TA 631 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS I (Transferência de quantidade de movimento) Aula 01: 01/03/2012 Introdução às operações unitárias. Conceito de transferência.

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1 TA 631 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS I (Transferência de quantidade de movimento)
Aula 01: 01/03/2012 Introdução às operações unitárias. Conceito de transferência de impulso. Classificação das operações de transferência de impulso.

2 Objetivos da disciplina
Capacitar o aluno a resolver problemas de dimensionamento de equipamentos na indústria de alimentos (exceto aqueles envolvendo transporte de calor e massa). Estudar as operações unitárias de transporte, mistura, separação e redução de tamanho de partículas de fluidos e sólidos. Possibilitar que o aluno discuta criticamente as operações unitárias estudadas.

3 Introdução Geralmente, o engenheiro atua em quatro campos:
Dimensionamento da instalação industrial: desenho, dimensionamento e construção. Operação: supervisão, manutenção e otimização. Administração, logística, vendas e planejamento. Pesquisa: básica ou aplicada para o desenvolvimento de produtos e processos.

4 O que o engenheiro faz? Seleciona o tipo de equipamento adequado
Dimensiona os equipamentos Calcula o tempo de processamento Elabora os balanços de massa e energia da operação Calcula os custos do investimento necessário Calcula os custos operacionais Avalia o desempenho do processo

5 Aplicação da Física e da Química
Estrutura física da matéria Composição química dos materiais Leis da mecânica Transferência de massa e energia Modelagem matemática e simulação dos fenômenos físicos

6 Projetos x Experimentação
Testar modelos (escala laboratorial) e protótipos (escala maior) até chegar na escala industrial. Regular o funcionamento de sistemas Medir variáveis físicas em processos atm ºC

7 Projetos Por semelhança:
respeitam-se as restrições geométrica, cinemática e dinâmica na mudança de escala (modelos, protótipos e escala industrial) Por coeficiente de transferência: respeitam-se as leis da conservação de massa, momentum e energia no volume de controle (balanços macroscópicos).

8 Setores de atuação do engenheiro
Indústrias Instituições públicas e privadas Empresas de consultoria e assessoria Instituições de ensino e pesquisa

9 Qualidades do profissional de engenharia
Formação básica multidisciplinar Raciocínio analítico Estudo continuado Conhecimento sistêmico Conhecimentos gerais Participação social Capacidade de síntese

10 Relações humanas O Engenheiro emprega boa parte do tempo se relacionando com pessoas.

11 Trabalho em equipe (o engenheiro não trabalha sozinho)
Respeito aos colegas Capacidade de expor e discutir idéias Renúncia de idéias ultrapassadas A pessoa progride: pelo que sabe; pelo que produz; pelo que pratica.

12 Aperfeiçoamento contínuo
Atualização: livros, revistas técnicas e científicas, seminários, congressos, feiras industriais Diploma = ponto de partida Especializações e pós-graduação lato sensu Pós-graduação stricto sensu: Mestrado e Doutorado

13 Ética profissional Responsabilidade na e com a organização local, com a humanidade e com a vida. A Ética deve ser a base sobre a qual é estabelecido o comportamento do profissional perante a sociedade, o empregador e o cliente. A formação do Engenheiro tem um custo social que deve ser resgatado através de sua atuação consciente na sociedade, ou seja, a sociedade deve se beneficiar do trabalho do Engenheiro.

14 A industrialização dos produtos agrícolas, pecuários e pesqueiros tem por objetivo:
Facilitar o manuseio e o transporte Aumentar a vida de prateleira Melhorar algumas qualidades: toxicidade, sabor, textura, aparência e valor nutritivo

15 Campo de atuação da engenharia de alimentos
Recursos naturais Produção agropecuária Produtos do campo Pré-processamento Matéria primas agrícolas RECURSOS TECNOLÓGICOS Industrialização Produtos alimentícios Transporte Armazenamento Comercialização Alimento processado para consumo

16 Três enfoques para o estudo dos processamentos industriais
Estudar a tecnologia de um certo tipo de indústria, por exemplo: indústria cervejeira, laticínios, indústria açucareira, pastifícios, entre outros. Estudar as operações usuais a muitos tipos de indústria, por exemplo: evaporação, refrigeração, extrusão, extração, centrifugação, etc. Estudar os fenômenos de transferência de quantidade de momentum, calor e massa.

17 As operações unitárias e os princípios de transferência
Força ou fluxo por unidade de superfície Gradiente de potencial Coeficiente de transferência = x Gradiente Fluxo Velocidade Momentum Temperatura Calor Concentração, potencial químico Massa

18 Tecnologia de alimentos
Tendo em vista a imensa quantidade de equipamentos industriais existentes no mercado e sua equivalência funcional, a única maneira possível de entender o funcionamento dos mesmos é pelo critério de operações unitárias. Processos unitários Mudanças químicas, biológicas e microbiológicas Operações unitárias Mudanças físicas Tecnologia de alimentos = + Engenharia Ciência

19 Fluido é um meio que se deforma continuamente quando sujeito a uma tensão.
Uma camada de fluido desliza sobre a outra. Existe atrito entre as camadas de fluido. A razão entre a tensão aplicada e a taxa de deformação é a viscosidade do fluido.

20 Operações unitárias de quantidade de movimento
Objetivo Materiais Transporte Mistura Separação Modificação de tamanho Fluidos (líquidos e gases) Bombeamento Ventilação Compressão Agitação Centrifugação (L-L) Atomização Fluidos e sólidos Transporte Pneumático Transporte hidráulico Perda de pressão em leitos empacotados Fluidização Suspensão de sólidos em líquidos (agitação) Filtração (L-S) Centrifugação (L-S) Sedimentação (L-S) Separação pneumática (G-S) Prensagem Sólidos Transporte Mecânico de sólidos Misturadores de sólidos Peneiragem Moagem

21 Operações unitárias de transferência de impulso
Bombeamento de líquidos Escoamento gravitatório de líquidos Ventilação (gases) Compressão (gases) Decantação Centrifugação Agitação de líquido Mistura de líquidos e líquido-gás Atomização líquido-gás (aspersão) Atomização líquido-líquido (homogeneização) Movimentação de fluidos através de sólidos porosos

22 Operações unitárias de transferência de quantidade de movimento
Fluidização Transporte pneumático Transporte hidráulico Decantação de sólidos Filtração Ultra-filtração Centrifugação sólido-líquido Separação com ciclones Mistura líquido-sólido Prensagem Fluxo a granel (sólidos particulados)

23 Operações unitárias de transferência de quantidade de movimento
Peneiração Decantação sólido-sólido Mistura sólido-sólido Moagem, trituração, desfibração de sólidos Compactação de sólidos Aglomeração de partículas sólidas

24 Bombas Centrífuga Decantador Ciclone de separação

25 Operações unitárias de transferência de calor
Branqueamento Cozimento e fritura Pasteurização e esterilização Evaporação e condensação Congelamento Crio-concentração Refrigeração Geração de vapor Forneamento

26 Operações unitárias de transferência de massa
Destilação Absorção de gases Umidificação e de desumidificação de ar Secagem Extração líquido-líquido Extração sólido-líquido Cristalização Adsorção e troca iônica Separação por membranas Desaeração Higienização química

27 Destilação Separação por membranas Cristalização Desidratação de alimentos

28 As operações unitárias em uma indústria de alimentos
Exemplo: Diagrama de blocos simplificado da produção de etanol

29 Cana-de-açúcar Álcool etílico 96º GL
Preparação Água quente Cana picada Prensagem- difusão Bagaço úmido Caldo de 14 º Brix Prensagem Bagaço Caldo Fermentação Vapor Vinho Água fria Destilação Vinhoto Álcool etílico 96º GL

30 Usam-se as seguintes ferramentas:
O estudo das operações unitárias permite predizer o comportamento de sistemas. Usam-se as seguintes ferramentas: Princípios ou leis da conservação de massa, quantidade de movimento e entalpia Equações constitutivas ou descritivas do fenômeno de transferência Equações de estado (gases ideais, Van der Walls, etc.) Condições de contorno

31 Problemas de condições de contorno são comuns em Engenharia
Equações diferenciais ordinárias em problemas de condição de contorno: valores conhecidos para a variável dependente em mais de um ponto e uma equação diferencial descritiva do comportamento desta variável em um intervalo. Geralmente deseja-se obter o "perfil" que descreve o comportamento da variável dentro de um intervalo, ex. perfis de velocidade, temperatura e concentração em problemas de transferência de momentum, calor e massa. As condições de contorno representam as interfaces entre meios onde se conhece o valor para a variável ou os parâmetros do fenômeno de transferência.