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

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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. Objetivos da disciplina.

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ta 631 opera es unit rias i transfer ncia de quantidade de movimento

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.

slide2

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.
introdu o

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

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

O que o engenheiro faz?

aplica o da f sica e da qu mica
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
projetos x experimenta o
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

projetos
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).

setores de atua o do engenheiro
Setores de atuação do engenheiro
  • Indústrias
  • Instituições públicas e privadas
  • Empresas de consultoria e assessoria
  • Instituições de ensino e pesquisa
qualidades do profissional de engenharia
Qualidades do profissional de engenharia
  • Formação básica multidisciplinar
  • Raciocínio analítico
  • Estudo continuado
  • Conhecimento sistêmico
  • Conhecimentos gerais
  • Participação social
  • Capacidade de síntese
rela es humanas
Relações humanas
  • O Engenheiro emprega boa parte do tempo se relacionando com pessoas.
trabalho em equipe o engenheiro n o trabalha sozinho
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.
aperfei oamento cont nuo
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
tica profissional
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.
a industrializa o dos produtos agr colas pecu rios 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

A industrialização dos produtos agrícolas, pecuários e pesqueiros tem por objetivo:

campo de atua o da engenharia de alimentos

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

tr s enfoques para o estudo dos processamentos industriais

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.

as opera es unit rias e os princ pios de transfer ncia

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

slide18

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

slide19

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.

slide20

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

opera es unit rias de transfer ncia de impulso

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

opera es unit rias de transfer ncia de quantidade de movimento

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)

opera es unit rias de transfer ncia de quantidade de movimento1

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

slide24

Bombas

Centrífuga

Decantador

Ciclone de separação

opera es unit rias de transfer ncia de calor

Operações unitárias de transferência de calor

Branqueamento

Cozimento e fritura

Pasteurização e esterilização

Evaporação e condensação

Congelamento

Crio-concentração

Refrigeração

Geração de vapor

Forneamento

opera es unit rias de transfer ncia de massa

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

slide27

Destilação

Separação por membranas

Cristalização

Desidratação de alimentos

as opera es unit rias em uma ind stria de alimentos

As operações unitárias em uma indústria de alimentos

Exemplo:

Diagrama de blocos simplificado

da produção de etanol

slide29

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

slide30

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:

problemas de condi es de contorno s o comuns em engenharia
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.