roberta del colle desemulsificação de emulsões estáveis de água e

ROBERTA DEL COLLE

DESEMULSIFICAO DE EMULSES ESTVEIS DE

GUA E LEO DE GIRASSOL POR PROCESSO DE

FILTRAO TANGENCIAL

Dissertao apresentada Escola de

Engenharia de So Carlos da

Universidade de So Paulo, como

parte dos requisitos para a obteno do

ttulo de Mestre em Engenharia

Mecnica.

Orientador: Prof. Dr. Srgio Rodrigues Fontes

So Carlos

2005

Aos meus pais, Sebastio Roberto Del Colle e Vera

Lcia Del Colle, dedico o meu trabalho, por terem me dado todo o

apoio e incentivo que precisei para conseguir alcanar mais esse

objetivo. Agradeo a eles por tudo que me proporcionaram, por

terem participado e contribudo para o meu crescimento; tanto

como pessoa como profissional. Tambm ao meu irmo, Vincius e

minha cunhada, Lgia, pela ajuda e dedicao.

AGRADECIMENTOS

Durante a trajetria para a realizao deste trabalho, pude contar com a

colaborao e ateno de vrias pessoas que por fim, merecem meus agradecimentos.

Agradeo primeiramente a Jeov, por ter me dado sade e fora, para perseverar

diante dos obstculos que enfrentei e poder concluir mais essa meta em minha vida.

Tambm ao Prof. Dr. Srgio R. Fontes, pela orientao, ateno, pacincia e

generosidade que demonstrou durante todo o tempo, para que esse trabalho pudesse ser

concludo.

Ao Prof. Dr. lson Longo, pesquisador do Laboratrio Interdisciplinar de

Eletroqumica e Cermica (LIEC) da Universidade Federal de So Carlos, pela

colaborao e sugestes dadas durante a pesquisa e por disponibilizar reagentes e

equipamentos necessrios para o desenvolvimento do trabalho. Aos meus colegas Mrio

Godinho Jnior e Lus Presley S. Santos do LIEC, pela ajuda e ateno dadas durante

todo o trabalho.

Aos tcnicos do Laboratrio de Termodinmica e fluidos: Hlio, Luchesi,

Donizeti, Jorge e Roberto pela ajuda na montagem e manuteno dos equipamentos

usados para a realizao dos experimentos.

Ao Prof. Lus Daniel, chefe do departamento de Engenharia Hidrulica e

Saneamento, por disponibilizar o uso do equipamento para anlise de TOC. Ao

Engenheiro Lus Fernando Porto, Diretor da Cetebra Ltda So Carlos-SP, pela

confeco e doao dos tubos cermicos utilizados na pesquisa.

Ao Instituto de Fsica de So Carlos, por colocar disposio os aparelhos

usados para anlise dos tubos cermicos. CNPq e FAPESP pelo suporte financeiro

desta pesquisa.

Aos meus colegas de trabalho do NETef , especialmente Renata, Grazieli,

Juliana e Ernesto pela amizade e companheirismo.

RESUMO

DEL COLLE, R. (2005). Desemulsificao de emulses estveis de gua e leo de

girassol por processo de filtrao tangencial. Dissertao (mestrado) Escola de

Engenharia de So Carlos, Universidade de So Paulo, So Carlos, 2005.

O processo estudado utilizou tubos cermicos porosos fabricados predominantemente

com alumina e produzidos pela tcnica da colagem de barbotina e sinterizados a

temperaturas prximas a 1450C, para seleo de uma temperatura. O meio micro

poroso foi caracterizado pela tcnica de porosimetria por intruso de mercrio,

apresentando tamanho mdio de poro de 0,5 m. Os tubos foram submetidos

impregnao com soluo de citrato de zircnio (precursor) por capilaridade.

Posteriormente, os tubos foram calcinados e tratados termicamente at 600 e 900C,

com o objetivo de eliminar componentes orgnicos volteis e transformar o precursor no

xido metlico. A impregnao foi realizada em diferentes propores e os tubos

microporosos foram testados na bancada de micro-filtrao, onde foram variados

parmetros fluidodinmicos do processo (Reynolds e presso transmembrana) e

analisada as propriedades fsico-qumicas do volume de permeado, atravs de medidas

da Concentrao de Carbono Orgnico Total (TOC), condutividade eltrica, pH e a

caracterizao da mistura (concentrado) atravs de microscopia ptica. O meio micro

poroso impregnado foi caracterizado por microscopia eletrnica de varredura (MEV),

para analisar a morfologia do material impregnado e sua composio qualitativa. Os

resultados do fluxo de permeado foram analisados e observou-se que os melhores

resultados quanto ao fluxo transmembrana foram obtidos para o tubo impregnado a

900C. O tubo impregnado a 600C apresentou melhor desempenho relativo

desemulsificao, por apresentar menores valores de TOC. Em relao ao processo de

transferncia de massa, o tubo impregnado 900C obteve maiores valores de Sherwood,

portanto a temperatura aps impregnao influenciou no transporte de massa durante o

processo de separao. A reteno da fase leo analisada atravs de medidas de TOC foi

de at 99%.

Palavras-chave: Micro filtrao; emulses; tubos porosos; zircnia; transferncia de

massa.

ABSTRACT

DEL COLLE, R. (2005). Demulsifying of stable emulsions of water and sunflower oil

by cross-flow filtration process. M.Sc. Dissertation School of Engineering of So

Carlos, University of So Paulo, So Carlos, 2005.

The studied process used porous ceramic tubes manufactured predominantly with

alumina and produced by the technique of the collage with barbotina and sintered to

close temperatures for 1450C, for selection of a temperature. The microporous

enviroment was characterized by mercury porosimetry, presenting medium size of pore

of 0,5 m. The tubes were submitted to the impregnation with solution of citrate of

zirconium (precursory) by capillarity. Later on, the tubes were burned and thermally

treated up to 600 and 900C, with the objective of to eliminate volatile organic

components and to transform the precursory in the metallic oxide. The impregnation

was accomplished in different proportions and the microporous tubes were tested in

apparatus of microfiltration process, where were varied fluid dynamics parameters of

the process (Reynolds and transmembrane pressure) and analyzed the physical-chemical

properties of the volume of permeated, through measures of the Concentration of Total

Organic Carbon (TOC), electric conductivity, pH and the characterization of the

mixture (concentrated) through optical microscopy. The enviroment impregnated

microporous was characterized by Scanning Eletronic Microscopy (SEM), to analyze

the morphology of the impregnated material and its qualitative composition. The results

of the flow of having permeated were analyzed and it was observed that the best results

with relationship to the transmembrane flux were obtained for the tube impregnated for

900C. The tube impregnated for 600C presented better relative acting to the

demulsifying, for presenting smaller values of TOC. In relation to the process of mass

transfer, the impregnated tube 900C obtained larger values of Sherwood, therefore the

temperature after impregnation influenced in the mass transport during the separation

process. The retention of the phase oil analyzed through measures of TOC was of up to

99%.

Keywords: Microfiltration, emulsions, porous tubes, zircnia, mass transfer.

NOMENCLATURA

Cb concentrao do meio fluido (ppm)

C0 concentrao do meio fluido na entrada do tubo (ppm)

d dimetro interno do tubo cermico (m)

D coeficiente de difusividade (m2/s)

J fluxo transmembrana (m/s ou l/h m2)

k coeficiente global de transferncia de massa (m/s)

L comprimento do mdulo tubular (m)

Ptm presso transmembrana (N/m2 ou bar)

Q vazo (m3/s)

R raio interno do tubo cermico (m)

Re adimensional de Reynolds: Re = .V.d/

Sc adimensional de Schmidt: Sc = /.D

Sh......adimensional de Sherwood: Sh = kd/D

t tempo (min)

u velocidade mdia (m/s)

Letras gregas

viscosidade (N s/m2 ou centipoise)

densidade (kg/m3)

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. (a) Camada polarizada na superfcie da membrana. (b) Princpio da micro

filtrao tangencial (Ripperger e Altman,2002). ...........................................20

Figura 2. Representao esquemtica da reverso de fluxo (Sondhi et al, 2003)..........30

Figura 3. Mudanas durante o estgio inicial de sinterizao. (a) incio, (b) rearranjo,

(c) formao do pescoo. (Richerson,1992) ..................................................31

Figura 4. Mudanas ocorridas no segundo estgio. (a) crescimento do pescoo e

retrao no volume, (b) crescimento do pescoo e aumento do comprimento

do contorno de gro, (c) crescimento de gro. (Richerson,1992) ..................31

Figura 5. Mudanas no estgio final de sinterizao. (a) crescimento de gros e

descontinuidade da fase dos poros, (b) crescimento de gro e reduo da

porosidade, (c) crescimento de gro com eliminao da porosidade.

(Richerson,1992)............................................................................................32

Figura 6. Princpio da rejeio da gotcula de leo por presso capilar na superfcie da

membrana adaptada de:TING e WU, 1999....................................................39

Figura 7. Reao qumica para produo do citrato metlico........................................45

Figura 8. Bancada experimental. (1) - tanque de armazenagem da mistura; (2) - bomba

de escoamento; (3) - rotmetro; (4) - mdulo com membrana; (5) - sistema de

controle de acelerao da bomba e controle de temperatura; (6) - tanque de

armazenagem de gua fria ou quente. ............................................................49

Figura 9. Anlise de porosimetia por intruso de mercrio dos tubos cermicos

sinterizados a diferentes temperaturas. ..........................................................54

Figura 10. Fluxo trans-membrana em funo do tempo, para os tubos impregnados

queimados at 600C e tubo sem impregnao. Reynolds: Re ~ 20000 (a); Re

~ 16000 (b); Re ~ 12000 (c). ..........................................................................57

Figura 11. Fluxo trans-membrana em funo do tempo para tubo impregnado uma vez

a 900C (a); tubo impregnado com soluo (2,07%) a 600 e 900C (b). ......58

Figura 12. Fluxo trans-membrana em funo do tempo para um processo esttico: tubos

impregnados 2 vezes at 600 e 900C (a); tubos impregnados 1 vez at 600 e

900C (b)........................................................................................................59

LISTA DE FIGURAS

Figura 13. Grfico dos valores adimensionais J/u em funo de Ptm/.u2 para

tubos com tamanho de poro de 0,5 m, impregnados uma e duas vezes,

queimados at 600C e tubo sem impregnao para: Reynolds de 20335 a

22600 (a); Reynolds de 15609 a 16970 (b); Reynolds de 12602 a 13318 (c).

........................................................................................................................61

Figura 14. Grfico entre os parmetros adimensionais J/u em funo de Ptm/.u2

para tubos cermicos com tamanho de poro de 0,5 m, impregnados em

concentraes diferentes, queimados at 600C e 900C e tubo sem

impregnao para: Reynolds de 20335 a 22600 (a); Reynolds de 15609 a

16970 (b); Reynolds de 12602 a 13318 (c)....................................................62

Figura 15. Resultados adimensionais do processo dinmico. Tubo cermico com

tamanho de poro de 0,5 m, impregnado com soluo mais concentrada, com

temperatura de calcinao at 600C e 900C. ..............................................63

Figura 16. Tubos cermicos com tamanho de poro de 0,5 m, impregnados em

concentraes diferentes com temperatura de calcinao at 600C e 900C.

Parmetros adimensionais em processo estacionrio.....................................64

Figura 17. Tubo impregnado uma vez a 600C. Para Re = 22600, 16970, 13318.

Valores de Sherwood para: (a) t = 0 a t = 15 min; (b) t = 15 a t = 30 min; (c) t

= 30 a t = 45 min. Comparao do adimensional de Sherwood (Sh) com a

correlao de Deissler (ZEMAN e ZYDNEY, 1996). ...................................68

Figura 18. Tubo impregnado duas vez a 600C. Para Re = 20335, 16397, 13103.

Valores de Sherwood para: (a) t = 0 a t = 15 min; (b) t = 15 a t = 30 min.

Adimensional de Sherwood. ..........................................................................69

Figura 19. Tubo impregnado uma vez a 900C. Para Re = 20431, 16119, 12655.

Valores de Sherwood para: (a) t = 0 a t = 15 min; (b) t = 15 a t = 30 min; (c) t

= 30 a t = 45 min. Adimensional de Sherwood..............................................70

Figura 20. Tubo no impregnado. Para Re = 22483, 15609, 12602. Valores de

Sherwood para: (a) t = 0 a t = 15 min; (b) t = 15 a t = 30 min; (c) t = 30 a t =

45 min. Adimensional de Sherwood. .............................................................71

LISTA DE FIGURAS

Figura 21. Anlise do permeado. TOC (mg/l) em funo da presso trans-membrana

(bar) para Reynolds: prximo de 20000 (a); prximo de 16000 (b); prximo

de 12000 (c). ..................................................................................................74

Figura 22. Anlise do permeado. TOC (mg/l) em funo da presso trans-membrana

(bar) para processo esttico (a); dinmico (b)................................................76

Figura 23. Fluxo trans-membrana nas presses trans-membrana: 2, 3, 4 e 5 bar para

Reynolds prximo de 20000. .........................................................................77

Figura 24. Valores de pH em funo do tempo do processo, em diferentes Reynolds e

presses trans-membrana (2, 3, 4 e 5 bar). Para tubo impregnado 1 vez a

600C (a); tubo impregnado 2 vezes a 600C (b); tubo sem impregnao (c).

........................................................................................................................78

Figura 25. Condutividade eltrica em funo do tempo do processo em diferentes

presses trans-membrana (2, 3, 4 e 5 bar) e para Reynolds acima de 20000

(a); acima de 16000 (b); acima de 12000 (c). Processo dinmico. ................80

Figura 26. Anlise morfolgica do material cermico tubular impregnado: tubo

impregnado 1 vez (a) e respectivo mapeamento (b); tubo impregnado 2 vezes

(c) e respectivo mapeamento (d). ...................................................................82

Figura 27. Anlise morfolgica do material cermico tubular impregnado. (a) tubo

impregnado 1 vez a 900C e respectivo mapeamento (b)..............................83

Figura 28. Representao de uma partcula e um aglomerado de partculas que podem

se formar na estrutura micro porosa tubular. .................................................84

Figura 29. Espectros dos raios-x realizados atravs do microscpio eletrnico de

varredura. (a) espectro respectivo fig. 4.17 (a); (b) espectro respectivo fig.

4.17 (b) no ponto 1; (c) espectro respectivo fig. 4.17 (b) no ponto 2..........85

Figura 30. Difratogramas de raios-X para amostras de zircnia provenientes da soluo

precursora calcinada e tratada termicamente em temperaturas de 600 e

900C. ............................................................................................................86

Figura 31. Imagens da emulso (concentrado) tiradas atravs de microscpio ptico

com aumento de 150x (a) e 75x (b). ..............................................................87

LISTA DE FIGURAS

Figura 32. Distribuio do tamanho das gotculas de leo presentes na mistura

gua/leo (1%). ..............................................................................................88

Figura 33. Imagens captadas com cmera CCD para medio do ngulo de contato,

entre o lquido e o material impregnado: gua e tubo impregnado 1 vez a

600C (a); leo e tubo impregnado 1 vez a 600C (b); emulso e tubo

impregnado 1 vez a 600C (c)........................................................................89


entre o lquido e o material impregnado: gua e tubo impregnado 1 vez a

900C (a); leo e tubo impregnado 1 vez a 900C (b); emulso e tubo

impregnado 1 vez a 900C (c)........................................................................90


entre o lquido e o material no impregnado: gua e tubo no impregnado (a);

leo e tubo no impregnado (b); emulso e tubo impregnado (c)..................91

SUMRIO

1. INTRODUO......................................................................................................... 13

1.1. Introduo e Justificativa..................................................................................... 13

1.2. Objetivos ............................................................................................................. 17

2. REVISO BIBLIOGRFICA................................................................................. 18

2.1. Microfiltrao Tangencial ................................................................................... 18

2.2. Membranas Inorgnicas ...................................................................................... 25

2.2.1. Processamento Cermico ............................................................................ 30

2.3. Misturas Emulsivas ............................................................................................. 33

2.3.1. Macro e Micro Emulses Teoria e Aplicao .......................................... 33

2.3.2. Aspectos Fsico-Qumicos de uma Emulso e sua Interao com

Membranas ............................................................................................................37

2.3.3. Tratamento de Resduos Industriais ............................................................ 40

3. METODOLOGIA ..................................................................................................... 44

3.1. Preparao do Meio Micro Poroso...................................................................... 44

3.1.1. Sinterizao do material cermico tubular ................................................. 44

3.1.2. Obteno do precursor da zircnia (soluo de citrato de zircnio) ......... 44

3.1.3. Anlise Gravimtrica................................................................................... 45

3.1.4. Impregnao................................................................................................ 47

3.2. Ensaios e Equipamento Experimental................................................................. 47

3.3. Anlise Fsico-Qumica do Permeado................................................................. 50

3.4. Caracterizao da Mistura ................................................................................... 51

4. RESULTADOS E DISCUSSO.............................................................................. 52

4.1. Caracterizao do Meio Microporoso ................................................................. 52

4.2. Anlise dos Resultados do Processo de Micro Filtrao..................................... 55

4.3. Caracterizao da Micro Estrutura Cermica Impregnada.................................. 80

4.4. Caracterizao da Mistura e sua Interao com o Meio Filtrante ....................... 86

5. CONCLUSES E PLANOS FUTUROS ................................................................ 92

6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.................................................................... 95

Introduo 13

1. INTRODUO

1.1. Introduo e Justificativa

Atualmente grande o nmero de pesquisas sobre os processos de micro e

ultrafiltrao. Este processo atuante em vrias reas da engenharia possui grande

potencial para remoo de componentes em misturas slido-lquido, lquido-lquido e

gs-slido. O processo tambm chamado filtrao tangencial requer a circulao do

fluido por uma superfcie permevel confinada (membrana seletiva) sendo a mistura

sujeita a diferenas de presses trans-membrana entre 1 e 8 bar.

Esta espcie de filtrao classificada de acordo com o tamanho das partculas a

serem separadas, tratando-se de uma separao de natureza fsica, sem a necessidade de

uso de substncias qumicas, que podem poluir o meio ambiente. A tecnologia com

membrana vantajosa quando comparada ao processo convencional de extrao de

gua, em que necessria a mudana de estado do solvente durante o processo.

Evaporao e congelamento so tcnicas comuns de extrao de gua de produtos

lquidos. O processo com membrana torna-se mais vivel economicamente, pois no

necessita da mudana de estado para ocorrer separao.

A maior vantagem deste tipo de filtrao a boa adaptao a materiais sensveis

a temperatura e ausncia de compostos qumicos como os processos de destilao e

precipitao. A filtrao por membrana oferece simplicidade e baixo custo de operao

em comparao com a separao por centrifugao, filtrao a vcuo e secagem por

vaporizao (spray drying). A microfiltrao tambm utilizada na produo de sucos e

accares em seu processo de concentrao, sendo economicamente vantajosa por

consumir menor energia em relao ao equipamento tradicional de evaporao

(QUEIROZ, 2004).

Introduo 14

Neste tipo de processo, no necessrio equipamentos de manuteno

complexos que envolvem transferncia de calor, mas apenas a operao da membrana

que requer energia eltrica para funcionamento da bomba hidrulica e, podendo estar

situada longe da planta de gerao de energia primria. No necessrio condensadores,

evitando problemas como poluio trmica e sobrecarga do sistema de tratamento de

efluentes.

O processo de filtrao tangencial apresenta vantagens significativas como: i) a

mesma tecnologia pode ser aplicada em diversos setores da indstria; ii) a preciso na

seletividade da membrana alta, e a qualidade do permeado tem pouca variao; iii) a

tcnica minimiza o uso de agentes qumicos; iv) concentrados de macromolculas e

leos so alcanados acima de 70%; v) a instalao compacta e requer menor

consumo de energia do que processos trmicos; vi) a planta pode ser automatizada

requerendo baixa manuteno.

O conhecimento do processo de separao gua-leo de grande importncia na

indstria petroqumica, qumica e de alimentos, especialmente na soluo de problemas

relativos proteo do ambiente aqutico. Desta forma, a tecnologia com membranas

tem sido intensamente investigada como tcnica alternativa para a separao de

emulses estveis de hidrocarbonetos (SRIJAROONRAT, JULIEN e AURELLE,

1999), contribuindo no processo de remoo de leos em misturas com gua (XU et al,

1999).

A literatura apresenta muitas investigaes a respeito do tratamento de emulses

utilizando a filtrao tangencial (LOPEZ et al, 19995 e NAZZAL e WIESNER, 1996).

Koltuniewicz e Field (1996) estudaram experimentalmente a separao de leo de guas

atravs do uso de membranas. Variando parmetros que influenciam diretamente o

processo, tais como, presso trans-membrana, regime de escoamento, concentrao de

leo e temperatura. Foram comparados os desempenhos de membranas polimricas e

cermicas, atravs da anlise das curvas de fluxo trans-membrana com o tempo. As

membranas cermicas demonstraram melhor desempenho, com pouca queda do fluxo

trans-membrana e inibio do efeito de polarizao.

Hyun e Kim, 1997 apresentam um estudo a respeito do desempenho de

membranas cermicas sintetizadas especialmente para o tratamento de emulses

originrias da indstria petroqumica. As membranas de alumina e zircnia foram

Introduo 15

caracterizadas a partir do processo de separao de misturas preparadas com gua

deionizada e querosene.

Nesse estudo a distribuio do tamanho de gotas de leo foi medida utilizando

um analisador de partculas. O processo foi mantido para presses trans-membrana no

intervalo de 1 a 3 bar e velocidade mdia no tubo poroso no valor de 0,27 m/s, em

condies tpicas de microfiltrao. A eficincia de separao foi verificada atravs da

anlise qumica de carbono total no permeado. O coeficiente de rejeio alcanou 98%

usando membranas de 0,16 m (tamanho mdio dos poros), com vazes de permeado

da ordem de 250 l/h m2.

Para emulses estveis tpicas da indstria alimentcia (oliva/gua) a

ultrafiltrao tambm tem sido uma opo vantajosa, pois reduz o uso de estabilizantes

qumicos tpicos de processos convencionais (NABI et al, 2000). O uso de membranas

cermicas tambm foi satisfatrio na produo de casena (VIOTTO e RIZVI, 1998).

Venturini, Dornier e Belleville (2000) estudaram a otimizao da microfiltrao

no processo de concentrao do suco de laranja. Outras investigaes so desenvolvidas

pelo primeiro autor envolvendo a clarificao no processamento de bebidas licorosas.

Pesquisas com membranas cermicas foram inicialmente direcionadas na

preparao de membranas de alumina, estas foram amplamente aplicadas, mas

atualmente, vrios outros materiais tais como: zircnia, titnia e slica esto sendo

considerados. Dentre esses, zircnia o material mais interessante para membranas

inorgnicas. As qualidades excepcionais de membranas de zircnia so: alta resistncia

qumica que permite esterilizao a vapor e procedimentos de limpeza em ampla faixa

de pH (0-14), boa permeabilidade em gua pura e alto fluxo na separao e filtrao

devido s propriedades de superfcie especficas da membrana e alta estabilidade

trmica, que muito atrativa no caso de membranas usadas em reatores de catlise a

altas temperaturas.

Emulses gua-leo emitidas de indstrias siderrgicas so um dos maiores

poluentes do ambiente aqutico. Ultra ou microfiltrao com membranas cermicas

um dos mtodos de separao mais eficazes em comparao com mtodos de separao

tradicionais, neste caso. Alguns estudos com membranas de zircnia mostraram

vantagens no desempenho da separao quando comparadas com outras membranas, tal

como: alto fluxo, menor obstruo dos poros, alta rejeio do leo (YANG et al, 1998).

Introduo 16

O comportamento de membranas alumina-zircnia provavelmente atribudo as

diferentes propriedades superficiais do material, tal como tenso superficial, carga de

superfcie e soro de ons em soluo aquosa.

O leo de girassol vem ganhando um crescente espao no comrcio nacional e

internacional devido excelente qualidade do leo comestvel extrado de sua semente.

A qualidade e digestibilidade dos leos comestveis so determinadas pela quantidade e

qualidade dos cidos graxos insaturados que os compem. fundamental a presena do

cido linolico em quantidades adequadas, j que o organismo humano no consegue

sintetiz-lo, o leo de girassol considerado o de melhores caractersticas nutritivas

pelo alto teor de cido linolico (cido graxo insaturado). O acmulo de cidos graxos

saturados no organismo humano est diretamente ligado ao aumento de colesterol,

responsvel por doenas cardiovasculares.

Reduzindo a quantidade de saturados em relao aos insaturados, espera-se que

haja reduo dessas doenas. Em vista disso, o leo de girassol torna-se excelente para

consumo. O leo de girassol apresenta ainda grande vantagem, pr sua capacidade de

conservao por perodos prolongados, devido ao baixssimo contedo de cido olico

(Aboissa leos Vegetais). O leo de girassol refinado tambm utilizado pela

indstria de conservas. As margarinas e os cremes vegetais so cada vez mais

consumidos. Com o aumento na produo da indstria que processa leos comestveis,

o problema da gerao residual de emulses tambm deve ser considerado. Tambm

usado na fabricao de sabes, como leo industrial e na indstria de tintas e

recentemente vem sendo usado como combustvel alternativo (biodiesel) devido as suas

inmeras vantagens ambientais, sociais e econmicas.

Sendo que o maior benefcio proporcionado por esse combustvel alternativo

ambiental, pois sua emisso de dixido de carbono 78% inferior do leo diesel.

Desse modo, haver uma contribuio para a reduo dos gases que provocam o efeito

estufa, que aumenta a temperatura da Terra.

Introduo 17

1.2. Objetivos

O objetivo geral desta dissertao a investigao experimental do processo de

filtrao tangencial aplicado na desemulsificao de misturas estveis de gua e leo

vegetal (girassol). No processo foram utilizados como meio filtrante, tubos porosos de

alumina, sujeitos tambm ao tratamento qumico atravs da impregnao de zircnia.

Os objetivos especficos so:

Impregnao do xido metlico (zircnia) em concentraes diferentes no meio

filtrante (tubos cermicos micro porosos de alumina).

Estudar o desempenho do processo de filtrao tangencial para a desemulsificao de

emulses utilizando-se tubos micro porosos com e sem impregnao de zircnia.

Caracterizao do meio filtrante e do processo quanto aos mecanismos de

transferncia de massa, atravs da investigao com medidas de propriedades fsico-

qumicas do permeado e com variao de parmetros fluidodinmicos: nmero de

Reynolds e presso trans-membrana.

Reviso Bibliogrfica 18

2. REVISO BIBLIOGRFICA

2.1. Microfiltrao Tangencial

Vrias tcnicas como a nanofiltrao, ultrafiltrao, microfiltrao e osmose

reversa por membrana, podem ser usadas para separao de misturas (slido/slido ou

lquido/lquido). A distino entre elas se faz pela presso a ser aplicada no processo e o

tamanho da partcula. A seletividade quanto ao tamanho das partculas a serem

separadas indica qual a melhor tcnica a ser usada. A natureza fsico-qumica da prpria

membrana controla quais componentes da mistura sero filtrados e quais sero retidos.

A microfiltrao tem sido usada desde o incio do sculo 20, com a preparao

de membranas micro porosas sintticas baseadas na celulose. Nos ltimos 30 anos o

processo de micro filtrao vem sendo utilizado em vrios processos industriais,

atualmente a sua aplicabilidade tem aumentado em vrias reas como, no tratamento de

gua para consumo humano.

Micro filtrao um processo de separao que utiliza um gradiente de presso

como fora motriz, separando partculas com tamanho de 0,06 a 10m, atravs de

membranas micro porosas. Portanto, a micro filtrao est classificada entre a

ultrafiltrao e a filtrao convencional. A separao de partculas de materiais distintos

ocorre espontaneamente em funo de seus tamanhos, independente da temperatura e da

densidade do material a se separar. Esse processo de separao se baseia no efeito

peneira molecular e macromolecular, que limitado pela superfcie da membrana.

Existem dois tipos de micro filtrao que so empregados: o mtodo perpendicular e o

tangencial.

Na micro filtrao perpendicular ou convencional, o fluxo de alimentao se

estabelece perpendicularmente superfcie da membrana, e as partculas se concentram


na superfcie e/ou nos poros da membrana, formando uma camada de filtrado slido que

com o tempo pode aumentar e consequentemente diminuir a eficincia da filtrao. Um

aumento da presso pode melhorar o processo por pouco tempo, porm, quando os

poros so obstrudos, o fluxo interrompido e a membrana tem que ser trocada,

tornando o mtodo pouco vivel economicamente. Este tipo de incrustao pode ser

controlada e reduzida com a micro filtrao tangencial (SCOTT, 1995).

Tal incrustao pode ocorrer nos dois mtodos, no entanto ocorre mais

facilmente na micro filtrao convencional, pois o fluxo chega diretamente na

membrana, assim, este mtodo recomendado para lquido pouco concentrado em

slido; diferentemente da micro filtrao tangencial utilizada para lquido contendo alta

concentrao de slidos.

A corrente de alimentao mantida sem interrupo atravs de uma membrana

no processo de micro filtrao tangencial, com velocidade e presso especficas, de

acordo com as necessidades de cada experimento. Uma velocidade de alimentao baixa

evita a rpida formao da camada de polarizao, proporcionando um controle da

incrustao do mdulo.

Na micro filtrao tangencial, o fluido pode ser filtrado mantendo-se o fluxo

paralelo superfcie da membrana e consequentemente o fluxo de permeado pela

mesma, tambm devido diferena de presso. O fluxo tangencial em intervalos

adequados ao regime de escoamento, pode reduzir a formao da camada de polarizao

no meio filtrante, possibilitando um fluxo de filtrado quase constante por muito tempo.

Quando uma corrente tangencial filtrada, ocorre-se a formao de uma camada

de polarizao na membrana (figura1.(a)), que causada pela constrio do tamanho do

poro, bloqueio do poro, ou deposio de clulas, restos de clulas ou outras partculas

da mistura, tais como macromolculas no topo da superfcie da membrana, fazendo-se

com que a vazo do permeado diminua (CZEKAJ, LPEZ e GELL, 2001).

Os processos da filtrao tangencial so principalmente determinados pela

formao desta camada de polarizao na membrana. Um melhor conhecimento da

formao da camada e da deposio de partculas na membrana poderiam resultar em

um uso mais econmico da filtrao tangencial em muitas aplicaes tcnicas

(RIPPERGER e ALTMANN, 2002).


Figura 1. (a) Camada polarizada na superfcie da membrana. (b) Princpio da micro filtrao tangencial

(Ripperger e Altman,2002).

Em micro filtrao, os colides (bactrias e suspenses macromoleculares)

podem aderir superfcie da membrana ou poros, dependendo do tamanho e da forma

do colide. A reteno das partculas junto superfcie da membrana devido ao

fenmeno da camada de polarizao. Este fenmeno manifestado devido diminuio

da vazo de permeado e alterao nas propriedades seletivas da membrana, e tem sua

origem devido s interaes fsico-qumicas da mistura com a membrana.

Partculas muitas menores que os poros da membrana podem ser depositadas

internamente, as quais podem bloque-los, e partculas muito maiores sero depositadas

na superfcie da membrana formando uma camada de resistncia conforme mostra a

figura 1.(a).

Por outro lado, outro efeito de entupimento chamado fouling provoca alterao

irreversvel devido a interaes fsicas e/ou qumicas especficas entre a membrana e os

vrios componentes presentes na mistura. A vazo de filtrado e soluto passam a ter

variaes semelhantes quelas associadas com o fenmeno de polarizao. No entanto,

a polarizao um fenmeno reversvel em nvel de camada limite podendo ser

controlada, por exemplo, com condies de operao de fluxo reverso.

Um dos maiores problemas relacionados ao entendimento do mecanismo da

formao do fouling, distingu-lo entre os efeitos de polarizao. Muitos


pesquisadores tm atribudo o rpido declnio da vazo como o comeo do processo de

polarizao.

Certos parmetros neste processo, tais como: velocidade tangencial, presso e

temperatura, podem influenciar no comportamento do fouling. De todos esses fatores

trs categorias gerais devem ser examinadas: propriedades do material da membrana,

propriedades do soluto e parmetros de operao, cada um destes podem interagir entre

si e complementar significativamente efeitos diferentes em combinao do que se esses

efeitos fossem estudados separadamente ou com modelos de sistemas.

Uma conseqncia evidente do fouling o alto custo de manuteno e limpeza

da membrana causada pelo pequeno fluxo mdio. Como resultado, dependendo da

natureza e extenso do fouling, a restaurao do fluxo pode requerer agentes potentes de

limpeza, que podem reduzir a vida til da membrana. Para membranas de acetato de

celulose que tem um limite de pH, temperatura e taxa de tolerncia de cloro, isso pode

se tornar um problema, ao contrrio de outras membranas polimricas e outras

membranas inorgnicas que podem tolerar procedimentos de limpeza agressivos.

Rejeio e rendimento podem ser afetados. Se a armazenagem de slidos na membrana

significante o bastante, ela pode agir como membrana secundria e mudar a eficincia

da separao e propriedades de transporte do sistema.

Partculas muito menores que os poros da membrana podero se depositar no

interior deles conforme a figura 1(a), conduzindo ao fechamento do poro. Partculas de

tamanho semelhante ao poro bloquearo o mesmo e partculas maiores causaro a

formao de uma camada, com a porosidade dependendo do tamanho da partcula

(QUEIROZ, 2004).

De acordo com Belfort, Davis e Zydney (1994), incrustaes coloidais ocorrem

em dois estgios: incrustaes internas e externas. A incrustao interna causada pela

adsoro ou deposio de partculas pequenas e macromolculas dentro da estrutura

interna dos poros.

Para descrever a incrustao interna dois modelos foram propostos: modelo

padro de bloqueio (Standard Blocking ModelSBM), que assume que as molculas so

adsorvidas nas paredes do poro, reduzindo seu dimetro efetivo; e o modelo de bloqueio

do poro (Pore Blocking ModelPBM), este modelo assume que as molculas ou

agregados bloqueiam completamente alguns dos poros deixando outros inalterados. Os

dois fenmenos podem ocorrer durante a filtrao. A incrustao externa descrita pelo


Modelo de filtrao de camada (Cake Filtration ModelCFM) que assume que o agente

filtrado (clula, restos de clulas e agregados) forma uma camada na superfcie da

membrana e a resistncia cresce gradualmente.

Existe uma enorme variedade de espcies inorgnicas que podem causar um

significante fouling em membranas durante a micro filtrao. Muitos destes compostos

inorgnicos esto presentes nos alimentos e nas guas de superfcie. Eles incluem

sulfato de clcio, carbonato de clcio, slica, xidos metlicos e hidrxidos

(principalmente de ferro e alumnio), colides de enxofre, e outros particulados

inorgnicos. O entupimento causado por compostos de metais e sais, geralmente ocorre

por precipitao ou floculao dentro dos poros da membrana. Em vrios processos, sais

de clcio so um dos mais importantes agentes de induo ao entupimento fouling,

como por exemplo, na indstria de processamento de queijo (ZEMAN e ZYDNEY,

1996).

No trabalho de Yang et al. (1998), um fluxo mais alto e estvel foi observado

para membrana compsita de zircnia para processo de micro filtrao, na qual houve

um fouling num grau insignificante, em comparao com trs membranas (com

diferentes porosimetrias) alumina, devido a um evidente entupimento causado pelo leo.

Pde-se concluir que a membrana zircnia com dimetro de poro de 0,2 m, foi a

membrana escolhida para tratamento de emulso gua-leo devido ao seu melhor

desempenho.

O processo de micro filtrao tangencial pode ser:

Descontnuo (ou batelada):

O produto a ser filtrado recirculado tanto quanto necessrio at se obter a

concentrao desejada de slido no tanque de alimentao ou at que o mesmo atinja os

limites de fluidez. Nesse momento diminui a eficincia da filtrao e o processo

interrompido.

Contnuo:

Parte do volume do concentrado retirado continuamente de circulao. O

volume equivalente soma do volume concentrado retirado e do volume filtrado, obtido

at aquele instante em que introduzido no tanque de alimentao.

A micro filtrao tangencial pode ser processada de dois modos: mantendo-se a

presso constante atravs do meio filtrante, com conseqente perda de vazo ou


aumentando-se a presso para manter a vazo. Por medida de segurana o primeiro

modo usado.

Estes fenmenos hidrodinmicos podem ser quantificados por diferentes

parmetros, como, tenso de cisalhamento ou taxa de deformao na parede da

membrana, velocidade tangencial, presso trans-membrana, resistncia da membrana e

da camada de polarizao, nmero de Reynolds e efeitos de superfcie da partcula.

Dentre estes parmetros, o mais utilizado a velocidade tangencial, principalmente

quando a influncia qualitativa do fluxo tangencial no permeado estudada, mas

qualquer parmetro pode ser utilizado quando correlaes so desenvolvidas para

representar este fluxo.

Os modelos que descrevem a micro filtrao tangencial so: modelos empricos

e fsicos. Modelos fsicos so focalizados, porque consideraes empricas so teis na

prtica, mas no so muito significativas para o entendimento do processo fsico de

filtrao tangencial. A diviso dos modelos fsicos em macroscpico e microscpico

prtica, porque a aproximao macroscpica considera o sistema particulado como um

todo, j o microscpico considera o comportamento de uma nica partcula durante a

filtrao. Essas aproximaes reduzem um grande nmero de influncia de parmetros

para trs mecanismos fsicos:

hidrodinmica das partculas

difuso das partculas

interaes da partcula e efeitos de superfcie.

Na dcada de setenta, os primeiros modelos macroscpicos da filtrao

tangencial, basearam-se na difuso e concentrao de polarizao de membrana. Estes

modelos consideram os parmetros que afetam o fluxo no caso de slidos suspensos

com modelos matemticos baseados na difuso. O movimento de difusividade das

partculas causa um transporte oposto ao transporte convectivo do filtrado. No estado

estacionrio, ambos os mecanismos de transporte esto em equilbrio. A taxa de

filtrao pode ser calculada pela equao 1 (ZEMAN & ZYDNEY, 1996) da seguinte

forma:

=

=

PF

PM

PF

PMF CC

CCkCCCCD lnln

(1)


O coeficiente de transferncia de massa k a relao do coeficiente de difuso D

e a espessura da camada limite de concentrao . A concentrao do componente a ser

separado no lquido permevel CP, determinado pelas caractersticas da membrana. O

CF a concentrao da alimentao. A concentrao na superfcie da membrana CM, a

concentrao mxima de um sistema de partcula de fluxo. Os modelos de difuso

macroscpicos so freqentemente um caso incerto de modelos semi-empricos e

empricos, porque eles no consideram s efeitos de corrente trmica e difuso

turbulenta. Este modelo inclui todos os efeitos da interao, hidrodinmica e difuso das

partculas, em um coeficiente de difuso D.

O ponto de partida de modelos microscpicos a considerao das foras agindo

numa nica partcula. Na modelagem quatro agentes diferentes esto sendo

desenvolvidos, tais agentes predizem o fluxo limite para a operao de micro filtrao.

O fluxo limite a presso independente do fluxo, obtida quando altas presses trans-

membranas so aplicadas. Depende da velocidade tangencial, temperatura, propriedades

de suspenso na alimentao e da geometria do mdulo da membrana.

Levando em considerao a influncia de foras de interao da partcula no

processo de micro filtrao tangencial, esta se torna significativa para determinar dois

efeitos:

influncia no sistema de partculas pela ao da aglomerao ou floculao;

influncia no comportamento de deposio da partcula e ressurgimento de

partculas vindas da camada.

A micro filtrao tornou-se um processo estabelecido para a separao de micro

partculas, bactrias e emulses em uma variedade de aplicaes industriais.

Freqentemente uma concentrao muito alta de uma mistura fluida pode ser alcanada,

por isso a micro filtrao tangencial normalmente utilizada em combinao com

outros processos de separao (RIPPERGER e ALTMANN, 2002). Atualmente este

modo de operao padro em vrias aplicaes nas reas mdicas e tcnicas,

conhecido tambm como filtrao dinmica. Tambm pode ser usada para a produo

de lquidos puros, para a concentrao de suspenses, recuperao de produtos e

regenerao de processos lquidos.

A micro filtrao tangencial utilizada em diferentes tipos de indstrias,

demonstrando uma extensa aplicao desta tcnica de separao em:


Clarificao de suco de fruta, vinho, sidra e vinagre;

Separao de gordura e remoo bacteriana do leite;

Remoo do fermento de cerveja;

Clarificao de soro antes de outra etapa de filtrao por membrana, como

ultrafiltrao ou eletrodilise;

Tratamento da gua potvel sem adio de substncias qumicas (reduo da

carga microbiana);

Filtrao de caldos de fermentao;

Tratamento de guas residurias de processos metalrgicos gerados de misturas

gua/leo (QUEIROZ, 2004).

2.2. Membranas Inorgnicas

A membrana pode ser constituda por um polmero orgnico ou inorgnico,

metal, cermica, camadas qumicas ou mesmo lquidos ou gases. A aplicao de uma

fora direcionada (presso, concentrao, potencial eltrico, etc.) pressionam alguns

elementos da soluo pela membrana. A membrana controla a taxa relativa do

transporte de vrias espcies, e como toda separao, proporciona um produto com

baixas concentraes de um determinado componente e um outro produto com altas

concentraes do mesmo.

O desempenho da membrana definido em termos de dois fatores simples, fluxo

e reteno ou seletividade. Fluxo ou taxa de permeado o fluxo volumtrico de fluido

que passa atravs da membrana por unidade de rea por tempo. Seletividade uma

medida da taxa relativa de permeado de vrios componentes atravs da membrana.

Nos processos de micro filtrao e ultrafiltrao, o gradiente de presso atravs

da membrana deve conduzir o solvente e as pequenas espcies pelos seus poros,

enquanto as molculas mais largas devem ser retidas. Assim, uma vazo de alimentao

dividida em duas, a vazo do concentrado que ser enriquecido de macromolculas

retidas e a vazo do permeado que ser deficiente em macromolculas.

A estrutura dos micro poros da membrana deveria ter uma pequena distribuio

do tamanho dos poros para garantir a reteno quantitativa das partculas de um mesmo

tamanho e tipo (RIPPERGER e ALTMANN, 2002). Outra caracterstica importante a


alta permeabilidade da membrana que leva a altas taxas de filtrao com pequenas

diferenas de presses.

As propriedades dos micro poros das membranas so determinadas atravs do

processo e materiais usados. As membranas polimricas so geralmente usadas nos

procedimentos de filtrao. Estes tipos de membrana so favorveis em termos da

relao custo/benefcio. As membranas de micro filtrao (MF) de materiais

inorgnicos como a cermica, o metal e o carbono, so utilizadas quando necessrio,

por exemplo, uma alta estabilidade trmica.

As membranas podem ser classificadas segundo as vrias caractersticas da sua

natureza:

a) Natural ou sinttica;

b) Estrutura porosa ou no;

c) Ao de mecanismo: adsortiva ou difusiva, troca inica, osmtica ou

membranas no seletivas.

Dentre as membranas inorgnicas, destacam-se as cermicas por serem timos

materiais para a produo dos tubos de filtrao, pois permite alta velocidade de

alimentao da filtrao tangencial, resultando em um regime turbulento que previne a

formao de incrustaes e garante um fluxo altamente permevel.

Membranas minerais ou cermicas deveriam ser extremamente versteis, visto

que elas so feitas de materiais inorgnicos e, portanto deveriam ter poucas das

desvantagens associadas com membranas polimricas. Camadas de alumina sinterizada

no sero retiradas sob condies de alta temperatura, presso ou queda de fluxo.

Porm, deve-se lembrar que, ainda que a prpria membrana seja muito resistente a

parmetros de operao extremos, a presena de materiais orgnicos no mdulo limita

seu desempenho (CHERYAN, 1998).

Algumas vantagens das membranas cermicas em comparao com as

polimricas so:

Resistncia a temperaturas acima de 280 C (especialmente modelos

desenvolvidos e sistemas acima de 700C);

Boa resistncia corroso: resistente a solventes orgnicos e extensa faixa de

pH;


Membranas cermicas so apropriadas para limpeza e esterilizao;

Longa vida operacional;

Quimicamente inerte: aplicaes variadas na indstria.

As apresentadas acima mostram que este tipo de membrana tem diversas

aplicaes nos processos de separao, como, por exemplo, misturas de tinta/gua,

emulses gua/leo, tratamento de esgoto, etc.

As desvantagens em relao s membranas polimricas so:

Devido sua fragilidade deve ser manuseada com cuidado;

A taxa superficial rea/volume baixa, conduzindo a sistemas com maiores

dimenses;

Segundo Scott (1995), o investimento inicial em membranas de cermica

alto.

Membranas cermicas hoje movimentam uma gama variada em termos de

materiais (de alfa alumina a zircnia), aplicaes (de filtrao de suco de maa a xido

de zinco) e benefcios. Porm, elas so relativamente discutidas, ainda so recente no

mundo da filtrao tangencial de lquidos. Ento, novas aplicaes e benefcios de

forma crescente esto sendo encontrados para o uso dessas membranas.

Clarificao de sucos de fruta natural como maa e uvas so uma das mais

amplas e bem sucedidas aplicaes de membranas cermicas. Membranas cermicas de

filtrao fornecem uma alternativa particularmente atrativa, substituindo tratamentos

convencionais. Membranas produzem clarificao superior de sucos e baixo custo

comparado com processos de clarificao convencionais (SONDHI et al, 2003).

Na filtrao do caldo da cana de acar, podem-se usar membranas cermicas

em diversos estgios no produto bruto at no refino do acar. Uma oportunidade

interessante do uso da micro/ultrafiltrao est na clarificao do suco e/ou pr-

evaporao do suco como um pr-tratamento para separaes atravs de troca-inica ou

por cromatografia. A necessidade de compra, preparao e uso de filtros eliminado, no

caso da micro ou ultrafiltrao, em algumas aplicaes, o custo do equipamento

necessrio para desidratar os filtros pode ser comparado ao custo do sistema de

membrana.


Em muitas indstrias alimentcias e de bebidas, solues custicas aquecidas so

usadas para limpar uma variedade de equipamentos tais como: tanques, misturadores,

evaporadores e cristalizadores. Isto necessrio para manter condies prprias de

limpeza entre as produes em srie. As solues custicas consumidas contm slidos

suspensos (polpas, protenas de baixo peso molecular, polmeros orgnicos e

oligossacardeos), e aditivos tais como agentes umidecedores e surfactantes. Membranas

cermicas so capazes de reter os slidos suspensos e permitir a permeao dos aditivos.

Essas membranas so resistentes ao ataque biolgico e esterilizao vapor, por

isso que provavelmente h menor contaminao por bactrias. Tal aspecto altamente

atrativo para indstrias alimentcias e farmacuticas. Ultrafiltrao ou osmose reversa

com membranas pode substituir processos convencionais de alimentos, como por

exemplo, destilao, por isso minimiza a degradao trmica e reduz o consumo de

energia (WU e LEE, 1999).

leo de soja tipicamente extrado de tortas do gro por hexano, no processo do

leo comestvel. O extrato bruto normalmente contm de 25-30% em peso de leo de

soja. O hexano que removido por destilao consome a maior parte do custo de

energia de uma planta tpica para produo de leo de soja. A praticabilidade do uso de

processos com membranas para remover o solvente do leo vegetal cru foi examinada

por Kseoglu et al. (1990). Porm, as membranas polimricas foram prejudicadas pelo

hexano. Se o hexano parcialmente separado por ultra filtrao usando membranas

cermicas, o consumo de vapor pode ser menor do que o processo de destilao eltrico.

Solventes orgnicos causaram danos em membranas de material polimrico, por

mudar a estrutura dos poros. A instabilidade dessas membranas em solventes no

aquosos representa uma de suas maiores desvantagens, ao contrrio de membranas

inorgnicas. Guizard et al. empregou membranas de alumina, zircnia e slica na

ultrafiltrao para separao do asphaltene (ou betume - um dos produtos que forma a

mistura de hidrocarbonetos mais pesados que ficam no fundo de uma torre de destilao

fracionada do petrleo bruto) do leo cru no intervalo de temperatura de 155-180C, e

encontrou que membranas zircnia mostraram maior fluxo do que membranas alumina

e slica por causa do baixo nvel de interao com asphaltene (TSURU et al, 2001).

Hyun e Kim (1997) testaram membranas sintticas em sistema de micro filtrao

tangencial para separao do leo de emulses leo em gua, com presso trans-

membrana de 0,98 a 2,94 bar, velocidade tangencial de 0,27 a 0,55 m/s, e concentrao


da emulso de 600 a 11.000 ppm temperatura ambiente. Eles observaram que

variaes para essas condies no causaram eficincia na separao do leo. Testaram

tambm o fluxo do permeado e a eficincia na separao do leo para membranas

compsitas de alumina e zircnia, ambas com parmetros de operao iguais (presso

trans-membrana de 2,94 bar e velocidade tangencial de 0,27 m/s temperatura de 25

C). Em ambos os casos, houve uma queda significativa no fluxo do permeado, mas mais

abrupta para a membrana compsita de alumina (de 280 a 50 L/m2.h em 20 minutos de

operao) devido a uma torta criada na superfcie da membrana pelas gotculas de leo

acumuladas, que causaram uma barreira aumentando a resistncia ao fluxo. Mas depois

de certo tempo, o fluxo mostrou-se quase constante.

O fouling foi pouco pronunciado para a membrana compsita de zircnia, pois o

dimetro dos poros da mesma (0,07 m) era menor do que os da membrana compsita

de alumina (0,16 m). Assim, as gotculas de leo relativamente grandes causam um

maior bloqueio nos poros da membrana compsita de alumina em relao outra. As

duas membranas apresentaram quase 100% de eficincia na remoo de leo da

emulso o/a.

Membranas cermicas so ideais para limpeza com agentes qumicos a altas

temperaturas, de vez em quando usando soda custica, cloro, perxido de hidrognio,

oznio e cidos inorgnicos fortes e/ou usando esterilizao vapor. Essas membranas

tambm podem ser foradas reversamente, que basicamente uma tcnica que inverte o

fluxo do permeado para reduzir o fouling e aumentar a eficincia da filtrao. Esta

tcnica um mtodo in situ para limpar a membrana por reverter periodicamente o

fluxo do permeado atravs da presso aplicada ao lado do permeado (SONDHI et al,

2003). Desta forma, o lquido do permeado forado a voltar atravs da membrana para

o lado da mistura de alimentao, conforme mostra a figura 2.


Figura 2. Representao esquemtica da reverso de fluxo (Sondhi et al, 2003).

Esse fluxo reverso do permeado expulsa partculas depositadas dentro dos poros,

que so carregadas para fora do mdulo da membrana atravs do fluxo tangencial do

retentado ou concentrado, ou ento podem depositar-se novamente na superfcie

superior da membrana.

As membranas inorgnicas e de cermicas, geralmente, so encontradas na

forma tubular, sendo de canal simples ou de multicanal. Cuidados especiais devem ser

tomados com seus O-rings, gaxetas e tampes que so utilizados para manter seus

elementos em suas posies. Em todos os mdulos inorgnicos, a alimentao flui

dentro dos canais, enquanto o permeado escoa atravs do suporte (CHERYAN, 1998).

Titnio (TiO2) sinterizado em material poroso dentro dos tubos para formar

uma membrana de micro filtrao permanente com tamanho de poro de 0,1 m. Devido

suas excelentes propriedades qumicas e alta resistncia temperatura, so utilizadas em

processos de alta temperatura, filtrao crtica de lubrificao de leos. As membranas

de prata so atacadas pelos cidos sulfrico e ntrico, e como a maioria das membranas

inorgnicas so muito caras. Existem tambm as membranas de alumnio (QUEIROZ,

2004).

2.2.1. Processamento Cermico

A sinterizao uma tcnica de densificao do compacto cermico particulado.

Ocorre essencialmente remoo dos poros entre as partculas unitrias (acompanhado de


retrao do componente), junto com o crescimento e forte unio entre as partculas

adjacentes, assim, o compacto cermico se torna uma massa coerente. Geralmente a

energia de ativao e sustentao do processo de densificao fornecida na forma de

calor. A sinterizao ocorre frequentemente atravs de trs estgios de acordo com a

seqncia das mudanas fsicas. No primeiro estgio ocorre um rearranjo e incio da

formao de pescoo (figura 3).

Figura 3. Mudanas durante o estgio inicial de sinterizao. (a) incio, (b) rearranjo, (c) formao do

pescoo. (Richerson,1992)

No segundo estgio h um crescimento de pescoo, crescimento do gro e alta

retrao (figura 4).

Figura 4. Mudanas ocorridas no segundo estgio. (a) crescimento do pescoo e retrao no volume, (b)

crescimento do pescoo e aumento do comprimento do contorno de gro, (c) crescimento de gro.

(Richerson,1992)


No terceiro estgio ocorre grande crescimento de gro, fase porosa descontnua,

crescimento dos contornos de gros e posterior eliminao dos poros (figura 5).

Figura 5. Mudanas no estgio final de sinterizao. (a) crescimento de gros e descontinuidade da fase

dos poros, (b) crescimento de gro e reduo da porosidade, (c) crescimento de gro com eliminao da

porosidade. (Richerson,1992)

Durante a sinterizao, as partculas se unem mais intimamente, reduzindo a

porosidade. A fora motriz necessria para esse processo fornecida pela diminuio da

energia superficial total, devido ao contato e crescimento entre os gros. Os tomos dos

gros pequenos so transferidos para os maiores, e os poros so substitudos pelo

material constituinte. Essa transferncia de massa pode ser acompanhada por quatro

mecanismos distintos, mas algumas vezes simultneos. A tabela 1 apresenta estes

mecanismos.

Tabela 1. Mecanismos de sinterizao (FORTULAN et al, 1995).

Tipo de

sinterizao

Mecanismo de transporte

de

material

Energia motriz

Fase-vapor Evaporao-condensao Diferenas na presso de vapor

Estado-slido Difuso Diferenas na energia livre ou

potencial qumico

Fase-lquida Fluxo viscoso, difuso Presso capilar, tenso superficial

Lquido reativo Lquido viscoso, soluo-

precipitao

Presso capilar, tenso superficial


Os ltimos anos tem tido um progresso importante na preparao de suportes de

membranas e membranas suportadas. A pesquisa tem sido impulsionada pela

preparao de membranas tendo a distribuio de tamanho de poros controlada acima de

um estreito intervalo (RADHARANI DAS e DUTTA, 1999).

Radharanidas e Dutta (1999) apud Peterson et al. (1984), relataram a preparao

de membranas alumina-titnia suportada, pela tcnica sol-gel, iniciando com o precursor

2-metil-2-butxido, e pde alcanar poros pequenos o suficiente para interromper a

passagem de molculas com peso molecular menor que 200. O dimetro mdio do poro

foi de aproximadamente 10 nm. De Lange et al.(1995) tambm usaram a tcnica sol-gel

para preparar membranas -alumina suportada em -alumina pela camada imersa (dip

coating). Eles modificaram assim as membranas preparadas por sobrepor uma camada

adicional de slica usando slica sol (slica em soluo). Tambm preparam membranas

usando solues binrias de titnia, zircnia e alumina em combinao com slica. As

membranas mesoporosas produzidas foram testadas para separao de uma mistura de

Hidrognio (H2) e Metano (CH4).

2.3. Misturas Emulsivas

2.3.1. Macro e Micro Emulses Teoria e Aplicao

Misturando mecanicamente gua e leo, possvel produzir uma suspenso de

gotculas de leo em gua ou, uma emulso. A maionese o exemplo mais comum.

possvel produzir emulses formadas por gotculas de gua em fase contnua de leo,

como, por exemplo, manteiga. Em ambos os tipos de emulso, a grande tenso

interfacial entre a gua e o leo, acompanhada pela existncia de grandes reas

interfaciais, implica a emulso ter uma energia de Gibbs grande em comparao com as

das fases individuais (CASTELLAN, 1986). Para suprir esta energia de Gibbs um

trabalho mecnico consumido, semelhante quando se agita rapidamente uma mistura.

Assim, o processo de emulsificao implica num grande aumento de rea interfacial (S1

S2), a qual leva a um aumento brusco da energia livre de superfcie (G1 G2). Este

fenmeno, em condies de temperatura constante, pode ser descrito pela Equao (2)

(OLIVEIRA et al, 2004):


G = G2 G1 = i x S (2)

Na qual, i representa a tenso interfacial entre as fases aquosa e oleosa.

Se considerarmos que o aumento da rea interfacial (S1 S2) imprescindvel

do ponto de vista tecnolgico, uma das alternativas para estabilizar uma emulso seria

fornecer energia mecnica continuamente, de modo a manter a rea interfacial

aumentada. Este fator, embora necessrio para a disperso, por si s no suficiente,

pois vence a barreira da tenso superficial apenas temporariamente, enquanto durar a

agitao. Ento possvel verificar (atravs da equao 2) que o caminho mais vivel

para a estabilizao do sistema diminuir a tenso interfacial da disperso, para reduzir

a energia livre derivada da expanso da rea interfacial. possvel verificar, tambm,

que a estabilidade da emulso dever ser maior, quanto menor for a energia livre

remanescente da expanso da rea interfacial, tendendo a um sistema

termodinamicamente estvel, caso o aumento da energia livre seja totalmente

compensado pela diminuio da tenso interfacial.

A adio superficial de um agente ativo (agente emulsificador), como um sabo

ou detergente, ou qualquer molcula com uma extremidade polar e a outra formada por

uma cadeia parafnica (apolar) longa, aos sistemas separados de leo e gua, diminui

significativamente a tenso superficial, assim; a energia de Gibbs necessria para a

formao da emulso torna-se menor. A tenso interfacial decresce devido adsoro

dos agentes ativos na interface, com a extremidade polar na gua e a cadeia parafnica

no leo.

As emulses tradicionalmente preparadas com gomas naturais tm sido usadas

em farmcias h sculos na administrao de leos e vitaminas. Na ltima dcada,

entretanto, tem havido um novo interesse nas emulses como veculo no

desenvolvimento de drogas para o corpo, bem como o de encontrar caractersticas

vantajosas que freqentemente aumentam a biodisponibilidade da substncia. Uma

emulso pode ser leo em gua ou gua em leo, designando assim as fases descontnua

ou interna e contnua ou externa, respectivamente. Existem tambm as emulses

mltiplas que podem ser gua-leo-gua ou leo-gua-leo.

Emulses podem ser definidas como sistemas heterogneos de um lquido

disperso em outro na forma de gotculas, normalmente, excedendo 0,1 m de dimetro.

Ambos os lquidos so parcialmente miscveis, quimicamente no reativos e formam

sistemas caracterizados por uma estabilidade termodinmica mnima. Microemulses


so formadas espontaneamente, ao contrrio das macroemulses (tamanho de gotcula:

200 500 nm) e miniemulses (tamanho de gotculas: 100 400 nm), as

microemulses so isotrpicas e termodinamicamente estveis. Alm disso, elas so

opticamente transparentes porque as gotculas de leo e gua so bastante pequenas (10

200 nm) no espalhamento de luz visvel.

A menos que a energia livre da interface seja zero, uma emulso no pode ser

um sistema estvel termodinamicamente desde que a reduo da rea em contato com a

gua resulte sempre da coalescncia das gotculas. A estabilidade um termo relativo,

mas o grau de estabilidade pode ser assegurado pela observao da mudana da taxa de

um parmetro como a rea interfacial ou dimetro da gotcula (MOREIRA, 1994).

Quando dois lquidos imiscveis so misturados, mantendo-se agitao

constante, as duas fases tendem, inicialmente, a formar gotculas dispersas de um dos

lquidos no interior do outro. Quando a agitao cessa, as gotculas tendem a coalescer e

os lquidos separam-se novamente. Podemos, ento, definir o tempo de vida de uma

emulso, como o tempo decorrido desde o momento em que os lquidos esto

completamente homogeneizados, at a separao total do sistema. Assim, o "tempo de

vida" maior quanto melhor for a estabilidade do sistema.

Moreira (1994) apud King (1940), referiu-se a emulses instveis como leos

hidrossolveis que coalescem rapidamente, enquanto emulses estveis podem reter

uma fase interna altamente dispersiva por meses ou anos. Como a energia livre da

interface dirige sua fora para a coalescncia, as emulses podem ser estabilizadas pela

incluso de uma substncia tensoativa no sistema que concentra a interface leo-gua

(O/A).

A instabilidade de emulses manifestada na mudana das propriedades fsicas

da disperso, como: a distribuio do tamanho das gotculas, as propriedades reolgicas

ou outros parmetros que so uma conseqncia da coalescncia das gotas ou da

floculao, este termo se refere a uma significante alterao do dimetro efetivo da gota

antes da etapa de separao de fase, pode tambm afetar a aparncia das emulses

lquidas e slidas.

Quando uma emulso gua/leo instvel, a decantao e processos de

coalescncia so adequados, por mais que a fase leo em efluentes seja emulsificado na

forma de emulses estabilizadas. Neste caso, a desestabilizao pela adio de reagentes

qumicos (cidos, sais ou polieletrlitos) torna-se necessrio antes da separao do leo


proveniente da fase aquosa por decantao, centrifugao, flotao, etc (NABI et al,

2000).

Vrias tcnicas fazem uso de centrfugas, clulas eletrolticas, etc. Porm, o

processo mais convencional e simples (flotao gravitacional) tem a sua aplicabilidade

diminuda quando gotinhas de leo caem na faixa abaixo de mcron. O problema torna-

se mais marcante quando surfactantes esto presentes na superfcie da camada de

gotculas de leo, aumentando as foras repulsivas entre elas. Tais surfactantes so

adicionados propositalmente emulso em indstrias siderrgicas para aumentar sua

estabilidade.

A filtrao tangencial, quando usada na separao de fase, tem a vantagem de

reduzir ou evitar o uso de reagentes qumicos. Estudos na rea de ultrafiltrao de

emulses tm sido intensificados, acima de tudo com respeito ultrafiltrao na reduo

da quantidade de leo em emulses, sendo a influncia das condies de operao o

ponto principal da maioria desses estudos.

A lei de Stoke ilustra a importncia do dimetro das gotculas de leo na

separao de fase de uma mistura. De acordo com essa lei, a taxa de separao

gravitacional depende da velocidade crescente da gotcula , que proporcional ao

quadrado do dimetro da gotcula d (MENOM e WASAN, 1985):

= d 2 (w - 0) g / 18) (3)

sendo que g a acelerao da gravidade, a viscosidade da gua e (w - 0 ) a

diferena de densidade entre a fase gua e a fase leo, respectivamente. Portanto, ela

vantajosa para aumentar o tamanho da gotcula de emulses estveis em que o uso da

separao gravitacional pode ser aplicado. Por exemplo, uma gotcula com tamanho de

1m e densidade de 877 Kg.m-3 tem uma velocidade de aproximadamente 6 x 10-8 m/s,

enquanto uma gotcula de 10 m tem uma velocidade 6 x 10-6 m/s. Em outras palavras,

uma gotcula de 1m leva aproximadamente 93 h para percorrer 2 cm, ao contrrio da

de 10 m que leva 0,9 h para percorrer a mesma distncia (HONG et al, 2003).

Nazzal and Wiesner (1996), investigaram os efeitos da presso trans-membrana

e tamanho dos poros. Eles encontraram que se as presses trans-membranas estiverem

abaixo da presso crtica e rejeies da emulso pode ser maximizada (HONG et al,

2003). Uma diferena importante entre membranas de mistura ou juno e membranas


de rejeio o fluxo potencial, o qual pode diferir por uma ordem de magnitude em

favor da mistura ou unio.

No trabalho de Nabi et al. (2000), foram feitas observaes atravs de um

microscpio ptico de emulses com uma concentrao de leo consistindo entre 85 e

90% em volume e de aparncia muito opaca e leitosa, afirmando que essas emulses

eram do tipo (A/O). Diluindo essas emulses com gua resultou em uma mistura de fase

aquosa com aglomerados de gotculas de leo que dispersaram muito lentamente. Isso

mostrou, portanto, que o processo de desestabilizao dessas emulses A/O, se ocorre,

lento. Portanto a concentrao de leo numa emulso desse tipo um fator relevante no

processo de desestabilizao.

2.3.2. Aspectos Fsico-Qumicos de uma Emulso e sua Interao com Membranas

O problema da estabilidade de emulses um dos mais importantes e complexos

em cincia coloidal. Tambm emulses fortemente diludas, limitando a interao dos

pares, conhecimento incompleto das foras de superfcie (foras hidrofbicas e

hidratao, influncia de camadas adsorvidas, etc.) e processos dinmicos (interaes

hidrodinmicas entre gotas em curtas distncias, deformao das gotas, dependncia da

interao de filmes entre elas, irreversibilidade da coagulao) que podem conduzir a

modelos tericos no confiveis e a discrepncias entre resultados tericos e

experimentais.

Nos ltimos anos, vrios trabalhos foram descritos a respeito da estabilidade de

emulses, eles repetem vrios aspectos relacionados capilaridade, reologia, interaes,

hidrodinmica e transporte interfacial. Por esses trabalhos pode-se ver que as

descobertas nessa rea de pesquisa, promovem acontecimentos cientficos relevantes

para as propriedades fsica, qumica e hidrodinmicas de emulses.

O comportamento de emulses depende da natureza da fase dispersa e o

ambiente de disperso, do mtodo de formao da emulso e importantes fatores que

afetam subprocessos que ocorrem na preparao de emulses.

P. Walstra e P.E.A. Smulders descreveram o processo de formao de emulso,

dando ateno a alguns mtodos importantes e invenes para preparar emulses e

apresentaram uma anlise detalhada da influncia hidrodinmica do escoamento laminar

e turbulento, deformao da gota e movimento, viscosidade e adsoro de surfactantes


na separao de gotculas pequenas dentro de gotas grandes. Tambm deram sria

ateno ao papel da mudana na tenso superficial que causa escoamento prximo a

uma interface leo-gua mais conhecido como efeito Marangoni (MISHCHUK et al,

2004).

A probabilidade de juno das gotculas uma funo das foras de interao e

tenso superficial. Portanto, um estudo da coalescncia e de sua dependncia na

concentrao de diferentes misturas e das condies de preparao, so fatores

significantes.

A presena de ar, bem como partculas slidas, que freqentemente observada

em vrias indstrias ou emulses naturais executam uma funo importante na

proporo e na taxa de agregao. Alm disso, propriedades hidrofbicas/hidroflicas da

superfcie das partculas promovem efeitos antagnicos para diferentes tipos de

emulses. Por exemplo, isto foi mostrado por partculas hidroflicas e hidrofbicas de

slica que promoveram a estabilizao de emulses O/A e A/O, respectivamente. Tal

resultado facilmente compreensvel, porque no primeiro caso, as partculas se alojam

na gua e, no segundo caso, no leo, ou seja; cria-se um impedimento estrico. Essas

partculas tambm afetam as propriedades viscoelsticas das interfaces e, desta forma,

aumentam a estabilidade da emulso.

Mais de 80% do leo cru explorado existe em um estado emulsivo, em todo o

mundo. As emulses mais comuns na indstria petrolfera so as do tipo gua em leo.

A ocorrncia de surfactantes em leos cru tem sido grandemente identificada como

responsvel pela estabilidade dessas emulses. A existncia de surfactantes promove a

estabilidade aparente de emulses devido formao de filmes rgidos ou altamente

viscosos na interface leogua. Por razes operacionais e econmicas, necessrio

separar a gua completamente do leo cru antes do transporte ou refino dele.

Minimizando o nvel de gua no leo possvel reduzir a corroso no oleoduto e

maximizar o seu uso (XIA et al, 2004).

Nabi et al (2000), estudaram o efeito da adsoro de uma emulso de leo de

oliva pouco estabilizada (5 % em leo) e do leo puro na superfcie da camada de

zircnia, em parte da membrana comercial (Carbosep) tubular, eles constataram que a

gota de leo desapareceu rapidamente por dentro dos poros por capilaridade, enquanto a

emulso de leo em gua permaneceu na superfcie. Quando tentaram lavar a superfcie

com gua destilada, s foi possvel eliminar parte da emulso. Diante dessas


observaes, puderam concluir que a superfcie da membrana era altamente

hidrofbica.

Segundo Cheryan (1998), para a hidrofilicidade de um fluxo de alimentao

aquoso, a membrana ideal deveria ser hidroflica (atrao por gua); se o material

hidrofbico, adsorver componentes que so hidrofbicos ou anfteros, e isso pode

causar o fouling. Por exemplo, muitas protenas tm regies hidrofbicas dentro de sua

estrutura que pode interagir altamente com materiais hidrofbicos.

Uma medida da hidrofilicidade relativa de uma membrana o ngulo de contato,

que a medida de quanto o lquido pode molhar a superfcie em contato. Se uma gota

de gua colocada em um material completamente hidroflico, a gua espalha-se na

superfcie, resultando em um ngulo de contato zero ou baixo. Um material hidrofbico,

por outro lado, repele a gua, causando um alto valor no ngulo de contato. Materiais

hidrofbicos tendem a atrair leo em um escoamento de resduos de gua oleosa, mas

hidrofilizando a membrana poderia minimizar o leo no fouling.

Em geral, o ngulo de contato de uma gotcula de leo na superfcie cermica da

membrana em presena de gua maior do que 90 isto ; a superfcie da membrana

hidroflica. Portanto, a presso capilar negativa (contrria presso hidrulica) e

impede a entrada da gotcula de leo pelo poro da membrana, conforme mostra a figura

3. Presso hidrulica comparvel presso do retentado na operao de filtrao

(TING e WU, 1999).

Figura 6. Princpio da rejeio da gotcula de leo por presso capilar na superfcie da membrana

adaptada de:TING e WU, 1999.


Os materiais hidrofbicos bem conhecidos tendem a apresentar altos ngulos de

contato (>100), enquanto alguns materiais cermicos, de celulose e especialmente

hidrofilizados tm baixos valores (< 30).

A evidncia parece indicar que a remoo de lipdeos no soro do leite por

centrifugao ou micro filtrao tem um efeito benfico no fluxo deste processo. A

evidncia indireta do efeito nocivo de lipdeos no fluxo pode ser vista por comparar o

fluxo durante a ultrafiltrao do extrato da gordura total do gro de soja em gua e

extrato no gorduroso do gro de soja em gua. No primeiro caso, o fluxo tornou-se

independente da presso a presses relativamente baixas e foi muito baixo, enquanto no

outro caso, o fluxo foi dependente da presso durante todo o intervalo da presso de

operao e foi muito alto.

Com misturas gua em leo, deve ser lembrado que semelhante atrai

semelhante; se membranas hidrofbicas so usadas, leo livre pode cobrir a membrana

resultando num fluxo pobre (leo emulsificado no normalmente um grande

problema, a no ser que esteja concentrado a um alto nvel de tal maneira que a quebra

da emulso, libere leo).

Emulses gua/leo tm sido tambm feitas usando membranas hidroflicas.

Porm o tamanho resultante da gotcula menor do que o tamanho do poro e

aparentemente dependente da estrutura do poro de sada e no estritamente do dimetro.

Membranas adquiridas na forma hidroflica podem ser transformadas para

hidrofbicas por modificao qumica. Esta possibilidade cria problemas em certas

circunstncias em que agentes acopladores silanos (SiH4) so eliminados, tal como na

indstria alimentcia. Pode ser necessrio tambm repetir o tratamento superficial aps

cada ciclo de limpeza (JOSCELYNE e TRGARDH, 2000).

Membranas pr-umidecidas em solues de surfactantes ou emulsificantes tem

mostrado tambm melhora no fluxo da fase dispersada. A reduzida tenso interfacial

nos poros conduz ao melhor preenchimento dos mesmos.

2.3.3. Tratamento de Resduos Industriais

Alguns fluxos de guas residurias industriais contm uma considervel quantia

de resduos em leos. Estes leos provm de lubrificantes de bicicletas, hidrulicos,


instalaes de impresso e processos de limpeza de metais e contm partculas de todos

os tamanhos. O leo presente em gua com resduos pode ser separado por tecnologias

comuns de separao. Uma sedimentao posterior serve para separao do leo

remanescente na gua e partculas grossas. Aps esse pr-tratamento, o leo como

resduo pode ser usado como um substituto para leo combustvel com a finalidade de

economizar os custos de energia. Entretanto, o uso de leo reciclado causa uma fuligem

e resduos de combusto muito significantes comparados utilizao de leo no

reciclado.

Filtrao a separao de no mnimo dois componentes vindos do escoamento

de um fluido, baseada primariamente nos tamanhos diferentes. leo, o fluido

investigado neste caso, e gua, tem algumas propriedades fsicas e qumicas em comum.

Sendo, porm, a viscosidade do leo investigado sete vezes maior do que a da gua a

20C (C. PSOCH et al, 2004).

De acordo com C. Psoch et al. (2004), Lai e Smith descreveram a filtrao

tangencial de leo altamente viscoso (425 MPas a 80 C) atravs de membranas

tubulares cermicas (tubo nico e multi canais). Com temperaturas entre 120 e 130 C,

presses trans-membrana de aproximadamente 500 KPa e tamanhos de poro acima de

0,1 m, eles obtiveram fluxos na faixa de 2,23,1 kg/m2h. A vida til para membranas a

uma velocidade tangencial de aproximadamente 7 m/s foi entre 10 e 12 h.

Outros pesquisadores investigaram a filtrao tangencial para leo mineral usado

atravs de membranas cermicas com multi canais. Os resultados foram satisfatrios. O

grupo de pesquisa obteve um fluxo de 15,6 kg/m2h a uma temperatura de 80 C e

velocidade tangencial de aproximadamente 6 m/s (para poros com tamanho de 300 kD e

presso trans-membrana de 1 MPa). Para a recuperao de tintas de impresso,

membranas cermicas foram usadas com xito em sistemas tinta/gua. Poros com

tamanho de 0,2 m formam uma barreira suficiente para pigmentos coloridos. O alto

custo de mdulos cermicos limita seu uso para condies de operao extremas.

O processo de micro filtrao aplicado no tratamento de resduos no processo

de usinagem de metais, e na desemulsificao de misturas em processos particulares da

engenharia de petrleo. Benito et al. (1999) estudaram um processo integrado com

ultrafiltrao para remoo de leos em efluentes da indstria siderrgica. O leo

contido no permeado proveniente do estgio de ultra filtrao 75% menor que os


limites estabelecidos por todos os pases da Unio Europia. Alm disso, todas as

partculas slidas em suspenso foram removidas durante o estgio de ultra filtrao.

Resduos gordurosos ou oleosos em gua constituem um dos maiores problemas

ambientais em vrias indstrias. A indstria txtil usa gua para remover leos naturais.

Indstrias automotivas e aeronuticas usam gua para uma variedade de limpezas e

remover graxa de equipamentos por meio qumico. Gorduras naturais animal/vegetal e

leos so gerados como produtos secundrios (resduos) em vrios processos de

fabricao de alimentos.

Por mais de 20 anos processos com membranas tm sido usados em processos de

produo de alimentos e esto sendo usados gradativamente em tcnicas de despoluio,

particularmente devido capacidade que tm de concentrar bioprodutos de interesse tais

como: concentrar protenas do soro do leite, reciclagem de tintas usadas em impresso e

remoo de graxas de maquinrios em indstrias de engenharia mecnica, recuperao

de metais preciosos e compostos aromticos, etc (NABI et al, 2000).

Emulses leo-gua instveis podem ser quebradas mecnica ou quimicamente e

ento separadas. Porm muitos desses escoamentos efluentes envolvem emulses

estveis que so muito difceis de quebrar devido presena de detergentes

(surfactantes) usados na limpeza e remoo de graxa de equipamentos. Essas emulses

podem ser tratadas quimicamente para produzir um sedimento (precipitado), que

contm muito leo e sujeira junto com quantia considervel de gua. Esta sujeira precisa

ser estabilizada para controle superior, e a fase aquosa precisa frequentemente ser

tratada para favorecer a remoo de leo residual e outros componentes orgnicos e

inorgnicos (ZEMAN e ZYDNEY, 1996).

Ultra filtrao fornece uma alternativa muito atrativa para este tipo de tratamento

qumico. As gotculas de leo so completamente retidas pela membrana UF, j que a

membrana permevel ao leo livre (solvel). Ultra filtrao de emulses altamente

estveis produz permeado de gua que pode ser despejado diretamente a um sistema

municipal de guas residuais fora de qualquer outro tratamento. A fase leo concentrada

geralmente menor que 5 % do volume do resduo original, o leo pode ser reciclado,

incinerado ou quimicamente tratado, dependendo da demanda especfica do processo e

economia.

Membranas hidroflicas so normalmente usadas para filtrar esses resduos

oleosos em gua, visto que membranas hidrofbicas podem vir a ser encharcadas com o


leo e perder fluxo de gua durante a operao. Membranas de celulose e polimricas

tm sido usadas para esse fim. As de celulose fornecem fluxo excelente e resistncia ao

fouling para o leo de emulses, mas tendem a degradar em pH alto e temperaturas

altas, condies que so encontradas em vrias aplicaes.

Neste sentido, membranas cermicas e determinadas membranas polimricas

hidroflicas, tm sido um dos mtodos mais eficientes na separao de emulses

leo/gua. Comparada com a suspenso de slidos, a separao de emulses com

membranas abre caminho para envolvimento adicional

roberta del colle desemulsificação de emulsões estáveis de água e

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