Centrifugación de la pasta de aceituna para la obtención de aceite

Aceites y Grasas
Centrifugación de la pasta
de aceituna para la
obtención de aceite de
oliva virgen
F. Espínola Lozano
Dpto. de Ingeniería Química, Ambiental y de los Materiales
E.U. Politécnica de Linares. Universidad de Jaén
1. Introducción
En este trabajo se exponen
unos conocimientos
relacionados con las
principales variables que
intervienen en la centrifugación
de la pasta de aceituna para la
obtención de aceite de oliva
virgen. En sentido estricto, se
describe la influencia que
pueden tener: el tiempo de
residencia de la pasta, la
temperatura, la adición de
agua a la pasta antes de la
centrifugación, los espesores de
las fases líquidas y otros
parámetros de diseño
propiamente dichos como la
velocidad angular, la longitud y
el radio del decánter
(centrífuga horizontal) que
constituye el equipo
fundamental del sistema
continuo de extracción llevado
a cabo en una almazara. Del
estudio se deduce que el
decánter ofrece muchas
posibilidades para mejorar la
eficacia en la extracción de
aceite de oliva virgen tanto en
la cantidad como en la calidad.
Para obtener un aceite de oliva
de calidad deben respetarse al
máximo las cualidades naturales
que tiene el zumo del fruto del
olivo. El aceite presente en las
aceitunas se aloja en las células
del mesocarpio encerrado en su
mayor parte en las vacuolas, y
disperso, en menor medida, en
el tejido coloidal del citoplasma;
es condición indispensable extraerlo por procedimientos mecánicos, de forma que las diminutas gotas se unan en gotas
más grandes y puedan formar
una fase líquida continua. En un
proceso racional de extracción
hay que cuidar mucho los detalles, en efecto, la tecnología oleícola tiene como objetivo fundamental el extraer la mayor cantidad de aceite pero perjudicando
lo menos posible la calidad del
producto inicial.
Durante muchos años los esfuerzos se han dirigido a la re-
Figura 1.
Esquema del
proceso de
extracción del
aceite de oliva
virgen por
centrifugación
en tres fases.
ducción de los costes de extracción, pasando de las instalaciones discontinuas por presión a
las continuas basadas en la centrifugación de las pastas para la
separación de las fases, actualmente se tiende a modificar el
ciclo de extracción a fin de mejorar la calidad de aceite y de reducir o eliminar la producción
de alpechín. La centrifugación
de la pasta de aceituna es la
operación básica más compleja,
y donde se han producido últimamente mayores cambios tecnológicos [7]; esta operación de
separación se produce en el decantador centrífugo horizontal o
decánter, y el objetivo del presente trabajo es profundizar en
el estudio teórico del decánter y
analizar la influencia de las variables de funcionamiento con
el fin de determinar los parámetros que puedan aumentar la eficacia de los equipos.
En la actualidad, el proceso de
extracción del aceite de oliva virgen llevado a cabo en una almazara se realiza mediante el sistema continuo de centrifugación
en dos o tres fases. Después de
molida y batida la pasta, se realiza una centrifugación (a la que
se puede añadir agua o dejarla
tal cual), según el número de salidas del decánter se dice que el
sistema es de dos o tres fase. En
el sistema de tres fases se produce una separación del aceite
(fase oleosa), alpechín (fase
acuosa) y orujo (fase sólida);
mientras que en el sistema de
dos fases se obtiene sólo aceite y
orujo de acuerdo con los esquemas de las figuras 1 y 2.
71
Aceites y Grasas
Figura 2.
Esquema del
proceso de
extracción
del aceite de
oliva virgen
por
centrifugación
en dos fases.
2. Aspectos teóricos
de la decantación
centrífuga
Las centrífugas se utilizan para
separar partículas finas y pequeñas gotas de líquidos. La ecuación del movimiento de una
partícula que se desplaza en un
fluido bajo la acción de un campo centrífugo, será parecida a la
del desplazamiento de una partícula en un campo gravitatorio,
exceptuando que la aceleración
de la gravedad, g, debe ser sustituida por la aceleración centrífuga, rω2, donde r es el radio de
giro y ω es la velocidad angular.
La velocidad de sedimentación
de las partículas será mucho mayor en una centrífuga que en un
campo gravitatorio. Un coloide
o una emulsión puede ser completamente estable bajo la acción ordinaria de la gravedad,
ya que en estas condiciones las
fuerzas de dispersión originadas
por el movimiento browniano
son mucho mayores que las
fuerzas de gravedad. Sin embargo, en una centrífuga el coloide,
o la emulsión puede destruirse
completamente ya que la fuerza
centrífuga puede superar los
efectos de las fuerzas de dispersión. La relación entre la aceleración centrífuga y la de la gravedad (rω2/g) constituye una
medida del poder de separación
de una centrífuga. Esta relación
puede tener un valor de hasta
104 [5].
72
Un decantador centrífugo consta
de un recipiente cilíndrico, que
en general se coloca horizontalmente, y que gira alrededor de
un eje a gran velocidad (Fig. 3).
Cuando el aparato está en funcionamiento, la alimentación se
introduce de forma continua. La
descarga del líquido ligero se
hace a través de un orificio próximo al eje; y el líquido pesado
pasa por debajo de una placa
anular perpendicular al eje de
rotación y descarga en una posición más alejada del eje. Si la resistencia de fricción al flujo de
los líquidos que salen del recipiente es despreciable, la posición de la interfase líquido-líquido se establece en función de
un balance hidrostático y las alturas relativas (distancia radial al
eje) de las salidas.
1
2 2 2
2 2 2
1
–––
2 ρA ω (r 3 -rw =––
2 ρA ω (r 3 -r2)+
1 ρ ω2 (r2 -r2)
+ ––
2 1
2 O
(1)
De esta expresión se puede obtener el valor de r2, distancia de
la superficie de separación de
los líquidos al eje de giro de la
centrífuga en función del radio
de la represa por donde sale el
líquido más pesado, rw, y el radio de la superficie del líquido
ligero r1:
Figura 3.
Esquema de un
decantador
centrífugo en la
centrifugación
de la pasta de
aceituna.
–––––––––––––––
r12 - (ρA / ρO)r2w
r2 = –––––––––––––––
1- ρA / ρO
√
(2)
Por otra parte, del análisis teórico de la separación de las fases
sólida-líquida por decantación
centrífuga, y basándonos en la
hipótesis de que el tiempo de
sedimentación y el tiempo de
retención (tr) deban ser iguales;
se tiene que el tamaño de partícula que tiene una probabilidad
del 50% de depositarse viene
dado por la expresión:
d250
2 r23
18 µln (–––––)
2
2
r 3 + r1
= –––––––––––––
2 ∆ρω2 tr kh ks
(3)
En esta ecuación se han introducido dos coeficientes kh y ks
[6], para considerar el elemento
diferencial de la fuerza de rozamiento cuando actúa sobre una
partícula sólida, o una gota de
líquido, kh, y la sedimentación
impedida debida a la concentración de sólidos en suspensión,
ks.
Las gotas de líquido dispersas
pueden cambiar de forma a medida que se mueven en una fase continua. El rozamiento tiende a aplanar las gotas pero la
tensión superficial se opone a
este efecto. Debido a su gran
energía superficial por unidad
de volumen, las gotas de aproximadamente 500 µm son casi
esféricas y tienen coeficientes
de rozamiento y velocidades límite aproximadamente iguales
que las esferas sólidas. El coeficiente no es exactamente el mismo debido a que la fricción de
superficie tiende a desarrollar
modelos de circulación en el interior de la gota que cae, y el
movimiento de la interfase gaslíquido da lugar a que el rozamiento total sea algo menor que
en el caso de una esfera rígida.
Hadamard [11] demostró que si
dad. Es una aproximación comparativa porque se ignora la difusión browniana, las corrientes
de convección y otros efectos.
3. El decánter
industrial
se desprecian los efectos de
energía superficial, la velocidad
final de caída de una gota, determinada mediante al ley de
Stokes, debe multiplicarse por
un factor kh para considerar la
circulación interna, que se calcula mediante la expresión:
3µ + 3µ1
kh = ––––––––
2µ + 3µ1
(4)
Donde µ es la viscosidad del
fluido continuo y µ1 la del fluido que forma la gota o burbuja. Si µ1/µ es grande, kh tiende
a 1, caso de la gota de aceite
en agua; y si µ1/µ es pequeño,
kh tiende a 1,5, como ocurre
con el caso de la gota de agua
en aceite. En general, las gotas
de líquido viscoso pueden tratarse como partículas rígidas,
cuando la razón de la viscosidad de la fase dispersa a la viscosidad de la fase continua, exceda de 50.
Por otra parte, la velocidad de
sedimentación de las partículas
en una suspensión concentrada
disminuye debido al incremento
tanto de la viscosidad de la suspensión como de la densidad,
se dice que las partículas grandes son retardadas y las pequeñas son aceleradas. Se han llevado a cabo numerosos intentos
para predecir la velocidad aparente de sedimentación de una
suspensión concentrada, utilizando la densidad y la viscosidad de la suspensión en lugar
de las propiedades del fluido,
en esta línea, Steinour [17], a
partir de sus experimentos de
sedimentación de tapioca en
aceite, propone multiplicar la
velocidad dada por la ley de
Stokes por:
ks = e2 10-1,82 (1-e)
(5)
donde “e” es la porosidad de la
suspensión.
Por otra parte, teniendo en
cuenta que el caudal de flujo
volumétrico, “Q”, viene dada
por la relación entre el volumen
útil de la centrífuga, “V”, y el
tiempo de retención, tr.
V
π (r23 - r21) L
Q = –––
=
––––––––––––
tr
tr
(6)
Se puede expresar la velocidad
de flujo volumétrico de la alimentación como:
Q = 2 vsg ∑
(7)
donde vsg es la velocidad de sedimentación por gravedad,
2
d 50 ∆ ρ g khks
vsg = –––––––––––––
18µ
(8)
y ∑ se define como el coeficiente dinámico de productividad:
r23 - r21
ω2
∑ = –––
g π L ––––––
2r23
ln ––––
2
r 3 + r21
(9)
Para las centrífugas tubulares,
por aproximación logarítmica, la
ecuación anterior se puede escribir como:
ω2 π L ( –3r2 + ––1 r 2 ) (10)
∑≅ –––
g
2 3
2 1
Teóricamente ∑ representa el
área (m2) de un tanque de sedimentación de la misma capaci-
Figura 4.
Corte de un
decantador
centrífugo
de tres fases.
El decantador centrífugo que se
utiliza en las almazaras, figura 4,
consta de un tambor cónico-cilíndrico de eje horizontal, que
gira a gran velocidad, sometiendo a la pasta a una centrifugación. Esta se introduce dentro
del tambor mediante un tubo
axial. Un tornillo sinfín dispuesto dentro del tambor, y cuya velocidad de rotación es un poco
distinta a la de éste, produce un
lento movimiento relativo del
tornillo con relación al tambor
que permite extraer los sólidos
por una salida situada en el lado
de menor diámetro del cono.
Un separador dispuesto en el lado opuesto del cono permite
obtener las dos fases líquidas. La
máquina se completa con un
cárter externo de protección
contra el riesgo que representan
las partes giratorias, el motor
eléctrico y los mandos de transmisión.
La pasta de aceituna se inyecta
en el interior del tornillo sinfín
por medio de un conducto o caña, y gracia a la fuerza centrífuga aparecen tres capas sucesivas, escalonadas por orden de
densidad: una capa exterior formada por sólidos húmedos de
densidad 1,2 g/cm3, en el centro
una capa líquida de densidad
1,08 g/cm3, formada principalmente por agua y una capa interior, por ser más ligera que
contiene la mayor parte de la
fracción oleosa de densidad
0,915 g/cm3. El tornillo sinfín recupera la capa sólida que se deposita continuamente en la pared del bowl, desplazándose poco a poco hacia el extremo del
cono hasta la salida que se le
destina, y escapándose de ésta
por centrifugación. El punto en
que la caña descarga la pasta de
aceituna en el decánter puede
ser regulado, obligando a acortar o alargar los recorridos res-
junio 00
73
Aceites y Grasas
pectivos de las fases líquidas o
sólidas.
El separador que está en la otra
extremidad sirve para extraer en
funcionamiento continuo cada
una de las dos fases líquidas distintas que se separan en el bowl.
Este separador necesita varios
ajustes, el primero tiene por objeto regular la altura de la capa
total del líquido en el tambor, lo
que produce un efecto secundario, al contribuir en el grado de
secado de la fase sólida, y el segundo permite controlar los
caudales respectivos de cada
una de las dos fases líquidas
[10]. Con alimentaciones formadas por suspensiones espesas, la
capacidad de una máquina también está limitada por el par de
fuerzas que puede soportar el
transportador helicoidal. (Fig 4).
En el decánter cónico-cilíndrico
el valor de ∑ se toma como la
suma de los valores de la sección cilíndrica y cónica:
ω2
∑ = ––––
g π
[
L1 ( 32–ri2 + –21 r12 ) +
ri2+3ri+4r12
L2 ( –––––––––––)
4
]
(11)
donde: L1 es la longitud de la
sección cilíndrica y L2 es la longitud de la sección cónica. Esta
fórmula [15] es teórica y habría
que corregirla en la práctica.
Ambler recomienda reducirla un
6% debido a la disminución de
volumen efectivo dentro de la
centrífuga, ocupado por el tornillo sinfín, y multiplicarla por
otro factor debido a la reducción del volumen útil ocupado
por la capa de sedimento sólida
y que puede llegar a ser del orden de 0,67.
Al aumentar la escala el rendimiento de sedimentación será el
mismo si el valor de Q/∑ es
igual para dos máquinas.
Q1
Q2
–––– = –––– = constante
∑1
∑2
74
(12)
Por otra parte, con el fin de garantizar que se pueda comparar
la eficacia de máquinas con características geométricas y cinéticas diferentes, los tiempos de
sedimentación deben ser iguales
y, por consiguiente se puede
determinar la altura eficaz de sedimentación con la expresión:
V1 V2
–– = –– = constante = He
∑1 ∑2
batido y el dilacerado, y una vez
realizada la integración de las
gotas, sólo falta separarlas por
completo mediante la centrifugación. En el proceso de centrifugación se producen tres capas, como consecuencia de estos cuatro procesos:
1. Sedimentación de partículas
sólidas en la capa de agua.
2. Sedimentación de partículas
sólidas en la capa de aceite.
3. Separación de las gotas de
aceite de la capa de agua.
4. Separación de las gotas de
agua de la capa de aceite.
(13)
Si aumenta He lo hará el tiempo
necesario para completar la sedimentación [3].
De los cuatro procesos los más
lentos o de menor eficacia son
los de separación de partículas
o gotas de agua del aceite, debido fundamentalmente a la diferencia de viscosidad entre el
aceite y el agua. En la figura 5 se
puede observar gráficamente las
variaciones de viscosidades del
agua y del aceite en función de
la temperatura.
4. Análisis de la
influencia de las
variables de
funcionamiento del
decánter
La pasta de aceituna desde el
punto de vista físico-químico es
un sistema complicado, no obstante, la podemos considerar como una emulsión de aceite en
agua con una gran concentración de sólidos en suspensión
(25% de aceite, 45% de agua y
30% de sólidos, como valores
medios). Existen pastas fáciles
que rinden su aceite con facilidad, y pastas difíciles, que se
extraen con suma dificultad y
malos rendimientos, este hecho
puede atribuirse en gran parte a
las diferencias que los procesos
químicos y enzimáticos originan
en las fases sólidas de la misma.
Esto mismo explica también el
que una pasta pueda pasar de
difícil a fácil sólo con el transcurso del tiempo.
Es un hecho conocido que las
gotas de grasa se encuentran en
el interior de las células recubiertas de una membrana de naturaleza proteica. Desde el punto de vista práctico, en lo que
respecta a la extracción del aceite de oliva, el interés se establece en la forma de romper las
membranas, eliminarlas o alterarlas lo suficiente para que todo el aceite pueda reunirse en
gotas grandes fácilmente separables. El método para reunir las
gotas de aceite es mediante el
No obstante, el proceso de mayor interés para nosotros es el
de separación de la gotas de
aceite de la capa acuosa. Para la
realización de un análisis detallado las principales variables
que pueden influir en el funcionamiento del decánter son:
a) Parámetros de diseño del decánter: velocidad angular, longitud y radio del decánter.
b) Tiempo de residencia de la
pasta o caudal volumétrico.
Figura 5.
Viscosidades
del aceite de
oliva y del
agua en
función de la
temperatura
[9].
c) Espesores de las fases líquidas y posición de la interfase.
d) Adición de agua a la pasta de
aceituna antes de la centrifugación.
e) Sistema de evacuación de las
fases: tres salidas (tres fases) o
dos salidas (dos fases).
f) Temperatura de la pasta.
4.1. Parámetros de diseño
del decánter: velocidad
angular, longitud y radio del
decánter
–––––––––––––––––––––––––––––––
Según la ecuación 9, el coeficiente dinámico de productividad, ∑, depende bastante de la
velocidad angular, ω, longitud,
L, y radio del decánter, r3. Observándose un aumento de ∑
con estas tres variables, más
acusado en el caso de la velocidad angular; por tanto, y con
objeto de aumentar la eficacia
de un decánter se debe aumentar estos parámetros hasta los límites permitidos por la máquina, es decir, la máquina debe
aguantar el aumento del par de
fuerzas que suponen.
De la ecuación 9 también se deduce que interesa aumentar r1
puesto que para un r3 constante,
hace disminuir el espesor del
anillo que forma la pasta en la
centrífuga con el consiguiente
aumento de ∑. No obstante, este aumento tiene las limitaciones
que se comentarán más adelante.
4.2. Tiempo de residencia
de la pasta o caudal
volumétrico
–––––––––––––––––––––––––––––––
El aumento del tiempo de residencia de la pasta de aceituna
disminuye el tamaño de partícula o gota que se puede separar
(ecuación 3). No obstante, para
un volumen útil de la centrífuga,
“V”, el caudal de flujo volumétrico, “Q”, es inversamente proporcional al tiempo de residencia, (ecuación 6), luego en un
contexto más amplio de optimización económica del proceso,
el aumento del tiempo de residencia en la centrífuga puede
suponer, en principio, una disminución de la producción y
mayores costes unitarios [8].
Desde el punto de vista de la calidad del aceite, un aumento de
“Q” puede producir un aumento
en el contenido de polifenoles,
Jiménez et al. [12], por tanto,
aceites más amargos, y en consecuencia más estables a la oxidación. No obstante, los autores
justifican este comportamiento
por el hecho de que un aumento del caudal de masa origina
una reducción del tiempo de batido de ésta en la termobatidora.
Esto puede justificarse por el hecho de que a menor tiempo de
batido, las fases líquidas están
menos tiempo en contacto con
lo que la difusión de las componentes polares de los polifenoles hacia la fase acuosa también
es menor, originando a su vez
una menor pérdida de estos antioxidantes naturales en el aceite de oliva.
4.3. Espesores de las fases
líquidas y posición de la
interfase
–––––––––––––––––––––––––––––––
En la ecuación 2 se observa que
el radio de la zona neutra r2, varía con la relación de densidades, especialmente cuando esta
relación es próxima a la unidad.
Si las densidades de los fluidos
son sensiblemente iguales, la
zona neutra puede ser inestable.
Para que la operación sea estable, la diferencia entre ρA y ρB
no ha de ser inferior al 3% aproximadamente [14].
La ecuación indica además que
si rw se mantiene constante y se
aumenta r1, (radio del conducto
de salida para el líquido pesado)
la zona neutra se desplaza hacia
el eje del aparato. Si se disminuye r1, la zona se desplaza hacia
la pared. Un aumento de rw,
manteniendo constante r1, provoca también un desplazamiento de la zona neutra hacia la pared, mientras que una disminución de rw, la desplaza hacia el
eje. La posición de la zona neutra es muy importante en la
práctica. En la fase pesada, el lí-
quido ligero se separa del pesado, y en la fase ligera, ocurre lo
contrario. Si uno de los procesos
es más difícil que el otro, necesitará más tiempo para realizarse. Por ejemplo, si la separación
en la fase ligera es más difícil
que en la fase pesada, como es
nuestro caso, la fase ligera ha de
ser grande y la fase pesada pequeña. Esto se consigue desplazando la zona neutra hacia la
pared, bien aumentando rw o
bien disminuyendo r1. Se construyen muchos separadores centrífugos de forma que se puede
variar tanto rw como r1 con el fin
de controlar la posición de la
zona neutra.
4.4. Adición de agua a la
pasta de aceituna antes de
la centrifugación
–––––––––––––––––––––––––––––––
Con respecto a las instalaciones
tradicionales de centrifugación,
las innovaciones tecnológicas
más importantes han ido dirigidas a la eliminación o fuerte reducción de la adición de agua a
la pasta de aceituna antes de la
extracción del aceite de oliva
por centrifugación.
La reducción del volumen de
agua añadida actúa directamente en la decantación de las partículas sólidas o gotas de líquido, debido al aumento de la viscosidad de la pasta, la cual es
directamente proporcional al
tiempo de sedimentación, o
bien un aumento de la concentración de sólidos en suspensión
y por tanto una disminución de
ks. No obstante, pruebas experimentales sobre la viscosidad de
la pasta [4] han puesto de relieve que cuando se trata de tasas
de humedad del orden del 50%,
las adiciones ulteriores de agua
no producen variaciones excesivas de la viscosidad y, en consecuencia, del tiempo de sedimentación.
Teniendo en cuenta que la composición de la aceituna (humedad inicial próxima al 50%) es
posible, con algunas modificaciones del extractor, trabajar la
junio 00
75
Aceites y Grasas
pasta de aceituna sin añadir
agua o con pequeñas tasas de
dilución que no sobrepasen el
20% del peso inicial.
4.5. Sistema de evacuación
de las fases: tres salidas
(tres fases) o dos salidas
(dos fases)
–––––––––––––––––––––––––––––––
Para compensar el aumento de
viscosidad de la pasta es conveniente aumentar el coeficiente
dinámico de productividad, sin
modificar las dimensiones externas del aparato con ligeros aumentos de r1. Este aumento requiere una evaluación más a
fondo del eventual arrastre de
aceite de oliva en los orujos; por
tanto, parece oportuno intentar
que el espesor de agua permita
superar el límite de arrastre del
tornillo sinfín.
De los datos analíticos se desprende que la disminución del
tiempo de retención reduce la
posibilidad de separación tanto
de las partículas sólidas como
de las fase-líquidas, y por consiguiente, favorece la dispersión
del aceite en el agua; cuando se
reduce sensiblemente el tiempo
de retención, las dificultades de
la sedimentación de las partículas aumentan cada vez con mayor rapidez. Por tanto, una vez
fijado el tiempo de retención
óptimo, en función del volumen
de la pasta de aceituna y del
agua añadida, conviene no alejarse demasiado de las condiciones mencionadas, es importante ante todo no excederse en el
volumen de agua añadido, debido a la incidencia negativa y a
veces incluso sensible que tiene
desde el punto de vista del rendimiento. Se pueden aceptar pequeños incrementos del volumen aportado siempre que no
se incremente el agua añadida.
Desde el punto de vista de la estabilidad del aceite obtenido, a
mayor relación agua/aceite, se
produce un lavado del aceite
más intenso, obteniéndose, en
consecuencia, aceites menos
amargos y de menor estabilidad.
Respecto a la temperatura del
agua, se aprecian diferencias
significativas cuando éstas se
hacen extremas, la estabilidad
disminuye más cuanto más caliente está el agua.
76
Las instalaciones tradicionales
de obtención de aceite de oliva
virgen por centrifugación han
utilizado el sistema de evacuación del decánter utilizando tres
salidas, que coincide con el sistema descrito hasta ahora en este trabajo. En las nuevas instalaciones se ha modificado el sistema de evacuación reduciéndolo
a dos salidas (dos fases).
En el nuevo decánter de dos fases se pierde el control de la interfase con rw, ya que sólo tenemos una salida de líquidos controlada con mediante r1, que se
debe aumentar pero sin superar
el límite de arrastre del tornillo
sinfín.
Figura 6.
Diámetro de
partícula,
d50, que se
separa en
función del
tiempo de
residencia, tr.
Tampoco se añade agua, a no
ser que la aceituna esté demasiado seca y deba compensarse
esa falta de humedad con una
pequeña adición de agua. El
rendimiento no debe verse muy
afectado si se controla el caudal
volumétrico, o lo que es lo mismo el tiempo de retención, y sabiendo que el aceite necesita
menos tiempo para separarse
del agua. El aceite, sin embargo,
puede salir con mayor número
de sólidos en suspensión y más
húmedo, por lo que se precisará de una filtración y una posterior centrifugación en una centrífuga vertical de discos de alta
eficacia.
En la figura 6 tenemos una gráfica en la que se representa el
diámetro de la gota de aceite,
d50, que se separa de la fase
acuosa en función del tiempo
de residencia a 35 °C, según la
ecuación 3, para un decánter de
dos fases con las siguientes características técnicas: L = 0,41 m;
ri = 0,235 m; w = 366 rad/s. Para lo cual se ha fijando un r1=
0,08 m que nos permite calcular
r2 y r3 para una pasta de aceituna de la siguiente composición
volumétrica: 28% aceite, 46%
agua y 26% sólidos.
En el caso de un cambio continuo o brusco de la concentración de sólidos, en estos nuevos
decánter que tienen una adición
de agua limitada, sería oportuno
dotar a la instalación de un sistema regulador de la diferencia
de revoluciones entre el tornillo
sinfín y el bowl, ∆w, ya que la
viscosidad se hace muy elevada
y las partículas tienden a depositarse a una velocidad muy reducida e independiente de su
diámetro, los mismo ocurre si el
espesor del anillo de líquido se
reduce sensiblemente [3]. Esta
diferencia de velocidades influye fundamentalmente en la velocidad de arrastre del tornillo
de Arquímedes.
En cuanto a la calidad del aceite, se ha comprobado por varios
autores, entre ellos Ranalli et al.
[16], que es mejor el aceite producido por el sistema de dos fases frente al sistema convencional de tres fases, el aceite de dos
fases tiene mayor contenido en
pilofenoles totales y o-difenoles,
otorgándole a éste mayor estabilidad durante el almacenamiento.
4.6. Temperatura de la
pasta
–––––––––––––––––––––––––––––––
NOMENCLATURA
d: diámetro de la partícula o gota
dmax: diámetro máximo de partícula que podría ser separada
d50: diámetro de corte
e: porosidad
g: aceleración de la gravedad
G(x): fracción de partículas de un tamaño dado que sedimentan
He: altura eficaz de sedimentación
kh: coeficiente de Hadamard
ks: coeficiente de Steinour
L: longitud de la centrífuga
L1: longitud de la sección cilíndrica
L2: longitud de la sección cónica
Q: caudal volumétrico de la alimentación
r: posición radial de la partícula y radio de giro
ri: radio interno de la centrífuga
r1: radio de la superficie del líquido ligero en la centrífuga
r2: radio de la superficie de separación de los dos líquidos en la centrífuga
r3: radio útil de la centrífuga
rw: radio de la represa por donde sale el líquido más pesado
tr: tiempo de residencia
ts: tiempo de sedimentación centrífuga
V: capacidad volumétrica de la centrífuga
vg: velocidad de sedimentación bajo la gravedad
vr: velocidad radial
vx: velocidad axial
ρA: densidad del agua o capa acuosa
ρO: densidad del aceite o capa oleosa
∆ρ: diferencia entre la densidad del sólido y el líquido
∑: coeficiente dinámico de productividad
µ: viscosidad de la fase continua
µ1: viscosidad de la fase dispersa
ω: velocidad angular
Figura 7.
Diámetro de
partícula, d50,
que se separa
en función del
tiempo de
residencia, tr,
para distintas
temperaturas.
La temperatura influye decisivamente sobre la viscosidad, un
aumento de temperatura supone
una disminución de la viscosidad, siendo más acusada en el
aceite que en el agua (Fig. 5).
La figura 7 muestra el caso de la
separación de gotas de aceite de
la capa acuosa, observándose el
efecto de la temperatura. Este
efecto es más acusado en el caso de separación de gotas de
agua o partículas sólidas de la
capa de aceite porque la variación de la viscosidad del aceite
con la temperatura es mayor.
Los polifenoles y, por tanto, la
estabilidad aumenta de forma
significativa al elevarse la temperatura de la masa. Un incremento de ésta produce una disminución de la viscosidad de la
masa, en general, y del aceite en
particular, con lo que se favorece, por un lado, el paso de componentes fenólicos desde la materia sólida a las fases líquidas, y
por tanto, la constante de difusión entre estas fases líquidas.
Sin embargo, un aumento de
temperatura supone una reducción sensible o desnaturalización de la vitamina E (alfa-tocoferol) y numerosos compuestos
volátiles responsables del aroma
especial del aceite, entre ellos
hay alcoholes, cetonas, ésteres,
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Aceites y Grasas
éteres, terpenos, derivados furánicos, etc, perjudicando seriamente la calidad del aceite.
5. Conclusiones
El coeficiente dinámico de productividad, ∑, nos permite comparar la eficacia de dos máquinas con las mismas características geométricas y cinéticas, y la
altura eficaz de sedimentación,
He, nos permite dicha comparación entre máquinas distintas.
Del estudio teórico se deduce,
también, que el decánter tiene
extraordinarias posibilidades para mejorar la eficacia de la extracción. Aquí destacamos algunas consideraciones para aumentar el rendimiento sin perjudicar la calidad:
a) Aumento de la velocidad angular, longitud y radio del decánter hasta los límites permitidos por la máquina.
b) Aumento del tiempo de residencia de la pasta en la centrífuga.
c) Aumentar el espesor de la fase ligera (aceite).
d) Añadir agua a la pasta de
aceituna con objeto de disminuir la concentración de sólidos,
o bien reducir el espesor del
anillo de los líquidos y desplazarlo hacia radios mayores sin
sobrepasar los límites de arrastre
del tornillo sinfín.
e) No aumentar la temperatura
porque perjudica mucho la calidad del aceite obtenido, aunque
tiene una marcada incidencia en
la separación del agua y sólidos
del aceite, y menos en la separación del aceite del agua.
Es obvio que estas consideraciones hay que tenerlas en cuenta
en un contexto más amplio de
optimización del proceso, el objetivo final es la mejora tanto
desde el punto de vista cuantitativo como cualitativo, además,
deben evaluarse los aspectos
técnicos de la centrifugación de
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la pasta, estrechamente con el
estudio de las características reológicas de la pasta de aceituna
y con el análisis de las operaciones restantes del proceso de
extracción.
Debido a la escasez de agua y al
problema que supone la depuración de los alpechines, se están imponiendo los decantadores centrífugos de dos fases sin
adición de agua. La gran flexibilidad del decánter, permite a los
usuarios, mediante una minuciosa regulación separar el aceite y obtener un orujo más húmedo que incluiría el alpechín.
Un sistema de dos fases es más
inestable porque pierde el efecto regulador de la adición de
agua a la pasta. Se impone, por
lo tanto, un mayor conocimiento, control y continuas mediciones para poder trabajar con distintos tipos de aceitunas en distintas condiciones de humedad
y contenido graso.
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