Influência da Diferença de Pressão Aplicada

A Figura 4.3 apresenta a influência da diferença de pressão aplicada sobre o fluxo permeado para as quatro membranas testadas. O aumento da pressão leva ao aumento do fluxo permeado da emulsão primária através da membrana, de acordo com a lei de Darcy (descrita na Figura 2.7).

Figura 4.3 Fluxo permeado médio em função da pressão aplicada para as quatro membranas testadas. Dos testes de EM premix realizados, infelizmente com a membrana de MCE 0,45µm não foi possível obter emulsões estáveis. Em todos os testes realizados foram obtidas emulsões que, pela análise visual, separavam ao passar pela membrana. Suspeitou-se que, devido ao curto tempo de processo (na faixa de 15 a 300 segundos, em média, de acordo com a variação da pressão), o pequeno volume (máximo 50 mL) disponível para alimentar a célula não fosse suficiente para atingir o regime permanente. E talvez isso estivesse interferindo na obtenção de emulsões estáveis.

Para as outras membranas testadas nesse sistema, a obtenção de emulsões estáveis visualmente foi possível e a caracterização da emulsão quanto ao tamanho, distribuição de tamanho das gotículas e o grau de uniformidade (span) foram obtidos para verificar a

0 10.000 20.000 30.000 40.000 0 1 2 3 4 5 6 Flu xo permeado (Lh -1m -2) Pressão (bar) MCE 0,45 μm MCE 0,8 μm MCE 8 μm PES/PVP 8μm

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influência da diferença de pressão aplicada e do tamanho de poro da membrana no tamanho das gotas obtidas.

A Figura 4.4 apresenta os resultados dos diâmetros médios obtidos com a variação da pressão aplicada para as três membranas utilizadas. É possível observar uma redução do diâmetro das gotas com o aumento da pressão aplicada, sendo um pouco maior para a membrana cujo tamanho de poro é de 0,8 µm.

Figura 4.4 Influência da diferença de pressão aplicada à membrana no tamanho (d[4,3]) das

gotas obtidas para as três membranas testadas.

Observa-se ainda na Figura 4.4 uma redução de 5 a 7 vezes, dependendo da pressão aplicada à membrana, no diâmetro médio das gotas emulsionadas comparado aos valores de diâmetro médio da emulsão primária, indicados pelos pontos apresentados em 0 (zero) bar de pressão.

O grau de uniformidade do tamanho das gotas, span, obtido nos testes realizados com as diferentes membranas, variando-se a diferença de pressão aplicada à membrana (2 a 5 bar), está apresentado na Tabela 4.1. Observa-se o aumento do grau de uniformidade (o valor do span diminui) com o aumento da pressão aplicada, ou seja, a distribuição das emulsões fica mais estreita, indicando uma maior uniformidade das gotículas presentes na emulsão. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 1 2 3 4 5 6 dgota , d[4,3] (μ m) Pressão (bar) MCE 0,8 μm MCE 8 μm PES/PVP 8 μm

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Tabela 4.1 Grau de uniformidade do tamanho de gotas das emulsões obtidas na EM premix Membrana /

Pressão

Span

Alimentação 2 bar 3 bar 4 bar 5 bar

MCE 0,8 μm 1,82 1,18 0,92 0,84 0,83

MCE 8 μm 2,00 1,42 1,18 1,12 1,04

PES/PVP 8 μm 1,72 1,19 1,10 1,08 1,07

Um exemplo da distribuição de tamanho de gotas para membrana MCE 0,8 µm é apresentado na Figura 4.5. A redução na dispersão da distribuição de tamanho com o aumento da diferença de pressão aplicada à membrana, apesar dos valores da Tabela 4.1 mostrarem que existe, não é perceptível. Porém o deslocamento da curva para a esquerda com o aumento da pressão aplicada pode ser observado, indicando uma redução no tamanho médio das gotículas da emulsão.

Figura 4.5 Exemplo da Distribuição de Tamanho de gotas obtida com a membrana MCE 0,8 µm.

Onde “a” representa a alimentação (emulsão primária) e os números de 2-5 representam as pressões aplicadas à membrana.

A influência da diferença de pressão aplicada à membrana no tamanho das gotas obtidas, observado neste trabalho, contraria os resultados obtidos por um grupo de autores de trabalhos consultados na literatura.

Yasuno et al. (2002) observaram, com auxílio de microscópio, a formação de gotículas de emulsão em membranas SPG. A visualização microscópica revelou que o aumento do fluxo da fase dispersa induziu a formação de emulsão polidispersa.

Hao et al. (2008) estudaram o efeito da pressão sobre a distribuição de tamanho das gotículas obtidas no processo de emulsificação por membranas. Eles relataram que o aumento da pressão aplicada à membrana de 8 kPa para 28 kPa resultou na formação de uma emulsão polidispersa, cujos valores de span passaram de 0,110 para 0,260.

Laouini et al. (2012) também estudaram a influência da pressão aplicada no fluxo da fase dispersa através dos poros de uma membrana SPG, e no tamanho das gotículas

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formadas. Eles observaram que quando a pressão aplicada à membrana aumenta, o tamanho das gotículas aumenta, enquanto a uniformidade da emulsão diminui, sugerindo, assim, que um elevado fluxo da fase dispersa conduz a uma emulsão polidispersa.

Schröder et al. (1998) e Jocelyne & Trägårdh (1999) explicam o efeito da pressão aplicada à membrana pela dinâmica da tensão interfacial. Com o aumento da pressão aplicada à membrana, o fluxo da fase dispersa aumenta, formando gotas mais rapidamente; se o tempo de formação de gotas é menor do que o tempo necessário para que o emulsificante diminua a tensão interfacial, o aumento da pressão aplicada levará a jatos de óleo e gotas muito grandes. Os autores concluíram que ao aumentar a pressão aplicada, deve-se aumentar a velocidade da fase contínua (tensão de corte) para manter o mesmo tamanho das gotículas. Mantendo a tensão de corte constante, gotículas maiores são formadas com a aplicação de pressão mais elevada.

Em contrapartida, outros autores afirmam que o aumento da pressão aplicada à membrana resulta em gotas muito pequenas, como poderia ser esperado uma vez que a tensão de corte sobre as gotículas aumenta (NAZIR et al., 2011; VLADISAVLJEVIĆ et

al., 2004b). Os resultados obtidos no presente trabalho estão em concordância com esse

grupo de autores, apesar da redução no tamanho médio das gotas emulsionada com o aumento da pressão aplicada ser bem pequena.

Nazir et al. (2011), utilizando micropeneiras de níquel com tamanhos de poros variados para obtenção de emulsão O/A, estudaram o efeito da pressão aplicada à membrana no tamanho das gotas resultantes. Os resultados obtidos mostram que o diâmetro médio das gotas diminui com o aumento da pressão, passando de aproximadamente 20 para 7 µm quando alteraram a pressão de 50 para 200 kPa.

Vladisavljević et al. (2004b) avaliaram a influência dos parâmetros de processo da técnica de EM premix em ciclos utilizando membranas SPG de 10,7 µm para obtenção de emulsões múltiplas de A/O/A. Os autores observaram que ao aumentarem a pressão aplicada à membrana de 20 para 150 kPa, o diâmetro das gotas foi reduzido de aproximadamente 13 para 8 µm na primeira passagem pela membrana, reduzindo-se gradativamente quando realizaram outros ciclos de passagem pela membrana. E

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afirmam que os menores tamanhos médios de gotas a maiores pressões são consequência de tensões cisalhantes mais elevadas no interior dos poros da membrana.