Centrífugas de discos apilados | Shenzhou

Una centrífuga de discos se ha utilizado con éxito no solo para separar sólidos/líquidos, sino también líquidos/líquidos entre sí mediante el uso de fuerzas centrífugas muy altas en un solo proceso continuo ]. Este tipo de centrífuga tiene un tiempo de separación muy bajo como resultado de su capacidad de aplicar una fuerza centrífuga de 4000 a 14 000 veces la fuerza gravitacional. Las partículas sólidas más densas que están sujetas a fuerzas centrífugas tan altas son forzadas hacia afuera contra la pared del recipiente giratorio, mientras que las partículas líquidas menos densas se desplazan en el centro. Los materiales de varias densidades se separan, por lo tanto, en capas delgadas, y el estrecho canal de flujo de 0,4 a 3 mm entre los discos estrechamente espaciados implica que la distancia que los materiales deben recorrer para que se produzca esta separación es pequeña. Las centrífugas de discos vienen en varios tipos según el mecanismo de descarga y si los sólidos se descargan o se retienen.

La principal desventaja de la centrífuga de discos es su mayor consumo energético que otros tipos. Amaro et al. [118] estudiaron el consumo energético de la centrífuga de discos Westfalia HSB400 con un caudal limitado de 35 m³/h y una demanda operativa normal aproximada de 50 kW. Con base en estas especificaciones, el coste energético de separación puede alcanzar hasta 1,43 kWh/m³. Para realizar un análisis económico del biodiésel a partir de algas utilizando la Westfalia HSB400, se partió de una serie de supuestos. La centrífuga de discos se alimenta con el 0,02 % del peso seco de la suspensión de microalgas con un contenido de aceite del 40 %. Esto produciría 7 kg/h de material algal seco, es decir, 1,6 kg de aceite de algas. Suponiendo una eficiencia de recuperación de la centrífuga del 100%, los 1,6 kg de aceite de algas obtenidos producirían una densidad energética de 11,71 kWh si el poder calorífico se considera de 7,32 kWh/kg. Considerando que se requiere centrifugar 35 m³ de caldo de cultivo para obtener dicho rendimiento energético, se requiere un consumo energético correspondiente de 49 kWh. Esto significa que la energía consumida solo en la etapa de cosecha y deshidratación es cuatro veces la energía producida a partir de microalgas como biodiésel.

Para mejorar el rendimiento energético de la centrifugación, se recomienda la preconcentración mediante técnicas de separación al 0,5 % del peso seco. Esto daría como resultado 175 kg de material algal seco, lo que produciría 70 kg de aceite de algas, es decir, 70 kg de biodiésel de algas con un poder calorífico de 512,4 kWh. En este caso, se requeriría el 9,6 % de la energía del biodiésel para cubrir el consumo energético de la centrifugación. Otras medidas recomendadas para mejorar la eficiencia energética incluyen el uso de toda la biomasa en lugar de solo la fracción lipídica para la producción de energía, o el uso de centrifugadoras para eliminar otras operaciones unitarias de alto consumo energético en la producción de biocombustibles de algas [118].

El uso de centrífugas de discos puede causar disrupción y daño celular, como informaron Milledge et al. [120]. Esto también puede conllevar una reducción en la eficiencia general de la centrifugación y una menor concentración de sólidos recuperados debido al menor tamaño de las partículas. Según los parámetros de un fabricante de pilas de discos (Fig. 7) [120], se ha determinado que un tamaño mínimo de 7 μm para microrremolinos es adecuado para las microalgas. Por lo tanto, se recomienda encarecidamente realizar investigaciones adicionales exhaustivas para modificar el diseño de las centrífugas de discos.

La centrífuga de discos es un dispositivo versátil que permite separar mezclas sólido-líquido en configuraciones continuas, semicontinuas y por lotes (véanse las figuras 1.12 y 1.13). Todas las máquinas, excepto algunas que operan por lotes, pueden procesar materiales tóxicos, inflamables y volátiles con rendimientos de hasta 200 m³ h−1. Permiten separar mezclas líquido-líquido y, con unidades más sofisticadas, se logra una separación de tres fases (dos líquidas y una sólida). En todos los casos, debe existir una diferencia de densidad suficiente entre las fases presentes en el material.