Deve-se fazer uma distinção entre camada de polarização (polarização por concentração) e a...
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Deve-se fazer uma distinção entre camada de polarização (polarização por concentração) e a colmatagem. A primeira é caracterizada, por exemplo no caso da ultrafiltração de soro de queijos, por uma maior concentração de solutos, gordura e macromoléculas proteicas, próximas à superfície filtrante, conforme ilustrado abaixo.
Camada de polarização em membrana.
Camada de polarização e Fouling
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CgCo
Perfil de concentração
Perfil de velocidade
Cs
Us
Zona de polarização( )
Permeado
Velocidade Tangencial de circulação
Camada de gel
MembranaC
U
Uo
-D(dc/dx)Difusão x
Cm
Permeado
Permeado
Formação da camada de polarização e do gel na superfície de uma membrana
Este fenômeno não pode ser evitado, mas sim controlado e o fator de polarização é definido como sendo a relação entre a concentração da camada limite (Cm) e àquela da solução inicial (Cb). Para reduzir esta camada, uma opção é favorecer o escoamento turbulento e trabalhar com pressões menores. São ilustrados na abaixo, a formação da camada de polarização e de gel na superfície de uma membrana.
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No caso da ultrafiltração de produtos lácteos, observamos a formação de uma camada bem definida de gel (precipitação de macromoléculas e glóbulos de gordura) sobre a superfície filtrante.
Esta "segunda membrana", perturba o funcionamento hidrodinâmico do sistema, pelo aparecimento de uma resistência adicional e de novas características de separação.
O Fouling é caracterizado pelo bloqueamento parcial ou mesmo total dos poros superficiais da membrana pelas moléculas ou partículas de tamanho igual ou ligeiramente inferior.
No decorrer do processo e sob pressão, o fouling pode atingir, mesmo com fluxos tangenciais, o interior da membrana, dificultando a posterior limpeza e recuperação de sua capacidade de permeação.
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Parâmetros operacionais
A temperatura e a pressão, juntamente com o pH e a viscosidade do produto a ser filtrado, constituem importantes fatores a serem considerados.
O aumento da temperatura eleva a permeação basicamente por reduzir a viscosidade da solução e, por aumentar o movimento vibracional, em nível molecular. No caso da ultrafiltração do soro ácido de queijo, uma temperatura muito elevada poderá promover coagulação (fenômeno inter e intra-molecular) das proteínas e provocar uma forte colmatagem das membranas.
A diferença de pressão, entre os lados opostos da membrana, por sua vez, é a principal força responsável pela separação nos processos de osmose inversa microfiltração e ultrafiltração.
Quanto maior a pressão, até um certo limite, maior será a permeação. Deve-se, também, respeitar o limite de resistência física da membrana. À pressões muito elevadas, pode ocorrer alteração na seletividade das membranas, permitindo a passagem de solutos que, à pressões normais, não permeariam
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Para as membranas poliméricas (orgânicas), pode haver compactação, com conseqüente redução no diâmetro dos poros, provocando rápida diminuição do fluxo permeado.
Na concentração do soro de queijos e na clarificação de suco de frutas, normalmente se utilizam temperaturas da ordem de 40-50oC e pressão de 1 a 4 Kgf/cm2.
Principais Processos de Separação por Membrana
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