Según el estudio de Humeau, se establece que un grano de uva puede estallar bajo una presión de 0,8 kg/cm2, extrayéndose los principales componentes de la vendimia con presiones de hasta 6 kg/cm2. A presiones comprendidas entre 6 y 10 kg/cm2 se extraen los componentes de las células de los hollejos y por encima de los 10 kg/cm2 comienza a extraerse el agua de vegetación de los escobajos. De tal modo que se puede recurrir al uso de presiones bajas tras el proceso de maceración.
Con la utilización de prensas de membrana, que presentan grandes y equilibradas superficies de presión y de drenado, se pueden obtener buenos rendimientos con una mejora de la calidad de los vinos.
Las prensas están basadas en el principio de Pascal: La presión ejercida sobre cualquier punto de un líquido se transmite con igual intensidad en todos los sentidos. Por lo tanto, introduciendo la vendimia fresca o fermentada en un recinto de paredes permeables al mosto y ejerciendo a continuación una presión sobre la misma, se pueden extraer los líquidos citados, quedando dentro del recinto las partes sólidas que acompañan a la vendimia: hollejos, pepitas y raspones. La salida del mosto no es instantánea, pues una gran parte de estos fluidos están contenidos dentro de las células de los tejidos vegetales de la vendimia, precisándose de tiempo y presión para completar su extracción.
En la actualidad las prensas vinícolas se accionan por medio de la energía eléctrica, la cual puede ser transformada en energía hidráulica que acciona un pistón y éste a su vez mueve un plato de presión, en energía mecánica por rotación de un tornillo, que desplaza un plato de presión o un sinfín que mueve directamente la vendimia haciéndola comprimir contra una tapa, y en energía neumática, que presiona una membrana contra una masa de vendimia. Por lo tanto las prensas vinícolas se clasifican de acuerdo con el criterio de J. Ribéreau-Gayon:
Posición del cilindro-filtro Forma de energía sobre el órgano de presión Órgano de presión Ritmo de funcionamiento Nombre común
Vertical Hidráulica Platos Discontinuo y
cíclico
Prensa vertical
Horizontal Hidráulica Platos Discontinuo y
cíclico
Prensa horizontal hidráulica de
platos
Horizontal Mecánica Platos Discontinuo y
cíclico
Prensa horizontal de platos Horizontal Neumática Membrana Discontinuo y
cíclico
Prensa de membrana
Horizontal Mecánica Sinfín Continuo Prensa continua
Horizontal Mecánica Tejido Continuo Prensa de
bandas
Las prensas discontinuas funcionan cíclicamente sucediéndose las siguientes fases: carga, prensado, descarga y limpieza; mientras que las prensas continuas no tienen un ciclo de funcionamiento, donde por una parte se alimenta la máquina y por otro lugar distinto se extrae el orujo agotado.
En las prensas discontinuas, la salida de mosto sigue de manera teórica unos diagramas de prensado, donde en el ciclo de llenado y al principio del de prensado, la
ciclo de prensado hasta cesar prácticamente dejando los orujos secos y agotados, y consiguiéndolo con la aplicación de presiones crecientes. En una prensa vertical, el diagrama de presiones en función del tiempo es una línea ascendente, donde normalmente se aplican tres o cuatro niveles de presión, que se mantienen durante un cierto tiempo antes de pasar al escalón siguiente. Con el propósito de aumentar la velocidad de prensado y aumentar los rendimientos de extracción, cada cierto tiempo se puede interrumpir la presión sobre la masa compacta de vendimia, para esponjarla o desmenuzarla, y luego iniciar de nuevo la presión hasta alcanzar valores más altos que los del período anterior, y así sucesivamente hasta terminar el ciclo de trabajo. En este caso el diagrama de presiones de prensado, toma una típica forma almenada, con almenas cada vez más elevadas a medida que sucede el tiempo y se hace subir progresivamente la presión. El desmenuzado rompe la estructura de la masa de orujos, que progresivamente se impermeabiliza por su compactación y obturación de los espacios entre hollejos, por las partículas sólidas retenidas del mosto. En la parte superior de cada una de estas almenas, donde teóricamente la presión debe ser constante y mantenerse según una línea paralela, en la realidad ésta baja por la salida de mosto de la vendimia comprimida, por lo que la presión debe ser restablecida de manera automática, tomando entonces el diagrama de presiones una típica forma de dientes de sierra.
Para lograr el agotamiento de una masa de vendimia, se puede recurrir a no desmenuzar o a hacerlo en pocas ocasiones, necesitándose un tiempo de trabajo bastante más largo, o por el contrario, realizar desmenuzados más numerosos y frecuentes, donde el tiempo de extracción es mucho más corto, todo ello trabajando a la misma presión. Sin embargo, en el primer caso los mostos obtenidos resultan más limpios, debido a que la propia masa de vendimia hace de filtro, mientras que con los desmenuzados frecuentes, el contenido de turbios o fangos es más elevado. Existe un error al pensar que los mostos más limpios son siempre de mayor calidad, y es cierto sí se extrajesen bajo la misma presión, pero frecuentemente la lentitud de las prensas donde no se desmenuza o se hace poco, se agilizan compensando con una mayor presión en el prensado, y en este caso la calidad es más discutible que la de un mosto sucio extraído a menor presión pero posteriormente bien desfangado.
En las operaciones de prensado o de desmenuzado, el nivel de presión seleccionado en cada ciclo y el movimiento de los elementos de presión (platos, membranas, etc.) puede ser realizado a distintas velocidades, generalmente rápida cuando se comienza a prensar, y más lenta en pleno proceso de prensado.
El accionamiento del ciclo de trabajo de las prensas discontinuas que incluye llenado, series de prensado, vaciado y limpieza, puede hacerse de forma manual, semiautomático o automático.
Las magnitudes físicas de las prensas, son unos parámetros muy útiles de conocer para comparar las prestaciones de las distintas máquinas, e incluso para poder calcular las instalaciones de prensado. Entre ellas destacan las siguientes:
• Tiempo de prensado. Se divide en tres períodos distintos: carga de la prensa durante la cual la vendimia escurre una importante cantidad de vino o mosto, prensado propiamente dicho con los sucesivos ciclos de prensado y operaciones secundarias de vaciado y limpieza. En los sistemas de prensado continuos se distingue el tiempo de trabajo efectivo, en el cual funciona el tornillo sinfín, de los tiempos muertos destinados a otras operaciones.
• Caudal de una prensa discontinua. Es el cociente entre la cantidad de vendimia introducida en la prensa y el tiempo de prensado total o suma de los tres períodos antes señalados. Se suele expresar en kilogramos o toneladas por hora.
• Caudal de líquidos prensados. Se refiere al peso o volumen de mosto extraído solamente durante la fase de presión.
• Caudal de una prensa discontinua. Es la cantidad de vendimia que puede ser procesada por unidad de tiempo. Se expresa en kilogramos o toneladas por hora.
• Rendimiento bruto. Es la relación existente entre la masa de líquido bruto extraído, respecto de la cantidad de vendimia prensada. Se expresa en litros o hectolitros por kilogramos o toneladas.
• Rendimiento neto. Es la relación existente entre la masa de líquido extraído neto, descontando las partículas sólidas en suspensión (fangos), respecto de la cantidad de vendimia prensada. Se expresa también en litros o hectolitros por kilogramos o toneladas.
• Rendimientos parciales. Son las relaciones entre los líquidos de escurrido, primera prensada, segunda prensada, etc., respecto de la cantidad de vendimia prensada.
• Balance global. Respecto de la cantidad de uva prensada, son los distintos porcentajes de líquidos claros, partículas insolubles y orujos secos.
• Consumo energético. Es la cantidad de energía utilizada respecto de la masa de vendimia prensada. Se expresa en C.V. hora o kW hora por kilogramo o tonelada.
Las prensas presentan una serie de ventajas en inconvenientes, que las hace ser más o menos aptas en función de las necesidades de cada bodega y cuyo resumen se expresa en el cuadro comparativo adjunto.
Tipo de prensa Ventajas Inconvenientes
Prensa vertical
-La presión se realiza sin excesiva rotura de los
orujos.
-El mosto o vino obtenido es muy limpio, con pocos
fangos o turbios. -Posibilidad de prensado de racimos enteros sin estrujar.
-El gran espesor de la masa de orujos obliga a presiones
elevadas y a veces a colocar esteras de drenaje
(prensas enfardadoras). -Desmenuzado manual con
peligro de oxidaciones. - Necesidad de numerosos prensados sucesivos, que
alargan el tiempo de prensado. Vaciado manual.
-Son prensas inamovibles. -Elevado número de
prensas.
Prensa horizontal
-Desmenuzado automático, que facilita las operaciones de prensado y aumenta su
rapidez.
-Presión de prensado relativamente baja. -Posibilidad de prensado de racimos enteros sin estrujar.
-Chorreo del mosto y fuerte aireación. -Mostos o vinos más turbios. -Rotura o dislacerado de orujos. Prensa de membrana
-Gran superficie de presión, con presiones muy
reducidas.
-Desmenuzado automático, que facilita las operaciones de prensado y aumenta su rapidez. -Respeto de la integridad de los orujos. -Mostos o vinos más turbios.
Prensa continua de tornillo
-Extracción muy rápida del mosto o vino.
-Elevado rendimiento, facilidad de trabajo y economía de mano de obra.
-Prensado violento, con triturado de orujos y pepitas.
-Vinos o mostos muy macerados y a veces muy
turbios.
Después de estudiar las ventajas e inconvenientes de cada prensa, se decidió que la prensa horizontal de membrana es la más adecuada para este proceso.
Las prensas de membrana surgieron como evolución de las prensas horizontales de platos. Las primeras prensas tenían una construcción muy similar a las horizontales de platos, donde se eliminaron los platos de presión, así como el tornillo interior de accionamiento y se sustituyeron por una membrana elástica en forma de tubo, situada en el centro de la prensa y de lado a lado de la misma. La vendimia situada entre la jaula y la membrana, se prensaba por hinchamiento de la misma, gracias al aire producido por un compresor auxiliar.
Los problemas que planteaban estos primeros modelos de prensas, especialmente debidos a la fragilidad de la membrana, hicieron que el desarrollo de las mismas fuese mucho más tardío.
En la actualidad las prensas de membrana pueden estar construidas de acuerdo con los siguientes criterios:
• Prensas con jaula de prensado abierta:
Membrana central o axial y cilindro de drenaje completo. Membrana parietal o diametral y medio cilindro de drenaje.
• Prensas cerradas o de tanque, con jaula de prensado interior:
• Prensas cerradas o de tanque, con canales de drenaje interiores:
Membrana parietal o diametral y canales de drenaje situados en medio cilindro.
Respecto a los sistemas tradicionales de prensado discontinuo, con estas prensas se consigue una superficie de presión muy importante, que permite trabajar con presiones inferiores a los 3 bares y aplicar a la masa de vendimia una fuerza de extracción muy superior. Del mismo modo, la superficie de drenado es también muy elevada, del orden de 4 a 6 veces superior a las prensas horizontales de platos, que permite obtener unos elevados rendimientos en mosto, también de una mayor calidad y con tiempos de prensado más reducidos. En las prensas verticales u horizontales de platos, la dirección de salida del líquido es perpendicular al de la aplicación de la presión, lo que dificulta la salida del mismo. Sin embargo, en las prensas de membrana ambas direcciones coinciden, y además el recorrido del mosto es muy corto, atravesando un relativo pequeño espesor de masa de orujos. Los líquidos salen algo más cargados de turbios que los de las prensas verticales, pero menos que las horizontales de platos, con un porcentaje de sólidos menor al 5%, aunque son siempre de una mejor calidad al aplicarse presiones mucho más reducidas.
Elementos de compresión
Las membranas de presión antiguamente estaban construidas de un material elástico, tipo goma o caucho alimentario, pero en la actualidad están formadas de varias capas de tejidos superpuestos, que confieren al conjunto una elevada resistencia e impermeabilidad, formando un material elástico y poco deformable. Las roturas por envejecimiento de la membrana o por los accidentales pinchazos, son el principal inconveniente señalado en éste tipo de prensas.
Las prensas de membrana diametral, también llamadas de campana, resolvieron el problema de inestabilidad de las membranas centrales de las primeras prensas, ya que al realizar el vacío sobre las mismas, se pliegan íntegramente contra las paredes del medio cilindro, quedando el espacio interior de la prensa totalmente expedito para la entrada de
la vendimia. Sin embargo, las prensas de membrana central o axial vuelven a imponerse, al resolverse el problema de su fijación y al plegarse con el vacío sobre un rígido perfil o larguero central en forma de cruz que atraviesa la prensa de lado a lado. Con el primer tipo de membranas solamente se aprovecha la mitad del cilindro para el drenaje de mosto, sin embargo, con las segundas ésta superficie se llega a duplicar, al poder utilizarse la totalidad del cilindro de la prensa.
El movimiento de la membrana se puede realizar mediante agua a presión producido por un grupo de bombeo o por medio de aire comprimido generado por un compresor.
En el primer caso, la velocidad de prensado es mayor, logrando también un prensado más eficiente, porque el agua es un fluido incompresible, acompañado de un menor consumo energético y un posible control de temperatura en el caso de realizar maceraciones peliculares dentro de la prensa. Para ello se utilizan generalmente dos bombas, una de mayor caudal para el llenado y vaciado de la membrana, y otra más pequeña para las operaciones automáticas de mantenimiento de presión. Como inconvenientes, cabe citar la necesidad de utilizar un depósito pulmón auxiliar, para acumular el agua en las fases de vaciado, así como una posible dilución de la vendimia en caso de rotura de la membrana, y por último aumentar en exceso el peso de la máquina en la fase de prensado.
En el segundo caso, las prensas disponen incorporadas una turbina de aire, utilizada para el llenado y vaciado rápido de la membrana, aunque éste elemento no es capaz de suministrar la presión suficiente, por lo que se necesita un compresor auxiliar capaz de aportar una presión de aire de hasta 8 a 10 bares, con un caudal acorde con el volumen de la prensa, e intercalando en el circuito de aire un calderín o depósito a presión, que cumple la misión de acumular aire para mejorar el funcionamiento de la prensa. Las características de estos elementos, están en función del volumen de la prensa.
El diámetro de las tuberías de conducción de aire, será generoso y suficiente para permitir el movimiento de aire entre los elementos citados. Algunas prensas llevan
incorporadas silenciadores para reducir el fuerte sonido que se produce cuando se produce una descompresión del aire, bien cuando se vacía o cuando se pliega la membrana en las fases de desmenuzado.
Dispositivos de drenaje y extracción del mosto
Las primeras prensas de membrana estaban construidas con la jaula abierta, al estilo de las prensas horizontales de platos de las que derivaban, pudiendo escurrir el mosto en la totalidad de la superficie lateral del cilindro. Esto representaba una gran superficie de presión, unida a una superficie de extracción de mosto todavía mayor. Motivado por el problema de la inestabilidad de la membrana central, se desarrollaron a continuación las prensas de membrana parietal, donde se redujo a la mitad la superficie de prensado, apareciendo el concepto de prensas tanque o sistema de prensado al abrigo del aire; donde una carcasa totalmente cerrada, contiene en su interior la membrana de prensado colocada según un diámetro, y los elementos de drenado de mosto se disponen en la cara interna del semicilindro, estando éstos formados por unos perfiles perforados de sección semicircular, triangular o trapezoidal, sirviendo además como canales evacuadores de mosto hasta un extremo de la prensa, por donde sale al exterior por medio de los correspondiente tubos. Unas bandejas colectoras recogen el mosto de estos tubos, cuando gira la prensa o permanece estática, conduciéndolos a una única salida situada en la parte inferior de la misma.
Una vez resuelto el problema de la inestabilidad de la membrana axial, aparecen de nuevo este tipo de prensas, donde las superficies de presión y drenaje de mosto son muy superiores, lo que permite trabajar a presiones más reducidas y con una mayor calidad de mosto; utilizándose indistintamente jaulas abiertas como las primitivas prensas de membrana, o las cerradas tipo tanque, las cuales a su vez pueden estar dotadas en su interior de una jaula de drenaje concéntrica o de un conjunto de perfiles perforados.
Los perfiles o canales de drenaje perforados, suelen estar construidos en acero inoxidable y desmontables para su mejor limpieza, siendo éste una de los mayores inconvenientes que presentan, además de ofrecer una menor superficie para el drenado de la vendimia prensada. Para solventar éste problema, algunos fabricantes introducen un
dispositivo de drenaje tridimensional, colocando perpendicularmente a los canales, unas piezas flexibles o varillas con una sección en cruz o estrella, y que situadas dentro de la masa de vendimia presionada facilitan la salida del mosto. La crítica que se hace a éste dispositivo, está en una posible perforación de la membrana cuando las operaciones de prensado están terminando y la membrana se acerca a los canales de drenaje.
Otros fabricantes facilitan la salida del mosto y mejoran el rendimiento de la prensa, aplicando a la vendimia una presión de aire de hasta 0,7 a 0,9 atmósferas por medio de una membrana y un compresor, y a la vez sobre los canales de drenaje, se realiza una succión producida por un grupo de vacío instalando en la misma prensa.
Carga y descarga de la prensa
La carga de la prensa puede ser realizada lateralmente por medio de una puerta de apertura automática situada en un costado del cilindro de la prensa. Aunque lo más normal es realizarla por el eje de la prensa y en un extremo de la misma, por medio de una tubería de vendimia de 120 a 140 mm de diámetro, siendo impulsada por una bomba de vendimia y colocando una válvula neumática antes de la entrada en la prensa, lo que permite cerrar o abrir la misma de manera automática. Con éste sistema la prensa puede estar en fase de carga, al mismo tiempo que la jaula o el tanque de la misma puede girar alternativamente en un sentido u otro, acomodando o distribuyendo la vendimia dentro de la misma y también aumentando la cantidad de mosto que escurre.
La descarga de la prensa una vez finalizado el prensado, se hace siempre por la puerta lateral antes mencionada, estando dotada de un sistema de cierre hermético, y además de un dispositivo para la apertura y cierre de la misma, generalmente accionado por medio de un pistón neumático colocado por fuera. El orujo agotado cae por gravedad a través de la puerta abierta, haciendo girar la prensa en un sentido, y ayudado por unas pletinas helicoidales situadas dentro del cilindro que conducen los restos hasta la puerta de salida.
El funcionamiento de éstas prensas es muy similar al de las horizontales de platos, con unos diagramas de prensado presión–tiempo muy similares, con una sucesión de