Deve-se fazer uma distinção entre camada de polarização (polarização por concentração) e a colmatagem. A primeira é caracterizada, por exemplo no caso da ultrafiltração de soro de queijos, por uma maior concentração de solutos, gordura e macromoléculas proteicas, próximas à superfície filtrante, conforme ilustrado abaixo.

Camada de polarização em membrana.

Camada de polarização e Fouling

CgCo

Perfil de concentração

Perfil de velocidade

Cs

Us

Zona de polarização( )

Permeado

Velocidade Tangencial de circulação

Camada de gel

MembranaC

U

Uo

-D(dc/dx)Difusão x

Cm

Permeado

Permeado

Formação da camada de polarização e do gel na superfície de uma membrana

Este fenômeno não pode ser evitado, mas sim controlado e o fator de polarização é definido como sendo a relação entre a concentração da camada limite (Cm) e àquela da solução inicial (Cb). Para reduzir esta camada, uma opção é favorecer o escoamento turbulento e trabalhar com pressões menores. São ilustrados na abaixo, a formação da camada de polarização e de gel na superfície de uma membrana.

No caso da ultrafiltração de produtos lácteos, observamos a formação de uma camada bem definida de gel (precipitação de macromoléculas e glóbulos de gordura) sobre a superfície filtrante.

Esta "segunda membrana", perturba o funcionamento hidrodinâmico do sistema, pelo aparecimento de uma resistência adicional e de novas características de separação.

O Fouling é caracterizado pelo bloqueamento parcial ou mesmo total dos poros superficiais da membrana pelas moléculas ou partículas de tamanho igual ou ligeiramente inferior.

No decorrer do processo e sob pressão, o fouling pode atingir, mesmo com fluxos tangenciais, o interior da membrana, dificultando a posterior limpeza e recuperação de sua capacidade de permeação.

Parâmetros operacionais

A temperatura e a pressão, juntamente com o pH e a viscosidade do produto a ser filtrado, constituem importantes fatores a serem considerados.

O aumento da temperatura eleva a permeação basicamente por reduzir a viscosidade da solução e, por aumentar o movimento vibracional, em nível molecular. No caso da ultrafiltração do soro ácido de queijo, uma temperatura muito elevada poderá promover coagulação (fenômeno inter e intra-molecular) das proteínas e provocar uma forte colmatagem das membranas.

A diferença de pressão, entre os lados opostos da membrana, por sua vez, é a principal força responsável pela separação nos processos de osmose inversa microfiltração e ultrafiltração.

Quanto maior a pressão, até um certo limite, maior será a permeação. Deve-se, também, respeitar o limite de resistência física da membrana. À pressões muito elevadas, pode ocorrer alteração na seletividade das membranas, permitindo a passagem de solutos que, à pressões normais, não permeariam

Para as membranas poliméricas (orgânicas), pode haver compactação, com conseqüente redução no diâmetro dos poros, provocando rápida diminuição do fluxo permeado.

Na concentração do soro de queijos e na clarificação de suco de frutas, normalmente se utilizam temperaturas da ordem de 40-50oC e pressão de 1 a 4 Kgf/cm2.

Principais Processos de Separação por Membrana