Operações Unitárias Universidade Federal de Pelotas

Apresentação em tema: "Operações Unitárias Universidade Federal de Pelotas"— Transcrição da apresentação:

1 Operações Unitárias Universidade Federal de Pelotas
Centro de Desenvolvimento Tecnológico – CDTec Graduação em Biotecnologia Operações Unitárias Professor responsável – Prof. Dr. Fabrício Rochedo Conceição Professores ministrantes – Profa. Dra. Patrícia Silva Diaz

2 Programa Bibliografia – Biblioteca Aulas – teóricas e prática Listas de exercícios Avaliação – 2 provas Datas prováveis: 1° - 19/12/2010 2° - 15/12/2010 Horário de atendimento aos alunos – sexta-feira (tarde) *Deve ser marcado com antecedência.

3 Introdução as Operações Unitárias
1.1 Conceito: Na engenharia química e seus campos relacionados, uma operação unitária é uma etapa básica de um processo. Exemplo: Esquema mostrando as principais operações unitárias da produção de vinho tinto. Na produção de vinho as operações unitárias estão interligadas a fim de criar o processo como um todo. Um processo tem várias operações unitárias presentes para que se possa obter o produto desejado.

4 1.2 Diferenças entre processo químico e
operações unitárias Processo: É um conjunto de ações executadas em etapas, que envolvem modificações da composição química, que geralmente são acompanhadas de certas modificações físicas na matéria prima, para se obter o produto final. Operação unitária: é a operação que ira realizar alguma alteração física em seu produto em questão. Por exemplo: a fermentação pode ser considerada uma operação unitária independente do tipo de material que se irá fermentar. Esta operação tem como princípio básico a transformação de uma substância em outra, produzida a partir de microorganismos, tais como fungos, bactérias, ou até o próprio corpo, chamados nestes casos de fermentos, gerando um produto desejado.

5 Produção de Vinho x Produção de Hakkon
Características/Bebida Vinho tinto Hakkon Matéria prima uva mandioca e arroz Fermento Saccharomyces Kojikin mais levedura Cada etapa dentro do processo tem princípios fundamentais independentes da substância que está sendo operada e pode ser considerada uma operação unitária.

6 2. Introdução aos cálculos de O. U.
As técnicas de projeto de operações unitárias são baseadas em princípios teóricos ou empíricos de: Transferência de massa; Transferência de calor; Transferência de quantidade de movimento; Termodinâmica; Biotecnologia ; Cinética química. Desta forma, os processos podem ser estudados de forma simples e unificada. Cada Operação Unitária é sempre a mesma operação, independente da natureza química dos componentes envolvidos. Por Exemplo: Transferência de calor é a mesma operação em um processo petroquímico ou em uma indústria de alimentos.

7 2.1 Unidades e Dimensões Dimensões: são nossos conceitos básicos de medida, tais como comprimento, tempo, massa, temperatura, e assim por diante. Unidades: são os meios de se expressar as dimensões, tais como pés ou centímetros para comprimento; horas ou segundos, para tempo. Demosntram o significado físico dos números que se usa. Exemplo: quanto é um metro? Metro: é o comprimento da trajetória percorrida no vácuo pela luz durante um tempo de 1/ de segundo. Quilograma: é igual a massa do protótipo internacional do quilograma. Segundo: é a duração de períodos da radiação correspondente a transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio 133.

8 2.2.1 Sistema internacional de unidades (SI)
2.2 Sistemas de unidades 2.2.1 Sistema internacional de unidades (SI) Definiram-se sete grandezas físicas postas como básicas ou fundamentais. A partir delas, podem-se derivar todas as outras unidades existentes. As unidades básicas do SI são dimensionalmente independentes entre si. Tabela 1 – Unidades básicas do SI [1]No Brasil, chama-se a quantidade de matéria (tanto seu nome quanto o símbolo de sua unidade) de “mol”. O plural do termo é dicionarizado como "mols“, embora o Vocabulário Ortográfico da Língua Portuguesa da ABL, na consistência vernacular, registre apenas as grafias "móis" ou "moles" como plural de "mol". Grandeza Unidade Símbolo Comprimento metro m Massa quilograma kg Tempo segundo s Corrente elétrica ampère A Temperatura kelvin K Quantidade de matéria mol Mol[1] Intensidade luminosa candela cd

9 Unidades Derivadas Todas as unidades existentes podem ser derivadas das unidades básicas do SI. Entretanto, consideram-se unidades derivadas apenas aquelas que podem ser expressas através das unidades básicas do SI e sinais de multiplicação e divisão, ou seja, sem qualquer fator multiplicativo ou prefixo com a mesma função. As vezes, dão-se nomes especiais para as unidades derivadas. Exemplo: Unidade Fundamental Unidades derivadas Metro (m) Área (m2) Volume (m3) Metro (m), segundo (s) Velocidade (m/s) Aceleração (m/s2) A idéia é estabelecer o menor número de unidades, ditas fundamentais, a partir das quais qualquer outra unidade pode ser obtida através de relações algébricas.

10 Tabela 3 - Unidades derivadas do SI que fazem uso de nomes especiais
Tabela 2 - Unidades derivadas do SI que não fazem uso de nomes especiais Grandeza Unidade Símbolo Área metro quadrado m2 Volume metro cúbico m3 Densidade de massa quilograma por metro cúbico Kg/m3 Concentração mol por metro cúbico mol/m3 Volume específico metro cúbico por quilograma m3/kg Velocidade metro por segundo m/s Aceleração metro por segundo ao quadrado m/s2 Tabela 3 - Unidades derivadas do SI que fazem uso de nomes especiais

11 2.2.1.2 Unidades aceitas pelo SI
O SI aceita várias unidades que não pertencem ao sistema. As primeiras unidades deste tipo são unidades muito utilizadas no cotidiano. Tabela 4 - Unidades aceitas pelo SI. Tabela 5 - Nome e símbolos especiais de múltiplos e submúltiplos decimais de unidades SI.

12 2.2.1.3 Prefixos oficiais do SI
Os prefixos do SI permitem escrever quantidades sem o uso da notação científica, de maneira mais clara para quem trabalha em uma determinada faixa de valores. Para utilizá-los, basta juntar o prefixo aportuguesado e o nome da unidade, sem mudar a acentuação, como em nanossegundo, microssegundo, miliampère e deciwatt. Para formar o símbolo, basta juntar os símbolos básicos: nm, µm, mA e dW. Tabela 6 - Múltiplos e submúltiplos decimais

13 Sistema MKS (inglês) Sistem CGS Sistema Inercial (inglês) Olhar Nome do arquivo: Sistemas de Unidades Tema de casa! Pesquise tabelas de conversão de unidades (internet). Inclua em sua pesquisa tabela de conversão de unidades de temperatura. Recorde as definições sobre: Mol, Concentração e suas maneiras de expressão (fração molar e fração mássica), Soluções. Serão utilizadas no decorrer da disciplina!!!

14 2.2.3 Escrita correta de unidades SI
Nome de unidade: deve ser sempre escrito em letra minúscula. Exemplos: quilograma, newton, metro cúbico. Exceção: quando o nome estiver no início da frase e em "grau Celsius" Ao escrever uma unidade composta, não se deve misturar o nome com o símbolo da unidade. Símbolo de unidade As unidades do SI podem ser escritas por seus nomes ou representadas por meio de símbolos. Símbolo não é abreviatura. É um sinal convencional e invariável utilizado para facilitar e universalizar a escrita e a leitura de significados, logo, jamais deverá ser seguido de "ponto".

15 Símbolo não admite plural
Símbolo não admite plural. Como sinal convencional e invariável que é, utilizado para facilitar e universalizar a escrita e a leitura de significados, nunca será seguido de "s". Representação O resultado de uma medição deve ser representado com o valor numérico da medida, seguido de um espaço de até um caracter e, em seguida, o símbolo da unidade em questão. Exemplo: Para a unidade de temperatura grau Celsius, haverá um espaço de até um caractere entre o valor e a unidade, porém não se porá espaço entre o símbolo do grau e a letra C para formar a unidade "grau Celsius".

16 Exceções: Para os símbolo da unidade de ângulo plano grau (°), minuto(') e segundo("), não deve haver espaço entre o valor medido e as unidades, porém, deve haver um espaço entre o símbolo da unidade e o próximo valor numérico. Para o símbolo da unidade de tempo "hora" (h), "minuto" (min) e segundos (s), não deve haver espaço entre o valor medido e as unidades, porém, deve haver um espaço entre o símbolo da unidade de tempo e o valor numérico seguinte.

17 2.2.4 Regra para trabalhar com as unidades
A regra é bastante simples: trate as unidades como se fossem símbolos algébricos. É possível somar, subtrair ou equacionar unidades equivalentes, tais como libras, gramas etc., porém isto não pode ser feito com unidades não equivalentes. Exemplo: A) 5 quilogramas + 3 calorias: não tem significado porque as dimensões dos dois termos são diferentes. B) 10 libras + 5 gramas: pode ser executada porque as dimensões são as mesmas, massa. É necessário serem transformadas em unidades iguais, sejam libras ou gramas. Na multiplicação ou divisão, podemos multiplicar ou dividir unidades diferentes, tais como: C) 10 centímetros / 4 segundos = 2,5 centímetros/segundo D) 1 hp W Como 1 hp = 746 W, Logo, 746 W W = 1046 W. OBS: As unidades contem uma significante quantidade de informação que não pode ser ignorada!!!

18 2 1100 ft 1 mi 60 s 60 min = 1500 mi s 5280 ft 1 min 1 h h 400 in3
Fatores de Conversão Se um avião voa a velocidade duas vezes a do som, considerando-se a velocidade do som como 1100ft/s, qual será sua velocidade em milhas por hora? Transforme 400 in3/dia em cm3/min: 2 1100 ft 1 mi 60 s 60 min = 1500 mi s 5280 ft 1 min 1 h h 400 in3 2,54 cm3 1 dia 1 h = 4,56 cm3 dia 1 in3 24 h 60 min min

19 2.2.5 Temperatura A temperatura é um parâmetro físico que revela a noção comum do que é quente ou frio. Existem duas escalas atualmente em uso: graus Celsius (ºC) graus Fahrenheit (ºF). Ambas usam o ponto de congelamento (PF) e o ponto de ebulição (PE) da água à pressão de uma atmosfera como pontos de referência para definir as escalas. A Tabela abaixo mostra as equivalências para as escalas.