2.3.3 Decantación por centrifugación.

La separación por centrifugación es una adaptación tecnológica del principio de la gravitación universal, establecido por Newton, que consigue aumentar la velocidad de sedimentación aumentando el valor de g, con ayuda de la fuerza centrífuga (Figura 1.10)

Partiendo de la ley de Stokes (1.11), la velocidad centrífuga (v_c) se obtiene sustituyendo la aceleración de gravedad (g) por la aceleración centrífuga (w²r), obteniendo,

siendo,

v_c = velocidad centrífuga

w= velocidad angular

r = radio de la trayectoria

Al introducir una disolución con sólidos o una mezcla de dos líquidos inmiscibles, en una centrífuga la fracción más ligera se situará cerca del eje de rotación, mientras que la más pesada se dirigirá a la periferia de la cámara por la acción de la fuerza centrífuga (Calleja et al., 1999; Rodríguez et al., 2002).

El separador centrífugo empleado para la clarificación de los aceites de olivas vírgenes, caracterizados por un bajo gradiente de densidad entre fases, es la centrífuga vertical de platos o discos (Figura 1.11). Al inicio, eran centrífugas con descargas de sólidos manuales, que posteriormente pasaron a descargas automáticas y con auto-limpieza (Hermosos et al., 1991; Di Giovacchino et al., 2002a; Alba, 2008; Uceda et al., 2006).

Estos equipos trabajan a velocidades comprendidas entre las 5.500-7.200 rpm y poseen una gran eficacia y precisión. Están formados por un tambor exterior de dos piezas, que dentro lleva un eje vertical con platos cónicos alojados en su interior, entre los cuales se produce la separación. En el caso de aceite de oliva, la centrífuga lo clarifica, separándolo de los sólidos y del agua que no haya podido eliminar anteriormente el decánter horizontal. Estos equipos se caracterizan por trabajar en continuo y realizar la clarificación en tiempos muy cortos. El proceso que sigue el mosto oleoso en una centrífuga vertical de discos durante la separación de sus fases (Figura 1.12) se describe a continuación (Hermosos et al., 1991; Di Giovacchino et al., 2002a; Uceda et al., 2006):

1) En pleno funcionamiento, el interior de la centrífuga está completamente lleno de líquido, de manera que al inicio del proceso de clarificación es necesario cargarla de agua (Figura 1.12.a y b).

2) Posteriormente, el mosto oleoso procedente del tamiz entra por la parte superior a través del eje hueco hasta llegar al deflector. Aquí la fuerza centrífuga obliga a pasar a las distintas fases entre los platos, que actuando como centrífugas elementales las separa por diferencias de densidad (Fig. 1.12.c):

• Los sólidos, de mayor densidad, son lanzados al radio mayor quedando retenidos en la pared del tambor.
• El agua desciende por la cara superior del disco, acumulándose junto a la pared exterior del tambor y sube por esta hasta la salida de la fase pesada.
• El aceite menos denso, asciende a lo largo de la cara interior de los discos y ocupa la zona de la cámara más próxima al eje, hasta la salida de la fase ligera.

3) Tras un cierto tiempo de separación, la cámara de retención del rotor se llenará de sólidos, con lo que la centrífuga no llegará a separar bien y será necesario realizar una ‘descarga’. El tiempo entre descargas va a depender de la capacidad de la cámara de retención, de la cantidad de mosto procesado y del contenido de sólidos de este. Para llevar a cabo estas descargas las centrífugas disponen de un sistema hidráulico que abren unos orificios situados en la parte más distal del tambor, donde se alojan los sólidos, para permitir su salida (Fig. 1.12.d).

oleoturismo

En los sistema con decánter de dos salidas, en principio, solo es necesario utilizar centrífugas verticales para la clarificación. No obstante, se aconseja, disponer de alguna centrífuga vertical para centrifugar el agua de lavado (que puede ser compartida por varias líneas), y así poder recuperar las posibles fugas de aceite que por defecto en el funcionamiento de las centrífugas pudiera producirse.

Los principales factores que intervienen en la operación de centrifugación, además de los que afectan en la decantación por gravedad (tamaño de partícula, diferencia de densidades entra fases y viscosidad de fase líquida), son la velocidad de giro, la distancia de sedimentación y los anillos de regulación:

• Velocidad de giro. Un incremento de la velocidad permite el aumento de valor de g, que acelera la separación, sustituyendo la fuerza de gravedad por una fuerza centrífuga mayor, generada mediante el movimiento rotatorio.
• Distancia de sedimentación. Su reducción permite acelerar la velocidad de decantación. Para ello, las centrífugas disponen de discos cónicos dentro del rotor, de forma que el recinto de centrifugación está formado por un conjunto de espacios paralelos de poca altura, entre los cuales se realiza la separación, siendo un recorrido de sedimentación radial muy corto (Fig. 1.12).
• Anillos de regulación. La salida de agua vegetal se controla mediante el anillo de regulación o «diafragma». Entre la fase acuosa y oleosa existe una zona que las separa, la cual puede encontrarse más próxima al tambor o al eje de la centrífuga. Su posición se calcula por medio de los diafragmas, es decir, modificando la sección de salida del agua. Si el diafragma es demasiado grande, la línea de separación de las dos fases queda fuera del juego de platos o más próxima al borde, saldrá un aceite muy limpio y el agua con aceite. Por el contrario si es muy pequeño, se obtiene una la línea de separación de las dos fases muy próxima al eje del tambor, aceite sucio y agua exenta de grasa.

La clarificación mediante centrífuga implica la adicción de una cantidad elevada de agua a una temperatura controlada, con el fin de formar el anillo hidráulico de separación, que va influir en las características finales de los aceites (Jiménez et al., 1995; Hermoso et al., 1991; Uceda et al., 2006). Los principales efectos que tiene la centrifugación vertical en los aceites de oliva vírgenes son:

oleoturismo

• Un caudal elevado de agua añadida produce un lavado intenso del aceite, obteniéndose aceites menos amargos, menos frutados y menos estables (Di Giovacchino et al., 1994; Jiménez et al., 1995).
• Una temperatura alta del agua adicionada produce en el aceite pérdidas de compuestos volátiles, además de un descenso del contenido en compuestos fenólicos y de la estabilidad (Jiménez et al., 1995).
• Además el uso de la centrífuga vertical provoca un incremento del oxígeno disuelto en el aceite, y con ello una reducción de la vida útil durante el almacenamiento a consecuencia de una aceleración de la oxidación (Parenti et al., 2007; Masella et al., 2009).
• Una fuerte oxigenación durante la centrifugación vertical puede reducirse en condiciones de inertización (Masella et al., 2012).

La decantación por centrifugación es un proceso de separación utilizado para separar partículas sólidas de un líquido mediante la aplicación de fuerzas centrífugas. Este método aprovecha la diferencia de densidades entre las partículas sólidas y el líquido para lograr la separación:

1. Principio Básico:
   • La decantación por centrifugación se basa en el principio de que cuando una mezcla de partículas sólidas y líquido gira a alta velocidad alrededor de un eje central (centrífugamente), las partículas más densas tienden a moverse hacia afuera y sedimentar, mientras que el líquido más ligero se desplaza hacia el centro.
2. Equipo Centrífugo:
   • Se utiliza un equipo centrífugo para aplicar fuerzas centrífugas. Este equipo puede ser una centrífuga de laboratorio o un sistema de mayor escala, dependiendo de la cantidad y el tipo de muestras que se estén procesando.
3. Carga de Muestra:
   • La muestra que se desea separar se coloca en tubos de centrifugación o en recipientes especiales dentro del equipo centrífugo. La muestra se gira a altas velocidades, generando fuerzas centrífugas significativas.
4. Separación de Fases:
   • Debido a la fuerza centrífuga, las partículas sólidas presentes en la muestra se desplazan hacia el fondo del tubo de centrifugación, formando un sedimento o «pastel». El líquido, más liviano, se acumula en la parte superior.
5. Extracción de Fases:
   • Una vez completada la centrifugación, se detiene el equipo y se retira el tubo de centrifugación. La fase líquida, que ahora está separada de las partículas sólidas, se puede extraer cuidadosamente sin perturbar el sedimento.