aula4B Curso Total de operações unitárias 1 EMULSÃO HOMOGENIZAÇÃO

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Departamento de 
Engenharia
Engenharia Química
Operações Unitárias I
HOMOGENIZADORES
Professor: Raul Santos
Salvador/BA
AGOSTO/ 2018
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EMULSIFICAÇÃO E 
HOMOGENEIZADORES
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EMULSIFICAÇÃO
EMULSIFICAÇÃO pode ser
definido como a operação
em que dois líquido
imiscíveis são intimamente
misturados, onde um líquido
seja ele disperso
descontínuo e a fase interna
se tornando em gotas ou
glóbulos dispersos em outro
líduido disperso contínuo ou
a fase externa.
Tipos de emulsão
• Emulsões Óleo em água (o/w).
• Emulsões Água em óleo (w/o).
• Emulsões Multiplas 
 Óleo em água em óleo (O/W/O) 
 Água em óleo em água (W/O/W)
9/10/2018 BA-FP-JU-C
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PHT 312 7
Tipos de emulsões
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Tipos de emulsões
w/o/w o/w/o
Emulsões multiplas
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EMULSIFICAÇÃO
Na maioria das emulsões os dois
líquidos envolvidos são água e
óleo.
•Na fase aquosa podem estar as
concentrações de sal, açucar ou
outros materiais organicos
(material hidrofílico)
•Na fase óleo hidrocarbonetos,
resinas ou outras substâncias
que se comportam como óleo
(material hidrofóbico)
EMULSIFICAÇÃO
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• Ha ainda uma terceira substância
que é adicionada com o objetivo
de estabilizar a emulsão é o
chamados agente emulsificante.
• Quando o óleo e a água são
misturados pode ocorrer dois
tipos de emulsão. Quando o óleo
fica disperso e se forma a
Emulsão óleo em água (O/W) e
se a fase aquosa for a dispersa
será a Emulsão água em
óleo(W/O).
EMULSIFICAÇÃO
EMULSIFICAÇÃO
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Fatores que afetam as emulsões
Tipo de agente emulsionante usado
Relação de volume de fase
Viscosidade de cada fase
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Tipos de Emulsões
Tensoativos
Materiais de origem natural
Solidos finamente divididos
Tipos de materiais que podem atuar 
como agentes emulsificantes
• Existem 4 tipos de materiais que podem atuar como agentes 
emulsificantes, a saber: materiais iônicos, sólidos coloidais, 
polímeros e surfactantes (MYERS, 1999).
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RESUMINDO TIPOS DE EMULSÕES
→1) Formação de polaridades na água;
→ 2) Isolamento esférico;
→ 3) Quebra do isolamento do fluído dominante (tensão 
interfacial);
→ 4) Formação de película aumentando a durabilidade da 
emulsão, assim blinda a interface, dificultando a 
coalescência;
→ 5) Aumenta a condutividade do meio, diminuindo a eficiência 
do tratamento eletrostático.
Mecanismos de ação dos agentes emulsificantes: 
1-Repulsão elétrica 
Materiais particulados (argilas, produtos de corrosão, etc) e 
compostos polares podem interagir eletricamente com a água, 
induzindo a formação de uma dupla camada elétrica. 
Isso gera uma repulsão eletrostática entre as gotículas, dificultando a 
sua coalescência e, consequentemente, estabilizando a emulsão. 
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Mecanismos de ação dos agentes emulsificantes: 
Repulsão elétrica 
Mecanismos de ação dos agentes emulsificantes: 
Impedimento estérico 
A presença de sólidos ou tensoativos com cadeias longas nas emulsões 
de A/O dificultam a aproximação das gotas promovendo a sua 
estabilização por repulsão estérica.
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Mecanismos de ação dos agentes emulsificantes: 
2- Impedimento esférico - SURFACTANTES 
Tensão Interfacial
A interface entre dois líquidos
imiscíveis é um local de energia livre
decorrentes de um desequilíbrio nas
forças de coesão dos dois líquidos. Esta
energia faz com que a interface se
contraia para formar a menor área
interfacial possível .
Em uma emulsão a fase interna
sempre tende a formar gotículas
esféricas que representa a menor
área interfacial de líquido por unidade
de volume .
EMULSIFICAÇÃO
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Mecanismos de ação dos agentes emulsificantes: 
Impedimento esférico 
A presença de sólidos ou tensoativos com cadeias longas nas emulsões 
de A/O dificultam a aproximação das gotas promovendo a sua 
estabilização por repulsão estérica.
Estabilidade das emulsões:
A velocidade com que as gotículas de água emulsionada decantam (se 
separam do óleo) é proporcional ao quadrado do seu diâmetro, 
conforme a equação de Stokes:
Assim, gotas pequenas demoram muito para separar do óleo (é o 
que ocorre nas emulsões). 
Se os agentes emulsionantes não deixam as gotas crescerem em 
tamanho (coalescerem) então a sua velocidade de separação do óleo 
permanece muito baixa. 
→Portanto, o tratamento do óleo consiste em buscar formas de 
aumentar o tamanho médio das gotas de água, de forma a aumentar 
a sua velocidade de separação do óleo.
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Agentes emulsionantes: 
Os principais agentes emulsionantes naturais são: 
Sólidos finamente divididos:
Agentes emulsionantes: 
3-Redução da tensão interfacial 
são ácidos carboxílicos de médio peso molecular com elevada 
afinidade pela interface óleo-água. São os principais responsáveis pela 
redução da tensão interfacial;
• Tensoativos 
substâncias que 
reduzem a tensão 
superficial.
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Agentes emulsionantes: 
3-Redução da tensão interfacial 
A interface entre dois líquidos imiscíveis é um local de energia livre
decorrentes de um desequilíbrio nas forças de coesão dos dois
líquidos. Esta energia faz com que a interface se contraia para formar a
menor área interfacial possível .
Em uma emulsão a fase interna sempre tende a formar gotículas
esféricas que representa a menor área interfacial de líquido por
unidade de volume .
Tensão Interfacial
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Quanto maior a tensão interfacial mais difícil a
formação de uma emulsão e menos estável ela
será.
Para que se consiga um emulsão estável é
necessário reduzir a tensão interfacial entre os
líquidos utilizando os chamados agentes
emulsificantes.
Tensão Interfacial
• Emulgente está na interface O/A, em volta das gotas 
da fase interna, como fina camada de filme 
adsorvido na superfície  O filme evita o contato e a 
coalescência da fase interna, e quanto mais 
resistente e flexível ele for maior estabilidade da 
emulsão.
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Substâncias Tensoativas
• Tensoativos substâncias que reduzem a tensão 
superficial.
Agentes emulsionantes: 
4-CRIAÇÃO DE FILMES DE BLINDAGEM DAS 
EMULSÕES 
→Os asfaltenos apresentam baixa atuação sobre 
a tensão interfacial, entretanto uma vez na 
interface são capazes de blindar a superfície das 
gotas sendo em grande parte responsáveis pela 
elevada estabilidade das emulsões de petróleos 
pesados.
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Agentes emulsionantes: 
4-CRIAÇÃO DE FILMES DE BLINDAGEM DAS EMULSÕES 
A maioria dos agentes emulsificantes são
compostos de substâncias com moléculas
contendo grupos polares e não-polares. Em uma
emulsão tal agente é adsorvido na interface
entre as fases e, assim, reduz a tensão interfacial.
Agente Emulsificante
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Ao serem adsorvidos o agente emulsificante
orienta-se na interface para que os grupos não
polares, os quais têm afinidade com o óleo,
apontam para a fase de oleosa, enquanto
os grupos polares irá se direcionar para a fase
aquosa com que tem uma afinidade. Assim, uma
película de agente emulsificante é formada na
interface, e age como um filme interfacial que
fornecem um revestimento sobre as gotículas da fase
interna, impedindo a coalescência sob a influência da
tensão interfacial.
Agente Emulsificante
Um agente emulsificante pode ser selecionado
para uma determinada aplicação, com base em
seu balanço hidrofílico-lipofílico (HLB).
HBL ( Hidrophile-lipophile balance) é definido
como a razão entre o peso percentual dos grupos
hidrofílicos sobre o peso percentual de grupos
hidrofóbicos da molécula.
Agente Emulsificante
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Os valores HLB podem ser determinada
experimentalmente. Os valores deHLB em
agentes emulsificantes podem variar de 1-20.
Agentes com baixos valores de 3-6, promovem a
formação de emulsões do tipo água em óleo
(w/o), enquanto aqueles com altos valores, 8-
18, favorecem a formação de emulsão do tipo
óleo em água (o/w) .
Agente Emulsificante
Agente Emulsificante
A substância utilizada como agente
emulsificantes são numerosos e variados e
incluem: materiais que ocorrem naturalmente,
tais como proteínas, fosfolipídios e esteróis:
uma vasta gama de materiais sinteticos tais
como ésteres de glicerol, propilenoglicol, ésteres
de sorbitol, de ácidos graxos, éteres de celulose,
carboximetilcelulose e muitos outros: sólidos
finamente divididos, tais como bastonite e
carvão.
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Agentes emulsionantes: 
5-Aumento da condutividade do meio 
FeS: produto da corrosão do aço pelo H2S. Pó muito fino com 
afinidade pela interface. Blinda a interface, dificultando a 
coalescência. 
→Aumenta a condutividade do meio, diminuindo a eficiência do 
tratamento eletrostático.
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Por que as emulsões 
desestabilizam?
• Forças atrativas entre as gotas (van der Waals)
• Movimento Browniano, Difusão, Colisões
• Diferença de densidade entre as fases (tendência a 
flotar ou sedimentar)
• Instabilidade mecânica do filme interfacial
• Maior solubilidade da fase dispersa em gotas 
menores - envelhecimento de Ostwald (“Ostwald 
Ripening”), mais pronunciado em fases mais 
miscíveis
Como estabilizar as emulsões? 
1. Abaixar a tensão interfacial (tensoativo) 
2. Formar barreira por repulsão eletrostática ou 
estérica (tensoativo) 
3. Obter gotas pequenas e uniformes 
(ultrassom) 
4. Filme interfacial mecanicamente estável 
(tensoativo, co-tensoativo ou partículas 
solidas) – “Pickering emulsion” 
5. Alta viscosidade da fase conơnua (↑ coef 
difusão da fase dispersa)
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Como principio geral, o processo é realizado
submetendo os líquidos a agitação violenta.
O tipo de agitação mais adequado para a
emulsificação é aquele que submete uma
grande gota da fase interna a corte.
Por essa ação as gotas são deformadas e
quebradas em pedaços menores, mais
finamente dispersas enfim gotículas.
Métodos de Emulsificação
EMULSIFICAÇÃO
Agentes emulsionantes (emulsificantes):
Agentes emulsionantes (emulsionantes):
Um agente emulsionante é qualquer material que aumenta a
estabilidade de uma emulsão (isto é, prevenção da
coalescência e redução da formação de creme).
O agente emulsionante ideal é capaz de produzir emulsões
estáveis em baixas concentrações.
Os agentes emulsionantes são:
Hidrocolóides.
Agentes ativos de superfície (SAA) (surfactantes).
Sólidos finamente divididos.
Emulsificadores auxiliares
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Tipos de materiais que podem atuar 
como agentes emulsificantes
• Existem 4 tipos de materiais que podem atuar como agentes 
emulsificantes, a saber: materiais iônicos, sólidos coloidais, 
polímeros e surfactantes (MYERS, 1999).
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Tipos de materiais que podem atuar 
como agentes emulsificantes
• Materiais iônicos adsorvidos (sais) não causam 
grandes modificações na tensão interfacial, podendo 
aumentá-la em raros casos, o que pouco facilita a 
emulsificação. Porém, em condições apropriadas, 
tais sais podem ajudar a estabilizar o sistema criando 
uma fina barreira eletrostática entre as gotas de fase 
dispersa, e alterando algumas propriedades físicas 
locais do sistema como a constante dielétrica, a 
viscosidade e a densidade (MYERS, 1999). 
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Tipos de materiais que podem atuar 
como agentes emulsificantes
• Partículas sólidas não afetam diretamente a tensão 
interfacial do sistema, mas estabilizam a emulsão 
formando uma barreira física entre as gotas de fase 
dispersa, o que retarda ou até impede a 
coalescência. A eficácia destes materiais está 
diretamente ligada ao tamanho de suas partículas e 
as interações interfaciais entre a superfície sólida e 
as duas fases líquidas que constituem o sistema. Em 
geral, as partículas devem ser molhadas 
parcialmente por ambas as fases, mas devem ter 
uma ligeira preferência pela fase contínua (MYERS, 
1999). 47
Tipos de materiais que podem atuar 
como agentes emulsificantes
• Polímeros adsorvidos são muito importante 
como estabilizantes. Sua ação pode ser 
baseada nas interações estéricas ou 
eletrostáticas entre as gotas de fase dispersa, 
nas mudanças de viscosidade e elasticidade da 
interface de tais gotas, ou na mudança de 
viscosidade da fase contínua. Na maioria dos 
casos, a estabilização do sistema é decorrente 
da combinação desses três fatores (MYERS, 
1999). 
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Tipos de materiais que podem atuar 
como agentes emulsificantes
• Surfactantes , que são compostos 
químicos que tendem a se adsorver na 
interface água/óleo com a finalidade de 
minimizar a energia livre no limite entre 
as fases, diminuindo a tensão e impondo 
uma barreira estabilizante entre as gotas 
de fase dispersa (MYERS, 1999)
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Agentes emulsionantes (emulsificantes):
Os agentes emulsionantes são:
1. Hidrocolóides.
2. Agentes ativos de superfície (SAA)
(surfactantes).
3. Sólidos finamente divididos.
4. Emulsificadores auxiliares
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• Polissacarídeos Naturais:
O principal problema com estes agentes é a sua variabilidade 
natural entre lotes e contaminação microbiana.
• Tragacanth é usado para aumentar a viscosidade de uma 
emulsão.
• Outros polissacarídeos, como amido, pectina e carragenina, são 
usados para estabilizar uma emulsão.
Agentes emulsificantes
Hidrocolodais
Polissacarídeos semi-sintéticos::
 São derivados da celulose polissacarídica natural e geralmente
formam emulsões o / a.
 Exemplos incluem graus de baixa viscosidade de
 Metilcelulose (MC)
 Carboximetilcelulose (CMC)
 Hidroxipropilmetilcelulose (HPMC))
Agentes emulsificantes
Hidrocolodais
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Hidrocolóides sintéticos::
 Carbopol
 Álcool polivinílico (PVA).
 Polivinilpirrolidona (PVP)
Agentes emulsificantes
Hidrocolodais
Surfactantes aniônicos:
• Estes são sais orgânicos que, na água, possuem
um ânion de superfície ativa.
• Alguns exemplos incluem:
• Sabonetes de metais alcalinos e amônio (sais de ácidos graxos de
cadeia longa), tais como estearato de sódio e oleato de potássio (o
/ w).
• Sabões de metais divalentes e trivalentes, como o oleato de cálcio
(a / o).
• Amina e sabões de amônio, como oleato de trietanolamina (o /
w).
• Sulfatos de alquila tais como lauril sulfato de sódio (SLS) (o / w).
Agentes emulsificantes
Surfactates
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Surfactantes aniônicos::
• Desvantagens:
 Incompatível com alguns cátions orgânicos e
inorgânicos e com grandes cátions orgânicos.
 Sensibilidade ao pH: Eles devem estar em sua forma
ionizada para serem eficazes e as emulsões feitas com
surfactantes aniônicos são geralmente estáveis em pH
mais alcalino.
Agentes emulsificantes
Surfactates
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Surfactantes catiônicos:
• Estes são geralmente compostos de amônio quaternário que
possuem um cátion de superfície ativa.
• Exemplos incluem cloreto de cetrimida e benzalcónio.
• Eles são usados na preparação de emulsões o / w para uso
externo e devem estar em sua forma ionizada para serem
eficazes.
• Os surfactantes catiônicos também possuem atividade
antimicrobiana.
Agentes emulsificantes
Surfactates
Surfactantes catiônicos:
Desvantagens:
• Eles são sensíveis a surfactantes aniônicos .
• Emulsões formadas por um surfactante catiônico são
geralmente estáveis em pH ácido.
• Eles são mais tóxicos do que outros surfactantes.
Agentes emulsificantes
Surfactates
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Surfactantes não-iônicos
Eles são materiais sintéticos e formam o maior grupo de
surfactantes.
Os surfactantes não-iônicossão compatíveis com
substâncias aniônicas e catiônicas e são altamente
resistentes à mudança de pH.
 Eles são usados para produzir emulsões o / a ou a / o
para uso externo e interno.
O tipo de emulsão formado depende do balanço entre
os grupos hidrofílico e lipofílico, que é dado pelo
número de HLB (balanço hidrofílico-lipofílico).
Agentes emulsificantes
Surfactates
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Surfactantes não-iônicos
Exemplos dos principais tipos incluem:
Ésteres: tais como ésteres de glicol, ésteres de glicerol,
ésteres de macrogol, ésteres de sorbitano (spans) e
polissorbatos (tweens).
Amidas: como alknolamides.
Éteres: como éteres de macrogol e poloxâmeros.
Agentes emulsificantes
Surfactates
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Surfactantes Anfotéricos (Zwitteriônicos)
Sólidos finamente divididos
• Sólidos finamente divididos podem ser adsorvidos na interface óleo-
água para formar um filme coerente que evita a coalescência dos
glóbulos dispersos.
• Além disso, a maioria incha no meio dispersante, resultando em uma
viscosidade aumentada.
• Se as partículas são preferencialmente molhadas por óleo, forma-se
uma emulsão a / o. Inversamente, se as partículas são
preferencialmente molhadas por água, forma-se uma emulsão o / a.
• Eles formam emulsões com boa estabilidade que são menos propensas
à contaminação microbiana do que aquelas formadas com outros
agentes derivados naturalmente.
• Exemplos:
• Argilas naturais como bentonita e silicato de alumínio e magnésio.
• Materiais sintéticos como dióxido de silício coloidal (Aerosol®).
• Hidróxidos de alumínio e magnésio coloidal são utilizados para
preparações internas.
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Agentes emulsionantes auxiliares
Substâncias contendo esterol:
• Esses agentes agem como agentes emulsionantes de
água em óleo.
• Exemplos incluem cera de abelha, gordura de lã e
álcoois de lã
Passos preparatórios
1. O agente emulsificante deve ser utlizado em função 
do tipo de emulsão requerido;
2. A relação fase volume (P/V) ( a porcentagem pelo 
volume da fase interna) afeta o tipo de emulsão 
formado. A fase em maior proporção tende a ser a 
fase externa
3. A temperatura de emulsificação deve ser 
especificada. A tensão interfacial e a viscosidade 
podem cair com o aumento da temperatura. 
EMULSIFICAÇÃO
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Passos preparatórios
Como regra geral é melhor que as duas fases
seja preparadas separadamente.
O Agente emulsificante em geral é adicionado a
fase externa mas existem exceções. Alguns
compostos se dispersam melhor na fase oleosa
para minimizar dilatação e formação de
caroços.
EMULSIFICAÇÃO
Passos preparatórios
Quando a pré agitação é praticada, a fase 
interna é geralmente gradualmente adicionada 
na fase externa , enquanto ela está sendo 
agitada. 
EMULSIFICAÇÃO
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Equipamentos
• Agitadores
Os tipos de agitadores utilizados para processos
de emulsificação são as de Alta velocidade como
as do tipo turbinas e hélices, particularmente
utilizados para baixa viscosidade.
São utilizadas para o pré mistura de ingredientes
na produção de molhos de salada, creme para
bolo, e podem ser o emulsificadores para
maioneses e queijos processados entre outros. 
O homogeneizador de alta
pressão é um equipamento
dotado de bomba de pistões de
alta pressão com válvulas
especiais denominadas válvulas
homogeneizadoras.
O produto entra na sede da
válvula, cuja saída é fechada por
um êmbolo e pelo aperto de
uma mola ou pistão
hidráulico.
Homogeneizador de alta pressão
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Do Leite para a manteiga
Homogeneização
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Equipamentos
• Pela pressão do produto, este êmbolo recua uma 
fração de milímetro e o produto sai por essa folga a 
uma velocidade extremamente elevada (até 300 
m/s), colidindo contra um anel de impacto disposto 
em volta da válvula. Pela queda brusca de pressão e
o impacto, as partículas de sólidos ou líquidos 
suspensas no produto se fracionam em partículas 
extremamente pequenas, na faixa de 0, 1 a 10 
micras, de acordo as condições de operação.
Homogeneizador de alta pressão
Equipamentos
Homogeneizador de alta pressão
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Equipamentos
Homogeneizador de alta pressão
Produto Estágio de 
Homog.
Pressão Mateeial
Pistão/Dispositvo
Comentários
AMF ( anidrous Milk) 1 100 Std
Butter oil 1 100 Std
Cream < 20% Fat 2 160-200 Std
Cream > 20% Fat 2 <100 bar Std
Chocolate Milk 2 200-250 Chr.pist Semi abrasive
Egg 2 100 Std
Ice Cream mix 2 120-300 Chr.pist Std or semi 
abrasive
Juices nectars 2 160-250 Chr.pist
Milk Pasteurizad 2 100-140 Std
Soy Product 2 150-315 Special Material
Tomato Juice 2 120-200 Special Material Abrasive
Equipamentos
Homogeneizador de alta pressão – Tetra Pack
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Equipamentos
Homogeneizador de alta pressão – Tetra Pack
Equipamentos
Homogeneizadores por Hydroshear
O princípio do sistema câmara cilíndrica que 
tem uma porta de entrada tangencial no centro e 
dois bicos de formato cônico para de descarga 
no final da câmara .
A alimentação é por um orifício estreito para obter 
um alta velocidade inicial. O líquidos é 
espalhado para cobrir toda a largura da 
parede da câmara, corre ao longo da parede e é 
forçada em direção ao centro da câmara girando 
em círculos cada vez menores e acelerando.
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Equipamentos
Homogeneizadores por Hydroshear
O corte se desenvolve entre as camadas de liquido 
devido a diferença de velocidade. Uma área de 
pressão bem baixa é criada e no centro do cilindro 
que sofre uma grande cavitação e por uma alta 
frequência de vibração e ondas de choque. A 
alimentação é bombeada a pressões acima de 250 
psi.
Este tipo de homogeneizador produz dispersões de 
2 a 8 µm. 
Equipamentos
Homogeneizadores por Hydroshear
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Equipamentos
• Homogeneizadores Ultrasônicos
Quando um líquido é exposto a alta energia de 
ondas ultrasonicas, cada pequena região 
alternadamente para a sofre tensão e 
compressão.
Na metade negativa do ciclo, quando elas estão 
sobre teñsão elas expandem, na outra metade 
sobre compressão elas, contraem. As bolhas 
se colapsam violentamente na compressão se 
quebram.
• Homogeneizadores Ultrasônicos
• O mais comum é o de agulhas transdutora 
onde uma haste com bordas em forma de 
agulha é posicionado em frente a um bico. O 
líquido é bombeado através do bocal e o jato 
colide daí o líquido emergentes na ponta da 
haste estará vibrando. A haste é normalmente 
fixada em um ou mais pontos nodais e ressoa 
na freqüência, transmitindo ondas de freqüência 
ultra-sônica para o líquido.
Equipamentos
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• Homogeneizadores Ultrasônicos
http://www.youtube.com/watch?v=FslcAiZMbMo
Equipamentos
Equipamentos
Moinhos coloidais
O principio dessa operação consiste na passagem de 
uma emulsão bruta entre uma superficie
estacionária e uma supercie rotativa separadas por
uma pequeno e ajustável espaço livre. Ao passar
entre essas superficie o líquido é submetido a corte
por turbulencia se dispersando na fase interna. 
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Equipamentos
http://www.youtube.com/watch?v=7OiLYJ0Wfb8&feature=related
APLICAÇÃO NA INDÚSTRIA 
ALIMENTÍCIA
• Fabricação de Manteiga
• Margarina
• Molhos para Salada
• Maionese
• Molhos em geral
• Bolo e produtos de panificação
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Escala HLB (Balanço hidrofílico-lipofílico)
•
Estabilização da emulsão pela 
adição de um ou mais tensoativos 
• Escala HLB (Balanço hidrofílico-lipofílico)
•Arbitrária 
•Griffin (1949) para tensoativos não-iônicos 
•HLB = 20(MMhidrofilico)/Mmtotal
• Varia de 0 (mais hidrofóbico) a 20 (mais 
hidrofílico) 
• Ajuda a escolher o melhor tensoativo para 
estabilizar uma emulsão
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Escalaempírica
• HLB ca. 1 to 3: Anti-espumantes / micelas reversas 
• HLB ca. 3 to 8: emulsificantes de emulsões A/O 
• HLB ca. 7 to 9: agentes “molhantes” 
(wetting and spreading agents), aumentam a molhabilidade
• HLB ca. 8 to 16: emulsificantes de emulsões O/A
• HLB ca. 13 to 16: Detergentes 
• HLB ca. >15: Solubilizantes