11. Filtracao

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VICOSA 
OPERAÇÕES UNITÁRIAS NA INDÚSTRIA DE ALIMENTOS 
 
Milla Gabriela dos Santos 
2011/01 
 
 
11. Filtração 
 
Uma operação de filtração consiste essencialmente em fazer passar um fluido (líquido ou 
gás), por um dispositivo (filtro) formado por uma ou mais camadas de materiais diversos, 
conhecidos conjuntamente como o “meio filtrante”. Essa operação visa obter como produto, o fluido 
introduzido em estado de maior “pureza”, ou seja mais livre de eventuais agentes “poluentes” 
(físicos, químicos e biológicos). 
Nas indústrias de alimentos e bebidas, a filtração aparece na produção de suco de frutas, 
óleos vegetais, leite e derivados, entreoutros produtos. A filtração em escala industrial vai 
desdeumasimplesfiltraçãoatéseparaçõesmuitocomplexas.Oprodutoa ser filtrado, pode ser líquido, 
gás, as partículas sólidas podem ser grossas ou finas, rígidasouplásticas, redondasouplanas 
individualmenteseparadasouagrupadas,etc. 
A suspensão de alimentaçãopodeserdealtaoubaixaconcentraçãodesólidos, pode estar fria 
ou aquecida, ou submetida a vácuo ou a alta pressão. 
Emalgunscasos,aseparaçãooufiltraçãodevedesertotalecompleta,eemoutrosafiltraçãoéparcial
. 
Ao se fabricar produtos alimentícios em grande escala, normalmente são necessárias 
diversas operações unitárias, tais como moagem, cristalização, lixiviação e filtração, 
dentreoutras.Demodogeral,a filtraçãopode serdefinidacomoa separaçãodeuma 
misturaheterogêneacontendoumsólidoeum líquido,fazendocomqueosólidofique 
retidonummeioporoso,eolíquidopasseatravésdessemeio. 
Aforçamotrizdoprocessoéumadiferençadepressãoatravésdessemeio.Osprocessos 
defiltração,sãoclassificados,emfunçãodamaneiradecomoessegradientedepressão é imposto: 
gravidade, vácuo, forças centrífugas ou pressão diretamente. Na indústria de alimentos, durante as 
etapas de filtração, normalmente o líquido é a fração quemais interessa, com valor comercial, 
enquanto que o sólido é o demenor importância, ou muitas vezes é até indesejável. Dentro ainda 
do segmento alimentício e de bebidas, a filtração freqüentementeé realizada atravésde 
filtrosprensa, filtros rotativos oupormeiode membranas.Oconstituintequeatravessaomeio filtranteé 
chamado filtradoeoque permanecenasuperfícieouentreosporosdofiltro,resíduooutorta. 
 
11.1 Osmose reversa 
Osmose é um fenômeno natural que ocorre quando soluções de diferentes concentrações 
são separadas por uma membrana semipermeável, isto é, uma membrana que dá passagem a um 
certo tipo de moléculas e não a outros. Haverá uma movimentação líquida, através da membrana, 
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no sentido da solução mais diluída para a mais concentrada, com uma tendência de uniformização 
das concentrações. 
A pressão necessária para paralisar esse movimento é chamada de pressão osmótica. 
Quando uma pressão maior que a pressão osmótica é aplicada na solução mais concentrada, a 
movimentação será na direção oposta. Esse processo é conhecido como osmose reversa. 
Portanto, osmose reversa é uma técnica de membranas utilizadas para separar água e 
outras moléculas pequenas de soluções contendo moléculas maiores. O mecanismo de separação 
é ainda discutido, mas parece ser uma filtração molecular. É um processo que já vem sendo 
utilizado há algum tempo com muito sucesso na dessalinização da água do mar. A ultrafiltração é 
um processo similar à osmose reversa, só que trabalha com moléculas menores. 
Na indústria de alimentos, a osmose reversa pode ser utilizada na concentração e 
purificação de certos produtos e no tratamento de lixos ou resíduos. 
A concentração de produtos alimentícios pela osmose reversa é bastante interessante, pois 
não envolve aquecimento nem mudança de fase. Assim, os sucos de frutas (laranja, maça, etc.) 
reteriam melhor seu aroma e sabor. A albumina do ovo com 12% de sólidos pode ser concentrada 
eficientemente até 30% de sólidos. 
Na purificação de certos produtos, pode a osmose reversa ser utilizada: 
a). no soro de leite para remover certos sais e recuperar a lactose ou proteína (o soro de leite 
contém 6-7% de sólidos); 
b). na remoção de ácidos, por exemplo, juntamente com a água, em sucos de fruta, para torná-los 
mais adocicados; 
c). na remoção de cloretos e outros sais que interferem na cristalização da sacarose, podendo 
assim aumentar o rendimento na fabricação de açúcar. 
 
É muito promissora a aplicação da osmose reversa no tratamento do lixo para redução do 
DBO (demanda bioquímica de oxigênio). Grande parte do soro produzido nas indústrias de 
laticínios é jogada fora, necessitando-se assim efetuar um tratamento para evitar a poluição das 
águas. Como o soro possui um valor DBO alto, é interessante e muitas vezes econômico fazer uma 
separação parcial dos solutos, pela osmose reversa antes do seu tratamento, pois assim diminuirá 
bastante o valor DBO a ser tratado. 
Águas contaminadas ou impuras podem ser recuperadas pela utilização da osmose 
reversa. 
O sucesso da aplicação da osmose reversa em alimentos depende muito da membrana 
com relação à sua taxa de permeabilidade, seletividade e tempo de duração. A membrana de 
acetato de celulose, um dos primeiros materiais estudados, é ainda bastante utilizada. Apresenta 
os inconvenientes de não resistir a altas pressões e de diminuir a taxa de permeabilidade durante a 
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operação. Numerosas pesquisas estão sendo realizadas com a finalidade de descobrir outros tipos 
de membranas. As membranas precisam ser colocadas em suportes eficientes para resistir a altas 
pressões (1.000 a 2.500 psi, dependendo do produto). 
Existem vários tipos de equipamentos que utilizam osmose reversa. A Aerojet-General 
Corporation desenvolveu, em 1963, um dos primeiros sistemas comerciais a serem utilizados. Ele 
foi idealizado para dessalinizar água do mar e baseia-se num sistema de placas superpostas, muito 
finas, contendo a membrana. A Gulf-General Atomic Company desenvolveu um sistema que utiliza 
membranas de espessura igual a 0,004 polegadas em forma de sanduiche. Esses envelopes são 
enrolados em tubos especiais que, por sua vez, são colocados em disposições tais que permitem a 
entrada sob pressão do produto inicial e a saída do produto diluído (solvente) e do concentrado. O 
Departamento de Agricultura dos EUA desenvolveu em Albany, California, a unidade Wurstack 
especialmente para alimentos. 
 
11.2 Centrifugação 
 
Princípio: 
Cria força centrífuga girando os materiais rapidamente em torno de um pólo central. 
 
Descrição: 
A centrífuga consiste em um motor que está instalado na base da unidade e junto a um eixo 
que se estende verticalmente, e uma plataforma (chamada de rotor) no eixo que mantém o material 
a ser centrifugado. O rotor está instalado em uma carcaça cilíndrica de cantos lisos (que serve 
como uma proteção de segurança; reduz a fricção) com uma tampa no topo. O motor gira o eixo e 
o eixo se move em movimento circular. 
 
Equipamentos: 
Entre o equipamento de separação do tipo centrífugo, o mais amplamente usado é o 
ciclone, para separar poeira ou névoa de um gás. A carga entra no ciclone tangencialmente, nas 
vizinhanças do topo e adquire um movimento turbilhonar ao entrar na câmara propriamente dita. A 
velocidade tangencial das partículas tende a levá-las para a periferia da câmara. O movimento 
espiralado do fluido tende a provocar uma certa aceleração radial centrípeta nas partículas, e ao 
mesmo tempo a força gravitacionallhes atribui uma aceleração para baixo. O resultado é o de as 
partículas efetuarem uma trajetória helicoidal, descendente, de raio crescente, até atingir as 
paredes da câmara. Daí por diante, as partículas continuam a espiralar descendentemente, contra 
a parede, e o gás, livre de sólidos, ascende pelo núcleo central. Nas velocidades tangenciais 
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elevadas, a força centrífuga é várias vezes maior que a da gravidade; por isto, os ciclones efetuam 
uma separação mais rápida e mais eficiente do que as câmaras de sedimentação gravitacional. 
As centrífugas do tipo vaso inteiriço são dispositivos de sedimentação que utilizam o campo 
centrífugo, em lugar do campo gravitacional, para provocar a separação dos componentes de um 
sistema líquido-sólido ou líquido-líquido. Os sistemas gás-sólido são separados pelos mesmos 
efeitos no ciclone separador. O campo centrífugo provoca a queda da fase mais pesada através da 
fase mais leve, na direção radial afastando-se do eixo de rotação. Esta é a ação que ocorre 
exatamente sob a influencia do campo gravitacional numa classificação. 
Existem três tipos principais de centrifugadores, distinguíveis pela força centrífuga 
desenvolvida, pela faixa de produção que se obtém normalmente e pela concentração dos sólidos 
que podem ser operados. 
 
a). Centrifugador com vaso tubular: este centrifugador gira com elevada velocidade de rotação, 
desenvolvendo forças centrífugas da ordem de 13.000 vezes a força da gravidade, na faixa de 50-
500 gal/h (3 a 30 l/min). Uma vez que não tem dispositivo para a remoção automática de sólidos, 
só pode operar com pequenas concentrações de sólidos. Melhor em separações liquido-liquido. 
Consiste num vaso de forma tubular que gira no interior de uma carcaça. O vaso opera na vertical, 
suspenso por um eixo delgado e flexível que é suportado por um mancal de escora. A fase pesada 
é coletada junto às paredes do vaso, e a fase leve forma uma camada concêntrica no interior da 
fase pesada. As gotículas do líquido mais leve, presentes na fase pesada, deslocam-se para o 
centro do vaso, enquanto as gotículas do líquido pesado movem-se para as paredes do vaso. Não 
se dispõe de dispositivo para a remoção de sólidos; quando materiais deste tipo estão presentes 
ocorre, em geral, o acúmulo junto às paredes do vaso que continua até a unidade ser parada e 
limpa. 
 
b). Centrifugador a disco: maior que o centrifugador com vaso tubular, mas com menor velocidade 
de rotação, desenvolvendo uma força centrífuga até 7.000 vezes a da gravidade. Esta centrífuga 
pode ser projetada para operar até 5.000 gal/h (310 l/min) de uma carga com quantidade moderada 
de sólidos, que são descarregados continuamente numa corrente concentrada. Melhor em 
separações liquido-liquido ou liquido-solido. É usado com grande generalidade, numa ampla 
diversidade de aplicações como separação de creme de leite, separação de catalisadores, 
desidratação de óleos lubrificantes navais, refinação de óleos de peixe. A alimentação é feita pelo 
fundo e é acelerada até a velocidade da centrífuga ao ser lançada para a periferia dos discos 
rotatórios. A alimentação flui pelos discos através de uma série de furos existentes em cada um 
deles. Neste sistema, as trajetórias de escoamento relativamente grandes, e a distancia pequena 
de disco para disco, promovem uma separação fácil, com o liquido pesado escoando pela parte 
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debaixo dos discos e o líquido leve escoando para o centro, pela parte de cima dos discos. A 
descarga destes sólidos se faz por extrusão através de uma série de bocais colocados pela 
periferia do vaso, arrastando simultaneamente uma parte do líquido pesado. 
 
c). Centrifugador decantador contínuo: projetado originalmente para separar sistemas sólido-líquido 
e que opera como um espessador. Estes centrifugadores são construídos para operar sólidos a 
taxas de 50 ton/h. As partes principais são um vaso cilíndrico, terminado por um tronco de cone, e 
um transportador parafuso interno que se ajusta estreitamente ao interior do vaso. Estas duas 
partes giram simultaneamente, mas o transportador-parafuso gira com uma velocidade de rotação 
inferior a velocidade de rotação do vaso. Na operação, a alimentação é injetada pelo parafuso 
central e entra no vaso, mais ou menos na região mediana. A força centrifuga força as fases 
sólidas, sendo mais densos, concentram-se contra as paredes e também no liquido que fica retido 
no vaso pela posição dos bocais de descarga do filtrado.