TA 631 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS I (Transferência de quantidade de movimento)

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 dedimensionamento de equipamentosna indústria de alimentos (exceto aqueles envolvendo transporte de calor e massa). • Estudar as operações unitárias de transporte, mistura, separação e redução de tamanho de partículasde fluidos e sólidos. • Possibilitar que o aluno discutacriticamenteas operações unitárias estudadas.

3. 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. Introdução

4. 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 O que o engenheiro faz?

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

15. Recursos naturais Campo de atuação da engenharia de alimentos 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. Força ou fluxo por unidade de superfície Gradiente de potencial Coeficiente de transferência As operações unitárias e os princípios de transferência = x Gradiente Fluxo Momentum Velocidade Calor Temperatura Concentração, potencial químico Massa

18. Processos unitários Mudanças químicas, biológicas e microbiológicas Operações unitárias Mudançasfísicas 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. 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. Objetivo Materiais Transporte Mistura Separação Modificação de tamanho Fluidos (líquidos e gases) Bombeamento Ventilação Compressão Agitação Mistura Centrifugação (L-L) Atomização Fluidos e sólidos TransportePneumático Transporte hidráulico Perda de pressão em leitos empacotados Fluidização Suspensão de sólidos em líquidos (agitação) Filtração (L-S) Centrifugação (L-S) Sedimentação (L-S) Separaçãopneumática (G-S) Prensagem Sólidos Transporte Mecânico de sólidos Misturadores de sólidos Peneiragem Moagem Operações unitárias de quantidade de movimento

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 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. 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 O estudo das operações unitárias permite predizer o comportamento de sistemas. Usam-se as seguintes ferramentas:

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.