 36	36	450 m²	10.800 a 36.000 l/h

Los módulos y el rendimiento salen de la ficha, que advierte que el rendimiento depende de la composición del producto y de su pretratamiento [1]. La superficie la hemos calculado nosotros (módulos × 12,5 m²). Hechas las cuentas, son entre 300 y 1.000 l/h por módulo, de 24 a 80 litros por metro cuadrado y hora, y lo que hay que medir antes de elegir modelo es en qué punto de ese rango cae su vino.

Escenario típico (no es un caso real). Una bodega quiere filtrar 25.000 litros en una noche de 10 horas, es decir, 2.500 l/h de media. En un Compact 6 eso son unos 420 l/h por módulo y unos 33 l/m²·h, en la parte baja de su rango de 1.800 a 6.000 l/h. El Compact 6 llega si el vino filtra a 2.500 l/h o más; si viene cargado y se queda cerca de 1.800 l/h, el lote pide unas 14 horas o un Compact 12. La cuenta no descuenta el tiempo de las limpiezas intermedias, que se suma a esas horas. La noche sirve porque el equipo trabaja sin operario. Si el caudal baja del valor programado, retira el sedimento y hace una limpieza intermedia por sí solo [1].

Al pedir oferta conviene valorar las opciones que recoge la ficha, que son estación CIP automática, turbidímetro, bomba de alimentación externa, registro de datos (tiempo, presión, temperatura y caudal) y medida de conductividad [1]. Tras cada limpieza química, el equipo registra el caudal de agua a través de la membrana para comprobar cuánta capacidad ha recuperado [1], y así se sabe si la limpieza funciona antes de que lo note el siguiente lote. Los datos completos están en la ficha técnica de Sartoflow Compact, y el resto de equipos que suministramos, en equipos de filtración.

Errores habituales al implantarla

Dimensionar con el máximo del rango. El Compact 6, por ejemplo, va de 1.800 a 6.000 l/h según el producto, más del triple [1].
Subir la presión para recuperar caudal. En el ensayo de vino con 0,2 g/l de manoproteína y 0,5 g/l de pectina, pasado cierto límite de presión transmembrana el caudal medio bajaba [4].
Elegir el poro más cerrado por seguridad. En cerveza, el ensayo de la Tuscia mostró lo que se pierde con los poros más finos [5], y la seguridad microbiológica la da el cartucho final. Aquel ensayo se hizo con membranas cerámicas; la Fibersart de 0,2 µm de Sartoflow Compact es de polietersulfona y su ficha la indica para vino [1].
No contar el retentado. El producto que queda en el circuito también es merma; en Sartoflow Compact la reducción del sedimento es automática y programable para dejar el menor volumen residual [1].
Limpiar sin medir. Si el caudal de agua tras la limpieza no vuelve a su valor, la membrana acumula ensuciamiento que la limpieza no quita.

Qué le pedimos para recomendarle un sistema

Para decirle si la filtración tangencial encaja en su bodega o cervecera, o si le conviene más quedarse con placas, cartuchos o una combinación, le pedimos estos datos:

Producto y estilo, y volumen por lote y por campaña.
Turbidez de entrada y cómo se ha preparado el producto.
Objetivo de salida (brillo, estabilidad, protección del cartucho final o filtración final).
Horas disponibles para filtrar antes del embotellado o del trasiego.
Consumo actual de tierras, placas o cartuchos por lote y litros que se pierden.
Capacidad de limpieza: agua, temperatura y productos.

Con esos datos comparamos el coste por litro de su sistema actual con el de las alternativas. Somos distribuidor autorizado de Sartorius para Food & Beverage en toda España; lo que hacemos por sector está en filtración de vino y filtración de cerveza.

Preguntas frecuentes sobre filtración tangencial

¿Qué es la filtración tangencial?

Es una filtración por membrana en la que el vino o la cerveza circulan en paralelo a la superficie filtrante. El líquido limpio atraviesa la membrana como permeado y los sólidos siguen recirculando como retentado, lo que frena la formación de torta sobre la membrana.

¿En qué se diferencia de la filtración frontal?

En la frontal todo el caudal empuja contra el medio filtrante y los sólidos se acumulan hasta colmatarlo, por lo que hay que cambiar placas o cartuchos. En la tangencial, el flujo paralelo va barriendo la membrana y el proceso puede seguir en continuo con limpiezas programadas.

¿La filtración tangencial sustituye al cartucho antes del embotellado?

No es lo habitual. La tangencial clarifica y reduce la carga que llega al cartucho final, y la ficha de Sartoflow Compact, por ejemplo, cuenta con cartuchos estériles en la etapa siguiente. La barrera antes del llenado la hace un cartucho de membrana con test de integridad, como Vinosart PS en vino.

¿Qué tamaño de poro se usa en vino?

La OIV admite membranas de porosidad igual o superior a 0,2 µm para la microfiltración del vino. Los módulos Fibersart del equipo Sartoflow Compact, que suministramos, son de polietersulfona de 0,2 µm.

¿Un poro más pequeño da mejor resultado en cerveza?

No necesariamente. En un ensayo con membranas cerámicas publicado en Journal of Food Science (2016), las de 0,2 y 0,5 µm dieron cerveza muy limpia pero con menos color, extracto y espuma, y la de 1,4 µm apenas restó calidad a cambio de más turbidez; para esa opción, los autores proponen un cartucho de 0,45 o 0,65 µm antes del embotellado.

¿Subir la presión aumenta el caudal de un equipo tangencial?

No siempre. En un ensayo con vino tinto, con pectina y manoproteína añadidas, pasado cierto límite de presión transmembrana el caudal medio bajaba, algo que los autores atribuyen a la compactación de una capa de gel sobre la membrana.

¿Qué caudal da un equipo de filtración tangencial para vino?

Depende del vino y de cómo llegue preparado. Según su ficha, un Sartoflow Compact de 6 módulos filtra entre 1.800 y 6.000 l/h y el de 36 módulos, entre 10.800 y 36.000 l/h, así que el modelo se elige con datos del propio producto.

Fuentes

Sartorius Stedim Biotech. (2021). Sartoflow® Compact. Proven Technology for Wine Filtration (Publication No. SG-1015-e) [folleto técnico]. psfiltracion.com
Organisation Internationale de la Vigne et du Vin. (s. f.). Filtration (II.3.2.2). En International Code of Oenological Practices. oiv.int
Organisation Internationale de la Vigne et du Vin. (s. f.). Application of membrane techniques (II.3.0.1). En International Code of Oenological Practices. oiv.int
El Rayess, Y., Albasi, C., Bacchin, P., Taillandier, P., Mietton-Peuchot, M. y Devatine, A. (2011). Cross-flow microfiltration of wine: Effect of colloids on critical fouling conditions. Journal of Membrane Science, 385-386, 177-186. doi.org/10.1016/j.memsci.2011.09.037 (texto completo en abierto: HAL)
Cimini, A. y Moresi, M. (2016). Beer clarification by novel ceramic hollow-fiber membranes: Effect of pore size on product quality. Journal of Food Science, 81(10), E2521-E2528. PubMed 27649476
Sartorius. (2021). Vinosart® PS. Product Datasheet [ficha técnica en español]. psfiltracion.com
Sartorius. (2020). Sartocool® PS 0,45 µm. Product Datasheet (Publication No. SGK2001-e) [ficha técnica en español]. psfiltracion.com

¿Encaja la filtración tangencial en su bodega o cervecera?

Cuéntenos qué filtra, cuánto volumen mueve por lote y cuánto le cuesta hoy filtrarlo. Le diremos si la tangencial compensa o si su caso se resuelve con otra etapa.

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