Operações Unitárias Fábio Leite

Apresentação em tema: "Operações Unitárias Fábio Leite"— Transcrição da apresentação:

1 Operações Unitárias Fábio Leite fabio_leite@ufpel.edu.br
Universidade Federal de Pelotas Centro de Desenvolvimento Tecnológico– CDTec Graduação em Biotecnologia Operações Unitárias Fábio Leite

2 Programa Bibliografia – Biblioteca Aulas – teóricas e prática Listas de exercícios Avaliação – 2 provas Datas prováveis: 1° - 06/09/2011 2° - 08/11/2011 Horário de atendimento aos alunos – sexta-feira (tarde) *Deve ser marcado com antecedência.

3 Programa 1. Introdução as Operações Unitárias 1.1 Conceito
1.2 Diferenças entre processo químico e operações unitárias 2. Introdução aos cálculos de Operações Unitárias 2.1 Unidades e Dimensões 2.2 Sistemas de unidades 2.2.1 Sistema internacional de unidades (SI) Unidades Derivadas Unidades aceitas pelo SI Prefixos oficiais do SI 2.2.2 Escrita correta de unidades SI 2.2.3 Regra para trabalhar com as unidades 2.2.4 Temperatura

4 3. Representação Gráfica de Processos
3.1 Fluxograma 3.2 Diagrama de blocos 4. Balanço Material 4.1 Conceito 4.2 Aplicações do balanço material 4.3 Lei da conservação das massas 4.3.1 Equação fundamental 4.4 Sistema 4.5 Cálculos de Balanço Material para regime estacionário 4.6 Cálculos de Balanço Material para regime não estacionário 5. Moagem 5.1 Fundamentos teóricos 5.2 Tipos de moinhos laboratoriais e industriais

5 6. Separação sólido-líquido
6.1 Secagem 6.1.1 Fundamentos teóricos 6.1.2 Tipos de secadores laboratoriais e industriais 6.1.3 Spray-dry 6.2 Filtração 6.2.1 Fundamentos teóricos 6.2.2 Tipos de filtros laboratoriais e industriais 6.3 Centrifugação 6.3.1 Fundamentos teóricos 6.3.2 Tipos de centrífugas laboratoriais e industriais 6.4 Liofilização 6.4.1 Fundamentos teóricos 6.4.2 Equipamento de liofilização 6.4.3 Aula Prática

6 7. Balanço Energético 7.1 Conceito 7.2 Aplicações do balanço de energia 7.3 Cálculos de balanço de energia 8. Evaporação 8.1 Fundamentos teóricos 8.2 Equipamentos de evaporação 9. Destilação 9.1 Fundamentos teóricos 9.2 Equilíbrio líquido-vapor 9.3 Equipamento industrial

7 Bibliografia Recomendada
Engenharia Química - Princípios e Cálculos David Mautner Himmelblau. Editora LTC, 7ª edição Biotecnologia Industrial - vol. 3 Processos fermentativos e enzimáticos Editora: Edgard Blucher Autores: Urgel de Almeida Lima, Eugenio Aquarone, Walter Borzani e Willibaldo Schmidell. Ano 2001, 1ª edição Biotecnologia Industrial - vol. 4  Biotecnologia na produção de alimentos Purificação de Produtos Biotecnológicos Autores: Adalberto Pessoa Jr. e Beatriz Vahan Kilikian. Editora: Manole Ano 2005, 1ª edição

8 Introdução a Operações Unitárias
Em 1915 Arthur Little estabeleceu o conceito de Operações Unitárias: Segundo o qual um processo químico seria dividido em uma série de etapas que podem incluir: Transferência de massa, Transporte de sólidos e líquidos, Destilação, filtração, cristalização, evaporação, secagem , etc.

9 Introdução a Operações Unitárias
Cada uma das etapas seqüências em uma linha de produção, é, portanto uma operação unitária. O conjunto de todas as etapas, compõe UM PROCESSO UNITÁRIO

10 Introdução a Operações Unitárias
PORTANTO: Operações Unitárias são: As seqüências de operações físicas necessárias à viabilização econômica de um processo de produção.

11 Introdução a Operações Unitárias

12 Introdução a Operações Unitárias

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16 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.

17 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.

18 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.

19 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

20 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.

21 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

22 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.

23 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

24 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!!!

25 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".

26 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".

27 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.

28 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!!!

29 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

30 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.