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

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1 TA 631 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS I 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. 1

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. 2

3 Introdução 1.Dimensionamento da instalação industrial: desenho, dimensionamento e construção. 2.Operação: supervisão, manutenção e otimização. 3.Administração, logística, vendas e planejamento. 4.Pesquisa: básica ou aplicada para o desenvolvimento de produtos e processos. Geralmente, o engenheiro atua em quatro campos: 3

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 4

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 5

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 6 ºC atm

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). 7

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

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

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

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. 11

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 12

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. 13

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 14

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

16 Três enfoques para o estudo dos processamentos industriais tecnologia 1.Estudar a tecnologia de um certo tipo de indústria, por exemplo: indústria cervejeira, laticínios, indústria açucareira, pastifícios, entre outros. operações usuais 2.Estudar as operações usuais a muitos tipos de indústria, por exemplo: evaporação, refrigeração, extrusão, extração, centrifugação, etc. fenômenos de transferência 3.Estudar os fenômenos de transferência de quantidade de momentum, calor e massa. 16

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

18 Tecnologia de alimentos = Processos unitários Mudanças químicas, biológicas e microbiológicas Operações unitárias Mudanças físicas + operações unitárias 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. Engenharia Ciência 18

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. 19

20 ObjetivoMateriaisTransporteMisturaSeparação Modificação de tamanho Fluidos (líquidos e gases) BombeamentoVentilaçãoCompressãoAgitaçãoMisturaCentrifugação(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 PeneiragemMoagem Operações unitárias de quantidade de movimento 20

21 Operações unitárias de transferência de impulso 1.Bombeamento de líquidos 2.Escoamento gravitatório de líquidos 3.Ventilação (gases) 4.Compressão (gases) 5.Decantação 6.Centrifugação 7.Agitação de líquido 8.Mistura de líquidos e líquido-gás 9.Atomização líquido-gás (aspersão) 10.Atomização líquido-líquido (homogeneização) 11.Movimentação de fluidos através de sólidos porosos 21

22 Operações unitárias de transferência de quantidade de movimento 12.Fluidização 13.Transporte pneumático 14.Transporte hidráulico 15.Decantação de sólidos 16.Filtração 17.Ultra-filtração 18.Centrifugação sólido-líquido 19.Separação com ciclones 20.Mistura líquido-sólido 21.Prensagem 22.Fluxo a granel (sólidos particulados) 22

23 Operações unitárias de transferência de quantidade de movimento 23.Peneiração 24.Decantação sólido-sólido 25.Mistura sólido-sólido 26.Moagem, trituração, desfibração de sólidos 27.Compactação de sólidos 28.Aglomeração de partículas sólidas 23

24 Bombas Decantador Ciclone de separação Centrífuga 24

25 Operações unitárias de transferência de calor 1.Branqueamento 2.Cozimento e fritura 3.Pasteurização e esterilização 4.Evaporação e condensação 5.Congelamento 6.Crio-concentração 7.Refrigeração 8.Geração de vapor 9.Forneamento 25

26 Operações unitárias de transferência de massa 1.Destilação 2.Absorção de gases 3.Umidificação e de desumidificação de ar 4.Secagem 5.Extração líquido-líquido 6.Extração sólido-líquido 7.Cristalização 8.Adsorção e troca iônica 9.Separação por membranas 10.Desaeração 11.Higienização química 26

27 Destilação Desidratação de alimentos Separação por membranas Cristalização 27

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

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

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

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. 31


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