O presente trabalho teve como objetivo estudar o processo de microfiltração tangencial com membranas tubulares cerâmicas, aplicado à clarificação da vinhaça originária do processamento de cana de açúcar, analisando as características fluidodinâmicas do processo e os tipos de bloqueios de poro por modelos matemáticos. Neste estudo foram utilizadas membranas cerâmicas de \'alfa\'-alumina (\'alfa\'-\'AL IND.2\'O IND.3\') com tamanho nominal de poros de 1,2 \'mü\'m e 0,8 \'mü\'m, respectivamente denominadas no texto como M12 e M08. Amostras do permeado (fluxo transmembrana) e retentado foram analisadas com medidas de propriedades tais como: densidade, pH, condutividade elétrica, viscosidade, tensão superficial, cor e turbidez. As características da permeação das membranas cerâmicas foram primeiramente analisadas com água potável em diferentes condições fluidodinâmicas e o fluxo transmembrana foi medido em função do tempo para quantificar as propriedades da membrana antes que houvesse impregnações diversas em sua superfície. Vinhaça diluída na proporção volumétrica de 50% vol. foi microfiltrada em condições fluidodinâmicas variadas utilizando pressões transmembrana de 200 kPa, 300 kPa, 400 kPa e 500 kPa em escoamento turbulento com número de Reynolds de 11.500, 22.500 e 33.500. Os resultados experimentais foram analisados através de gráficos do fluxo transmembrana em função do tempo e das resistências (resistência total, resistência da membrana, resistência de polarização e resistência de fouling) em função da pressão, e da análise do pH, condutividade elétrica, viscosidade, densidade, tensão superficial, quantidade de sólido solúveis totais (ºBrix), cor e turbidez. A influência da interação da vinhaça na superfície da membrana microporosa foi investigada a partir dos valores das resistências e aplicação de modelos matemáticos para bloqueio de poros. Os melhores resultados de fluxo transmembrana foi de 31,48 L/h.\'M POT.2\' para a M12 em condição fluidodinâmica de 500 kPa para a pressão transmembrana e 11.500 para o número de Reynolds e de 39,47 L/h.\'M POT.2\' para a membrana M08 com 500 kPa de pressão e 33.500 para o número de Reynolds. O estudo do modelo de bloqueio dos poros revelou que o fluxo de permeado diminui principalmente por fenômenos relacionados à formação da camada de polarização e do bloqueio parcial dos poros. As análises físico-químicas revelaram que o pH e a viscosidade do permeado foi afetado pelo número de Reynolds e que o processo tem potencial para remover partículas em suspensão, reduzir a turbidez e a cor do permeado. / This present work studied the process of cross flow microfiltration using tubular ceramic applied in the vinasse clarification from sugar cane, analyzing fluid dynamic features of process and the types of pore blocking applied to math models. In this research was used \'alfa\'-alumina (\'alfa\'-\'AL IND.2\'O IND. 3) ceramic membrane with pore size of 1.2 \'mü\'m and 0.8 \'mü\'m, respectively called M12 and M08. Permeate samples (transmembrane flux) and retentate were analyzed measuring their specific mass, pH, electrical conductivity, viscosity, surface tension, total soluble solid (ºBrix), color and turbidity. The virgin membranes were analyzed first with tap water in different fluid dynamics conditions and transmembrane flux was measured in function of the time to quantify its proprieties before to have impregnation in its surface. Vinasse was deluded in water in the proportion of 50% vol and it was microfiltered in varied fluid dynamics using transmembrane pressure of 200 kPa, 300 kPa, 400 kPa and 500 kPa in turbulent flow with Reynolds number 11,500; 22,500 and 33,500. The experimental data obtained were analyzed through to graphics of transmembrane flux versus time and resistances (membrane resistance, total resistance, polarization resistance and fouling resistance) versus pressure, and produced tables with physical-chemical proprieties values. The influence of interaction between vinasse and membrane surface was investigated using math models to pore blockage. The high performance was obtained with M12 membrane with permeate of 31.48 L/h.\'M POT.2\' in transmembrane pressure of 500 kPa (Re = 13,500). For M08 membrane permeate flux (39.47 L/h.\'M POT.2\') was higher for the situation of greater tangential velocity (Re = 33,500) and higher pressure (\'delta\'P = 500 kPa). The analysis for the pore blockage showed that the permeate flux decreases primarily by phenomena related to the cake formation of polarization and partial blockage of pores. Analyses of pH and viscosity of permeate flux showed that Reynolds number influences on values. The study showed that the clarification of vinasse by ceramic membranes of microfiltration has the potential to remove suspension particles and to reduce turbidity and color.

Submitted by Marcos Wanderley (marcos.wanderley@ufcg.edu.br) on 2018-08-29T19:00:21Z No. of bitstreams: 1 CRISTIANO QUINTINO FURTADO - DISSERTAÇÃO(PPGEQ) 2016.pdf: 1561473 bytes, checksum: b612a8255accdc109666e549bdfaf367 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-29T19:00:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CRISTIANO QUINTINO FURTADO - DISSERTAÇÃO(PPGEQ) 2016.pdf: 1561473 bytes, checksum: b612a8255accdc109666e549bdfaf367 (MD5) Previous issue date: 2016-04-14 / Capes / No presente trabalho, estudou-se a utilização de membranas cerâmicas em um processo de microfiltração de vinho tinto. A membrana MR1-20, composta por uma mistura de argila e alumina, com configuração cilíndrica de um canal, tamanho aproximado de 22-23 cm e poros variando entre 0,5 e 0,9 μm foi utilizada em um sistema de microfiltração do tipo dead-end. O fluxo do permeado bem como a qualidade do vinho filtrado foram investigados sob diferentes pressões transmembranares (0,5, 1,0 e 1,5 bar). Observou-se um aumento do fluxo com o aumento da pressão, sendo que o maior aumento foi obtido com a pressão de 1,5 bar. Todos os ensaios revelaram comportamentos similares, sendo notada uma diminuição exponencial do fluxo de permeado durante o processo. Uma etapa para a caracterização da membrana com vinho experimental foi realizada a fim de identificar a pressão operacional ótima. A pressão de 0,5 bar foi a que apresentou melhores resultados operacionais, e portanto foi selecionada para o desenvolvimento dos experimentos subsequentes. Após a determinação da pressão ótima de operação (0,5 bar), 3 amostras comerciais de vinho tinto foram filtradas e análises físico-químicas bem como microbiológicas foram realizadas antes e após o procedimento da microfiltração para determinação da eficiência da membrana cerâmica no tratamento de vinho tinto. Em seguida, os resultados foram comparados com valores estipulados pela legislação brasileira. Os resultados dessa pesquisa mostraram que a membrana cerâmica MR1-20 foi eficiente no tratamento de vinhos tintos, obtendo uma diminuição de 97% na turbidez e redução de aproximadamente 65% das bactérias mesófilas e leveduras. Além disso, o índice de cor foi minimamente reduzido (6%). Porém, a dificuldade de manutenção do fluxo de operação bem como a não esterilização do vinho foram considerados fatores que devem ser melhor compreendidos e elucidados em estudos futuros. / In this research, the use of ceramic membranes in a process of microfiltration of red wine was studied. The MR1-20 membrane, made of a mixture of clay and alumina, presenting a cylindrical configuration with one channel, length of approximately 22-23 cm and pores size varying between 0,5 and 0,9 μm was used in a dead-end type of microfiltration system. The permeate flow as well as the quality of the filtered wine were investigated under different trans-membrane pressures (0,5, 1,0 e 1,5 bar). It was observed an increase in the flow with an increased pressure, and the greater increment was achieved with a pressure of 1,5 bar. All tests showed similar behavior and an exponential decrease in the permeate flow during the process was observed. A step for membrane characterization with experimental wine was carried out with the objective of identifying the best operational. The pressure of 0,5 bar presented the best operational outcomes, and therefore was selected for the development of further experiments. Following the determination of the best operational pressure (0,5 bar), 3 samples of commercial red wine were filtered and physic-chemical analyses as well as microbiological analyses were performed before and after the microfiltration process to determine the efficiency of ceramic membranes for treating red wine. Following that, the results were compared with the standards presented in the Brazilian legislation. The outcomes of this research have shown that the ceramic membrane MR1-20 was efficient to treat red wines, decreasing 97% of turbidity and reducing approximately 65% of mesophilic bacteria and yeast. Moreover, the color index was slightly reduced (6%). However, the difficulty of maintaining the operational flow as well as the non-sterilization of the wine was the identified factors that must be better understood and clarified in future studies.

O presente trabalho teve como objetivo estudar o processo de microfiltração tangencial com membranas tubulares cerâmicas, aplicado à clarificação da vinhaça originária do processamento de cana de açúcar, analisando as características fluidodinâmicas do processo e os tipos de bloqueios de poro por modelos matemáticos. Neste estudo foram utilizadas membranas cerâmicas de \'alfa\'-alumina (\'alfa\'-\'AL IND.2\'O IND.3\') com tamanho nominal de poros de 1,2 \'mü\'m e 0,8 \'mü\'m, respectivamente denominadas no texto como M12 e M08. Amostras do permeado (fluxo transmembrana) e retentado foram analisadas com medidas de propriedades tais como: densidade, pH, condutividade elétrica, viscosidade, tensão superficial, cor e turbidez. As características da permeação das membranas cerâmicas foram primeiramente analisadas com água potável em diferentes condições fluidodinâmicas e o fluxo transmembrana foi medido em função do tempo para quantificar as propriedades da membrana antes que houvesse impregnações diversas em sua superfície. Vinhaça diluída na proporção volumétrica de 50% vol. foi microfiltrada em condições fluidodinâmicas variadas utilizando pressões transmembrana de 200 kPa, 300 kPa, 400 kPa e 500 kPa em escoamento turbulento com número de Reynolds de 11.500, 22.500 e 33.500. Os resultados experimentais foram analisados através de gráficos do fluxo transmembrana em função do tempo e das resistências (resistência total, resistência da membrana, resistência de polarização e resistência de fouling) em função da pressão, e da análise do pH, condutividade elétrica, viscosidade, densidade, tensão superficial, quantidade de sólido solúveis totais (ºBrix), cor e turbidez. A influência da interação da vinhaça na superfície da membrana microporosa foi investigada a partir dos valores das resistências e aplicação de modelos matemáticos para bloqueio de poros. Os melhores resultados de fluxo transmembrana foi de 31,48 L/h.\'M POT.2\' para a M12 em condição fluidodinâmica de 500 kPa para a pressão transmembrana e 11.500 para o número de Reynolds e de 39,47 L/h.\'M POT.2\' para a membrana M08 com 500 kPa de pressão e 33.500 para o número de Reynolds. O estudo do modelo de bloqueio dos poros revelou que o fluxo de permeado diminui principalmente por fenômenos relacionados à formação da camada de polarização e do bloqueio parcial dos poros. As análises físico-químicas revelaram que o pH e a viscosidade do permeado foi afetado pelo número de Reynolds e que o processo tem potencial para remover partículas em suspensão, reduzir a turbidez e a cor do permeado. / This present work studied the process of cross flow microfiltration using tubular ceramic applied in the vinasse clarification from sugar cane, analyzing fluid dynamic features of process and the types of pore blocking applied to math models. In this research was used \'alfa\'-alumina (\'alfa\'-\'AL IND.2\'O IND. 3) ceramic membrane with pore size of 1.2 \'mü\'m and 0.8 \'mü\'m, respectively called M12 and M08. Permeate samples (transmembrane flux) and retentate were analyzed measuring their specific mass, pH, electrical conductivity, viscosity, surface tension, total soluble solid (ºBrix), color and turbidity. The virgin membranes were analyzed first with tap water in different fluid dynamics conditions and transmembrane flux was measured in function of the time to quantify its proprieties before to have impregnation in its surface. Vinasse was deluded in water in the proportion of 50% vol and it was microfiltered in varied fluid dynamics using transmembrane pressure of 200 kPa, 300 kPa, 400 kPa and 500 kPa in turbulent flow with Reynolds number 11,500; 22,500 and 33,500. The experimental data obtained were analyzed through to graphics of transmembrane flux versus time and resistances (membrane resistance, total resistance, polarization resistance and fouling resistance) versus pressure, and produced tables with physical-chemical proprieties values. The influence of interaction between vinasse and membrane surface was investigated using math models to pore blockage. The high performance was obtained with M12 membrane with permeate of 31.48 L/h.\'M POT.2\' in transmembrane pressure of 500 kPa (Re = 13,500). For M08 membrane permeate flux (39.47 L/h.\'M POT.2\') was higher for the situation of greater tangential velocity (Re = 33,500) and higher pressure (\'delta\'P = 500 kPa). The analysis for the pore blockage showed that the permeate flux decreases primarily by phenomena related to the cake formation of polarization and partial blockage of pores. Analyses of pH and viscosity of permeate flux showed that Reynolds number influences on values. The study showed that the clarification of vinasse by ceramic membranes of microfiltration has the potential to remove suspension particles and to reduce turbidity and color.

O fluido multifásico complexo (suco de açaí) tem uma forte interação com membranas poliméricas ou cerâmicas de microfiltração e a formação de incrustação depende da composição e das condições de dinâmica de fluidos. Neste estudo experimental foi investigada a influência dos dois principais ácidos graxos presentes no açaí, ácido oleico e ácido palmítico, em misturas com água e no processo de microfiltração tangencial com membranas cerâmicas de alumina com um tamanho de poro nominal de 0,2 \'mü\'m. Mediu-se o fluxo de permeado em função do tempo, nas pressões transmembranas de 300 kPa, 400 kPa e 500 kPa. Para o fluxo da corrente de alimentação foram encontrados valores de Reynolds numa faixa de 9500 a 31000. Cada amostra de misturas de água/ácido oleico, água/ácido palmítico e água/ácidos oleico e palmítico, foi estudada em três séries de ensaios realizados durante 180 minutos e 72 minutos para a mistura água/ácido palmítico, a temperatura em 25 ºC. Analisou-se as incrustações resultantes e as fortes interações fluido/membrana utilizando o modelo de resistência em série e imagens tomadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os melhores resultados de permeado encontrados para a mistura de água/ácido oleico foram para Re = 33000, no entanto, resultados satisfatórios foram encontrados para Re = 20000. Agora para a água/ácido palmítico foram encontrados para Re = 20000. Os melhores resultados de permeado para a mistura água/ácidos oleico e palmítico foram para Re = 31000. De acordo com os resultados das resistências, a mistura água/ácido causa um bloqueio dos poros da membrana, resultando em uma maior diminuição do fluxo transmembrana. A limpeza foi eficiente para reduzir a resistência associada com a polarização. / The complex fluid multiphase (açaí juice) has a strong interaction with polymeric or ceramic membranes for microfiltration fouling and its formation depends on the fluid composition and fluid dynamics conditions. In this experimental study was investigated the influence of two major fatty acids present in açaí, oleic acid and palmitic acid in mixtures with water and in the process of crossflow microfiltration with ceramic membranes. In the separation process is used alumina ceramic membrane with a nominal pore size of 0.2 micrometers. The permeate flux was measured in function of time using the 300 kPa, 400 kPa and 500 kPa for the transmembrane pressure. The flow of feed stream and its respective value of Reynolds were in range of: 8900-3300. For each sample of mixtures oleic acid/water and palmitic acid/water and palmitic acid, oleic acid/ water, three series of experiments were conducted for 180 minutes and 72 minutes for mixture palmitic acid/water at temperature in 25 Celcius. For analyze of fouling resulting from strong interactions fluid/membrane was used the model of resistance in series and images taken via scanning electron microscopy (SEM). The best results for mixing oleic acid/water were to Re = 33000, however, satisfactory results were found for Re = 20000. Now for the palmitic acid/water were found to Re = 20000. For mixture palmitic acid, oleic acid/ water were found to Re = 31000. According to the results of the resistances, the mixture oleic acid/water cause a blockage of the pores of the membrane resulting in a greater decrease of the transmembrane flow. The cleaning is efficient for reducing the resistance associated with the polarization.

Nesta pesquisa de doutorado, o processo de microfiltração tangencial com membranas cerâmicas é investigado visando à retenção de bactérias (Escherichia coli CCT 0549) e redução de sólidos suspensos de uma bebida à base de açaí (Euterpe oleracea Mart.). As membranas comerciais selecionadas foram manufaturadas com \'alfa\'-alumina (\'AL IND.2\'O IND.3\') e possuem tamanho nominal de poro, fornecido pelo fabricante no valor de 0,8\'mü\'m e 1,2\'mü\'m. O valor nominal da membrana de 1,2\'mü\'m é maior que a largura da Escherichia coli (0,8\'mü\'m). Como, a princípio, o microrganismo está fisicamente sujeito a passagem pela membrana de 1,2\'mü\'m, esta estrutura micro-porosa foi submetida à impregnação de prata. Este procedimento visou verificar a influência da prata como material bactericida para auxiliar na redução/eliminação das bactérias inoculadas na bebida à base de açaí. Para tanto, a estrutura cerâmica micro-porosa foi tratada quimicamente com solução de citrato de prata e submetida à queima até a temperatura de 600 graus Celsius para eliminação dos compostos orgânicos e conseqüente impregnação de nanopartículas de prata metálica nos poros da membrana. Este processo de impregnação proporcionou um discreto aumento no índice de retenção microbiana em regime de escoamento turbulento (Re=20000). A caracterização morfológica, a composição e a impregnação de prata nas membranas foram realizadas com o auxílio da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e do Detector de Energia Dispersiva de Raio-X (EDX). Estas mesmas técnicas foram utilizadas para caracterizar o fenômeno físico-químico de formação da camada polarizada sobre a superfície da membrana. A análise da retenção de bactérias foi realizada através da contagem de unidades formadoras de colônia (UFC/mL) em placas Petrifilm \'EC POT.TM\'. O desempenho das membranas na retenção de material particulado suspenso foi analisado pela técnica de espectroscopia de ultra-som e por comparação qualitativa, entre concentrado e permeado, via microscopia ótica. A redução de antocianina (cianidina-3-glicosídeo) e o conteúdo de polifenóis totais foram investigados via espectrofotometria, apresentando relação direta com o tamanho dos poros da membrana e com o regime de escoamento. Desta forma, parâmetros fluido-dinâmicos do processo, tais como: número de Reynolds, pressão transmembrana e fluxo transmembrana foram caracterizados para uma ampla faixa do escoamento turbulento e analisados com o modelo de resistência em série. Os resultados experimentais obtidos neste trabalho indicaram que o processo de microfiltração tangencial é uma boa alternativa à retenção de microrganismos e simultânea redução de sólidos suspensos da bebida à base de açaí. / In this doctoral research, the crossflow microfiltration process utilizing ceramic membranes was investigated aiming at the bacteria retention (Escherichia coli) and reduction of suspended solids of beverage based on açai (Euterpe oleracea Mart.). The selected commercial membranes of \'alfa\'-alumina (\'AL IND.2\'O IND.3\') had nominal pore sizes of 0.8 and 1.2 \'mü\'m and were manufactured by Andritz Group from Austria. The membrane nominal value of 1.2\'mü\'m is larger than the width of the Escherichia coli (0.8\'mü\'m). Therefore, as the microrganisms are subjected to pass through the pores of this membrane, it was submitted to silver impregnation. This procedure aimed to verify the silver influence as a bactericide material to assist in retention or elimination of bacteria during the microfiltration process. In this way, the microporous structure was chemically treated with a silver citrate solution and then, subjected to burning until 600 Celsius degrees to eliminate organic compounds and consequent impregnation of nanoparticles of metallic silver in the membrane pores. The morphology characterization, composition, and impregnation of silver in membranes were analyzed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-ray fluorescence (EDX) spectrometer. The same techniques were utilized to characterize the physicochemical phenomenon of polarization layer formation on the membrane surface. The analysis of bacteria retention was performed by the counting of colony forming units (CFU/mL) in Petrifilm Plates \'EC POT.TM\'. The performance of the membranes in the retention of solids in suspension was analyzed by Ultrasound Spectroscopy - APS100 and Optical Microscopy. The variations of the anthocyanin concentration and the total polyphenol content were investigated by spectrophotometry, showing direct relationship with the membrane pore size and flow regime. Therefore, fluid-dynamical parameters, such as Reynolds number, transmembrane pressure, and permeate flux were characterized for a large range of turbulent flow and analyzed with the resistance-in-series model. The experimental results of this research indicated that the microfiltration process is a suitable alternative to retain microrganisms and simultaneously decrease suspended solids of the beverage based on açai.

Submitted by Gustavo Nascimento (gustavo.diniz@ufcg.edu.br) on 2018-02-07T12:18:32Z No. of bitstreams: 1 RAISSA MENEZES DE SOUSA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016.pdf: 3574277 bytes, checksum: fc3f9b72fefbf347de741a28f9bed6b6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-07T12:18:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RAISSA MENEZES DE SOUSA - DISSERTAÇÃO PPGEQ 2016.pdf: 3574277 bytes, checksum: fc3f9b72fefbf347de741a28f9bed6b6 (MD5) Previous issue date: 2016 / Capes / Diversas tecnologias tem sido utilizadas para tratamento da água produzida (mistura água/óleo). Os processos de separação por membranas (PSM) apresentam vantagens sobre outros métodos tradicionais de separação, contudo alguns problemas operacionais atrelados aos PSM, como polarização por concentração, fouling e formação da camada gel, causam o decréscimo do fluxo permeado com o tempo. Sob condições onde os efeitos da polarização por concentração são mínimas, o escoamento será afetado pela pressão transmembrana. Assim, foi realizado um estudo da fluidodinâmica de uma mistura água/óleo utilizando membrana cerâmica, com auxílio do software ANSYS CFX® Release 15.0. Foi desenvolvido um modelo matemático com um fluido incompressível escoando em regime turbulento. As equações de momento linear, conservação e transporte de massa foram resolvidas com o auxílio de uma malha estruturada. Os resultados da simulação apresentaram os seguintes resultados: a modelagem matemática previu numericamente o processo de filtração tangencial via membrana cerâmica no tratamento de água produzida; observou-se que em vazões muito baixas há uma maior concentração de óleo próximo a membrana enquanto em vazões elevadas, o óleo fica disperso na mistura, onde há a quebra da camada limite; os efeitos viscosos não apresentam diferenças significativas nos perfis de concentração e velocidade. / Several technologies have been used to treat the water produced (water / oil mixture). Membrane separation processes (PSM) have advantages over other traditional methods of separation, however, some operational problems related to PSM, such as polarization by concentration, fouling and formation of the gel layer, cause a decrease in permeate flow over time. Under conditions where the effects of concentration polarization are minimal, the flow will be affected by transmembrane pressure. Thus, a study of the fluid dynamics of a water / oil mixture using ceramic membrane was carried out with the help of ANSYS CFX® Release 15.0 software. A mathematical model was developed with an incompressible fluid flowing in a turbulent regime. The equations of linear momentum, conservation and mass transport were solved with the aid of a structured mesh. The results of the simulation presented the following results: mathematical modeling numerically predicted the process of tangential filtration via the ceramic membrane in the treatment of produced water; it was observed that in very low flows there is a higher concentration of oil near the membrane while at high flow rates the oil is dispersed in the mixture, where the boundary layer is broken; the viscous effects do not present significant differences in the concentration and velocity profiles.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-04T19:21:47Z No. of bitstreams: 1 HORTÊNCIA LUMA FERNANDES MAGALHÂES - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 3450368 bytes, checksum: f5d98ccec242bacb7a52e66286aa05ee (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-04T19:21:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HORTÊNCIA LUMA FERNANDES MAGALHÂES - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 3450368 bytes, checksum: f5d98ccec242bacb7a52e66286aa05ee (MD5) Previous issue date: 2017-04-27 / Capes / A crescente preocupação com o meio ambiente, em especial ao descarte adequado de efluentes industriais, vem despertando a atenção de pesquisadores e engenheiros que visam minimizar essa problemática e atender as exigências dos órgãos de controle ambiental. Os processos de separação utilizando membranas cerâmicas têm se destacado neste cenário como uma importante ferramenta de tratamento de aguas contaminadas, devido ao seu custo-benefício, longa vida útil e baixo consumo de energia. Neste sentido, avaliou-se empregando a fluidodinâmica computacional (CFD), o efeito térmico no processo de separação água/óleo via membrana cerâmica. Adotou-se o modelo de resistências em série em conjunto com as equações de conservação de massa, momento linear e energia, que foram resolvidas usando o ANSYS CFX® 15. Os resultados numéricos mostram que o modelo matemático utilizado é capaz de prever a formação e crescimento da camada limite de concentração ao longo da membrana tubular, como também a permeação do soluto (óleo) na membrana. / The growing concern with the environment, especially the adequate disposal of industrial effluents, has been attracting the attention of researchers and engineers that aim to minimize this problem and meet the requirements of environmental control agencies. The separation processes using ceramic membranes have stood out in this scenario as an important tool of treatment of contaminated water, due to their cost-benefit, long life and low energy consumption. In this sense, it was evaluated using the computational fluid dynamics (CFD), the thermal effect in the water / oil separation process via ceramic membrane. The series resistance model was adopted in conjunction with the conservation equations of mass, linear momentum and energy, which were solved using ANSYS CFX® 15. The numerical results show that the mathematical model used is able to predict the formation and growth of the boundary layer of concentration along the tubular membrane, as well as the permeation of the solute (oil) in the membrane.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-09-13T15:23:53Z No. of bitstreams: 1 JOSEDITE SARAIVA DE SOUZA - TESE (PPGEP) 2014.pdf: 5001055 bytes, checksum: b013c909ca0b39d1d6548d97afc484ce (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-13T15:23:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOSEDITE SARAIVA DE SOUZA - TESE (PPGEP) 2014.pdf: 5001055 bytes, checksum: b013c909ca0b39d1d6548d97afc484ce (MD5) Previous issue date: 2014-02-24 / Tecnologias inovadoras são necessárias para atender as normas de tratamento de águas produzidas cada vez mais rígidas, visto que a maioria dos processos de separação é limitada a partículas superiores a 10 m. Os processos de separação utilizando membranas cerâmicas veem despertando grande interesse da comunidade acadêmica e industrial. Mesmo assim, têm sido reportados poucos estudos, especialmente numéricos, referentes à aplicação de membranas inorgânicas na separação água/óleo. Nesse sentido, realizou-se um estudo da fluidodinâmica do escoamento de fluidos em tubos permeáveis (membrana cerâmica porosa tubular), em regime laminar. As equações de conservação de massa, momento linear e transporte de massa foram resolvidas com auxilio de uma malha estruturada usando o pacote comercial ANSYS CFX 12. A velocidade de permeação local foi determinada usando o modelo das resistências em série. A resistência específica da camada polarizada foi obtida pela equação de Carman-Kozeny. Os resultados numéricos foram comparados e avaliados utilizando-se de resultados analíticos e numéricos disponíveis na literatura apresentando boa concordância entre si. Os resultados numéricos indicam que, ao se utilizar o módulo de separação casco/membrana tubular proposto, há um favorecimento da transferência de massa e uma redução da espessura da camada limite polarizada. / Innovative technologies are needed to attend the requirements increasingly strict for produced waters treatment, whereas the most separation processes are limited to particles larger than 10 μm. Separation processes using ceramic membranes is attracting great interest from academic and industrial community. Nevertheless, it has been reported few studies, especially numerical, regarding the inorganic membranes application in the separation water/petroleum. Accordingly, a study of fluid-flow dynamics in porous tubes (tubular porous ceramic membrane) was performed, in a laminar regime. The mass, momentum and mass transport conservation equations were solved with the aid of a structured mesh using ANSYS commercial package CFX 12. The permeation velocity local was determined by using the resistance in series model. The specific resistance of the polarized layer was obtained by Carman-Kozeny equation. The numerical results were compared and evaluated using analytical and numerical results available in the literature presenting good agreement with each other. The numerical results indicate that, using the proposed separation module (shell / tube membrane), there is a mass transfer favoring and a reduction in the thickness boundary layer polarized.

The aim of this work was to obtain buffalo whey from a standard cheese curd production, with the evaluation of their efficiency in relation to the cow milk. The buffalo whey was characterized by nutritional information and microbial aspects. It was compare the efficiency of the microfiltration process of whey with the traditional pasteurization process. To carry out the microfiltration process of buffalo whey, it was used a tubular ceramic alumina membrane (0.8μm of pore size), made in laboratory in Materials Engineering Department, at Federal University of Campina Grande. It was done seven tests and the samples of whey were analyzed after production (SA), after microfiltration process (SF) and after pasteurization process (SP). It was studied the followed physical-chemistry: pH, density, acidity, humidity, total dry extract, fat, lactose and protein content, according to recommended methodology from Instituto Adolfo Lutz, 2005, and the microbiological parameter: aerobic mesophilic bacteria measurement was done by Petri film plates, according to AOAC, 2000. The results showed that the performance of the cheese curd from buffalo milk was 27.51% and the one from cow milk was 13.06%. The characterization of the whey showed the followed results: 89.94% of humidity, 10.06% of total dry extract, 6.29 of pH, 1.029 of density, 10.07oD of acidity, 1.37% of fat, 1.19% of protein and 5.84% of lactose. After microfiltration and pasteurization process the samples of whey showed a reduction of bacterial count to 4.04 log UFC/mL to SA, 1.5 log UFC/mL to SP and 0.70 log UFC/mL to SF. In relation to the physical-chemistry parameters, it was showed great loss of nutritional content of the whey sample after microfiltration process when compared with the pasteurization process. So, despite the microfiltration by ceramic membrane is more efficiency then the pasteurization process to remove the microbial content, there is a need to improve the process to avoid fouling on the membrane surface that is responsible by the nutrients reduction. / O objetivo deste trabalho foi, a partir da padronização da produção de queijo coalho de búfala em laboratório, avaliar seu rendimento em relação ao leite de vaca, obter o soro de leite e caracterizá-lo quanto ao seu valor nutricional e de carga microbiana, antes e após o tratamento por microfiltração ou pasteurização. Para realizar o processo de microfiltração do soro de leite de búfala, utilizou-se uma membrana cerâmica tubular de alumina (0,8 μm de porosidade), confeccionada em laboratório do departamento de materiais (DEMA) da UFCG. Foram realizados sete ensaios e analisadas físico-químicas e microbiologicamente amostras de soro in natura (SA), do soro filtrado (SF) e do soro pasteurizado (SP). Os parâmetros físico-químicos avaliados foram: pH, densidade, acidez, umidade, extrato seco total, teor de gordura, lactose e proteínas totais segundo metodologia recomendada pelo Instituto Adolfo Lutz (2005). Também foram realizadas contagens de bactérias aeróbias mesófilas utilizando placas Petrifilm, de acordo com metodologia da AOAC (2000). Os resultados obtidos indicaram que o rendimento médio de produção de queijo coalho a partir de leite búfala foi de 27,51%, enquanto com a utilização de leite de vaca pasteurizado, este rendimento foi de 13,06%. Quanto à caracterização do soro de leite de búfala os valores médios apresentaram umidade (89,94%), extrato seco total (10,06%), pH (6,29), densidade (1,029), acidez (10,070D), gordura (1,37%), proteínas (1,19%) e lactose (5,84%). Após a aplicação dos processos de microfiltração e pasteurização, observou-se uma redução da carga microbiana de 4,04 log UFC/mL do SA para 1,50 log UFC/mL no SP e para 0,70 log UFC/mL no SF. Quanto aos parâmetros físico-químicos avaliados foi constatado maiores perdas nutricionais nas amostras de SF quando comparado com o SP. Portanto, apesar do processo de microfiltração por membrana cerâmica ter sido mais eficiente que o processo de pasteurização em relação à redução de carga microbiana, ainda há necessidade de aperfeiçoamento, visando minimizar o processo de incrustação da mesma, o qual provocou retenção de nutrientes.

Nesta pesquisa de doutorado, o processo de microfiltração tangencial com membranas cerâmicas é investigado visando à retenção de bactérias (Escherichia coli CCT 0549) e redução de sólidos suspensos de uma bebida à base de açaí (Euterpe oleracea Mart.). As membranas comerciais selecionadas foram manufaturadas com \'alfa\'-alumina (\'AL IND.2\'O IND.3\') e possuem tamanho nominal de poro, fornecido pelo fabricante no valor de 0,8\'mü\'m e 1,2\'mü\'m. O valor nominal da membrana de 1,2\'mü\'m é maior que a largura da Escherichia coli (0,8\'mü\'m). Como, a princípio, o microrganismo está fisicamente sujeito a passagem pela membrana de 1,2\'mü\'m, esta estrutura micro-porosa foi submetida à impregnação de prata. Este procedimento visou verificar a influência da prata como material bactericida para auxiliar na redução/eliminação das bactérias inoculadas na bebida à base de açaí. Para tanto, a estrutura cerâmica micro-porosa foi tratada quimicamente com solução de citrato de prata e submetida à queima até a temperatura de 600 graus Celsius para eliminação dos compostos orgânicos e conseqüente impregnação de nanopartículas de prata metálica nos poros da membrana. Este processo de impregnação proporcionou um discreto aumento no índice de retenção microbiana em regime de escoamento turbulento (Re=20000). A caracterização morfológica, a composição e a impregnação de prata nas membranas foram realizadas com o auxílio da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e do Detector de Energia Dispersiva de Raio-X (EDX). Estas mesmas técnicas foram utilizadas para caracterizar o fenômeno físico-químico de formação da camada polarizada sobre a superfície da membrana. A análise da retenção de bactérias foi realizada através da contagem de unidades formadoras de colônia (UFC/mL) em placas Petrifilm \'EC POT.TM\'. O desempenho das membranas na retenção de material particulado suspenso foi analisado pela técnica de espectroscopia de ultra-som e por comparação qualitativa, entre concentrado e permeado, via microscopia ótica. A redução de antocianina (cianidina-3-glicosídeo) e o conteúdo de polifenóis totais foram investigados via espectrofotometria, apresentando relação direta com o tamanho dos poros da membrana e com o regime de escoamento. Desta forma, parâmetros fluido-dinâmicos do processo, tais como: número de Reynolds, pressão transmembrana e fluxo transmembrana foram caracterizados para uma ampla faixa do escoamento turbulento e analisados com o modelo de resistência em série. Os resultados experimentais obtidos neste trabalho indicaram que o processo de microfiltração tangencial é uma boa alternativa à retenção de microrganismos e simultânea redução de sólidos suspensos da bebida à base de açaí. / In this doctoral research, the crossflow microfiltration process utilizing ceramic membranes was investigated aiming at the bacteria retention (Escherichia coli) and reduction of suspended solids of beverage based on açai (Euterpe oleracea Mart.). The selected commercial membranes of \'alfa\'-alumina (\'AL IND.2\'O IND.3\') had nominal pore sizes of 0.8 and 1.2 \'mü\'m and were manufactured by Andritz Group from Austria. The membrane nominal value of 1.2\'mü\'m is larger than the width of the Escherichia coli (0.8\'mü\'m). Therefore, as the microrganisms are subjected to pass through the pores of this membrane, it was submitted to silver impregnation. This procedure aimed to verify the silver influence as a bactericide material to assist in retention or elimination of bacteria during the microfiltration process. In this way, the microporous structure was chemically treated with a silver citrate solution and then, subjected to burning until 600 Celsius degrees to eliminate organic compounds and consequent impregnation of nanoparticles of metallic silver in the membrane pores. The morphology characterization, composition, and impregnation of silver in membranes were analyzed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-ray fluorescence (EDX) spectrometer. The same techniques were utilized to characterize the physicochemical phenomenon of polarization layer formation on the membrane surface. The analysis of bacteria retention was performed by the counting of colony forming units (CFU/mL) in Petrifilm Plates \'EC POT.TM\'. The performance of the membranes in the retention of solids in suspension was analyzed by Ultrasound Spectroscopy - APS100 and Optical Microscopy. The variations of the anthocyanin concentration and the total polyphenol content were investigated by spectrophotometry, showing direct relationship with the membrane pore size and flow regime. Therefore, fluid-dynamical parameters, such as Reynolds number, transmembrane pressure, and permeate flux were characterized for a large range of turbulent flow and analyzed with the resistance-in-series model. The experimental results of this research indicated that the microfiltration process is a suitable alternative to retain microrganisms and simultaneously decrease suspended solids of the beverage based on açai.