La velocidad diferencial y su influencia en la extracción de aceite de oliva

La velocidad diferencial no es más que la diferencia de velocidad existente entre dos cuerpos concéntricos. Veamos tres ejemplos que nos arrojarán luz sobre esta definición tan poco precisa, pero antes hay que aclarar que la velocidad a la que nos referiremos en los ejemplos es la angular, ya que la velocidad lineal sí que varía en función al diámetro exterior de cada cuerpo para las mismas velocidades angulares:

1. Dos cuerpos concéntricos rotando a la misma velocidad y en el mismo sentido: En este caso la diferencia de velocidad es nula, ya que pongamos el punto de referencia donde lo pongamos, un observador externo siempre verá pasar a la vez dos puntos situados en el extremo exterior de ambos cuerpos o no percibirá movimiento si el observador se encuentra justo en alguno de los dos puntos marcados.

Figura 1. Dos cuerpos concéntricos rotando a la misma velocidad y en el mismo sentido.

2. Dos cuerpos concéntricos, el interior rotando a 100 rpm y el exterior en reposo: Ahora tenemos una diferencia de velocidad de 100rpm entre ambos. Un observador externo verá pasar 100 veces el punto en movimiento y ninguna el punto en reposo, mientras que un observador situado en cualquiera de los puntos vería pasar 100 veces en un minuto el otro punto.

Figura 2: Dos cuerpos concéntricos, el interior rotando a 100 rpm y el exterior en reposo.

3. Dos cuerpos concéntricos rotando en la misma dirección, el exterior a 100 rpm y el interior a 110 rpm: En este ejemplo, que es el que más se aproxima a la realidad, tenemos una diferencia de velocidad de 10 rpm. Para un observador externo ambos girarán en el mismo sentido, viendo pasar el punto exterior 100 veces y el interior 110, mientras que gracias a esa diferencia de velocidad, para un observador situado en el punto del cuerpo más externo el punto interior girará en sentido contrario al que lo hace para el observador que mira desde fuera y con una velocidad de 10rpm.

Figura 3: Dos cuerpos concéntricos rotando en la misma dirección, el exterior a 100rpm y el interior a 110 rpm.

Este repaso teórico sirve como introducción para comprender qué sucede en las partes rotativas de un decanter. Buscando la similitud entre el ejemplo 3 y dichas partes rotativas, en el interior de la máquina encontramos un bowl en movimiento circular y dentro de éste, un sinfín que gira en el mismo sentido a una velocidad siempre ligeramente mayor. Esta variación en el giro entre ambas piezas será la que nos marque la velocidad diferencial básica con la que nuestra máquina está trabajando.

Para que esta se produzca en nuestra máquina intervienen varios factores de la transmisión que acciona las partes rotativas y que según la combinación usada nos proporcionará valores diferentes de velocidad entre bowl y sinfín. Como veremos a continuación, una pieza clave para ello es el reductor de velocidad con su factor de reducción, además de las poleas de accionamiento. A pesar de que como decía Stephen Hawking, “cada ecuación introducida en el texto reducirá los lectores a la mitad”, me atreveré con una para mostrar cómo podemos calcular la velocidad diferencial en un decanter:

Para agradecer al 50% que continúa leyendo en este punto, trataremos de verbalizar lo mostrado en la ecuación, y no es más que el hecho de que la velocidad diferencial es igual a la diferencia de la velocidad del tambor (n₂) menos la de la polea que gobierna el sinfín (n₃), todo ello dividido por la relación de transmisión del reductor (i).

Dado que la velocidad del tambor debe ser uno de los últimos parámetros a modificar, ya que perderíamos fuerza centrífuga y que la relación de transmisión no la podemos cambiar (en realidad si se puede pero habría que cambiar el reductor completo, cosa que económicamente no es muy razonable), para ajustar velocidad diferencial solo nos queda una variable a modificar: las revoluciones de la polea intercambiable del decanter (n₃). Esto se puede hacer en todos los decanters, sean de uno o dos motores. La única diferencia es que en decanters con un motor nos veremos forzados a cambiar físicamente la dupla de poleas de motor y decanter que gobiernan las vueltas del sinfín, mientras que en los decanters de dos motores solamente habrá que modificar la consigna en el panel de control que maneja este parámetro y el variador de frecuencia se encargará de regular las revoluciones del motor secundario para adaptarse a la velocidad indicada.

Antes de modificar la velocidad diferencial en cualquiera de los dos casos anteriores, se aconseja mirar la tabla de revoluciones que nos proporcionará el fabricante, donde para el caso de los decanters de un motor podremos elegir entre varias posiciones fijas como se indica en la tabla 1, y en el caso de decanters con doble motor el mismo juego de poleas nos permitirá movernos dentro de un rango de velocidades diferenciales en función de las revoluciones que le ordene dar el variador de frecuencia al motor secundario. Para alcanzar velocidades diferenciales por encima o por debajo de este rango será necesario como en el caso anterior cambiar el juego de poleas que nos permita obtener nuevas revoluciones de sinfín dentro del mismo rango de frecuencias del motor secundario.

Tabla 1: Acccionamiento del sinfín.

Una vez que conocemos cómo podemos modificar la velocidad diferencial en nuestro modelo de máquina, conviene tener unas nociones teóricas de lo que le sucede al producto dentro del decanter. Es importante aclarar que como no podía ser de otra forma en este sector, cada caso es único y que, dado que el proceso de extracción de aceite de oliva es tan complejo, no podemos hacer afirmaciones categóricas sobre el comportamiento del conjunto basándonos solamente en la modificación de una sola variable. No obstante, y sabiendo de antemano que primero se deben tener en cuenta condiciones como variedades de aceituna, estado de madurez o de salud del fruto, localización del mismo, estado de la pasta y un largo etcétera, veamos algunas generalidades sobre los efectos de la modificación de la velocidad diferencial en el proceso de extracción de aceite de oliva virgen utilizados en decanters GEA Westfalia Separator:

1. Los rangos tradicionalmente establecidos para decanters de un solo motor son 10 rpm para máquinas de tres fases y 28 o 32 rpm para los que trabajan en dos fases.
2. En los decanters de doble accionamiento nos moveremos en rangos de entre 26 y 60 rpm para las dos fases con el mismo juego de poleas.
3. A bajas velocidades diferenciales aumentamos el tiempo de residencia del producto dentro de las partes rotativas, por lo que en teoría favorecemos la separación del aceite (no olvidar que ésta es solo una de las variables a tener en cuenta) pero, en algunos casos, esto nos perjudicará directamente en el par de esfuerzo si queremos mantener la misma producción, ya que el sinfín tiene que hacer más esfuerzo para arrastrar la pasta en su interior.
4. A altas velocidades diferenciales reducimos el tiempo de residencia dentro del decanter, por lo que, al contrario de lo sucedido antes, podría perjudicar en mayor o menor medida los agotamientos, pero disminuiría el par.

Como se comentaba anteriormente sería una inconsciencia tomar estas generalidades como únicas sin tener en cuenta el resto de variables, por ello hemos de tratarlas con cuidado y conocer en todo momento la configuración completa durante el proceso, ya que la influencia que la velocidad diferencial puede tener dentro de la extracción, si nos movemos dentro de los rangos normales, puede ser muy pequeña en relación a otras variables como la humedad o la temperatura del producto. En cambio sí puede tener consecuencias en algunos elementos de la transmisión o incluso el sinfín si lo sometemos a condiciones muy extremas. Valga como ejemplo una pasta difícil que venga de la batidora ‘muy seca’. Por mucho que reduzcamos la velocidad diferencial o tratemos de regular diafragmas, aunque mejorará la extracción, nunca vamos a conseguir optimizar los agotamientos, ya que la raíz del problema no está en el decanter sino aguas arriba y para ello tendremos que modificar previamente otras variables. Sin embargo, esta pasta seca que ya de por sí generará un exceso de par unido al que aporta una velocidad diferencial baja, terminará por dañar el reductor o incluso puede hacer flectar hacia la zona de líquidos las propias palas del sinfín si lo prolongamos demasiado en el tiempo.

Por fortuna, la tecnología avanza, y una de las direcciones en que lo hace con más intensidad es la de la seguridad, tanto de las personas, como de la economía de las mismas, ya que los daños que se mencionan anteriormente no son pequeños, sin adentrarnos en lo que supone tener que parar de producir el tiempo empleado en solucionarse la avería. Para ello, los decanters de nueva generación incorporan un sistema de protección de par, el cual cuando detecta que se ha superado la intensidad crítica durante un tiempo mayor que el establecido previamente decide de forma automática -siempre que se tenga activado en el panel de control- aumentar la velocidad del sinfín puntualmente hasta un valor que considera seguro y lo mantiene hasta que los valores de par detectados vuelven a la normalidad. Si pasado un tiempo en que el sinfín girando a velocidad máxima no consigue reducir el par, la máquina toma medidas más extremas deteniendo el funcionamiento de la bomba de alimentación y por lo tanto la producción, o incluso si una vez parada la alimentación no consigue valores de par normales iniciará el protocolo de parada del propio decanter para evitar la rotura de los elementos mencionados anteriormente.

Una vez visto todo lo anterior nos surge la pregunta del millón: ¿Qué velocidad diferencial debo usar? Como era de esperar, no hay una cifra fija, o al menos yo no la conozco, pero igual que no utilizamos la misma marcha durante todo un trayecto cuando conducimos un coche, ¿por qué vamos a mantener siempre la misma velocidad diferencial en el decanter si las circunstancias nos piden cambiarla?

Bajo mi punto de vista lo ideal es probar, conocer cada estado, cada momento, cada máquina. En los años de experiencia en GEA se recogen datos de lo más variopintos, donde el maestro de una almazara nos hacía saber que a velocidades diferenciales bajas encontraba los mejores agotamientos, mientras que su vecino en la almazara de al lado nos indicaba justo lo contrario. La realidad es que ambos estaban en lo cierto, pero solamente podemos asegurar esto porque ambos habían tenido la oportunidad (y la curiosidad) de hacer pruebas con la velocidad diferencial en sus decanters. Así que utilicemos todos los recursos disponibles a nuestro alcance para conseguir el mejor agotamiento con el menor par gracias a nuestro desde ahora recordado aliado: la velocidad diferencial.