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ÁRVORE DO CONHECIMENTO Tecnologia de Alimentos      Equipe editorial Ajuda

Uso de membranas

Autor(es): Virgínia Martins da Matta ; Lourdes Maria Correa Cabral

Membranas podem ser definidas como barreiras seletivas ao transporte de matéria e energia entre duas fases; são utilizadas em processos de separação visando ao fracionamento dos componentes de uma mistura, em função de suas diferentes taxas de permeação (MULDER, 1991).

A tecnologia de separação por membranas baseia-se, então, no princípio de que componentes de misturas líquidas ou gasosas, de acordo com suas características moleculares, podem passar seletivamente através de uma determinada membrana, movidos por uma força motriz que varia segundo os diferentes processos.

A fração que permeia a membrana é denominada permeado e a fração que não atravessa a membrana é denominada retido (Figura 1).



 
 

 Figura 1. Representação esquemática de um processo de separação com membrana.

Fonte: Virgínia Martins da Matta.

 

 

 A aplicação dos processos de separação por membranas em alimentos e bebidas é bastante interessante, pois estes processos ocorrem, frequentemente, em temperatura ambiente, permitindo a preservação das substâncias termossensíveis que, na maioria das vezes, conferem sabor e aroma a estes produtos, além de conservar as propriedades vitamínicas.

Os processos de separação por membranas com maior potencial de utilização em alimentos e bebidas são a microfiltração, ultrafiltração, osmose inversa, evaporação osmótica e pervaporação.

A osmose inversa, a ultrafiltração e a microfiltração diferem entre si no tamanho médio dos poros das membranas filtrantes utilizadas em cada um deles, o que implica a necessidade de diferentes faixas de pressão operacional, e no tipo de membrana utilizada, já que no caso das membranas de osmose inversa os poros não existem, ou seja, são membranas densas, nas quais o transporte ocorre pelo mecanismo de sorção-difusão.

O tamanho médio de solutos removidos por cada classe dessas membranas varia de >0,6µm (cerca de >500.000Da) na microfiltração; 0,1– 0,01µm (1.000–500.000Da) na ultrafiltração e <0,001µm (em torno de <100Da) na osmose inversa. Enquanto na microfiltração utilizam-se pressões da ordem de 1 a 5 atm e na ultrafiltração até 10-12 atm, na osmose inversa os processos se dão a pressões de até 80 atm, porque, neste caso, como o nome já diz, ocorre o inverso do fenômeno natural da osmose, ou seja o solvente atravessa a membrana na direção do lado mais diluído da solução. Para tal, é necessário que a pressão aplicada seja superior à pressão osmótica da solução.

As configurações de sistemas com membranas atualmente disponíveis no mercado são de quatro tipos: tubular (tubular, Figura 2), quadro e placas (plate and frame Figura 3), espiral (spiral-wound, Figura 4) e fibra-oca (hollow-fiber, Figura 5). Estes podem ser comparados em função das seguintes características (HABERT, 2006):

  • custo operacional: tubular>quadro e placas>espiral>fibra-oca;

  • área necessária para instalação: tubular>quadro e placas>espiral>fibra-oca;

  • área de membrana por unidade de volume: fibra-oca>espiral>quadro e placas> tubular;

  • fluxo: tubular>quadro e placas>fibra-oca>espiral;

  • resistência à colmatação: tubular>quadro e placas> espiral>fibra oca.

 
      
 
Foto: Luiz Fernando Menezes Silva 
 Figura 2. Membranas tubulares.
 
 
Foto: Luiz Fernando Menezes Silva
 
Figura 3. Membranas planas na configuração quadro e placas.
    

          

Foto: Luiz Fernando Menezes Silva
Figura 4. Membrana de fibra oca.


 

Foto: Luiz Fernando Menezes Silva
 Figura 5. Membrana espiral.
  


Os sistemas são, geralmente, compactos e modulares, o que facilita a ampliação de escala, de fácil operação e consomem pouca energia.

Na Figura 6, vê-se um sistema de membranas de osmose inversa, composto por duas membranas espirais (as membranas encontram-se dentro dos módulos de cor azul).

Em função das suas características, os processos de separação por membranas apresentam um grande potencial de aplicação para a indústria de alimentos.

 

 

 

Foto: Luiz Fernando Menezes Silva 
 Figura 6. Sistema de osmose inversa com membrana espiral.

 

 

Referências

HABERT, A. C., BORGES, C. & NOBREGA, R. Processos de Separação com membranas. E-pappers, 2006, p. 180.

MULDER, M. Basic Principles of Membrane Technology. S.I.: Kluwer Academic Publishers, The Netherlands. p. 363. 1991.

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