SEPARACIÓN POR MEMBRANAS
Presentado por: YULIANA HENAO MONTOYA MARICELA BOTERO JARAMILLO
¿QUÉ ES UNA MEMBRANA?
Barrera o película permeo selectiva entre dos medios fluidos, que permite la transferencia de determinados componentes de un medio al otro a través de ella y evita o restringe el paso de otros componentes. Han de ser mecánica y Permeabilidad.
resistentes químicamente, térmicamente estables,
¿QUÉ ES UNA MEMBRANA?
Barrera o película permeo selectiva entre dos medios fluidos, que permite la transferencia de determinados componentes de un medio al otro a través de ella y evita o restringe el paso de otros componentes. Han de ser mecánica y Permeabilidad.
resistentes químicamente, térmicamente estables,
CLASIFICACIÓN DE LAS MEMBRANAS
Naturaleza: Sintética o biológica. Porosidad de la membrana:
Porosa, microporosa, y no porosa .
SEPARACIÓN POR MEMBRANAS
Se fundamenta en la permeabilidad selectiva de un componente o más del líquido a través de una membrana y en un gradiente de presión hidrostática. La separación ocurre porque la membrana controla la cantidad de movimiento de varias moléculas entre dos fases líquidas, dos fases gaseosas o una fase líquida y una gaseosa.
Medio I
Membrana
Medio II
Alimento
Fuerza Impulsora ΔP, ΔC, ΔT, ΔE
Permeado
CORRIENTES EN EL PROCESO 1) Alimento: Disolución que se quiere tratar. 2) Permeado: Corriente que es capaz de pasar a través de la membrana. Está constituido por el solvente y algunos solutos. 3) Retenido o concentrado: Corriente que no ha pasado a través de la membrana. Ha perdido parte de la disolución del alimento y, por tanto, aumenta la concentración de sustancias que no pueden atravesar la membrana.
Proceso
CLASIFICACICACIÓN DE LOS PROCESOS DE SEPARACIÓN A TRAVÉS DE MEMBRANAS Difusión de gas en un sólido poroso. ΔP Permeación de gas a través de una membrana .ΔP
Proceso de membrana de ultrafiltración. ΔP
Cromatografía por permeación en gel .ΔC
Permeación de un líquido o diálisis .ΔC Osmosis inversa. ΔP
PROCESOS DE FILTRACIÓN MÁS IMPORTANTES EN ALIMENTOS
Microfiltración (MF)
Ultrafiltración (UF)
Nanofiltración (NF)
Osmósis inversa (OI)
MICROFILTRACIÓN La microfiltración es un proceso de flujo de baja presión a través de membrana para la separación de coloides y partículas suspendidas en el rango de 0.05 - 10 micrones.
ULTRAFILTRACIÓN La ultrafiltración es un proceso de fraccionamiento selectivo utilizando presiones de hasta 145 psi (10 bar). Selecciona partículas de tamaños entre 0,001 hasta 0,1. Concentra sólidos en suspensión y solutos de peso molecular mayor a 1000.
NANOFILTRACIÓN La nanofiltración presenta membranas que retienen el paso a partículas de tamaños desde 0,005 hasta 0,05 µ m puede utilizarse en aplicaciones tales como demineralizado, remoción de color, y desalinización. En concentraciones de solutos orgánicos, sólidos en suspensión, e iones polivalentes.
OSMÓSIS INVERSA La ósmosis inversa es una técnica altamente eficaz para tratamientos de deshidratación, concentración/separación de sustancias de bajo peso molecular en solución, o tratamiento de desechos. Posee la habilidad de concentrar sólidos disueltos o en suspensión. El permeado contiene una muy baja concentración de sólidos disueltos.
OSMOSIS INVERSA
TIPOS DE EQUIPO PARA SEPARACIÓN POR MEMBRANAS Planas Consisten en una serie de membranas dispuestas horizontal o verticalmente sobre separadores permeables, que actúan como canales y conducen el flujo.
Tubulares Las membranas se encuentran en el interior de un soporte en forma de tubo de acero inoxidable o poliéster reforzado, de 10-40 mm de diámetro interior y de 0,5-3,5 m de longitud.
Cartucho en espiral Las membranas en forma de lámina se colocan una sobre otra (de 4 a 10 láminas) y se enrollan sobre un eje central, y queda un cilindro que se coloca en el interior de un tubo o cartucho.
De fibra hueca Formados por un haz de fibras huecas asimétricas, de diámetro interior de 40 μm y diámetro exterior de 85 μm, aproximadamente. Las fibras actúan como autosoporte y resisten presiones elevadas.
COMPARACIÓN
¿POR QUÉ UTILIZAR ESTA TECNOLOGÍA EMERGENTE?
Mejora la calidad de los productos, (nutricional, bacteriológica y funcional). Reducción de los costos de producción, Aumento del rendimiento, automatización de los procesos, flexibilidad.
MODELOS MATEMÁTICOS
Las sustancias se mueven a través de las membranas mediante varios mecanismos. Para las membranas porosas, el flujo viscoso domina el proceso. Para todas las membranas, la difusión de Fick es importante, sobre todo en la penetración de gas y en la ósmosis inversa.
La ley impulsora para el transporte de Fick es un gradiente de potencial Químico.
Ni= (Kmol/m2). Masa del componente transportado. Di= (m2 /s). Difusividad del componente i. C= (Kmol/m3). Concentración. Δ Ai= (J/Kmol.K). Potencial químico de la sustancia
que se difunde. X= (m).Distancia.
En la mayoría de los casos, los coeficientes de actividad están próximos a 1, entonces la Ley de Fick se escribe como:
Considerando Di constante e independiente de Ci, y que las concentraciones en las fases fluidas están en equilibrio con la membrana la ley de Fick puede escribirse como:
Z = Espesor de la membrana. Cf= Concentración del alimento Cp= Concentración del filtrado La concentración de un componente en la fase de membrana será extremadamente diferente de su concentración en la fase de fluido aunque estén en equilibrio.
Ley de Henry Ci = S. Pi S= (Kmol/m3*Pa). Factor de proporcionalidad específico para una membrana y un penetrante. Pi= (Pa). Presión parcial del componente i. Si la membrana y sus alrededores son isotérmicos y si S es función solamente de la temperatura, entonces:
Ni= (m/s)Velocidad de paso de material a través de la membrana Di =Permeabilidad Pi= (Kmol/m*s*Pa)
APLICACIONES Ultrafiltración de la leche: La leche se concentra por UF, lo que permite eliminar cierta cantidad de agua, lactosa y sales minerales, hasta alcanzar al estado líquido la composición que se requiere para la elaboración del queso. Tratamiento del suero de la leche por UF: se obtiene un concentrado proteico que posteriormente es concentrado por evaporación y secado por atomización para fabricar un producto en polvo que contiene hasta un 85% de proteínas.
Elaboración de leche fresca microfiltrada: el empleo de membranas cerámicas permite eliminar el 99.9% de las bacterias inicialmente presentes sin desnaturalizar las propiedades físico-químicas o sensoriales de la leche con una vida útil de 15 días a 4-6ºC. Fabricación de cerveza sin alcohol: se aplica la capacidad de las membranas de acetato de celulosa usadas en OI de ser permeables al etanol, lo que permite la elaboración de una cerveza con bajo contenido de alcohol (inferior al 1%), mediante un proceso atérmico como alternativa a la destilación al vacío.
Concentración de la clara de huevo o del huevo entero: La aplicación del proceso evita la desnaturalización de proteínas eliminando un 50% del contenido de agua. Preparación de agua para la elaboración de bebidas: uso de agua purificada por membranas para la reconstitución de bebidas a partir de jarabes o concentrados de frutas. Clarificación de jugos de frutas: por lo general las tecnologías de membranas (MF, UF y OI) han sido aplicadas a la producción de jugos de frutas tales como manzana, uva o pera.
BIBLIOGRAFÍA Geankopolis, C. Procesos de separación por membranas. Procesos de Transporte y operaciones unitarias. Chacón, A. Revisión bibliográfica. Tecnologías de membranas en la industria láctea.2006 Artículo de interés acerca del tema, Virtual: http://www.consumer.es/seguridadalimentaria/ciencia-ytecnologia/2006/01/04/21837.php
Reventós, M. Industria alimentaria. Tecnologías emergentes. Universidad politécnica de Cataluña.2003 http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/vol umen1/ciencia2/16/html/sec_13.html
