Modeling oxygen dissolution during pulse oxygen additions under oenological conditions.
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2012
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Abstract
Durante fermentaciones enológicas industriales, adiciones discretas de oxígeno son una práctica común para aumentar la tasa de fermentación. Sin embargo, la dosis de oxígeno y el tiempo de la adición deben ser escogidos cuidadosamente para evitar efectos perjudiciales en la calidad del vino. Hasta ahora, las adiciones se llevan a cabo de manera empírica, ya que aún no se entiende completamente la dinámica de disolución del oxígeno en condiciones enológicas. Por lo tanto, para administrar eficientemente las adiciones de oxígeno, en este trabajo se presentan dos modelos de balance de masa de oxígeno capaces de reproducir la evolución de la disolución durante pulsos de adición en fermentaciones enológicas a escala de laboratorio y en condiciones abióticas emulando fermentaciones en una columna de burbujeo. Calibraciones del modelo a escala de laboratorio indican que la tasa específica de consumo de oxígeno de Saccharomyces cerevisiae depende fuertemente de la fase de crecimiento y que el coeficiente de transferencia de masa es influenciado por el consumo biológico.
Los resultados también indican que la agitación tiene un efecto significativo en la tasa de consumo y confirman el efecto negativo de los altos niveles de dióxido de carbono en la transferencia de oxígeno. Predicciones del modelo en la columna de burbujeo muestran que la presencia de dióxido de carbono aumenta el coeficiente de transferencia de masa debido al aumento de la velocidad superficial del gas y a la turbulencia inducida, pero también disminuye la solubilidad del oxígeno debido al efecto de dilución en la fase gaseosa. En definitiva, el dióxido de carbono disminuye la tasa de disolución del oxígeno en aproximadamente la mitad en comparación con el caso sin inyección de dióxido de carbono. Los modelos desarrollados brindarán mejores herramientas para la gestión de las adiciones de oxígeno y para el diseño de mejores sistemas de adición para fermentaciones enológicas industriales.
Los resultados también indican que la agitación tiene un efecto significativo en la tasa de consumo y confirman el efecto negativo de los altos niveles de dióxido de carbono en la transferencia de oxígeno. Predicciones del modelo en la columna de burbujeo muestran que la presencia de dióxido de carbono aumenta el coeficiente de transferencia de masa debido al aumento de la velocidad superficial del gas y a la turbulencia inducida, pero también disminuye la solubilidad del oxígeno debido al efecto de dilución en la fase gaseosa. En definitiva, el dióxido de carbono disminuye la tasa de disolución del oxígeno en aproximadamente la mitad en comparación con el caso sin inyección de dióxido de carbono. Los modelos desarrollados brindarán mejores herramientas para la gestión de las adiciones de oxígeno y para el diseño de mejores sistemas de adición para fermentaciones enológicas industriales.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2012