6. Parte Experimental
6.3. Membranas
Nos ensaios de UF usaram-se duas membranas orgânicas de fluoro polímero, da DSS (Dinamarca). A membrana FS40PP com um limite de exclusão molecular (MWCO ou “molecular weight cut-off”) de 100 kDa e a membrana FS61PP com um MWCO de 20 kDa.
Nos ensaios de UF com a membrana FS40PP usou-se uma área de membrana de 0,072 m2, o que corresponde à utilização de 4 membranas com uma área unitária de 0,018 m2. No caso dos ensaios de UF com a membrana FS61PP utilizou-se uma área de membrana de 0,036 m2, correspondente à utilização de 2 membranas.
Após a montagem das membranas, no módulo, estas devem ser lavadas e, posteriormente, compactadas.
6.3.1. Lavagem das membranas
A lavagem das membranas foi feita em dois passos.
Inicialmente, num primeiro passo, as membranas foram lavadas, em modo de recirculação total, com água desionizada durante 1 hora, tendo a água circulado a baixas pressões (0,6 bar) e à velocidade de circulação máxima. Durante este passo, pretendem-se remover materiais de protecção que se encontram na superfície da membrana.
De seguida, as membranas foram lavadas com uma solução de hidróxido de sódio ( 98% fornecido pela Panreac) de pH =11, durante 2 horas, em modo de recirculação total. No final deste período, o passo seguinte foi efectuar a lavagem das membranas com água desionizada, em modo de concentração, isto é, com saída de permeado de forma a remover o hidróxido de sódio. Este passo de lavagem considera-se completo quando o pH da água filtrada (permeado) iguala, ou se aproxima, do pH da água inicial.
Este procedimento de lavagem foi adoptado nos ensaios realizados com o intuito de caracterizar as membranas. Nos ensaios com o vinho tinto, repetiu-se o procedimento descrito anteriormente, sendo que a única diferença foi que a água desionizada utilizada para remover o hidróxido de sódio
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foi aquecida até 50°C e circulou durante 30 minutos, em modo de recirculação total. Após este período, o permeado foi recolhido, tendo-se procedido da mesma forma que foi descrita anteriormente.A lavagem das membranas foi feita de forma a assegurar os valores de pH, temperatura e pressões indicados pelo fabricante para os tipos de membranas utilizadas (Anexo 1). O procedimento de lavagem das membranas repete-se no fim de cada ensaio.
6.3.2. Compactação das membranas
A etapa de compactação consiste na permeação de água desionizada, em modo de recirculação total, durante um período compreendido entre 2 a 3 horas, a uma pressão 20% superior à pressão máxima de trabalho a usar nos ensaios posteriores com o vinho. A compactação visa a minimização de qualquer efeito na estrutura das membranas durante os ensaios posteriores. Se tal acontecesse poderia registar-se um decréscimo do fluxo de permeado.
6.3.3. Caracterização das membranas
Ambas as membranas foram caracterizadas em termos da permeabilidade hidráulica à água pura e do MWCO.
6.3.3.1. Determinação da permeabilidade hidráulica
O facto da permeabilidade hidráulica estar relacionada com as propriedades morfológicas da membrana, torna-a num parâmetro importante na caracterização de uma membrana. A permeabilidade hidráulica define-se como sendo a quantidade permeada por unidade de tempo, por unidade de área superficial e por unidade de pressão aplicada e corresponde ao declive da representação gráfica do fluxo de água pura (Jp) em função da pressão (∆P).
A variação do fluxo com a pressão, é descrita pela equação (1), já anteriormente apresentada (consultar secção 3.2.2).
𝐽
𝑃=
𝐿𝑃𝜇
× ∆𝑃
(1) Onde, 𝐿𝑃𝜇 corresponde à permeabilidade hidráulica da membrana.
6.3.3.2. Determinação do limite de exclusão molecular das membranas (MWCO)
MWCO, ou simplesmente cut-off, define-se como a massa molar (de um polímero de referência, frequentemente, o dextrano), que é 90-95% rejeitada pela membrana (Cui et al. 2010). Este parâmetro é usado na UF para caracterizar o tamanho do poro da membrana e é uma indicação da selectividade desta. A selectividade de uma membrana é geralmente expressa pela rejeição (f) a uma substância específica. A rejeição (f) é assim uma medida da capacidade de rejeição da membrana, relativamente a um soluto, e é dada pela equação (8):
𝑓 =
𝐶𝑎−𝐶𝑝38
Solutos de Referência (Da) Massas Moleculares Médias (Da) Fórmula Química Marca
Dextran T70 (70000) 63000-77000
(C6H10O5)n Pharmacia Dextran T10 (10000) 9000-11000
Dextran T40 (40000) 35000-45000
Onde, Ca e Cp correspondem, respectivamente, às concentrações do soluto na alimentação e no permeado. Esta expressão corresponde, a uma rejeição “aparente”, pois Ca é uma medida da concentração no seio da alimentação/concentrado e não à superfície da membrana, o que simplifica os cálculos associados aos balanços de massa.
Os solutos de referência usados neste trabalho estão representados na tabela 5.
As rejeições aos solutos orgânicos de referência, foram determinadas em termos do carbono orgânico total (COT) (Consultar secção 6.4.2), para as correntes de alimentação e de permeado. As rejeições a estes solutos de referência foram depois utilizadas na determinação do MWCO.
O MWCO corresponde à intercepção da recta obtida através da representação gráfica de log ( 𝑓
1−𝑓) em função da massa molecular dos solutos de referência, com a recta log ( 𝑓
1−𝑓) = 1, correspondente à massa molecular do soluto com uma rejeição de 90,9%.
6.3.4. Ensaios de UF com o vinho tinto
Antes de se realizarem os ensaios de UF com o vinho tinto, adicionou-se ao vinho metabissulfito de potássio (K2S2O5) (96% fornecido pela Panreac), com o intuito de prevenir a sua oxidação durante os ensaios posteriores. A quantidade adicionada teve em consideração o regulamento CE 1493/99, que especifica que o limite legal para consumo humano directo, expresso em SO2,para vinhos tintos é de 160 mg/L.
6.3.4.1. Ensaios em modo de concentração
Nos ensaios em modo de concentração apenas o concentrado é recirculado ao tanque de alimentação, sendo o permeado colectado noutro tanque.
Os ensaios realizados em modo de concentração têm como objectivo, a obtenção de fracções, com diferentes factores de concentração volumétricos (FCV). Pretende-se posteriormente avaliar a influência que estas fracções têm na precipitação do tartarato de cálcio (CaT) (consultar secção 7.6.4). O factor de concentração volumétrico calcula-se, de acordo com a expressão (9).
𝐹𝐶𝑉 =
𝑉𝑖𝑉𝑐
=
𝑉𝑖𝑉𝑖−𝑉𝑝
(9)
Onde, Vi corresponde ao volume inicial da alimentação; Vc corresponde ao volume final de concentrado e Vp é o volume de permeado recolhido ao fim de um tempo t.