filtração e estabilização coloidal de cervejas

Filtração e Envase

4º Catarina Bier Festival

Pedro Paulo Moretzsohn de Mello

setembro/2012

Fevereiro de 2011 Somente para uso interno.

ÍNDICE

1. Objetivos da filtração de cervejas

2. Efeitos da clarificação

3. Materiais e auxiliares de filtração

4. Processo de filtração

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1. Objetivos da filtração da cerveja

Retirar as partículas turvadoras, bem como as partículas que possam causar turvação no produto pronto, de modo a manter as características do produto por um tempo longo.

Manter as características do produto por longo tempo é o que se entende por “Estabilidade”.

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ESTABILIDADEDA

CERVEJA

MICROBIOLÓGICA

ESPUMA

COLOIDAL

TENDÊNCIAÀ TURVAÇÃO

TENDÊNCIAAO GUSHING

COR

AROMA EPALADAR

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Limites de percepção

A olho nu : - As substâncias fibrosas e granulados ( > 1 mm)- Proteínas coaguladas ( > 100 µm)- Fungos e leveduras (cerca de 10 µm)- Bactérias e esporos (cerca de 1 µm)Perceptível ao microscópio :- Virus (1000 Å) (1Å = Angstrom = 0,01 µm = 10 nm)- Polifenóis, proteínas e glucanos (cerca de 100 Å)- Aminoácidos (cerca de 10 Å)Perceptível ao microscópio eletrônico :- Íons e átomos (cerca de 1 Å)

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Tamanho das partículas e dos poros filtrantes

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Os objetivos da filtração podem ser reformulados para:

- Máxima vazão de filtração (PRODUTIVIDADE)

- Com o máximo de limpidez (QUALIDADE)

- Com o menor gasto de material filtrante (EFICIÊNCIA).

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2. Efeitos de clarificação

-Efeito de sedimentação: ocorre durante a maturação da cerveja;- Efeito de tamisagem, peneiramento ou de superfície: partículas grossas são retidas na superfície do material filtrante;-Efeito de profundidade ou absorção: partículas mais finas são retidas nas cavernas dos poros do material filtrante;- Efeito de adsorção: partículas muito mais finas do que a dimensão dos poros são retidas por um fenômeno eletrostático de atração de cargas.

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Efeito deTamisagem

Absorção Adsorção

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-Efeito de sedimentação: Decantação natural de sólidos em meio líquido, por ação natural da força de gravidade (peso).Na maturação, a clarificação realiza-se pela sedimentação natural das partículas grosseiras à baixa temperatura, como partículas de levedura e associações de proteínas e polifenóis.

Sedimentação se T e/ou se tempo mat

O emprego de centrífugas de alta rotação permite remover as partículas grosseiras de forma eficiente.

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-Efeito de tamisagem ou de peneiramento:

Baseia-se atuação mecânica da superfície de uma camada filtrante. A esse efeito dá-se o nome de “filtração de superfície”.

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-Efeito de tamisagem ou de peneiramento:

A porosidade do filtro é menor do que a dimensão das partículas sólidas retidas. Sobre a superfície da camada filtrante, forma-se um bolo ou acúmulo de partículas que não podem atravessá-la. Daí, os poros ficam entupidos e diminui o fluxo, ao mesmo tempo em que a pressão de entrada e o diferencial de pressão aumentam.Por isso, a camada filtrante deve ser renovada constantemente por dosagem para manter a porosidade e o fluxo.

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-Efeito de profundidade ou absorção:

Consiste na penetração de partículas nas cavidades do material filtrante, por ação mecânica, como se fossem cavernas.

As maiores partículas sólidas do líquido ficam entaladas nos orifícios menores do material filtrante pelo efeito de absorção.

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-Efeito de profundidade ou de adsorção:

Consiste em interações de cargas entre o material filtrante e as partículas de turvação. A maioria dessas partículas da cerveja têm carga negativa.São ligações por pontes de Hidrogênio (forças de van der Waals) ou interações hidrofóbicas e eletrostáticas.

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O efeito de adsorção produzido em fibras de celulose das placas filtrantes por incorporação de um “filter-aid”. Este lhe delega grupos funcionais, radicais livres, dissociações moleculares ou iônicas, eletricidade estática, buracos nas estruturas cristalinas ou mesmo produz características dielétricas. Assim, é possível desenvolver uma d.d.p. conhecida como “potencial zeta” (ZP).

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-Efeito de profundidade ou de adsorção:

Pelo efeito de adsorção, podem ser retidas as partículas sólidas, substâncias em estado coloidal (como glucanos, resinas de lúpulo e associações de proteínas e polifenóis “solúveis”) e, ainda, substâncias solúveis, como os íons.

Através da adsorção intensiva, pode-se remover substâncias desejáveis do corpo e da espuma de forma significativa.

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Materiais de filtração:- Perlita;- Terra diatomácea, terra infusória ou kieselguhr;- Celulose- Membranas sintéticas- CerâmicaAuxiliares de filtração ou coadjuvantes de filtraçã o (“filter-aids”):- Sílica gel e sílica xerogel;- PVPP (polivinilpolipirrolidona);- Carvão ativo;- Outros:

. Cola de peixe (“ictiocola” ou “isinglass”)

. Carragena (musgo irlandês ou “irish moss”).

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Para os Materiais de filtração e coadjuvantes de filtração, deve-se efetuar em todos os lotes o controle de recebimento, que incluem análise visual da embalagem e do produto, análise do aroma e do sabor e medição do pH.

Segundo a MEBAK, a análise do aroma é feita em contato com a água a 60ºC e, na análise do sabor, o contato com a água é feito a 30ºC

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Materiais de filtração: Requisitos básicos:

- formar tortas bem permeáveis e porosas, de baixa compressibilidade, de modo a permitir o maior fluxo possível;

- ter uma granulometria que permita reter sólidos por efeitos mecânicos e eletrostáticos, de modo a permitir fluxos com ótimas retenções;

- ser absolutamente inerte;- possuir baixa densidade, para que, com uma massa pequena

possa se distribuir de modo mais uniforme pela área útil filtrante;- fácil descarga, de modo a evitar custos extras de mão de obra,

lavagens e tempos inúteis.

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Materiais de filtração:

A perlita é material de origem vulcânica, composta basicamente de silicato de alumínio. A rocha, que contém cerca de 2-4% de água e gases de constituição, é fundida a cerca de 1.000 ºC, o que aumenta seu volume em até 20-30 vezes, resultando num material leve e muito poroso, que é limpo, moído e classificado por granulometria.

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Como a perlita apresenta densidade baixa 140-200 g/l (de 20-40% mais baixa que a da kieselguhr: 200-300 g/l), seu uso deve restrito à filtração de mostos turvos.

Além disso, em valores de pH mais baixos que os do mosto, certos íons como o Fe+++ poderiam ser transferidos à cerveja.

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Principais características da perlita:- devido a sua baixa densidade, a perlita ocupa maior

espaço na área filtrante do que as diatomitas;- forma tortas de baixa compressibilidade e muito porosa;- não possui porosidade interna, portanto não filtra por

ação de profundidade, daí tende a ter maior dificuldade na retenção de partículas pequenas.

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Materiais de filtração:A perlita

Perlita“in natura”

Perlita expandida

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Materiais de filtração:A terra infusória ou diatomácea ou, ainda, kieselguhr é material

de origem de fósseis de algas diatomáceas ou silícicas, do ramo Bacillariophita, do grupo Diatomeas. Suas células são completas, isto é, possuem membrana, núcleo e citoplasma. A membrana –em 2 peças ou válvulas denominadas frústulas – é constituída principalmente por pectina, que se impregna de sílica. No fim da vida deste vegetal, a matéria orgânica se decompõe e as frústulas se fossilizam depois de milhões de anos, formando depósitos minerais no fundo de mares ou lagos. Trata-se da sílica amorfa porosa, bruta, de cor cinza.

Esse material acinzentado se torna esbranquiçado pela calcinação solar, como sói acontecer em jazidas de diatomáceas brutas nos EUA, que é o maior produtor.

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Terra infusória, diatomácea ou kieselguhr:

O principal efeito predominante é o de peneiramento.

Maior produtor: EUA(Lompoc, Califórnia)

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Materiais de filtração:Terra infusória ou diatomácea ou kieselguhr:

Trata-se de meio caro (∈ 450-500/t), custos de eliminação altos e crescentes, problemas de despejo e manipulação arriscada.

O teor de óxido de silício (SiO2) predomina com até 90% na terra diatomácea bruta.

Há cerca de 15.000 tipos de terras diatomáceas.A diatomácea bruta é moída e seca em várias etapas:

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Materiais de filtração:Terra infusória ou diatomácea ou kieselguhr:- Secagem a 400ºC: ajuda a manter intacta as carapaças

dos fósseis de algas diatomáceas, obtendo-se um kieselguhr com seletividade máxima (terra fina);

- Calcinado a 800ºC em forno rotativo: pela ocorrência da sinterização, obtém-se partículas mais grossas, porém mantida sua estrutura interna, que lhe confere melhor porosidade, filtração mais rápida (em geral terra média);

- Calcinada a 800º/900ºC com fundente (NaCl ou Na2CO3 ), que dá origem a terras grossas de cor branca pela formação de silicatos a partir de óxidos de ferro e alumínio (em geral terra grossa).

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Materiais de filtração:Terra infusória ou diatomácea ou kieselguhr:

Em seguida, a terra é resfriada, moída e classificada por sua granulometria (câmaras de poeira).

Em função do tipo, tratamento ou granulometria, a terra diatomácea pode ser usado para diversos efeitos de clarificação, tanto na pré-filtração, quanto na filtração em função da porosidade desejada.

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Materiais de filtração:Terra infusória ou diatomácea ou kieselguhr:Características:

ClassificaçãoCores típicas

Tamanho de partículas (µm)

Permeabilidade (Darcy)

Bruta ou natural

Cinza-rósea < 14 < 0,05

Calcinada Rósea-amarelada 7-20 0,01-1,0Calcinada

com fundenteBranca > 20 >1,0

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Terra infusória grossa:- Varia de 10 a 60 µm, predominando de 20-40 µm,

empregada na formação de pré-capas.Terra infusória fina:- Varia de 1 a 20 µm, empregada geralmente na

dosagem no fluxo da cerveja, após a formação das pré-capas.

Terra infusória média:- De granulometria intermediária, emprega-se tanto na

formação de pré-capas, como na dosagem.

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Granulometria das terras infusórias (%)

Faixa (µm) Fina Média Grossa

< 2 15 0,5 -

2-6 30 4,5 0,5

6-10 20 15 4,5

10-20 22 40 30

20-40 11 30 45

40-60 2 8 16

60-100 - 2 4

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< 1 µm 2 µm 5 µm 10 µm 25 µm 45 µm 71 µm 100 µm 200 µm 400 µm

Standard SuperCel 74

Hyflo SuperCel 46

Harborlite 900 (ex J 100)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

[ % ]

Diâmetro das Partículas[µm]

Tamanho das Partículas como distribuição de massa - densidade

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Algumas terras infusórias

Marcas comerciais

Vazão relativa

Fator de clarificação

relativo

Tipo de filtração de

cerveja

Filter-cel 100 100 k. fino

Celite 577 115 98

Standard super-Cel

213 85 kieselguhr médio

Celite 512 326 76

Hyflo super-Cel

534 58 kieselguhr grosso

Celite 503 910 42

Celite 545 1830 32

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Características gerais de terras infusórias

Cristais de SiO2 Até 90%

Aparência Pó

Coloração Branco a marrom claro

Aroma Inodoro

Modificações estruturais até 100ºC Nenhuma

Peso específico 1,55 g/cm3 (# 20 g/m2 )

Valor de pH 8,0 (100 g/l água)

Periculosidade Não inalar; uso de máscara ao manuseio

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A Celulose é o material mais abundante da natureza, depois da água, principal componente das paredes celulares dos vegetais. Por desintegração química, descoramento, branqueamento, secagem e fragmentação ou fibrilação, a celulose é então classificada de acordo com o tamanho das fibras.

Para a confecção de placa filtrante, a celulose é incorporada de outros materiais, como o algodão, terra infusória e adsorventes, para produção de placas filtrantes ou, ainda, como sustentação ou suporte de terras infusórias.

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O material filtrante dos primeiros filtros –filtros de massa –era constituído de 99% de fibra de celulose e 1% de asbestos (amianto). Essa pasta de celulose era regenerada com água quente a 85ºC, seguida de decantação e prensagem.

Como o uso de amianto foi abolido, hoje em dia, as placas filtrantes são elaboradas com celulose adicionada de terras diatomáceas, sílica, carvão ativo ou PVPP, conforme o tipo.

É possível também se utilizar fibra de celulose na dosagem com terras diatomáceas, no filtro de terras.

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As placas filtrantes têm superfícies distintas, a saber:

a) Superfície levemente rugosa, a que entra em contato com a cerveja não filtrada;

b) Superfície lisa, para o lado da cerveja filtrada, compactada devido à adição de polímeros que evitam a desfibrilação das placas.

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• Materiais de filtraçãoMembranas sintéticas:Usada em osmose reversa, são muito delgadas (0,02 a 1

mm), constituídas de polímeros sintéticos(poliuretano, poliacrilato, poliamida, policarbonato, polissulfona, acetato de celulose, etc, combinados com Al2O3 .

A técnica de formação de poros (0,4 a 0,6 µm):- incrustração e dissolução posterior de sais ou- Ataque direto com ácidos

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• Materiais de filtraçãoMateriais cerâmicos:

Por serem mais duráveis, são usados em filtração em fluxo cruzado, como alternativa às membranas filtrantes, como veremos a seguir.

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Auxiliares de filtração ou coadjuvantes de filtraçã o (“filter-aids”):

Os materiais de filtração apresentam bons efeitos de superfície (peneiramento) e até efeito de profundidade, mas não têm boas propriedades de adsorção.

Por isso, se empregam os auxiliares de filtração, que melhoram a qualidade da filtração pelo fato de agregar as propriedades que os materiais filtrantes não possuem. O efeito de adsorção é específico conforme o tipo de “filter-aid”.

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Auxiliares de filtração ou coadjuvantes de filtraçã o (“filter- aids” ):

- Sílica gel e sílica xerogel :

Apresentam afinidade por proteínas de alto peso molecular. A retirada é seletiva.

Há 2 grupos:a) Xerogéis: substância seca, granulometria muito fina;b) Hidrogéis: com alto teor de umidade, granulometria

mais grosseira.

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Ambas as formas possuem uma grande superfície interna (400-700 m2 /g. Compare com o kieselguhr: 20 g/m2).

Dependendo do grau de limpidez desejada, adiciona-se de 50-200 g/m2 de sílica xerogel durante a formação da 2ª pré-capa; durante a dosagem da filtração pode-se dosar de 30-150 g/hl.

Os xerogéis podem substituir, portanto, parte da terra fina (até 50%).

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A sílica gel é de ação mais lenta, empregada na maturação, melhorando a sedimentação de proteínas, enquanto a sílica xerogel é empregada no percurso entre o tanque de maturação e o filtro de terrras.

As sílicas não são regeneráveis, embora contribuam para diminuir o consumo de terras, através de uma boa sedimentação na maturação.

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Auxiliares de filtração ou coadjuvantes de filtraçã o (“filter-aids”):- PVPP (polivinilpolipirrolidona):Características:

Umidade Máximo 5%

Cinzas Máximo 0,4%

Metais pesados Abaixo de 10 ppm

Nitrogênio 11-12,8% s.m.s.

Valor de pH 5-11 (suspensão de 1%)

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PVPP (polivinilpolipirrolidona):

O PVPP é bastante insolúvel em água, álcool, solventes orgânicos, álcalis e ácidos.

O PVPP é usado em suspensão aquosa.Reage principalmente com polifenóis de alto peso

molecular, contribuindo assim para o aumento da estabilidade coloidal da cerveja. Por retirar polifenóis de alto PM, reduz a sensação de adstringência e eventual aumento de coloração produzidas por esses polifenóis .

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PVPP (polivinilpolipirrolidona):

Há 2 tipos: o regenerável por soda cáustica a quente e o descartável, não regenerável.

O filtro de PVPP regenerável é instalado geralmente em série com o filtro de velas, de terras diatomáceas. A regeneração é feita com solução de NaOH a 1-1,5% a 80ºC. Este tipo de PVPP é mais econômico, pois as perdas são mínimas (até 1%).

O PVPP não regenerável pode ser dosado no filtro de terras diatomáceas. A perda é total.

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Auxiliares de filtração ou coadjuvantes de filtração (“filter-aids”):

A seguir, são dados exemplos de estabilização com PVPP isoladamente ou combinado com sílica gel, considerando cervejas de puro malte, com maturação de 2 a 3 semanas a 0ºC:

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1. Estabilização por 12 meses:a) 50 g/hl de PVPP oub) 20-50 g/hl de PVPP + 20-50 g/hl sílica

2. Estabilização por 6 meses: a) 20 g/hl de PVPP oub) 15 g/hl de PVPP + 10-20 g/hl de sílica

Com 30 a 40% de adjuntos, essas dosagens podem cair pela metade, para se obter o mesmo efeito de estabilização.

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Carvão ativo :

Para elaboração do carvão ativo, empregam-se materiais como a madeira, ossos, casca de côco e nó de pinho.

É usado na fabricação de placas filtrantes para aumentar seu poder de adsorção.

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Carvão ativo :

De alta porosidade (500-1200 m2/g), possui alta capacidade adsortiva.

É empregado como alternativa para retirar substâncias indesejáveis, que possam afetar negativamente o paladar e o aroma da cerveja.

A dosagem usual varia entre 10-50 g/hl de cerveja ou mosto.

Não é empregado como rotina porque retira também características positivas da cerveja, como parte do amargor e outras.

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Cola de peixe ou ictiocola ou isinglass

Proveniente das barbatanas de certos peixes, a cola de peixe é empregada na maturação para melhorar a sedimentação, pois ajuda na deposição mais rápida do geläger. Dosagem: 10 a 20 g/hl de cerveja em maturação.

Carragena (musgo irlandês ou “irish moss”):

Originária de certo grupo de algas marinhas, a carragenina é empregada na fervura do mosto para melhorar a coagulação proteica. Dosagem: 10 g/hl mosto pronto.

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Capacidade de filtração:Expressa em hl/h ou em hl/h.m2

Valores usuais entre 3,5 e 6,0 hl/h. m2

Fatores que afetam o ciclo de filtração:- Área;- Profundidade da camada;- Porosidade da camada filtrante;- Diferencial de pressão;- Viscosidade (afetada pela baixa temperatura de filtração 0ºC e por

glucanos);- Substâncias turvadoras- Outros: dosagem (in)correta, golpes de pressão, etc., enfim, a

prática da filtração.

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O filtro e materiais filtrantes influenciam o ciclo :

- Área filtrante:área , capacidade

- Profundidade da camada:profundidade , capacidade

- Porosidade da camada filtrante:porosidade , capacidade

- Diferencial de pressão suportável:∆p ou R , capacidade

Capacidade de Filtração = Q/A (hl/h. m2 )

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Entende-se por porosidade de um meio filtrante a porcentagem de volume vazio em relação ao volume ocupado pelo material de filtração. Podemos expressar a porosidade do material filtrante, por exemplo, quando se diz que as placas filtrantes têm cerca de 80% de porosidade, significa dizer que se trata de material leve, de baixa densidade aparente, em que 80% é volume vazio.

Dessa forma, a retenção de uma placa filtrante pode chegar até 3,6 litros de material sólido ab(ad)sorvido por m2 de área.

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A prática da filtração: formação da pré-capa

A dimensão dos poros de um filtro de sustentação, suporte ou apoio das terras oscila entre 50 a 100 µm, portanto muito maior que as partículas a serem filtradas:

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A prática da filtração: formação da pré-capaFormação da 1ª pré-camada ou camada de base:A superfície de apoio do filtro deverá ser coberta por uma

camada base de terra infusória grossa de 400 a 800 g/m2, com cerca de 1,5-3,0 mm de espessura, correspondente a 70% da PC total . Essa estrutura depende do tipo de terra, dos poros de sustentação e da dosagem efetiva.

Esta camada sustentará a 2ª pré-camada.

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A prática da filtração: formação da pré-capaFormação da 2ª pré-camada:Sobre a 1ª pré-capa, assenta-se a 2ª camada, que é a que constituirá

a vedação das partículas turvadoras da cerveja. Para a 2ª pré-capa, a terra não deve ser fina demais (aumenta a resistência ao fluxo), por isso se usa uma mistura de 20:80 de terra grossa:fina. O consumo é de 300 a 600 g/m2, com cerca de 1,5 mm de espessura ou 30% da PC total.

PC total ~ 1.000 g/ m2

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A prática da filtração: Cuidados a serem tomados na formação das pré-

capasAs pré-camadas têm funções bem definidas: assegurar

o efeito de filtração desejado.Para tanto, o mais importante é uma formação

homogênea sobre toda a superfície da estrutura de apoio. Isso vale para os elementos estruturais horizontais ou verticais (em que se incluem os filtros de velas).

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A prática da filtração: Cuidados a serem tomados na formação das pré-

capas dos filtros horizontais ou verticais: distribuição uniforme das terras.

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A prática da filtração: Cuidados a serem tomados na formação das pré-capas

Como vimos, as terras grossas possuem sempre partículas finas em maiores ou menores proporções, conforme a distribuição granulométrica apresentada anteriormente.

Através dos diferentes caminhos da suspensão de terras durante a formação das pré-capas, pode resultar uma sedimentação irregular sobretudo dessas partículas mais leves, resultando em espessuras diferenciadas, também em função das condições de fluxo.

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A prática da filtração: Cuidados a serem tomados na formação das pré-capas

Pela formação heterogênea das camadas, tanto na espessura quanto na composição estrutural das mesmas, resultará num aproveitamento desfavorável dos espaços de retenção de trub.

Filtros de concepções modernas têm otimizados os espaços de retenção de trub e a manutenção da turbulência necessária à homogeneização da suspensão de terras infusórias. A velocidade de fluxo na formação das pré-capas deve ser o dobro da capacidade efetiva de filtração.

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A prática da filtração: Problemas na formação das

pré-capas

Turbulências podem provocar variações de velocidade nas correntes que se movimentam junto à camada filtrante. Resultam em sedimentação irregular em algumas zonas da estrutura de apoio.

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“Verscheidenbock”Cervejaria Escola doCTS Alimentos e bebidas

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pré-capas

Elevação nos extremos das estruturas de apoio:

a terra infusória veda de fora para dentro, o que resulta em camadas heterogêneas.

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pré-capasDistribuição irregular da

granulometria:sobre a estrutura de apoio as

partículas mais grossas de terra se assentam mais depressa do que as partículas mais finas.

Resultado? Formação irregular da pré-capa.

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A prática da filtração: controles da filtração

Durante a filtração, deve-se controlar a temperatura de entrada e as pressões de entrada e saída do filtro.

A temperatura de filtração deve ser de 0ºC ou ligeiramente abaixo desse valor. Embora a viscosidade aumente com o abaixamento de temperatura, as associações de proteínas e polifenóis de alto peso molecular se tornam insolúveis e, dessa forma, passam a ser de segregação mais fácil.

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Deve-se também controlar as pressões de entrada e de saída do filtro, bem como anotar a diferença ∆∆∆∆P = Pentrada – Psaída para acompanhar sua evolução ao longo do tempo de cada ciclo.

Ao longo do ciclo, deve-se anotar o consumo de terras infusórias ,portipo, anotar a dosagem. O mesmo deve ser feito com todo e qualquer material ou coadjuvante de filtração.

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Deve-se registrar também a data da troca do jogo de placas filtrantes de modo a controlar o consumo por hl de cerveja filtrada.

Outro registro importante, embora pouco tenha a ver com a prática da filtração, é o registro do momento da adição dos estabilizantes da cerveja .

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A prática da filtração: controle da pressão

As pressões variam ao longo do ciclo, desde o início da formação das pré-capas. As précapas são formadas em 10-15 min com pressão de entrada de 2-3 bar.

Ao final das PC´s:∆p = 0,2-0,3 bar

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A prática da filtração: controle da pressãoNo decorrer da filtração, a

pressão de entrada deve subir de 0,2-0,4 bar/h, de forma homogênea e constante.

A pressão de saída deve ser constante e corresponder ao nível de saturação da cerveja (até 1,5 bar).

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Quanto maiores as exigências quanto à limpidez da cerveja filtrada, tanto maior deve ser a proporção de terras finas empregadas ao longo da dosagem e tanto maior será o ∆p. A quantidade dosada é função da natureza e quantidade das partículas turvadoras, sobretudo quanto ao grau de limpidez requerida.

Dosagem: 200-60 g/hl (valores mais baixos: cervejas com adjuntos ou pré-centrifugada)

Bomba dosadora de diafragma acionada por pistão.

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A pressão máxima da entrada dos filtros de terra diatomáceas P1 deve obedecer a recomendações do fabricante:

a) Filtros de placas horizontais :3-4 barb) Filtros de reservatório cilíndrico (placas verticais e de

velas): 5-9 bar

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A prática da filtração: controles da filtraçãoO término do ciclo da filtração ocorre devido a:

- Esgotamento do espaço para a carga ou compartimento da bôrra ou, então,

- A pressão diferencial máxima, recomendada pelo fabricante do filtro é atingida.

Se esses dois eventos ocorrerem simultaneamente, temos um ciclo otimizado.

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A prática da filtração/Erros cometidos:

Na filtração com terras diatomáceas, muitos erros podem ser cometidos, de modo que o diferencial máximo de pressão é atingido mais cedo, longe de se obter ciclos de filtração otimizados. P. ex.:

- Dosagens de terra insuficiente ou excessiva;- Dosagens com terra muito grossa;- Bolsões de levedura;- Golpes de pressão na troca de tanques;- Velocidades de fluxo insuficientes;- Ar no filtro (má desaeração).

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A prática da filtração:

Erros cometidos:

Dosagens insuficientes de terra , ou seja, a dosagem de terra é insuficiente para garantir uma porosidade satisfatória.

Ocorre então aumento anormal do ∆p e, daí, ciclos mais curtos.

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Erros cometidos:

Dosagens excessivas de terra : nesse caso, a camada ficará muito porosa. Ainda que o ∆p suba pouco, o espaço livre ficará cheio e a filtração será interrompida mais cedo do que deveria.

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4. Processo de filtraçãoA prática da filtração:

Erros cometidos:

Dosagens de terras muito grossas: no início, há uma tendência a reter as partículas mais grosseiras, com boa passagem de fluxo. Mas as partículas finas sobrecarregam a 2ª PC e depois a 1ª, que pode se romper.

Entupimento

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A prática da filtração/ Erros cometidos:

Bolsão de leveduras e/ou de sedimentos no início de um tanque provocam brusca elevação de P1 e aumento do risco de ruptura das PC’s.

Para evitar isso, deve-se manobrar suavemente a troca de tanques, de modo que o bolsão de levedura do próximo tanque seja diluído pelo volume do tanque anterior.

Outra possibilidade é a instalação na linha de um tanque pulmão com volume de 30% da capacidade horária ou, ainda, a instalação de crepinas nos tanques de fermentação/maturação.

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Erros cometidos:

Bolsão de leveduras e/ou de sedimentos

A parede divisória, com perfurações ou frestas, à altura pouco àcima do cone, provoca uma homogeneização dos aglomerados de sedimentos.

Perfil

Giro de90º

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Erros cometidos:

Golpes de pressão são provocados na troca brusca de tanques, entrada de ar na bomba ou, ainda, variações no recalque/ registro de entrada. Há ligeira compressão do bolo, que provocam abalo e alterações nas estruturas das camadas inferiores.

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Erros cometidos:

Fluxo insuficiente , afeta a distribuição de terras e de partículas turvadoras, com conseqüente formação de caminhos preferenciais, acréscimo rápido do ∆p e ameaças de ruptura das camadas.

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Erros cometidos:

Presença de ar no filtro: a cerveja que entra no filtro faz aumentar a pressão e as bolhas de ar ficarão comprimidas, permitindo que a cerveja não filtrada passe a ocupar esses espaços que não forem cobertos suficientemente pelas terras. Problemas de turvação e microbiológicos.

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4. Processo de filtração A prática da filtração/ Erros cometidos:

Presença de ar no filtro

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Não podemos esquecer que a capacidade de filtração é afetada pela natureza da cerveja a ser filtrada e pela qualidade da filtração desejada:

Vazão Q (hl/h) = P1.A / η R Cap. de filtração: Q/A (hl/h. m2 ) = P1/ η R

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As influências da cerveja no ciclo são:

- Viscosidade: η Q- Temperatura: T η Q- Qualidade ou limpidez requerida:

Qualidade Filtrado Q- Natureza das substâncias turvadoras:

Nat ST Qualidade Filtrado Q- Quantidade de substâncias turvadoras:

Trub R Q

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Quanto à natureza da cerveja:- presença de amido;- dextrinas de alto PM;- gomas, sobretudo as β-glucanas;Essas substâncias acarretam sempre aumento de

viscosidade, com menores capacidades de filtração.Então, uma filtração bem sucedida depende muito do

malte de boa qualidade e dos processos anteriores bem conduzidos.

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As perguntas que se podem fazer agora:

- Como a qualidade do malte pode afetar a qualidade (ou a capacidade) de filtração da cerveja?

- Como a proporção de adjuntos pode afetar a qualidade (ou a capacidade) de filtração da cerveja?

- De que modo processos tais como: tipo de mostura(infusão ou decocção), tempos e temperaturas de mosturação, clarificação e parâmetros do cozimento do mosto, eficiência na coagulação e separação do trubquente, etc., podem afetar a filtração? Fazer um check-list.

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Quanto à quantidade de substâncias turvadoras:- associações de proteínas-polifenóis de alto PM;- leveduras em bolsões ou em suspensão.

Esses materiais acarretam sempre aumento da resistência do bolo filtrante (aumento do ∆p).

Então, repetindo, uma filtração bem sucedida depende muito do malte de boa qualidade e dos processos anteriores bem conduzidos.

90


A prática da filtração: Minimizar a incorporação de oxigênio:Ao final da fermentação/ maturação = até 10 ppb- instalação de sensores de vazio nos tanques- gás inerte na pressão e contrapressão de tanques, i nclusive

reservatório de aluvionagem de terras- água desaerada nas tubulações e diluições- eliminar vazamentos/ fugas (selos, gaxetas, etc)- lanterna de desaeração para eliminar bolsões de ar da linha- eliminar espaços vazios dos poros dos meios filtran tes- “design” de tubulações evitando-se tubos em “U” ou

reduções

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A prática da filtração: controles da filtraçãoControles laboratoriais:

- evolução da turvação ao longo do ciclo, independentemente do controle visual mantido a todo o instante, mormente, nas trocas de tanques e alterações de dosagem de terra;

- o teor de O2 dissolvido em vários pontos, desde a saída do tanque de maturação e teor CO2 na cerveja à saída do filtro;

- esses parâmetros são também controlados juntamente com outras análises para liberação do produto para envase por parte do Controle de Qualidade.

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1 0 .3 F o tô m e tro

E x e c u ç ã o c o n fo rm e o s t ip o s d e fo tô m e tro s

Â n g u lo 9 0 ° / 2 5 ° (S ig r is t)

Â n g u lo 9 0 ° / 1 2 ,5 ° (M o n ite c h )

Â n g u lo 9 0 ° / 2 5 ° ( fo rn e c e d o re s d ive rs o s : , O .T ., D r. L a n g e , N L , O p te k , e tc .)

O b s e rva ç õ e s :_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

D ife re n ç a e n tre a m e d iç ã o d e tu rb id e z c o m â n g u lo 9 0 º e 2 5 ºC

M e d iç ã o – â n g u lo 9 0 º

• C a p ta p ro te ín a s e d is p e rs a s

• V a lo re s m e d id o s m a io re s q u e o s m e d id o s c o m â n g u lo 2 5 º d u ra n te a f i l t ra ç ã o

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D iferença entre m edição com ângulo de 90º e 25º

M edição – ângu lo 25º

• Capta partícu las finas

• Valores m edidos m aiores que os m edidos com ângu lo 9 0º na pré-capa

O bservações:_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

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Medição de turbidez por 02 ângulos – Exemplo prátic o

0 0,1 0,12 0,1 0,14 1,3 1,56 2,2 2,28 2 2,2

10 1,4 1,7

Variação de turbidez - Medição de turbidez por 02 â ngulo

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44tempo em minuto

EB

C

Medição a 90ºMedição a 25º

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- qualidade do malte;- proporção de adjuntos; - granulometria de maltes (moagem) e de adjuntos amiláceos; - tipos de mostura: infusão, decocção ou misto;- gráfico de mosturação: pH, tempos e temperaturas;- clarificação e lavagem do bagaço;- cozimento do mosto, eficiência na coagulação e separação efetiva

do trub quente;- retirada de trub frio e “geläger”;- raça de levedura, geração e dosagem;- condução dos processos de fermentação e maturação (T, t, purgas,

uso de “finnings”).

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A prática da filtração/Equipamentos:

- Centrífugas;- Filtros de pré-camada de terras infusórias horizontais ou verticais

e, ainda, filtro de velas; - Filtros de câmara (filtro de terras e placas combinados);- Filtros de placa de celulose para polimento e outros fins;- Filtros de massa de celulose (precursores do filtros de placas);- Filtros de membrana de fluxo cruzado (cross-flow filtration- Filtros estabilizantes (de PVPP ou de sílica);- Filtros acessórios e bolsas para retenção de partículas.

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Centrífuga

As centrífugas automáticas são empregadas em processos de clarificação para a retirada de grandes quantidades de partículas grosseiras, como o geläger na pré-filtração após maturação ou, ainda, retirada de fermento em suspensão na cerveja enviada para a maturação (processo FERMAT ou Ruh).

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A operação da centrífuga é facilmente automatizada, instalando-se um turbidímetro na linha da cerveja centrifugada ou, ainda, por programação do intervalo de tempo das descargas de lodo por relé temporizado.

Outra vantagem é a substituição da pré-filtração com terras infusórias ou, pelo menos, redução significativa de seu consumo.

A desvantagem está sobretudo no alto consumo de energia elétrica. Requer cuidados especiais quanto ao balanceamento dos discos e eixo (empenamento).

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Os filtros de terra infusória:-Horizontal;-Vertical plano;-Vertical com velas porosas.Existe ainda a possibilidade de combinação de filtro vertical de terra com placa filtrante.Além das terras, em quaisquer desses filtros pode-se incorporar outros materiais como fibra de celulose, sílica, carvão ativo ou mesmo PVPP não regenerável. Filtro plano

horizontal de terras

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Filtro plano horizontal de terras: construçãoEixovertical Prato

Tela

Elementocompleto

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A prática da filtração

Filtro plano horizontal de terras –operação

A operação começa com a desaeração do filtro. A desaeração é feita com água desgaseificada, que será depois empurrada pela cerveja não filtrada ou então com cerveja filtrada.

Inicia-se então a formação das pré-capas, por circulação de água desgaseificada e gelada a 0ºC ou com cerveja filtrada.

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Filtro plano horizontal de terras – operação

A cerveja bruta entra pela parte inferior enquanto expulsa a água pelo topo.

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Filtração principal

A cerveja bruta passa então a entrar pelo topo, passando pelos elementos filtrantes e sobindo pelo eixo central, deixando o filtro pela parte superior.

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Filtro plano horizontal de terras – operação

Filtração do resto

A água, que entra sempre pela tubulação principal de cerveja, empurra a cerveja pelo eixo para a saída de fundo.

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Retirada do trub

O ar comprimido expulsa a água e o trub que cai, pela rotação do conjunto filtrante.

No fundo da carcaça do filtro, um raspador gira com o conjunto e ajuda a eliminar o trub para o reservatório.

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Filtro plano horizontal de terras –operação de limpeza dos resíduos , antes da esterilização para a próxima filtração. A água entra pela lateral, mantendo-se a rotação do conjunto.

A seguir, esterilização com água quente 85ºC, levemente acidificada (1%).

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Filtro combinado NIRO 1000 e 1200 placa + terra diatomácea

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Placa de inox

Câmara cerveja não filtrada

Cabeceirasde fecho

Caminho da cerveja

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4. Processo de filtraçãoA prática da filtração/Equipamentos:

Filtro de velas porosas Vela porosa

Chapa de apoio

Tubo perfurado

Espiras deAço inox

Filtro de velas:

1. Carcaça2. Velas3. Chapa de apoio4. Tampa5. Entrada cerveja

não-filtrada 6. Saída cerveja

filtrada7. Retirada de trub8. Tubo de

desaeração

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• A vela filtrante é feita de aço inoxidável. Sobre ela se depositam os meios filtrantes. É constituída de um perfil de apoio cilíndrico perfurado sobre o qual se enrola um arame em helicóide com uma separação definida entre 50 e 80 µm.

• Os filtros de vela podem ter até 700 velas de 2m de comprimento (150 m2 , até 900 hl/h), com pressão máxima de trabalho de 6 a 8 bar.

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A prática da filtração/Equipamentos:Velas filtrantes

Diâmetro (mm)

Comprimento (m)

Área (m2 )

25 1,5 0,118

30 1,5 0,141

35 2,0 0,220

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Filtro de Velas:

A operação é praticamente identica à descrita para o filtro horizontal. O preparo se inicia com a desaeração feita com água gelada e desgaseificada (ou com cerveja filtrada).

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Filtro de Velas:

Operação

Formação das pré-camadas e circulação...

Formação das Pré-camadas

Circulação

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Início da filtração

Filtração

Final de filtração

Retirada de trub

Limpeza

Esterilização

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O Filtro de massa de celulose foi o precursor dos filtros de placas: a celulose era regenerada na “masseira”.

Filtrode

massa

Masseira

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A prática da filtração/Filtro de placas de celulose :

Filtro de placas de celulose para filtrações de polimento, clarificação média ou grossa ou ainda para filtração estéril (dispensa pasteurização) ou redução de carga microbiana.

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Em função das características das placas filtrantes e do grau de limpidez requerido para a cerveja, podemos ter:

a) Filtração de polimento ou filtração grosseira (macrofiltração);b) Filtração fina e límpida (brilhante);c) Filtração estéril ou de remoção microorgânica:

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Tipo de filtração

Capacidadehl /h. m2

∆ p máximo(bar)

Duração da filtraçãoX Q (hl/h)

Polimento 2,0 1,5-2,0 80

Fina e límpida

1,5 1,3 50

Estéril 1,0 1,0 20

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Fases da operação:

1. Regeneração das placas por contra-fluxo de água fria (para eliminar resíduos da cerveja), água morna a 45ºC;

2. Esterilização no sentido do fluxo, com água quente (acidificada) a 80ºC/15-30 min (contagem do tempo na saída a 80ºC);

3. Esfriamento com água no sentido do fluxo;4. Filtração: a cerveja expulsa suavemente a água, pelas lanternas

de desaeração e válvulas de descarga, mantendo-se a contrapressão existente de 0,8 bar. Com a admissão da cerveja, eleva-se pouco a pouco a pressão de entrada.

5. Na saída do filtro de placas, acha-se o carbonatador.

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A prática da filtração/ filtro de membranas porosas :

O filtro de membranas porosas de fluxo cruzado é uma alternativa ao uso de terras diatomáceas.O material da membrana é o polietersulfona PESU.

Alfa Laval cross-flow system

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A prática da filtração/ filtro de membranas porosas :

Princípio de filtração

Princípio da filtração por membranas porosas: A cerveja é bombeada e circula no sistema em um dos lados da membranas.A cerveja filtrada é coletada do outro lado.A circulação da cerveja, por si, promove umaturbulência capaz de impedir a sedimentaçãodos sólidos sobre os poros.

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A prática da filtração/ filtro de elementos cerâmic os:Princípios de filtração

Fluxo cruzado: Keraflux Batch, da SeitzSchenk

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A prática da filtração/ filtro de elementos cerâmic os:

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Filtros trap:

São filtros acessórios, instalados após os filtros (de terra, PVPP, placas) para retenção de partículas, inclusive redução de carga microbiana.

Devem remover partículas entre 1 e 10 µm. Um filtro de 1 µm, p. ex., pode estabilizar um chopp por mais de 60 dias.

São resistentes ao tratamento térmico, mas os elementos à base de celulose se decompõem com a soda cáustica.

Filtros trap, da Cuno

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Bolsas de linha:

Alternativa aos filtros trap é o emprego de bolsas de polipropileno, para remover partículas entre 1 e 10 µm. São resistentes ao tratamento térmico e sanitizantes.

As bolsas são instaladas em linha, após o tanque de cerveja filtrada, antes da enchedora de cervejas, ou após os filtros de PVPP ou de terra e, ainda, como pré-filtração para a osmose reversa.

Um elemento de 3 in, p.ex., permite fluxo da ordem de 1.000 hl/h.

Bolsas de Retenção da CUNO

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Referências Bibliográficas

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Heverlee-Louvain, Bélgica, 1962;5. Depth Filter Sheets, catálogo da Schenk Filtersysteme; 6. Diatomita, auxiliares de filtração, cargas e isolantes, catálogo da DIANORTE- Mineração Guagirú Ltda;7. Ehrhardt, P. Filtração da cerveja , SENAI-DR/RJ, Centro de Tecnologia de Produtos Alimentares, Vassouras,

RJ, 1994; 8. Filtrantes Perfiltra, catálogo da Eucatex Mineral Ltda;9. Filtro de kieselguhr, placas y combinado tipo NIRO, catálogo da SeitzSchenk; 10. Horizontal-Filteranlagen:System Steinecker-Beer, catálogo da Steinecker;11. Keraflux Beer Recovery Plant, catálogo da PALL Food and Beverage12. Kunze, W., Technologie Brauer und Mälzer , 7a ed., Ed. VLB, Berlin, Ale, 1994;13. Kunze, W., Tecnología para cerveceros y malteros , 1a ed.en español, Ed. VLB, Berlin, Ale, 2006;14. Mello, P., Filtração de cervejas , Curso Técnico Especial de Cervejaria, Módulo Específico III – Adegas,

SENAI-DR/RJ – CTS de Alimentos e Bebidas, Vassouras, RJ, setembro/2009;15. Oechsle, D. et Brenner, Sheet filtration , publicação da Schenk Filtersysteme;16. Telas Industriais Ramo Cervejeiro, catálogo da Wanger Itelpa; 17. ________, “Tudo sobre a filtração”, apresentação no Seminário de Bebidas SENAI2000, Codistil S/A Dedini,

Piracicaba-SP/ Filtrox AG 9001 St. Gallen, Suiça;18. Westfalia Separator Food Tec, catálogo da GEA Westfalia

filtração e estabilização coloidal de cervejas

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