M1 - Operações Unitárias - PUC Sistemas Tecnologias Industriais I [Modo de Compatibilidade]

24/02/2011

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Sistemas e Tecnologias Industriais - I

Módulo 1

Processos Industriais - Operações Unitárias


Processos Industriais

• Processo químico: um conjunto de ações executadas em etapas, que envolvem modificações da composição química, que geralmente são acompanhadas de certas modificações físicas, ou de outranatureza, nos materiais que são ponto de partida (matérias–primas) para se obter o produto ou os produtos finais (ou acabados)

• Cada etapa dentro do processo que tem princípios fundamentais independentes da substância (ou substâncias), que está sendo operada e de outras características do sistema, pode ser considerada uma operação unitária. Algumas etapas do processo são reações químicas, enquanto outras são modificações físicas.

Em 1915, Arthur Littleestabeleceu o conceito de"operação unitária", segundo oqual um processo químicoseria dividido em uma série deetapas que podem incluir:transferência de massa,transporte de sólidos elíquidos, destilação, filtração,cristalização, evaporação,secagem, etc.

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O conceito de operação unitária está baseado na filosofia de que uma seqüência amplamente variável de etapas pode ser reduzida a operações simples, ou a reações, que são idênticas independentemente do material que está sendo processado.

Cada uma das etapas seqüenciais numa linha de produção industrial é, portanto, uma operação

unitária.

As operações unitárias são os blocos individuais que compõem um processamento que vai dar origem a um produto final a partir de uma certa matéria–prima. Cada uma possui técnicas comuns e está baseada nos mesmo princípios científicos, independente da matéria–prima ou doproduto. Assim sendo, os processos podem ser estudados de forma sistemática, unificada e simples.

A complexidade das aplicações de engenharia provem da diversidade das condições, como temperatura, pressão, concentração, pureza, etc., sob as quais as operações unitárias devem ser realizadas nos diversos processos, e das limitações e exigências aos materiais de construção e de projeto, impostas pelos aspectos físicos e químicos das substancias envolvidas.

Todas as operações unitárias estão baseadas em princípios da ciência que são traduzidos nas aplicações industriais em diversos campos de engenharia.


Ex.: Fabricação de açúcar

Fonte: DALEFFE, R.V. Introdução às operações unitárias. DEQ–UFSCar, 2008.

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Tipos de Operações Unitárias

• Mecânicas

• Transferência Calor

• Transferência de Massa


Operações Unitárias Mecânicas

São as operações de Transporte, Separação e Armazenamento de fluidos.

Conceitos de Mecânica dos Fluidos

– Definição de fluido: É uma substância, que ao ser submetida à uma tensão de cisalhamento, ao invés de deformar-se como um sólido, escoa. São basicamente, líquidos, gases e partículas fluidizadas.

– Para o estudo das operações de transporte e separação de fluidos, é importante o estudo de mecânica dos fluidos, ou seja, o comportamento desses fluidos quando submetidos a ação de uma força.

– Características dos fluidos mais importantes para o dimensionamento de equipamentos e processos: viscosidade e pressão

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http://www.fem.unicamp.br/~em524/Textos_Transparencias/CAP_1/aula-1_arquivos/frame.htm

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.

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OPERAÇÕES UNITÁRIAS - Mecânicas

Transporte e Armazenamento Fluidos

– Bombas• Centrífugas (rotor)• Deslocamento Positivo (pistão)

– Válvulas (controle e bloqueio)– Tubulações– Medidores de Vazão– Vasos Pressurizados

• Separação Fluidos– Centrifugação– Filtração


Operações Unitárias de Transferência de Calor

São as operações de troca térmica entre fluidos.

• Mecanismos de troca de calor

– Condução – contato entre dois corpos– Convecção – Mistura de fluidos– Radiação – ondas de calor

• Principais equipamentos de Transferência de Calor– Trocadores de Calor

– Evaporadores

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Trocadores de Calor

• Exemplos:– Casco e tubos


Operações Unitárias de Transferência de Massa

– São as operações de separação de fluidos miscíveis

• Propriedades das soluções – principalmente diferenças de Pontos deEbulição

– Principais operações de transferência de massa:• Destilação• Absorção – soluções líquido/gás

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Exemplo: Destilação

Bombas

Decantador Ciclone de separação

Centrífuga


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Destilação

Desidratação de alimentos

Separação por membranas

Cristalização



Video tempos modernoshttp://www.youtube.com/watch?v=8ap7KZ_6uuU

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ENERGIA

&

CONTROLE

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Diagrama elétrico

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Operações Unitárias

Diagrama unifilar


Diagrama hidráulico

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Diagrama pneumático


Diagrama P&I

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Referências bibliográficas

Bibliografia básica

• CREDER, Hélio. Instalações elétricas. 15 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007• COTRIM, Ademaro A. M. B. Instalações elétricas. 4 Ed. São Paulo:

Pearson Education, 2003• MAMEDE FILHO, João. Instalações elétricas industriais. 7 ed. Rio de

Janeiro: LTC, 2007

Bibliografia complementar

• SIGHIERI, Luciano; NISHIMARI, Akiyoshi. Controle Automático de Processos Industriais. 2. ed. Editora Edgard Blucher, 1997.

• Boulestad, Robert L. Introdução à Análise de Circuitos. 10 Ed. São Paulo: Prentice Hall. 2004• OGATA, Katsuhiko. Engenharia de controle moderno. 4.ed. São Paulo: Prentice Hall, 2007.• LIMA FILHO, Domingos Leite. Projetos de instalações elétricas prediais. 11 ed. São Paulo:

Érica, 2007• BEGA, Egidio Alberto. Instrumentação Industrial. 2 Ed. São Paulo: Interciência, 2005.• FIALHO, Arivelto B. Instrumentação industrial: conceitos, aplicações e análises. São Paulo:

Érica, 2002. 276p.• ALVES, José Luiz Loureiro. Instrumentação, controle e automação de processos. 1. ed. São

Paulo: LTC, 2005.

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