Desde que SETA decidió expandir su actividad al mundo enológico hace más de dos años, y puso su confianza en mí para establecer los contactos con los profesionales que formamos este apasionante mundo, he tenido muchísimos motivos de satisfacción por poder ofrecer soluciones a problemas que llevamos años conociendo y padeciendo, a la vez de mantener contacto directo con técnicos y amigos, como ha sido esta ocasión.
SETA lleva desde 1.963 especializándose en el tratamiento de fluidos, optimizando procesos, aplicando nuevas tecnologías, siendo los tratamientos de agua la actividad principal y más conocida de la empresa. La diversidad de procesos que se desarrollan en SETA son los siguientes:
- Potabilización de agua.
- Depuración de vertidos urbanos e industriales.
- Tratamiento de alimentos líquidos:
- Filtración mostos y vinos.
- Concentración de sueros lácteos.
- Aguas de proceso en industrias:
- Farmacéutica.
- Alimentaria.
- Hospitales.
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De todos es conocido el difícil momento que atraviesa en la actualidad el sector vitivinícola en nuestro país, que aún siendo el primer país en superficie de viñedo en el mundo, y cuarto en producción, el consumo se está viendo afectado con reducciones de cerca del 5 % cada año que pasa, además de que se han estancado las exportaciones. Eso sumado a la reciente decisión de la UE, de arrancar cerca de 400.000 has de viñedo en España, con la intención de disminuir excedentes y conducir la producción hacia vino de calidad, obliga a las empresas vinícolas a adaptarse a un plan estratégico en el que se contemple un apoyo institucional a la comercialización, mayor integración entre productores, elaboradores y comercializadores, búsqueda de innovación y promoción y expansión del conocimiento del vino.
En esa búsqueda de innovación se engloba el esfuerzo realizado por SETA al crear su división de Enología para encontrar una tecnología eficaz y adaptable a las necesidades de cada bodega.
La filtración es un proceso de estabilización del vino (o mosto) en el que se eliminan tanto partículas en suspensión de tamaño grosero como sustancias finas en dispersión.
Las sustancias del vino susceptibles de ser eliminadas responden a la siguiente clasificación, de menor a mayor tamaño:
- Soluciones verdaderas; iones, moléculas simples:
- sales de potasio y ácido tartárico (precipitación) – eliminación con frío o electrodiálisis.
- hierro y cobre (turbidez) – se eliminan con encolado.
- Soluciones coloidales; macromoléculas (30 - 100 x 10-6 m).
- Dan turbidez, tienen alto poder colmatante y son fácilmente deformables – se eliminan con encolados o tratamientos enzimáticos.
- Suspensiones microbianas; levaduras (1,2 x 10-3 m) , bacterias (0,5 x 10-3 m).
- Eliminación por centrifugación, filtración frontal, filtración tangencial o flash pasteurización.
- Partículas, depósitos de levaduras, macromoléculas insolubles, precipitados…
- Eliminación con trasiegos o filtración por aluvionado.
Los sistemas de filtración convencionales que existen en las bodegas corresponden mayoritariamente a filtros de placas y de tierras. Ambos son sistemas estáticos, es decir, la separación se produce sólo por la presión de la filtración, y retienen en profundidad (las partículas son retenidas en el interior del soporte por tamizado (> 1 mm) y por adsorción (> 0,1 mm), lo cual provoca una alta colmatación).
Hay varios aspectos negativos en los filtros por aluvionado:
- el tamaño del poro no está definido, permite pasar microorganismos.
- retiene partículas por adsorción (de menor tamaño que el poro).
- Se produce una gran pérdida de carga a medida que aumenta el espesor de la torta filtrante, con lo que a veces es necesario interrumpir el proceso por escaso rendimiento.
- Se tienen que realizar varios ciclos para conseguir el nivel de limpidez deseado.
- El manejo del equipo se dificulta por la manipulación de las tierras, (obligan al uso de mascarillas para evitar su inhalación).
- Las tierras agotadas son muy contaminantes, su vertido no está autorizado.
- Se producen mermas de producto, ya que las tierras adsorben hasta 4,5 veces su propio peso en vino.
La microfiltración tangencial puede acabar con todas estas desventajas debido a la propia estructura de funcionamiento:
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- El tamaño de poro está definido y uniforme en toda la superficie de la membrana: 0,22 mm.
- Consigue esterilizar el producto, ya que tanto bacterias como levaduras son mayores que el corte de la membrana.
- Retención de partículas en superficie, sólo hay tamizado.
- Tanto el flujo de permeado como el espesor del medio filtrante se estabilizan al comenzar cada ciclo de filtración, dando una calidad de filtración constante a nivel nutricional, bacteriológico y funcional.
- El sistema está automatizado de tal forma que sólo es necesaria la intervención de un operario al efectuar la limpieza química cada 3 - 4 días, para añadir los productos detergentes (funcionamiento en continuo 22 -24 h/día, flexibilidad).
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- El flujo de vino a limpiar circula paralelo a la superficie de la membrana, de tal forma que el fluido que no permea, “barre” dicha superficie, impidiendo que las partículas se adhieran y colmaten el medio filtrante, con lo que se alarga la durabilidad de las membranas.
- No se producen mermas de producto, la fracción retenida se concentra y se le da salida a un depósito aparte para poder aprovecharlo como subproducto.
- Supone un gran ahorro en consumibles (optimización de productos limpiantes, cartuchos de filtración final prolongan su vida útil hasta 10 veces más).
- No se produce ningún vertido contaminante.
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El proceso de funcionamiento se representa de forma muy básica en el siguiente esquema:
A continuación se exponen los resultados de un análisis real realizado en una bodega de Madrid en la que se han realizado pruebas comparativas entre la filtración con tierras y con membranas de microfiltración tangencial:
Vino tinto D.O. | Testigo | Filtro tangencial | Filtro tierras |
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Turbidez (NTU) | 25,0 | 0,5 | 1,7 |
V máx. (ml) | 45 | 3.150 | 1.614 |
Abs 280 nm | 44,4 | 43,0 | 43,9 |
Índice de color | 6,1 | 5,8 | 6,0 |
Tonalidad | 0,9 | 0,9 | 0,9 |
O2 disuelto (µg/l) | 85 | 340 | 373 |
CO2 disuelto (mg/l) | 795 | 750 | 770 |
Levaduras | 20/ ml | < 1/ 100 ml | 60/100 ml |
Bacterias | 250/ ml | 1/ 100 ml | 100/ ml |
Coloides glucídicos
eliminados (%) | (-) | 2,4 | 2,2 |
Como se puede observar, la filtración tangencial permite una mejora sustancial en casi todos los parámetros analizados excepto en el color, disminuye algo el índice de color, pero no es significativo.
También disuelve menos O2 que el filtro tangencial, lo que aumenta la protección contra la oxidación y la pérdida de CO2 endógeno es poco significativa.
Lo más importante, y el objetivo de esta filtración, es la eliminación de levaduras y bacterias a niveles de esterilización.
Microfiltración tangencial en mostos
Debido la larga trayectoria de SETA en el sector de la ingeniería de membranas, ha sido posible desarrollar un equipo de filtración para mostos, siendo la única empresa en España con equipos propios en la actualidad, capaces de hacerlo.
La producción de mosto implica su conservación hasta la comercialización:
- Mosto sulfitado - Adición de SO2 hasta concentraciones de 1.500-2000 ppm.
- Mosto concentrado - deshidratación parcial del mosto simple, hasta 66 ºBrix.
- Mosto concentrado rectificado - deshidratación parcial del mosto simple hasta 66 ºBrix y decolorado.
Todos estos procesos conllevan una serie de gastos que se pueden reducir notablemente con la microfiltración tangencial, ya que al eliminar levaduras y bacterias, impide la fermentación y alteraciones microbianas. La demostración está en las pruebas que SETAVIN realizó en la campaña de vendimia 2005/06; filtración de mosto blanco de pileta (sin decantar) con equipo piloto de membranas multitubulares de 0,22 mm en Herencia (Ciudad Real).
Muestras de mosto filtradas:
- Sulfitado con 900 ppm de SO2. El mosto filtrado se guardó en garrafas normales, sin esterilizar, y hasta el momento actual no ha fermentado.
- Sulfitado con 350 ppm SO2. El mosto filtrado se guardó en garrafas normales, sin esterilizar, y hasta el momento actual no ha fermentado.
- Sulfitado con 25 ppm SO2. El mosto filtrado se guardó en garrafas normales, sin esterilizar, y ha fermentado o se ha contaminado a los 6 meses porque se abrió una garrafa.
La tercera muestra, prácticamente sin SO2, demuestra que se puede conservar el mosto filtrado tangencialmente en depósitos limpios sin adicionar apenas este antiséptico, con el ahorro que ello conlleva, además de evitar el posterior proceso de desulfitado y su correspondiente gasto.
Microfiltración tangencial en vinos
En el proceso de elaboración de un vino hay varios momentos en los que se procede a una filtración, ya sea desbastadora, abrillantadora o esterilizante. Nuestros filtros tangenciales son capaces de sustituir a los filtros de tierras en cada aplicación, incluso mejorar ciertos procesos como la clarificación o la estabilización tartárica.
Secuencia de filtración tangencial en elaboración de vinos:
- Después de la clarificación (antes de estabilización por frío); ya sea vino decantado o centrifugado. Al filtrar antes del frío se forman cristales de KHT mas rápidamente y más grandes, con lo que precipitan mejor y son más fácilmente eliminables.
- Después de la estabilización por frío; con membranas de fibra hueca. El rendimiento de filtración depende de la Ta, si el vino está a - 5 ºC hay que dejar atemperar el vino hasta 7 - 8 ºC, el filtro dará 40-50 % de rendimiento en caudal, sin afectar a la calidad de filtrado. (Los cristales de KHT nunca se redisolverán a esa temperatura, necesitan altas Ta para hacerlo).
Existe una planta de filtración de SETAVIN en Rioja con 4 módulos de fibra hueca, que está filtrando a la salida del frío. El vino sale a -5 ºC, antes dejaban atemperar a 7 – 8 ºC y filtraban (60% rendimiento). Tras una adaptación gradual, ahora filtran directamente el vino a -5 ºC con muy buena calidad de filtración pero obviamente con menor rendimiento.
Tipos de membranas de microfiltración tangencial:
Básicamente se clasifican en membranas cerámicas o minerales, y membranas orgánicas:
CERAMICAS
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- Configuración geométrica compacta multitubular.
- Diámetro de tubo 2 a 6 mm.
- Flujo de filtración; dentro - fuera.
- Alta resistencia mecánica, térmica y química, muy apta en procesos industriales.
- Vida útil muy prolongada.
- Instalaciones muy voluminosas, hay grandes volúmenes muertos.
- Costes de construcción muy elevados, son las más caras.
- Grandes pérdidas de carga, problemas de calentamiento.
- Alto consumo energético.
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ORGANICAS (3 TIPOS):
1. FIBRA HUECA
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- La membrana está conformada por un haz de fibras huecas dentro de un distribuidor poroso sellado en los extremos con resina epoxi.
- Diámetro interior 0,9 – 1,7 mm.
- Flujo radial dentro de la fibra, dentro - fuera.
- Resisten altas presiones.
- Por su configuración, son muy resistentes mecánicamente y muy adecuadas para filtrar vinos en rama (gran cantidad de sólidos en suspensión).
- Los materiales empleados son: polisulfona (PS), polietersulfona (PES), poliolefina (PO) y otros.
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2. ESPIRALES
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- La membrana está formada por varias capas (4 – 10) tipo sándwich sellado por los lados para no mezclar corrientes, enrolladas sobre un eje central y con la capa activa hacia el exterior.
- El flujo de filtrado es fuera - dentro.
- Son elementos totalmente reciclables, que suponen bajos costes de material y bajo costo operativo.
- Soportan altos flujos de filtración, pero con bajo contenido en sólidos, lo que las hace muy adecuadas para filtrar vinos centrifugados.
- Los materiales empleados son: polisulfona (PS), fluoruro de polivinilideno (PVDF), poliacrilonitrilos (PAN) y otros.
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3. TUBULARES
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- Membrana formada por un haz de 3 a 19 tubos encapsulados en un cartucho de material polimérico impermeable o de acero inoxidable.
- Diámetro de cada tubo: 10 – 25 mm.
- Tienen alta resistencia al atascamiento, lo que las hace muy apropiadas para filtración de mostos (y vino).
- Flujo de filtrado dentro - fuera.
- Materiales: (PS), (PES) y (PVDF) y otros.
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PLANTAS SETAVIN
Nuestras plantas se configuran con los tres tipos de membrana orgánica expuestos, dando tres series que se describen brevemente a continuación:
SERIE F (fibra hueca) - Algunos diseños estándar en la siguiente tabla:
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CARACTERIST | SETAVIN 2F | SETAVIN 4F | SETAVIN 6F | SETA 10 F |
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Potencia | 4,5 Kw | 4,5 Kw | 7,2 Kw | 9,5 Kw |
Caudal (l/ h) | 500-1000 | 1000-2000 | 1500-3000 | 2500-5000 |
Nivel purga | < 2 % | < 2 % | < 2 % | < 2 % |
Largo (mm) | 1300 | 1300 | 1500 | 1700 |
Ancho (mm) | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 |
Alto (mm) | 2300 | 2300 | 2300 | 2300 |
Peso (kg) | 300 | 365 | 450 | 600 |
SERIE E (espiral) - Algunos diseños estándar en la siguiente tabla:
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CARACTERIST | SETAVIN 12E | SETAVIN 22E | SETAVIN 44E |
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Potencia | 16 Kw | 30 Kw | 55 Kw |
Caudal (l/ h) | 2500-6000 | 6000-10000 | 8000-20000 |
Nivel purga | < 5 % | < 5 % | < 5 % |
Largo (mm) | 4000 | 4000 | 4500 |
Ancho (mm) | 2000 | 2000 | 3000 |
Alto (mm) | 2300 | 2300 | 2300 |
Peso (kg) | 2500 | 3500 | 4500 |
En las 2 series expuestas, el margen de rendimientos en caudales corresponden a vino tinto el rango más bajo y el más alto a vino blanco, ya que la viscosidad de ambos productos es distinta, siendo lo único, junto con la temperatura, que influye en el rendimiento de la planta.
Ambas membranas, tanto espiral como fibra hueca tienen una superficie unitaria de 10 m2, por lo que se concentra una gran superficie de filtración en poco espacio.
SERIE D (tubular) - Algunos diseños estándar en la siguiente tabla:
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CARACTERIST | SETAVIN 20 D | SETAVIN 40 D | SETAVIN 60 D |
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Potencia | 20 Kw | 30 Kw | 40 Kw |
Caudal (l/ h) | 2000-2500 | 4000-5000 | 6000-7500 |
Nivel purga | < 2 % | < 2 % | < 2% |
Largo (mm) | 5000 | 5000 | 5000 |
Ancho (mm) | 1800 | 2200 | 2600 |
Alto (mm) | 2300 | 2300 | 2300 |
Peso (kg) | 2000 | 2800 | 3500 |
Esta serie está diseñada especialmente para filtrar mostos, aunque también puede filtrar vino.
Con SETAVIN D se reduce notablemente el volumen de lías, siendo también capaz de filtrarlas, y se garantiza una disminución de la cantidad de SO2 para conservación hasta un 70% (aunque como se ha expuesto anteriormente en las pruebas realizadas, se puede llegar a casi prescindir de él).
ESTUDIO ECONOMICO COMPARATIVO
Para demostrar que la filtración tangencial no sólo debe suponer una innovación y una mejora sustancial de la calidad del producto filtrado, sino una ventaja económica, hemos realizado un estudio de los costes operativos entre un equipo de filtración por tierras y otro tangencial.
Las condiciones de operación son las siguientes:
FILTRO TIERRAS | | SETAVIN |
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Superficie filtrante = 5 m2 | Superficie filtrante = 240 m2 |
Caudal a filtrar = 12.000 l/ h | Caudal a filtrar = 12.000 l/ h |
Jornada trabajo = 8 h | Jornada trabajo = 8 h |
Protocolo filtración | Protocolo filtración |
0,5 h precapa | 7 h filtración |
3 h filtración | 1 h limpieza |
0,5 h limpieza | |
Total filtrado = 72.000 l/ día | Total filtrado = 84.000 l/ día |
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(nota: en realidad la jornada de trabajo en un filtro tangencial es de 22 h/día, pero se ha considerado 8 h para que ambos estén en iguales condiciones). |
Cada responsable de bodega podrá realizar este mismo estudio respecto al equipo de filtración por aluvionado que disponga en sus instalaciones, para comprobar que, efectivamente, hay un ahorro considerable en cuanto a tiempo y dinero.
COSTES DIRECTOS
CONCEPTO | CANTIDAD | €/UD | €/DIA | €/L |
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Consumibles | | | | |
Tierras (precapa + dosis) | 60,4 kg | 0,6 | 36,24 | 0,000503 |
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Membrana (1 ud/ 3 M l) | 1 ud | 1953,3 | 54,6 | 0,00065 |
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Electricidad | | | | |
Tierras (3,82 kw) | 30,59 KWh | 0,07 | 2,14 | 0,000029 |
Membrana (51,8 kw) | 415 KWh | 0,07 | 29,05 | 0,00034 |
Mermas de producto | | | | |
Tierras | 271,8 lts | 0,32 | 86,97 | 0,0012 |
Membrana | 0 lts | 0,32 | 0 | 0 |
Mano de obra | | | | |
Tierras (1 operario) | 3,5 h | 9,02 | 31,57 | 0,00043 |
Membrana (1 operario) | 1 h | 9,02 | 9,02 | 0,00011 |
Limpieza | | | | |
Tierras | 1,4 kg | 2,014 | 2,82 | 0,000038
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Membrana | 18,2 | 1,29 | 23,52 | 0,00028 |
COSTES INDIRECTOS
CONCEPTO | CANTIDAD | €/UD | €/DIA | €/L |
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Gestor residuos | | | | |
Tierras (contenedor 10 Tm) | 1 ud/ mes | 105 | 3,488 | 0,000048 |
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Membrana | 0 | 105 | 0 | 0 |
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Rto. cartuchos finales | | | | |
Tierras (125.000 L) | 0,57 ud/ día | 300,5 | 173,7 | 0,0024 |
Membrana (625.000 L) | 0,13 ud/ día | 300,5 | 40,39 | 0,00048 |
Clarificaciones | | | | |
Tierras (benton. + gelatina) | 40,79 kg | 0,72 | 29,37 | 0,00041 |
Membrana (bent. + gelat.) | 34,65 kg | 0,72 | 24,95 | 0,00029 |
Tiempo espera | | | | |
Tierras (7 días) | 504.000 L | 0,09 | 18,9 | 0,00026 |
Membrana (1 día) | 84.000 L | 0,09 | 3,15 | 0,0000375 |
AMORTIZACION EN 10 AÑOS
CONCEPTO | CANTIDAD | €/UD | €/DIA | €/L |
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TIERRAS | 1 equipo | 17.500 | 7,2 | 0,0001 |
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MEMBRANAS | 1 equipo | 218.768 | 90,72 | 0,00108 |
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RESUMEN DE COSTOS
| CONCEPTO | €/DIA | €/LITRO | | | |
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TIERRAS | TOTAL COSTOS DIRECTOS | 159,74 | 0,0022 |
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TOTAL COSTOS INDIRECTOS | 224,37 | 0,0031 |
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TOTAL AMORTIZACION | 7,2 | 0,0001 |
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| 391,31 | 0,00541 |
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MEMBRANAS | TOTAL COSTOS DIRECTOS | 116,19 | 0,00137 |
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TOTAL COSTOS INDIRECTOS | 68,41 | 0,00081 |
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TOTAL AMORTIZACION | 90,72 | 0,00108 |
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| 275,32 | 0,00326 |
En conclusión, la microfiltración tangencial es la mejor opción de cara a solucionar los problemas ligados a la estabilización de los vinos ya que, por un lado, no existe ninguna diferencia significativa en comparación con el esquema clásico de filtración, y por el otro, supone menos perjuicio para el vino ya que permite eliminar otras etapas de clarificación.
Su facilidad de manejo, la facilidad para integrarse en el proceso de producción, su impacto sobre la gestión de efluentes y consumo de agua, son otras de las ventajas que inclinan la balanza hacia este sistema de filtración.
Por último, la opción que ofrece SETA de amortizar el filtro mediante leasing, pretende solventar la barrera económica que en principio, y para pequeños y medianos productores, supone su adquisición.
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La Sociedad Española de Tratamientos de Agua (SETA) cuenta con una trayectoria de unos 40 años dentro del ámbito del estudio y desarrollo de soluciones a los problemas de tratamiento y depuración de aguas, lo que, unido a su política de investigación y desarrollo constante les ha permitido ser una de las firmas tecnológicamente más avanzadas del sector, tanto a nivel nacional como internacional. La gama de servicios que proporciona, mediante el conjunto de empresas especializadas que conforman el grupo SETA, abarca el diseño, fabricación, montaje, puesta en marcha así como la explotación. Su amplia experiencia y la política de investigación constante mantenida desde sus inicios le ha permitido adquirir el grado tecnológico suficiente para afrontar y resolver cualquier clase de problema relacionado con el tratamiento integral del agua en relación con el uso humano, además de llevar a cabo tratamientos específicos de agua para diferentes usos industriales como plantas de fabricación de inyectables, industrias lácteas e industria alimentaria en general.
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