Como es bien sabido por todo profesional que haya entrado en contacto con la tecnología EFSC (extracción con fluidos supercríticos), uno de los principales retos de la implantación industrial de esta tecnología son sus costes, tanto de inversión como de funcionamiento.
Ya cuando comenzamos a trabajar con la EFSC a principios de los 90, muy pronto nos dimos cuenta de que el coste era una cuestión limitante. Las ventajas de la tecnología son bien sabidas: baja temperatura, gran selectividad, ausencia de disolventes, etc. No obstante, después de dos décadas, sólo existen casos aislados de aplicaciones industriales exitosas de los FSC en Europa y aún más escasos en nuestro país.
Para nosotros, una cuestión clave ha sido siempre la reducción de costes de inversión y operativos. Y probablemente éste ha sido el factor determinante del éxito de las instalaciones industriales que diseñamos y operan hace ya más de tres años en Paterna (Valencia).
Nuestra propia experiencia nos ha demostrado, que más allá de los prejuicios existentes, el coste de operación de este tipo de instalaciones se puede reducir drásticamente a través de un desarrollo a medida.
Pero además ha existido desde siempre una limitación técnica en la aplicación de las EFSC que podría estar a punto de ser total o parcialmente solventada. Me refiero al problema de la mejora de la transferencia de materia durante el proceso de extracción.
La EFSC implica como todos sabemos, algunos requerimientos técnicos severos, especialmente a lo que se refiera las presiones de trabajo que superan normalmente los 100 bar y en ocasiones alcanzan hasta los 400 bar. Bajo estas condiciones de presión, es tremendamente complicado aumentar los coeficientes de transferencia de materia y la utilización de sistemas mecánicos de agitación es imposible. Sería algo así como tratar de endulzar un café añadiendo azúcar, calentándolo pero sin poderlo agitar con la cucharilla. En la medida que no podemos agitar el medio, las cinéticas de extracción son muy lentas y el tiempo de extracción, y con ello el consumo de energía, el volumen de instalación comprometido y en definitiva la productividad del proceso puede llegar a ser antieconómica.
En este contexto, ainia en colaboración con el Instituto de Acústica del CSIC, viene trabajando hace más de una década en la aplicación de ultrasonidos de potencia como sistema de agitación del medio supercrítico. El CO2 supercrítico posee unas propiedades de transporte idóneas para las ondas acústicas, y además las altas presiones, no son un problema para ciertos transductores ya que éstos no precisan de elementos móviles que comprometan la estanqueidad de los extractores. Adicionalmente, estos transductores son sistemas compactos y con ello el volumen requerido para su instalación es reducido. Y finalmente, son relativamente fáciles de construir una vez desarrollado el Know how y se pueden industrializar a costes muy competitivos.
La razón de que los US sean tan interesantes, es que la radiación ultrasónica es una forma eficaz de mejorar los procesos de transferencia de materia en medio supercrítico, debido a los mecanismos de microagitación, compresión y descompresión en el seno del CO2, así como debido a los fenómenos de cavitación y calentamiento local que produce.
En la literatura científica adjunta, se pueden consultar en detalle diferentes estudios publicados en diferentes revistas por nuestro equipo de trabajo, pero a modo de resumen incorporaremos a continuación algunos detalles de cómo funciona el sistema y algunos de los principales resultados y conclusiones.
Vaya por delante, que en las pruebas realizadas mediante el prototipo desarrollado, se han conseguido tanto mejoras en los rendimientos totales de extracción como reducciones en los tiempos de proceso, con el consiguiente ahorro energético y aumento de la capacidad de tratamiento del sistema. En algunos casos se ha obtenido un incremento en el extracto total obtenido de hasta un 37% y una reducción en los tiempos de extracción de un 50%.
Para la realización des estos estudios hemos empleado equipos relativamente pequeños, si bien en estos momentos ya estamos trabajando en un sistema de aplicación industrial.
El primer prototipo operativo se ha ensayado en una pequeña planta de 4 extractores de 5 litros de capacidad cada uno de ellos, con dos unidades de separación y tres bombas de diafragma como sistema de impulsión del CO2. El sistema de ultrasonidos en este caso se colocó en la tapa de uno de los extractores, previamente modificada para albergarlo.
El equipamiento de ultrasonidos consistió en un generador de ultrasonidos de potencia, un adaptador de impedancia, un transductor y un ordenador con software específico que permite tanto el control de los parámetros del proceso como la monitorización de las principales variables.
Para poder estudiar con detalle el efecto de los US en la EFSC, elegimos un proceso bien conocido y unas condiciones de trabajo habituales en la industria. El proceso elegido fue el desgrasado de almendra, con el fin de obtener tanto aceite de almendra para uso cosmético como almendra desgrasada para alimentación especial. Trabajamos a baja temperatura (45ºC) y una presión de 350 bar, con un caudal de CO2 de 15 kg/h.
El principal objetivo de este tipo de pruebas era comprobar el efecto que tenía el uso de los ultrasonidos sobre la cinética de EFSC. Por ello, se realizaron estudios empleando US en diferentes tiempos y condiciones y se repitieron las pruebas en las mismas condiciones, pero sin la utilización de los US para poder comparar.
Los US se aplicaban con una potencia de tan solo 75 W y a una frecuencia de 20 kHz. En las siguientes gráficas se puede observar claramente el efecto que produce la aplicación de US. Nótese que el consumo energético del sistema de US es de 75 W, frente a un consumo de un equipo de laboratorio de alrededor de 7 kW, lo que implica que una ligera reducción del tiempo de proceso se traduce en un notable ahorro de energía.
De este modo, es de esperar que esta tecnología, aplicada a escala industrial suponga una ventaja competitiva sustancial, dado que el incremento de la productividad de una planta estándar podría ser de hasta un 50%. Es por ello que nuestros esfuerzos actuales se están realizando en el desarrollo del sistema industrial.
