Operacoes_unitarias - Petrobras

8/16/2019 Operacoes_unitarias - Petrobras

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Operações Unitárias

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C URSO DE F ORMAÇÃ O DE O PERADORES DE R EFINARIA

O PERAÇÕES U NITÁRIAS


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CURITIBA2002

OPERAÇÕES U NITÁRIASV ALTER R OITMAN

Equipe Petrobras

Petrobras / Abastecimento

UN´s: Repar, Regap, Replan, Refap, RPBC, Recap, SIX, Revap


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665.53 Roitman, Valter.R741 Curso de formação de operadores de refinaria: operações unitárias /

Valter Roitman. – Curitiba : PETROBRAS : UnicenP, 2002.50 p. : il. (algumas color.) ; 30 cm.

Financiado pelas UN: REPAR, REGAP, REPLAN, REFAP, RPBC,RECAP, SIX, REVAP.

1. Operação unitária. 2. Química. 3. Balanço. I. Título.


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Apres en tação

É com grande prazer que a equipe da Petrobras recebe você.Para continuarmos buscando excelência em resultados, dife-renciação em serviços e competência tecnológica, precisamos devocê e de seu perfil empreendedor.

Este projeto foi realizado pela parceria estabelecida entre oCentro Universitário Positivo (UnicenP) e a Petrobras, representada

pela UN-Repar, buscando a construção dos materiais pedagógicosque auxiliarão os Cursos de Formação de Operadores de Refinaria.Estes materiais – módulos didáticos, slides de apresentação, planos

de aula, gabaritos de atividades – procuram integrar os saberes téc-nico-práticos dos operadores com as teorias; desta forma não po-dem ser tomados como algo pronto e definitivo, mas sim, como um

processo contínuo e permanente de aprimoramento, caracterizado pela flexibilidade exigida pelo porte e diversidade das unidades daPetrobras.

Contamos, portanto, com a sua disposição para buscar outrasfontes, colocar questões aos instrutores e à turma, enfim, aprofundar seu conhecimento, capacitando-se para sua nova profissão na

Petrobras.

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Sumário

1 CONCEITOS FUNDAMENTAIS SOBRE

OPERAÇÕES UNITÁRIAS .................................. ................. 71.1 Introdução .......................................................................7

1.2 Conceitos Fundamentais.................................................7

1.2.1 Conversão de unidades ........................................71.3 Balanço Material.............................................................8

1.4 Balanço Energético .........................................................8

1.5 Sugestão para aplicação nos cálculosde Balanços Mássicos e Energéticos .............................. 8

2 PROCESSO DE DESTILAÇÃO.............................................92.1 Introdução .......................................................................92.2 Conceitos Fundamentais.................................................9

2.2.1 Volatilidade .......................................................... 9

2.2.2 Equilíbrio Líquido – Vapor ..................................92.3 Destilação Descontínua ou Destilação Simples .............92.3.1 Balanço Material e Térmico .............................. 10

2.4 Destilação por Expansão Brusca ou Destilação

em um único Estágio ................................................... 102.4.1 Balanço Material ............................................... 102.4.2 Balanço Térmico ............................................... 10

2.5 Destilação Fracionada .................................................. 10

2.5.1 Colunas de destilação ou de retificação .............112.5.2 Seções de uma Coluna de destilação ................ 13

2.5.3 Balanço Material ............................................... 14

2.5.4 Balanço Térmico ............................................... 152.5.5 Influência das principais variáveis

na destilação fracionada.................................... 15

2.6 Fatores que influenciam as principais variáveisna destilação fracionada .............................................. 162.6.1 Propriedades da carga ....................................... 16

2.6.2 Eficiência dos dispositivos de separaçãodas torres (Pratos) .............................................. 17

2.7 Problemas que podem ocorrer em bandejas

de colunas de destilação .............................................. 172.7.1 Problema de arraste ........................................... 17

2.7.2 Problema de Pulsação ....................................... 172.7.3 Problema de vazamento de líquido ................... 172.7.4 Problema de inundação ..................................... 18

3 PROCESSOS DE ABSORÇÃO E ESGOTAMENTO ........ 19

3.1 Introdução .................................................................... 193.2 Conceitos ..................................................................... 193.2.1 Absorção ........................................................... 193.2.2 Esgotamento ...................................................... 19

3.3 Solubridade de Gases em Líquidos ............................. 19

3.4 Potencial que promove a absorção .............................. 213.5 Refluxo Interno Mínimo .............................................. 21

3.5.1 Absorção ........................................................... 21

3.5.2 Esgotamento ...................................................... 213.6 Resumo dos Fatores que Influenciam os

Processos de Absorção e Esgotamento ........................ 21

3.7 Equipamentos .............................................................. 22

4 PROCESSOS DE EXTRAÇÃO LÍQUIDO-LÍQUIDO........ 23

4.1 Introdução .................................................................... 23

4.2 Conceito ....................................................................... 23

4.3 Mecanismo da Extração .............................................. 23

4.4 Equipamentos do Processo de Extração ...................... 24

4.4.1 De um único estágio.......................................... 24

4.4.2 De múltiplos estágios ........................................ 24

4.5 Equilíbrio entre as Fases Líquidas............................... 25

4.6 Fatores que influenciam a Extração ............................ 26

4.6.2 Qualidade do solvente ....................................... 26

4.6.3 Influência da temperatura ................................. 26

5 FLUIDIZAÇÃO DE SÓLIDOS E SEPARAÇÃO SÓLIDO 27

5.1 Fluidização de sólidos ....................................... ............. 27

5.1.1 Conceito ............................................................ 27

5.1.2 Objetivo da Fluidização .................................... 27

5.1.3 Tipos de Fluidização ......................................... 27

5.1.4 Dimensões do Leito Fluidizado ........................ 27

5.2 Separação sólido-gás ................................................... 28

5.2.2 Arranjos entre os Ciclones ................................ 28

5.2.1 Fatores que influenciam o funcionamento

de um Ciclone ................................................... 28

5.3 Noções básicas do processo de Craqueamento

Catalítico ...................................................................... 29

6 BOMBAS ............................................................................. 31

6.1 Curvas características de Bombas Centrífugas ........... 316.2 Curva da carga (H) versus vazão volumétrica (Q) ...... 31

6.3 Curva de potência absorvida (PABS.) versus

vazão volumétrica (Q) ................................................. 32

6.4 Curva de rendimento (h) versus vazão

volumétrica (Q) ............................................................ 33

6.5 Curvas características de Bombas ............................... 33

6.6 Altura Manométrica do Sistema .................................. 33

6.7 Construção gráfica da Curva de um Sistema .............. 34

6.8 Ponto de Trabalho ........................................................ 34

6.8.1 Alteração da Curva (H x Q) do Sistema ........... 35

6.8.2 Fatores que influenciam a Curva

(H x Q) da Bomba ............................................. 35

6.9 Fenômeno da Cavitação............................................... 356.9.1 Inconvenientes da Cavitação ............................ 35

6.9.2 Principal Região da Cavitação .......................... 35

6.9.3 Causas Secundárias da Cavitação ..................... 36

6.10 NPSH (Net Pressure Suction Head) ............................ 36

6.10.1NPSH disponível ............................................... 37

6.10.2NPSH requerido ................................................ 37

6.10.3NPSH disponível versus NPSH requerido ........ 37

6.11 Associação de Bombas ................................................ 37

6.11.1Associação de Bombas em Série ...................... 37

6.11.2Associação de Bombas em Paralelo.................. 38


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Conceitos Fundamentais sobre Operações Unitárias

1.1 IntroduçãoA disciplina denominada Operações Uni-

tárias é aquela que classifica e estuda, separa-damente, os principais processos físico-quími-cos utilizados na indústria química. Os pro-cessos mais comuns encontrados nas indústriasquímicas são a Destilação Atmosférica e aVácuo, os processos de Absorção e Adsor-ção, a Extração Líquido-Líquido e Líqui-do-Gás, o processo de Filtração, assim comoalguns mais específicos, como por exemplo, oCraqueamento Catalítico, Hidrocraquea-mento, Hidrotratamento de correntes ins-táveis e outros utilizados principalmente na In-dústria Petrolífera.

1.2 Conceitos FundamentaisAlguns conhecimentos são fundamentais

para que se possa estudar de forma adequada adisciplina denominada Operações Unitárias,como conhecimentos sobre conversão de uni-dades, unidades que podem ser medidas linea-res, de área, de volume, de massa, de pressão,de temperatura, de energia, de potência. Outroconceito-base para “Operações Unitárias” é ode Balanço, tanto Material quanto Energético.

1.2.1 Conversão de unidadesÉ necessário conhecer as correlações exis-

tentes entre medidas muito utilizadas na In-dústria Química, como é o caso das medidasde temperatura, de pressão, de energia, demassa, de área, de volume, de potência e ou-tras que estão sempre sendo correlacionadas.

Alguns exemplos de correlações entre medidas li-neares

1 ft = 12 in1 in = 2,54 cm1 m = 3,28 ft

1 m = 100 cm = 1.000 mm1 milha = 1,61 km1 milha = 5.280 ft1 km = 1.000 m

Alguns exemplos de correlações entre áreas1 ft2 = 144 in2 1 m2 = 10,76 ft2

1 alqueire = 24.200 m2 1 km2 = 106 m2

Alguns exemplos de correlações entre volumes1 ft3 = 28,32 L 1 ft3 = 7,481 gal1 gal = 3,785 L 1 bbl = 42 gal

1 m3 = 35,31 ft3 1 bbl = 0,159 1 m3

Alguns exemplos de correlações entre massas1 kg = 2,2 lb 1 lb = 454 g1 kg = 1.000 g 1 t = 1.000 kg

Alguns exemplos de correlações entre pressões1 atm = 1,033 kgf/cm2

1 atm = 14,7 psi (lbf/in2)1 atm = 30 in Hg1 atm = 10,3 m H

2O

1 atm = 760 mm Hg1 atm = 34 ft H2O1 Kpa = 10 –2 kgf/cm2

Algumas observações sobre medições de pressão:

– Pressão Absoluta = Pressão Relativa +Pressão Atmosférica

– Pressão Barométrica = Pressão Atmos-férica

– Pressão Manométrica = Pressão Rela-tiva

Alguns exemplos de correlações entre temperaturastºC = (5/9)(tºF – 32)tºC = (9/5)(tºC) + 32tK = tºC + 273tR = tºF + 460 (temperatures absolutas)

Algumas observações sobre medições detemperatura:

Zero absoluto = –273ºC ou – 460ºF(DºC/DºF) = 1,8(DK/DR) = 1,8


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Alguns exemplos de correlações entre potências1 HP = 1,014 CV 1 HP = 42,44 BTU/min1KW = 1,341 HP 1 HP = 550 ft.lbf/s1KW = 1 KJ/s 1 KWh = 3.600 J1KW = 1.248 KVA

Alguns exemplos de correlações de energia1 Kcal = 3,97 BTU 1BTU = 252 cal1BTU = 778 ft.lbf 1Kcal = 3,088 ft.lbf 1Kcal = 4,1868 KJ

1.3 Balanço MaterialComo se sabe, “na natureza nada se cria,

nada se destrói, tudo se transforma”, ou seja, amatéria não é criada e muito menos destruída,e, portanto, num balanço material envolvendoum certo sistema, a massa que neste entra de-

verá ser a mesma que dele estará saindo. No processamento uma tonelada, por exemplo, por hora de petróleo em uma refinaria, obtém-seexatamente uma tonelada por hora de produ-tos derivados deste processo, como gás com-

bustível, GLP, gasolina, querosene, diesel eóleo combustível. A queima de um combustí-vel em um forno ou em uma caldeira é outroexemplo, porém menos evidente em que ocorreo mesmo balanço de massa: pode-se citar quedurante a queima de 1 tonelada de um certo

combustível em um forno ou uma caldeira,considerando-se que são necessárias 13 tone-ladas de ar atmosférico, tem-se como resulta-do 14 toneladas de gases de combustão.

Em um Balanço Material, não se deve con-fundir massa com volume, pois as massas es-

pecíficas dos produtos são diferentes. Assim,um balanço material deverá ser realizado sem-

pre em massa, pois a massa de um certo pro-duto que entra em um certo sistema, mesmoque transformada em outros produtos, sempreserá a mesma que está saindo deste sistema,enquanto os volumes sofrem variação confor-me a densidade de cada produto.

1.4 Balanço EnergéticoExistem diversos tipos de energia, por exem-

plo, Calor, Trabalho, Energia de um corpo emmovimento, Energia Potencial (um corpo em

posição elevada), Energia elétrica e outras.Assim como a matéria, a energia de um

sistema não pode ser destruída, somente po-derá ser transformada em outros tipos de ener-

gia, como por exemplo, o motor de uma bomba que consome energia elétrica e a transfor-ma em energia de movimento do líquido, ca-lor e energia de pressão.

A água, no alto de um reservatório, aomovimentar um gerador, transforma sua ener-gia potencial em energia elétrica, calor e ener-gia de movimento (energia cinética). Nestecaso, o balanço de energia do sistema poderiaser representado pela seguinte expressão:

Energia Potencial da água do reservatório =Energia elétrica fornecida pelo gerador + ca-lor de aquecimento do gerador + Energia demovimento da água após a turbina.

No caso de um forno ou uma caldeira queaquece um certo líquido, o balanço de energiaobservado será:

Calor liberado pela queima do combustível =Calor contido nos gases de combustão quesaem do forno ou da caldeira + Calor contidonos produtos que deixam o forno ou a caldeira.

É importante ressaltar que, muito embora

as diversas formas de energia sejam medidasem unidades diferentes, tais como, energia elé-trica em KWh, trabalho em HP . h, calor emcaloria, em um balanço energético é necessá-rio que todas as formas de energia envolvidasno balanço estejam expressas na mesma uni-dade de energia.

1.5 Sugestão para aplicação nos cálculosde Balanços Mássicos e Energéticos

Como regra geral, antes de iniciar cálcu-

los que evolvam balanços mássicos e/ou ba-lanços energéticos, deve-se:a) transformar todas as vazões volumétri-

cas em vazões mássicas, pois o balan-ço deve ser realizado sempre em mas-sa, uma vez que a vazão em massa nãovaria com a temperatura.

b) faça um esquema simplificado do pro-cesso em que serão realizados os ba-lanços;

c) identifique com símbolos, as vazões e

as composições de todas as correntesenvolvidas nos processos em que es-tão sendo realizados os balanços;

d) anote, no esquema simplificado de pro-cesso, todos os dados de processo dis-

poníveis como vazões, composições,temperaturas, pressões, etc;

e) verificar que composições são conhe-cidas ou podem ser calculadas;

f) verificar quais vazões mássicas são

conhecidas ou podem ser calculadas;g) selecionar a base de cálculo conveni-ente a ser adotada para o início da re-solução do problema.


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2Processo de

Desti lação 2.1 Introdução

A destilação é uma operação que permitea separação de misturas de líquidos em seuscomponentes puros ou próximos da pureza, por meio de evaporação e condensação dos com-

ponentes em questão. Na destilação, portanto, pode-se afirmar que o agente de separação é o

calor, pois o vapor formado tem composiçãodiferente da mistura original.

O processo de destilação é muito utiliza-do em toda a indústria química, como por exemplo, na obtenção de álcool retificado deuma mistura de fermentação, ou ainda, na in-dústria petrolífera para a separação das fraçõescontidas no petróleo bruto, como gás combus-tível, GLP, nafta, querosene, diesel, gasóleo,óleo combustível. É um processo muito utili-zado também na indústria petroquímica, para

a separação de frações da nafta petroquímica.

2.2 Conceitos FundamentaisAlguns conceitos são fundamentais para

a melhor compreensão do mecanismo de se- paração que ocorre na destilação, são eles avolatilidade e o equilíbrio líquido – vapor.

2.2.1 VolatilidadeA separação em uma coluna de destilação

acontece devido à volatilidade relativa de um

componente com relação ao outro. Geralmen-te, salvo raras exceções, a fração mais volátilem uma mistura é aquela que em estado puro

possui maior pressão de vapor, ou seja, temmaior tendência a evaporar. Como exemplo,tem-se que, devido ao critério massa molar, ometano é mais volátil do que o etano, que por sua vez é mais volátil que o propano, que por sua vez é mais volátil que o butano e assim

por diante; então a separação destes é possívelutilizando-se o agente calor e equipamentos

adequados, denominados colunas ou torres dedestilação para processos contínuos ou desti-ladores para processos descontínuos ou em

bateladas.

2.2.2 Equilíbrio Líquido – VaporAo colocar em recipiente sob vácuo, de-

terminada quantidade de uma mistura líquida, por exemplo, uma mistura de hidrocarbone-tos, mantendo-se constante a temperatura desterecipiente, o líquido tenderá a vaporizar-se atéque alcance a pressão de equilíbrio entre a fase

vapor e a fase líquida, isto é, as moléculas dafase líquida passarão para a fase vapor, aumen-tando a pressão do recipiente até que se tenhao equilíbrio entre as fases líquido e vapor. O

ponto de equilíbrio é atingido quando o nú-mero de moléculas que abandona o líquido

para a fase vapor é exatamente igual ao núme-ro de moléculas que abandona o vapor para afase líquida. Tem-se, aí, o equilíbrio termodi-nâmico entre as fases líquido – vapor.

2.3 Destilação Descontínua ou DestilaçãoSimplesA destilação simples ou descontínua é reali-

zada em bateladas.

Conforme é possível observar na figuraacima, a carga de líquido é introduzida em umvaso provido de aquecimento, entrando emebulição. Os vapores são retirados pelo topoatravés do condensador, onde são liqüefeitose coletados em outros recipientes.

A primeira porção do destilado será a mais

rica em componentes mais voláteis. A medidaque prossegue a vaporização, o produto vaporizado torna-se mais volátil e o líquido residualtorna-se menos volátil, pois o percentual de


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componentes leves no líquido residual vai sen-do esgotado. O destilado, que é o vapor con-densado, poderá ser coletado em porções se-

paradas denominadas de cortes. Estes podem produzir uma série de produtos destilados comvários graus de pureza. Então, considerando-seuma mistura de três substâncias:

Substância A – Muito volátil e em pe-quena quantidade,

Substância B – Volatilidade média e emgrande quantidade,

Substância C – Muito pouco volátil e em pequena quantidade.

Quando uma destilação em batelada oudestilação simples é efetuada, o primeiro cor-te, pequeno, conteria predominantemente qua-se toda a substância A, o segundo corte, gran-de, conteria quase toda a substância B, porém

estaria contaminado com um pouco das subs-tâncias A e C, e o líquido residual seria, prati-camente, a substância C pura. Assim sendo,apesar dos três cortes conterem todas as trêssubstâncias, alguma separação teria ocorridoneste processo de destilação.

2.3.1 Balanço Material e Térmico Neste tipo de processo, é muito difícil efe-

tuar um balanço material e térmico de formainstantânea, uma vez que as temperaturas, as-

sim como as composições do líquido e do vapor variam continuamente. É evidente, porém,que, ao final desta operação, a soma do resíduoe do destilado deve ser igual à carga inicial do vaso.

2.4 Destilação por Expansão Brusca ouDestilação em um Único Estágio

O processo de destilação por expansão brusca é uma operação em um único estágio,no qual uma mistura líquida é parcialmentevaporizada. As fases líquido e vapor resultan-

tes deste processo são separadas e removidasda coluna. O vapor será muito mais rico nasubstância mais volátil do que na carga origi-nal ou no líquido residual.

Este tipo de operação é muito utilizado na primeira fase do fracionamento do petróleo emuma refinaria, pois esta torre reduz o tamanhoda torre de fracionamento atmosférico.

2.4.1 Balanço Material

Segundo o princípio geral da conservaçãoda matéria, o balanço material para este pro-cesso pode ser escrito da seguinte forma:

F = D + W

Em que:F = vazão mássica de cargaD = vazão mássica de vapor W = vazão mássica de líquido

2.4.2 Balanço Térmico

De acordo com o princípio da conserva-ção de energia, o balanço energético para este

processo pode ser escrito da seguinte forma:

Calor que entra no sistema = Calor que sai do sistema QF + QA = QD + QW

Em que:QF = conteúdo de calor da cargaQA = conteúdo de calor cedido ao siste-

ma pelo aquecedor QD = conteúdo de calor da carga

QW = conteúdo de calor da carga

2.5 Destilação FracionadaA destilação fracionada é o tipo de desti-

lação mais utilizada em indústrias de grande porte. Nos dois tipos de destilação abordadosanteriormente, destilação em batelada e por expansão brusca, a separação das diversassubstâncias que compõem a mistura é realiza-da de forma imperfeita ou incompleta. Na des-tilação fracionada, é possível a separação em

várias frações, em uma mesma coluna, pois pode-se ter temperaturas, vazões e composi-ções constantes em um dado ponto da coluna.

A destilação fracionada é uma operaçãode separação de misturas por intermédio devaporizações e condensações sucessivas, que,aproveitando as diferentes volatilidades dassubstâncias, torna possível o enriquecimentoda parte vaporizada, com as substâncias maisvoláteis. Estas vaporizações e condensaçõessucessivas são efetuadas em equipamentos

específicos, denominados de torres ou colu-nas de destilação.O processo, em linhas gerais, funciona

como esquematizado na figura a seguir:


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A mistura a ser destilada é introduzidanum ponto médio da coluna, ponto F, denomi-nado ponto de alimentação. No seu interior, amistura irá descer até atingir a base da colunaonde encontrará aquecimento do refervedor.O refervedor, um trocador de calor aquecido

por vapor d'água ou outra fonte térmica qual-quer, aquecerá a mistura até atingir sua tem-

peratura de ebulição. Neste ponto, a mistura

emitirá vapores que irão circular em sentidoascendente na coluna, em contracorrente coma mistura da alimentação da coluna. Os vapo-res ascendentes atingirão o topo da coluna eirão para um condensador, onde serão liqüe-feitos e deixarão a coluna como produto dedestilação, D. Na base da coluna, a mistura,isenta de componentes mais voláteis, deixa oequipamento como produto residual, W.

O processo, resume-se, então, em alimen-tar a coluna de destilação com a mistura quese quer separar, F, no ponto médio da coluna; fa-zer a circulação ascendente do vapor em contra-corrente com o líquido descendente da coluna, comremoção do destilado, D, no topo da torre e dolíquido residual, W, no fundo da coluna.

A volatilidade relativa do produto a ser des-tilado permite a separação dos componentesmais voláteis, e o contato íntimo entre as faseslíquida e vapor ao longo da coluna promove a

perfeita separação dos componentes desejados.Para melhorar a separação das frações de-

sejadas, utiliza-se o retorno de parte do desti-

lado, D, na forma de refluxo, Lo, que enrique-ce o produto de topo da coluna, D, com pro-dutos mais voláteis, melhorando a pureza do

produto destilado, D.

Como pode ser observado, neste processonão existem reações químicas, somente trocatérmica, devido ao refervedor de fundo e aocondensador de topo, e também troca de mas-sa entre o vapor ascendente e o líquido des-cendente no interior da coluna de destilação.

2.5.1 Colunas de destilação ou de retificaçãoAs colunas de destilação são constituídas

por três partes essenciais:

RefervedorÉ, geralmente, encontrado na base da co-

luna de destilação, conforme pode ser obser-vado na figura a seguir:

Sua finalidade é proceder o aquecimentoda base e, em conseqüência, promover a eva-

poração dos componentes mais voláteis. Po-dem ser construídos com dispositivos de aque-cimento com vapor d'água, por aquecimentocom circulação de frações de óleos quentes ou,até mesmo, através de resistências elétricas.Os vapores formados na base da coluna circu-larão de forma ascendente. Parte destes serãocondensados ao longo do percurso na torre,retornando na forma líquida, permitindo, des-ta forma, um contato íntimo entre o vapor as-cendente e o líquido descendente ao longo datorre. Dependendo do tipo de interno da colu-na, o contato entre a fase líquida e vapor po-derá atingir níveis que melhorarão as condi-ções da separação desejada.

Na coluna de destilação, os componentesmais pesados da mistura condensam eretornam à base da coluna, de onde são retira-

dos como líquido residual, W. Os componen-tes mais leves atingem o topo da coluna e sãoretirados como produto destilado, D, após pas-sarem pelo condensador.


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CondensadorTem como finalidade proceder à conden-

sação dos vapores leves que atingem o topoda coluna. Após a condensação, tem-se o pro-duto destilado desejado, D, com a composi-ção especificada.

O processo requer, portanto, dois troca-dores de calor, ambos de mudança de fase,refervedor procedendo a vaporização e ocondensador efetuando a condensação dasfrações. Em alguns projetos, o refervedor

poderá ser substituído por uma injeção de vapor d'água no fundo da coluna de destilação.

Tipos de Torres de Destilação Na coluna, há o contato entre as fases lí-

quida e vapor. O problema resume-se em con-tato perfeito entre as fases, e conseqüentemen-te, a altura da torre deve ser adequada ao tipode separação que se deseja. A cada misturacorresponderá uma altura definida de coluna,que poderá ser perfeitamente calculada para aseparação desejada. Existem três tipos conven-cionais de colunas de destilação: colunas com

pratos e borbulhadores, colunas com pratos perfurados e colunas com recheios. Todas fun-cionam com o mesmo princípio, ou seja, pro-mover de forma mais perfeita possível o con-tato entre as fases líquido e vapor.

Colunas com pratos e borbulhadoresSão as mais usuais e também podem ser

denominadas de “bandejas”. Colunas destetipo adotam pratos ou bandejas superpostas eque variam em número e detalhes conforme amistura que se pretende destilar. Os pratos sãoconstituídos por borbulhadores, tubos de as-censão e de retorno, conforme apresentado nafigura a seguir.

Onde:1 – Borbulhador 2 – Tubo de ascensão3 – Tubo de retornoV – Vapor L – LíquidoOs borbulhadores são dispositivos com

formato cilíndrico, com aparência de um copodotado de ranhuras laterais até certa altura,conforme figura a seguir.

Os borbulhadores são fixados sobre ostubos de ascensão dos vapores e destinados àcirculação ascendente do vapor de um prato aoutro. Sobre cada tubo de ascensão, encontra-se um borbulhador. O tubo de retorno temcomo finalidade fazer o retorno, prato a prato,do excedente da fase líquida condensada so-

bre o prato. Assim sendo, existe sobre cada prato ou bandeja, um nível de líquido constante,regulado pela altura do tubo de retorno, e quedeve corresponder ao nível do topo dos borbu-lhadores. Os borbulhadores são dispostos de talforma que fiquem na mesma altura do início dotubo de retorno de líquido, a fim de que se tenhauma ligeira imersão na camada líquida.

Os vapores devem circular em contracor-rente com o líquido, ou melhor, de forma as-cendente, passando pelos tubos de ascensão,

borbulhando através das ranhuras dos borbu-lhadores e condensando em parte nas bande-

jas e parte retornando à bandeja imediatamen-te inferior.

Os tubos de retorno funcionam também

como selos hidráulicos, impedindo que o vapor circule através deles.

A figura a seguir ilustra bem o que foicomentado anteriormente:


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Colunas com pratos perfurados Neste tipo de coluna, os pratos com bor-

bulhadores são substituídos por pratos dota-dos de perfurações, cujo diâmetro varia entre0,8 e 3 mm. O funcionamento é idêntico àscolunas que utilizam pratos com borbulhado-res. Geralmente, neste tipo de coluna, não exis-te o tubo de retorno e os pratos ocupam toda aseção da coluna, porém existem projetos emque as colunas com pratos perfurados são do-tadas de tubo de retorno.

Colunas com Recheio Neste tipo de coluna, os pratos ou bande-

jas são substituídos por corpos sólidos comformatos definidos. Estes corpos, denomina-dos recheios, podem ser anéis do tipo Rachig,Pall, Lessing ou ainda selas do tipo Berl,

Intalox e outros. Alguns destes recheios po-dem ser observados na figura seguinte.

A finalidade do recheio é provocar o con-tato das fases líquido-vapor. Os corpos do re-cheio devem ser de alta resistência à corrosão,razão pela qual são, geralmente, de cerâmicaou de aço inoxidável. Dependendo da tempe-

ratura do processo pode-se utilizar tambémrecheios plásticos de alta resistência.As torres que utilizam recheios são muito

competitivas com as torres que contêm pratos

com borbulhadores ou pratos perfurados e apre-sentam ainda algumas vantagens, tais como:

1. geralmente são projetos mais econômi-cos, por serem mais simplificados;

2. apresentam pequena perda de carga;3. não estão sujeitas às formações de es-

puma.Os recheios são disponibilizados em se-

ções, sobre suportes de sustentação, o que im- pede uma compactação e/ou uma descompac-tação localizada, que formaria caminhos pre-ferenciais ao longo da coluna.

O tamanho dos elementos dos recheios,geralmente, variam entre 0,5 e 8 cm.

2.5.2 Seções de uma Coluna de destilaçãoComo visto anteriormente, em uma colu-

na de destilação, o vapor da mistura que sai deum prato atravessa o líquido do prato superior,deixando seus componentes menos voláteis.O calor liberado pela condensação destes com-

ponentes vaporiza, então, os compostos maisvoláteis do líquido contido no prato superior.Existe, portanto, uma troca de calor e massaao longo das bandejas da torre e nota-se que, àmedida que se sobe na coluna, os vapores tor-nam-se mais voláteis (mais leves) e, à medidaque se desce na coluna, os líquidos tornam-semenos voláteis (mais pesados).

Seção de enriquecimento ou absorçãoÉ a parte da coluna compreendida entre o

prato de entrada da carga e o topo da coluna. Nesta seção, são concentradas as frações ousubstâncias mais leves (mais voláteis), ou seja,em todos os pratos acima do prato de alimen-tação, a percentagem de compostos mais le-ves é maior do que na carga. As substânciasmais pesadas são removidas dos vapores queascendem, pelo refluxo interno de líquido que

desce pelo interior da torre, líquido que tam- bém é denominado como refluxo interno.

Seção de esgotamentoÉ a parte da coluna compreendida entre o

prato de entrada da carga e o fundo da coluna. Nesta seção são concentradas as frações ousubstâncias mais pesadas (menos voláteis), ouseja, em todos os pratos abaixo do prato dealimentação, a percentagem de compostosmais pesados é maior do que na carga. Os com-

ponentes ou substâncias mais pesadas, são re-movidos dos vapores que ascendem, pelo re-fluxo de líquido que desce pelo interior da tor-re, também denominado de refluxo interno.


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2.5.3 Balanço Material Neste processo, o balanço material deve-

rá ser realizado nas várias seções da coluna,conforme figura a seguir:

Em que:V = vazão mássica do vapor de topo

D = vazão mássica do produto de topo

L = vazão mássica do refluxo externo

F = vazão mássica da carga

W = vazão mássica do produto de fundo

Vm = vazão mássica de vapor na seção

de absorçãoVn = vazão mássica de vapor na seção

de esgotamento

Lm = vazão mássica de líquido na seçãode absorção (refluxo interno)

Ln = vazão mássica de líquido na seçãode esgotamento (refluxo interno)

QC = calor retirado pelo condensador

QR = calor introduzido pelo refervedor

qF = calor contido na cargaqD = calor contido no produto de topo

qW = calor contido no produto de fundo


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Os principais balanços materiais para este processo são:

Na envoltória I:

F = D + W

Na envoltória II:

Vm = Lm + D

Na envoltória III:

Ln = Vn + W

No condensador:

V = L + D

2.5.4 Balanço TérmicoOs principais balanços materiais para este

processo são:

Balanço Térmico Global

F . qF + Qr = D . qD + W . qW + QC (1)

Como é possível observar na expressão(1), o calor retirado do condensador, QC, de-

pende do calor introduzido no sistema pelorefervedor, Qr, uma vez que os demais termos

da expressão são fixados por projeto.

Balanço térmico no condensador

V . qV = L . qL + D . qD + QC (2)

Sabe-se que, qL = qD e V = L + D, por-tanto a equação (2) pode ser reescrita comouma nova expressão:

(L + D) . qV = L . qL + D . qL + QC ®(L + D) . qV = (L + D) . qL + QC

(L + D) . qV – (L + D) . qL = QC ®(L + D) . (qV – qL) = QC

(L + D) = QC / (qV – qL)

(qV – qL) = Calor de condensação do vapor detopo da coluna de destilação.

2.5.5 Influência das principais variáveis nadestilação fracionada

A figura a seguir será utilizada para que possam ser feitas as observações necessáriassobre a influência das principais variáveis queocorrem neste tipo de processo.

Razão de Refluxo

Nas torres de destilação fracionada existemdois tipos de refluxo, externo e o interno, quegeram, desta forma, as razões de refluxo exter-na e interna. A razão de refluxo interna aconte-ce tanto na região de absorção, quanto na re-gião de esgotamento. As seguintes expressões

podem ser escritas para as razões de refluxo:

Razão de refluxo externo:

R e = ( L/D)

Razão de refluxo interna: Na seção de absorção:

(R i)abs = ( Lm / Vm )

Na seção de esgotamento:

(R i)esg = ( Vn / Ln )

O grau de fracionamento que acontece emuma coluna de destilação é determinado pelasrazões de refluxo interna na torre, que por sua

vez são geradas a partir da carga e do refluxoexterno à torre de destilação, ou seja, o reflu-xo interno na seção de absorção, Lm, é gerado

pelo refluxo externo, L, enquanto que na se-ção de esgotamento, Ln, é gerado pelo refluxointerno Lm mais a carga F.

Na seção de enriquecimento ou absorção,quanto mais líquido Lm descer na torre por unidade de massa de vapor que sobe, tantomelhor será a separação, pois, nesta seção, afinalidade é reter os compostos pesados (me-

nos voláteis) contidos nos vapores. Quantomaior a razão (Lm/Vm), tanto melhor será, en-tão, o fracionamento nesta região da torre dedestilação.


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Na seção de esgotamento, tem-se o con-trário da seção de absorção, quanto mais va-

por subir na torre por unidade de massa delíquido que desce, melhor será a separaçãonesta seção da torre, já que a finalidade, nes-ta região, é a remoção dos compostos leves(mais voláteis) do líquido que desce pelatorre. Portanto, na seção de esgotamento,também denominada de stripping, quantomaior a razão (Vn / Ln), melhor será o fracio-namento.

Resumindo, pode-se afirmar que, para umadeterminada coluna, o grau de fracionamentoé tanto maior quanto maior for a razão de re-fluxo interna.

Razão de Refluxo Versus número de pratos daColuna

Existe uma relação entre o número de pra-tos ou bandejas de uma coluna de destilação ea razão de refluxo interna ou externa desteequipamento.

Quanto menor for o número de pratos ou bandejas de uma coluna, pior será seu fracio-namento. Podem ser construídas torres comgrande número de pratos para operarem com

pequena razão de refluxo interna, assim comotorres com pequeno número de pratos e razõesde refluxo interno elevadas, para uma carga

com as mesmas características.Tendo em vista a relação anteriormente

descrita, a condição de refluxo ou razão derefluxo mínimo corresponderá a uma colunacom um número infinito de pratos para queseja atingido o fracionamento desejado, assimcomo a condição de refluxo ou razão de reflu-xo total corresponderá a uma coluna com umnúmero mínimo de pratos para que o fracio-namento desejado seja atingido. Nenhumadestas condições é satisfatória, uma vez que

uma torre com número de pratos infinito é um projeto totalmente inviável economicamente, bem como a construção de uma coluna quenão produza, pois para o refluxo total não setem retirada de produtos, como pode ser veri-ficado pelo cálculo abaixo:

Na seção de absorção, o seguinte balançomaterial é observado:

Vm = Lm + DLm = Vm – D

Dividindo-se os dois termos da equação por Vm, tem-se que:

(Lm / Vm) = 1 – (D/Vm)

Quando ocorrer refluxo total, então D = 0,logo:

(Lm / Vm) = 1 ® Lm = Vm, ou seja, a quan-tidade de líquido que desce na seção de absor-ção é igual à quantidade de vapor que sobenesta seção, não havendo, portanto, produção.

Na seção de esgotamento, observa-se oseguinte balanço material:

Ln = Vn + WVn = Ln – W

Dividindo-se os dois termos da equação por Ln, obtém-se que:

(Vn / Ln) = 1 – (W/ Ln)

No caso da seção de esgotamento, todo olíquido residual será vaporizado no refervedor,

então W = 0, então:(Vn / Ln) = 1 ® Vn = Ln, isto é, a quantida-de de vapor que sobe na seção de esgotamen-to é igual à quantidade de líquido que por eladesce e não há produção.

Quando a coluna é operada, portanto, emrefluxo total, o fracionamento é praticamente

perfeito, porém o gasto com energia é muitoelevado e não há produção na coluna, o quetorna o processo economicamente inviável.

A relação entre o número de pratos ou es-tágios e a razão de refluxo pode ser observadano gráfico a seguir:

A razão de refluxo interna mínima é aquelaque corresponde a um refluxo externo, L, mí-nimo, por conseqüente, os projetos de colunasde destilação são concebidos prevendo-se,geralmente, um refluxo externo com valoresque variam entre 1,5 a 2 vezes o valor da ra-zão de refluxo mínima. Este valor é denomi-nado razão de refluxo operacional, RR oper,como pode ser observado no gráfico anterior.

2.6 Fatores que influenciam as principais

variáveis na destilação fracionada2.6.1 Propriedades da cargaComo cada carga a ser processada pode

exibir uma característica, pois as proporções


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entre os componentes a serem separados po-dem ser diferentes, haverá, então, uma razãode refluxo para cada carga a ser processada. Adiferença de volatilidade entre os componen-tes da carga, de uma torre de destilação fracio-nada, exerce grande influência sobre as variá-veis citadas. Como exemplo, pode-se citar acomparação entre a separação de uma misturacontendo 50% de etano e 50% de eteno deoutra contendo 50% de hexano e 50% de eteno.

No primeiro caso, a separação entre o etano eo eteno requer tanto uma quantidade de reflu-xo, bem como uma quantidade de estágios(pratos) na coluna muito maiores do que na daseparação da mistura entre o hexano e o eteno,

pois estes dois últimos compostos possuemgrande diferença de volatilidade.

2.6.2 Eficiência dos dispositivos de separaçãodas torres (Pratos)

Como mencionado, o componente ousubstância que vaporiza a partir do líquido deum determinado prato da coluna é mais volá-til que os componentes contidos no líquidodeste prato, e ainda que este vapor esteja emequilíbrio com o líquido do prato, o númerode moléculas que abandona a fase líquida paraa fase vapor é igual ao número de moléculasque voltam da fase vapor para a fase líquida –

princípio do equilíbrio. Para que o equilíbrio,seja atingido é necessário um certo tempo decontato entre as fases. No caso do prato ou

bandeja de uma torre de destilação, este tempo depende dos detalhes construtivos desta bandeja: quanto mais alto o líquido contidoneste prato ou bandeja, maior será o tempo decontato entre as fases, pois o líquido perma-necerá mais tempo no prato, e, em consequên-cia o vapor gastará mais tempo para atravessá-lo. O prato que conserva um maior nível de

líquido é aquele que mais se aproxima do equi-líbrio entre as fases líquido-vapor e, por isso,é denominado de “prato ideal”. O prato idealé o dispositivo que permite o maior enriqueci-mento em componentes mais voláteis do va-

por que penetra no líquido deste prato.A eficiência de um prato de uma coluna

de destilação fracionada poderá ser quantifi-cada pelo enriquecimento de componentesmais voláteis no líquido deste prato, que nocaso do prato ideal é de 100%. O valor per-

centual da eficiência de um prato real, em umacoluna de destilação fracionada, está entre 50e 80%, é tanto maior, quanto melhor for o pro-

jeto da torre, para as condições de operação

especificadas. Se, por exemplo, uma torre, pro- jetada para uma determinada condição e espe-cificação de carga, mudanças em suas carac-terísticas especificadas, a mesma não corres-

ponderá satisfatoriamente às condições inicial-mente previstas, diminuindo desta forma, suaeficiência e, conseqüentemente, podendo com-

prometer os resultados inicialmente previstos para aquele projeto. Portanto, o fracionamen-to em uma coluna de destilação depende daeficiência dos seus pratos.

2.7 Problemas que podem ocorrer embandejas de colunas de destilação2.7.1 Problema de arraste

O arraste é o transporte, efetuado pelo vapor, de gotículas de líquido do prato inferior

para os pratos superiores. A quantidade de lí-quido arrastado depende da velocidade do vapor ao longo da torre. No arraste, o líquido do prato inferior contamina o líquido do pratosuperior com compostos pesados (menos vo-láteis), piorando o fracionamento ao longo dacoluna. O arraste pode ser provocado pelo au-mento da vazão volumétrica do vapor, que, por sua vez, pode ser decorrente da redução da

pressão em alguma região da coluna.As torres de destilação a vácuo são cons-

truídas com um diâmetro muito maior do queas torres de destilação atmosféricas, pois comosuas pressões são muito baixas, provocam va-zões volumétricas muito elevadas.

2.7.2 Problema de PulsaçãoEste fenômeno ocorre quando a vazão de

vapor, que ascende de um prato inferior paraum superior da coluna, não tem pressão sufi-ciente para vencer continuamente a perda decarga apresentada pela bandeja em questão. O

vapor, então, cessa temporariamente sua pas-sagem por esta bandeja e, quando sua pressãovolta a ser restabelecida, vence a perda de car-ga no prato de forma brusca. Assim diminui a

pressão do vapor quase que instantaneamentee cessa a passagem do vapor pelo prato atéque seja novamente restabelecida sua pressão.Esta situação permanece até que seja norma-lizada a condição de pressão ao longo da coluna.

2.7.3 Problema de vazamento de líquido

É o fenômeno da passagem de líquido da bandeja superior para a bandeja inferior, atra-vés dos orifícios dos dispositivos existentesnos pratos e que são destinados à passagem


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do vapor. Este fenômeno ocorre, quando a va-zão de vapor é baixa e a vazão de líquido éexcessivamente alta.

2.7.4 Problema de inundaçãoA inundação, em uma torre de destilação,

ocorre quando o nível de líquido do tubo deretorno de um prato atinge o prato superior.Poderá acontecer em regiões localizadas natorre ou, caso o problema não seja soluciona-do a tempo, em uma das seções e até mesmo,na torre como um todo.

Anotações


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3Processos de Absorção

e Esgotamento 3.1 Introdução

Como observado no capítulo sobre o pro-cesso de destilação, nas colunas de destilaçãofracionada, a seção acima do ponto de alimen-tação da carga da torre é denominada de seçãode absorção e a seção abaixo do ponto de ali-mentação da carga da torre é denominada de

seção de esgotamento. No entanto, existem processos que utilizam somente absorção ouesgotamento, e, de acordo com a necessidadedo processo, são projetadas torres que operamsomente com processos de absorção ou, en-tão, apenas com processos de esgotamento.

As colunas de absorção e de esgotamen-to, geralmente, não possuem estágios de trocade calor, isto é, não apresentam nem refervedor,nem condensador.

3.2 Conceitos3.2.1 Absorção

É uma operação em que uma mistura ga-sosa, V1, é colocada em contato com um líqui-do, L1, para nele serem dissolvidos um ou maiscompostos que se quer remover da misturagasosa. Geralmente, existe uma diferença devolatilidade muito grande entre os componen-tes da fase gasosa e os da fase líquida. Propor-

ciona-se, com isso, somente a absorção doscomponentes mais pesados da mistura gaso-sa, sem a perda de componentes da misturalíquida por evaporação.

3.2.2 EsgotamentoÉ a operação inversa à da absorção, ou

seja, tem como finalidade remover compostosde um líquido, L1, utilizando-se uma correntede gás ou de vapor, V1, Neste caso, são utili-zados gases ou vapores totalmente insolúveisno líquido ou então gases ou vapores com

volatilidade muito mais alta do que o líquidoem questão.

Na realidade, tanto no processo de absor-ção, quanto no processo de esgotamento, existeo mecanismo de transferência de massa de umafase para outra. No caso da absorção, há trans-ferência de compostos da fase gasosa para afase líquida e, no caso do processo de esgota-mento, há transferência de compostos da lí-quida para a fase gasosa.

3.3 Solubridade de Gases em LíquidosQuando se coloca um gás em contato comum líquido, num recipiente fechado numa certacondição de temperatura e pressão, parte dasmoléculas da fase gasosa passa, inicialmente,

para a fase líquida, até que se atinja o ponto deequilíbrio para estas condições de temperatu-ra e pressão. Neste ponto, a concentração dogás no líquido é denominada de “solubilidadede equilíbrio do gás neste líquido”, nas condi-ções de temperatura e pressão em questão.

% do gás = solubilidade de equilíbrio. No exemplo acima, a fase gasosa é cons-

tituída somente por um tipo determinado degás. No caso de haver uma mistura de duasou mais substâncias gasosas, em que somen-

te uma delas é solúvel no líquido, a “solubi-lidade de equilíbrio” dependerá da pressão parcial deste gás, na mistura gasosa. O valor da pressão parcial de uma sustância é o percentual


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molecular desta substância em relação à pres-são total da mistura, ou seja:

(PParcial)A = (%molecularA / 100) x PTotal

Por exemplo, numa mistura gasosa emque a pressão total do sistema é de 20 kgf/cm2,

tem-se 30% de moléculas de propano; assim a pressão parcial do propano na mistura destesistema será: (30/100) x 20 = 6 kgf/cm2.

É possível relacionar a pressão parcial de um determinado gás com a sua solubilidade deequilíbrio num determinado líquido, e com isto, gerar gráficos com curvas de solubilidade deequilíbrio em função da pressão parcial de equilíbrio, como pode ser observado a seguir.

A solubilidade de equilíbrio de um de-terminado gás, a uma certa temperatura, emum determinado líquido, aumenta, com o au-mento da pressão parcial do gás, ou ainda,com o aumento da concentração do gás noreferido líquido, desde que a temperatura semantenha constante (vide figura a seguir).

Concentração ou solubilidade de equilíbrio.


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Como pode ser observado no gráfico, como aumento da temperatura, a solubilidade dogás diminui. Na temperatura de 10ºC e comuma pressão parcial de equilíbrio de 50 mm Hg,a concentração ou solubilidade de equilíbrioda amônia em água será de 11%. Com a mes-ma pressão parcial de 50 mm Hg, na tempera-tura de 30ºC, a concentração ou solubilidadede equilíbrio da amônia na água será de 5%.

3.4 Potencial que promove a absorçãoConforme abordado anteriormente, quan-

do um líquido e um gás estão em equilíbrio (onúmero de moléculas da fase gasosa que pas-sa para a fase líquida é igual ao número demoléculas que passam da fase líquida para afase gasosa), nas condições de temperatura e

pressão estabelecidas não haverá mais altera-ção da concentração do gás absorvido no lí-quido. Porém, caso haja alteração, por exem-

plo, da pressão parcial do gás a ser absorvido pelo líquido, sem a alteração da variável temperatura, então ocorrerá a passagem de molé-culas da fase gasosa para a fase líquida até anova situação de equilíbrio.

Baseado nestes conceitos, o potencial,que promove a absorção de um gás A em umcerto líquido, poderá ser equacionado da se-guinte forma:

(Potencial de absorção)A = (Pressão Parcial)A – (Pressão Parcial de Equilíbrio)A

Para ilustrar o assunto, pode-se tomar,como exemplo, o gráfico anterior, que repre-senta amônia sendo absorvida em água.

1º Exemplo:Qual será o potencial de absorção da amô-

nia em água, à temperatura de 30ºC, conside-rando-se que na água existe uma concentra-

ção de amônia de 5%, com pressão parcial de50 mm Hg?

Resposta: Como observado no gráfico emquestão, para o valor de concentração ou so-lubilidade de equilíbrio igual a 0,05 e t = 30ºC,o resultado da pressão parcial de equilíbriocorresponde a 50 mm Hg. A força motriz ou

potencial de absorção para este caso será:(Força Motriz) = 50 – 50 = 0, ou seja, nes-

ta condição, o gás já está em equilíbrio com olíquido e não há, portanto, mais absorção.

2º Exemplo:Haveria absorção da amônia na água no

exemplo 1, caso dobrasse a pressão parcial da

amônia, mantendo-se a temperatura em 30ºC?Em caso positivo, qual seria a concentraçãoou solubilidade de equilíbrio para esta novacondição?

Resposta: Nova pressão parcial = 2 x 50 =100 mm Hg

(Força Motriz) = 100 – 50 = 50 mm Hg, portanto como o potencial é > 0, haverá ab-sorção.

De acordo com o gráfico, para a nova con-dição de equilíbrio, em que a pressão parcial éde 100 mm de Hg, na temperatura de 30ºC, anova condição de concentração de amôniacorresponderia a 8%.

Nota: A pressão parcial de equilíbrio é sempre obtidagraficamente, através das curvas de solubilidade.

3.5 Refluxo Interno Mínimo No caso dos processos de absorção e esgo-tamento, existe uma razão de refluxo mínimo,

para que a operação desejada seja efetuada.

3.5.1 AbsorçãoPara o processo de absorção, existe uma

relação L/V mínima, a fim de que a operaçãode absorção desejada possa ser efetuada. Quan-to maior a relação L/V, melhor será a absor-ção, pois o líquido, L, ficará menos concen-

trado no composto a ser absorvido. Com oaumento da relação L/V, tem-se, assim, umaumento no potencial de absorção.

3.5.2 Esgotamento No caso do processo de esgotamento, exis-

te uma relação V/L mínima, para que a opera-ção de esgotamento desejada possa ser efetua-da. Quanto maior a relação V/L, melhor seráo esgotamento, pois o vapor, V, ficará menosconcentrado no composto a ser esgotado. Com

o aumento da relação V/L, haverá, então, umaumento no potencial de esgotamento.

3.6 Resumo dos Fatores que Influenciamos Processos de Absorção e Esgotamento

Favorece a absorção Favorece o esgotamento

Aumento da pressão do gás(aumento da pressão parcialdo composto a ser absorvido)

Redução da temperatura

Baixa concentração do composto a ser absorvido no líqui-do utilizado para a absorção

Alta relação L/V

Redução da pressão do gás(redução da pressão parcial docomposto a ser esgotado)

Aumento da temperatura

Baixa concentração do composto a ser esgotado no vapor utilizado para o esgotamento

Alta relação V/L


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3.7 EquipamentosPara a operação de absorção e esgotamen-

to, são utilizados os mesmos equipamentos que para a operação de destilação, principalmentetorres com recheios, embora torres com pra-tos com borbulhadores ou com pratos valvu-

lados também sejam empregadas.As torres com recheios são mais utiliza-das em processos de absorção, pois nesta ope-ração as vazões de líquido e vapor, geralmen-te, não sofrem muita alteração ao longo do

processo. Na operação correta, a torre está cheiade gás e o líquido desce através da coluna. Orecheio, desta forma, está sempre coberto por uma camada de líquido permanentemente emcontato com o gás. A vazão de líquido não podeser muito pequena, caso contrário o recheio

não ficaria molhado de maneira uniforme. Avazão de vapor não pode ser excessivamentealta, pois dificultaria a descida do líquido natorre.

A transferência de massa entre as fases é promovida pelo recheio no interior da coluna.Este mantém o contato íntimo e contínuo en-tre as fases em toda a extensão de cada leitorecheado.

Anotações


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4Processos de Extração

Líquido-Líquido 4.1 Introdução

A operação denominada Extração Líqui-do-Líquido é empregada nos processos de se-

paração de um ou mais compostos de umamistura líquida, quando estes não podem ser separados por destilação de forma economi-camente viável.

Geralmente, tais separações ocorrem nosseguintes casos:

a) os componentes a serem separados são pouco voláteis – seria necessário, en-tão, utilizar processos com temperatu-ras muito altas, combinadas com pres-

sões muito baixas, com a finalidade deconseguir a separação desejada;

b) os componentes a serem separados têmaproximadamente as mesmas volatili-dades – neste caso, seria necessária a

utilização de colunas de destilação comum número muito grande de estágiosde separação (pratos), conseqüente-mente torres muito elevadas, a fim deconseguir a separação desejada;

c) os componentes são susceptíveis à de-composição – os compostos ou com-

ponentes a serem separados sofrem de-composição quando atingem a tempe-ratura necessária para a separação;

d) o componente menos volátil que se quer

separar está presente em quantidademuito pequena – não seria economi-camente viável, em tal situação, vapo-rizar toda a mistura líquida para ob-ter o produto desejado.

4.2 ConceitoO processo de Extração Líquido-Líquido

é a operação no qual um composto dissolvidoem uma fase líquida é transferido para outrafase líquida.

A fase líquida, que contém o composto aser separado, é denominada de solução e ocomposto a ser separado é denominado desoluto.

A fase líquida, utilizada para fazer a se- paração do soluto, é denominada de solvente.O solvente deverá ser o mais insolúvel possí-vel na solução.

De acordo com a natureza do compostoque se quer extrair da solução, isto é, o soluto,

basicamente, há dois tipos de extração:

a) extração de substâncias indesejáveis – o soluto é uma impureza que deverá ser retirada da solução. O produto dese-

jado neste processo de separação é a solução livre do soluto. Como exemplo, pode ser citada a extração de compostos de enxofre existentes nos deri-vados de petróleo, como a gasolina, oquerosene e outras correntes. Um ou-tro exemplo é a retirada de compostosaromáticos de correntes de óleos lubri-

ficantes para purificação dos mesmos; b) extração de substâncias nobres – o soluto é, neste caso, o composto desejado após a operação de separação, orestante da solução é o produto inde-

sejável do processo. Como exemplo,tem-se citar a separação do butadienode uma mistura entre o buteno e o bu-tadieno, na indústria petroquímica, uti-lizando-se como solvente neste proces-

so de extração uma solução aquosa deacetato cupro-amoniacal .

4.3 Mecanismo da ExtraçãoO mecanismo do processo de extração

ocorre, basicamente, de acordo com as seguin-tes etapas:

a) mistura ou contato íntimo entre o sol-vente e a solução a ser tratada. Ao lon-go desta etapa, ocorrerá a transferênciado soluto da solução para a fase sol-vente;

b) a separação entre a fase líquida da so-lução, denominada de rafinado, e a faselíquida solvente, denominada de extrato;

c) recuperação do solvente e do soluto.


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Para a recuperação do soluto do solvente, énecessário que estes tenham características que

permitam a separação dos mesmos através deum simples processo de destilação ou qualquer outro tipo de separação simples e possível.

O ciclo da extração pode ser representado pela figura seguinte, de forma que a massa es- pecífica do solvente é menor do que a massaespecífica da solução, para que seja possível aextração.

4.4 Equipamentos do Processo deExtração4.4.1 De um único estágio

Neste tipo de equipamento, os líquidos sãomisturados, ocorre a extração e os líquidosinsolúveis são decantados. Esta operação po-derá ser contínua ou descontínua. Este equi-

pamento é correspondente ao esquema da fi-gura anterior.

4.4.2 De múltiplos estágiosBaseado, ainda, no exemplo da figura an-terior, caso o rafinado (A + B) seja mais uma

vez processado e a este seja adicionada nova porção de solvente, será possível extrair maissoluto da solução e o rafinado tornar-se-á ain-da mais puro. Quanto maior o número de está-gios, maior será a extração.

Se, ao invés de ser utilizado solvente novoe puro para cada caso, um sistema em contra-corrente, for empregado, o solvente puro en-trará em contato com a carga em contracor-rente e tem-se então um sistema de múltiplosestágios, que formam uma sucessão de estágios

simples.Como exemplo, pode-se observar a figura aseguir, que mostra um sistema para dois estágios.

a) torre de dispersão;

b) torre com recheios;

c) torre agitada.

Nota: Não são utilizados pratos com borbulhadores emequipamentos de extração.

Os equipamentos que fazem a extraçãolíquido-líquido em múltiplos estágios utilizamo princípio desta figura uma única coluna, ge-

ralmente, semelhantes a uma torre de destila-ção, podendo ou não conter recheios ou ainda

bandejas. Os principais tipos de equipamen-tos são:


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Os equipamentos mencionados anteriormente podem ser observados nas figuras a seguir:

4.5 Equilíbrio entre as Fases LíquidasExiste uma analogia, que se pode fazer,

entre os processos de esgotamento e ou absor-ção em relação ao processo de extração.

A fase líquida do solvente, o extrato, pode ser considerada como a fase vapor,enquanto que a fase líquida da solução, orafinado, pode ser considerada a fase líquida.

Na absorção e no esgotamento, quando as duasfases entram em equilíbrio, não há mais alte-ração da composição nem da fase líquida, nemda fase vapor. Da mesma forma na extração,

quando é atingido o equilíbrio entre as fases,então não haverá mais alteração das composi-ções do extrato e do rafinado, o que está ilus-trado na figura a seguir.


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4.6 Fatores que influenciam a Extração4.6.1 Relação Solvente-Carga

De forma semelhante ao processo de ab-sorção, na extração, também existe uma rela-ção mínima solvente/carga, abaixo da qualnão é possível efetuar a extração desejada.Quanto maior a relação solvente/carga, me-lhor será a extração, pois uma concentraçãomaior de solvente na solução aumentará o po-

tencial de transferência de massa do soluto paraa fase líquida do solvente, com a conseqüenteformação do extrato.

4.6.2 Qualidade do solvente Nos casos em que o solvente é recupera-

do, após a extração, quanto mais isento desoluto ele retornar para a torre de extração,melhor será a extração, pois sua composiçãoestará mais afastada da composição de equilí-

brio com a carga e maior será a transferência

de soluto da fase da solução (carga) para a fasesolvente.

4.6.3 Influência da temperaturaEmbora seja adequado que o solvente

apresente insolubilidade na carga, isto na prá-tica não ocorre, pois sempre existe , ainda que

pequena, uma solubilidade mútua entre as fa-ses que aumenta com a elevação da tempe-ratura. A composição das duas fases em equi-líbrio muda, então, com a alteração da tempe-

ratura. Isto pode influenciar de forma negati-va na extração desejada. Portanto, nunca sedeve operar com temperaturas acima das re-comendadas para um certo processo de extra-ção, pois poderá ocorrer a dissolução de parteou até mesmo de todo o solvente na carga ouvice-versa, impedindo a separação das duasfases líquidas. Caso haja uma certa dissolu-ção de solvente na carga ou vice-versa, o equi-

pamento não terá uma operação satisfatóriacom conseqüente queda de eficiência no pro-cesso de extração.

Anotações


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5Fluidização de Sólidos

e Separação Sólido 5.1 Fluidização de sólidos5.1.1 Conceito

Para compreender melhor o conceito defluidização de sólidos, suponha que um fluidolíquido ou gasoso esteja escoando vagarosa-mente através de um leito de partículas sóli-

das finamente divididas. Os sólidos agem comoum obstáculo à passagem deste fluido, ocasio-nando uma queda de pressão (DP), devido aoatrito, que aumenta com o aumento da veloci-dade. Ao aumentar ainda mais a velocidadedo fluido, os canais de passagem formados pelomesmo aumentam e as partículas sólidas fi-cam mais separadas. Nesse ponto, inicíasse afluidização do leito de sólidos, pois estes per-dem suas características e passam a se com-

portar como fluidos, de modo a seguir as leis

de escoamento de fluidos, em que a pressão é proporcional à altura do leito.

Caso continue o aumento da velocidadede escoamento do fluido, haverá um ponto emque as partículas sólidas serão arrastadas, des-fazendo-se, desta maneira, o leito sólido.

5.1.2 Objetivo da FluidizaçãoA principal aplicação da operação com

leito fluidizado é em processos cujas reações

químicas envolvam catalisadores, como nocaso do processo de craqueamento catalítico. Neste, o catalisador sólido finamente divididoestá em forma de leito fluidizado. O estadofluidizado do catalisador, além de garantir seumelhor contato com a carga devido ao aumen-to da área específica do catalisador com ele,

permite que o catalisador seja escoado de umvaso para outro por diferença de pressão, comose fosse um líquido. Evita-se, desta forma, autilização de equipamentos de transporte desólidos, como caçambas, esteiras rolantes, cor-reios ou outros métodos de transporte de lei-tos sólidos.

5.1.3 Tipos de FluidizaçãoExistem dois tipos de fluidização, a parti-

culada e a agregativa.A fluidização particulada ocorre, prin-

cipalmente, quando o fluido é um líquido, en-quanto a fluidização agregativa ocorre quan-do o fluido é um gás.

Na fluidização particulada, o início do processo é caracterizado por um rearranjo das partículas de forma a oferecer maior área livre para o escoamento, porém sem que as partícu-las percam o contato entre elas.

Na fluidização agregativa, o início é ca-racterizado por um fenômeno semelhante àebulição, ou seja, bolhas de gás atravessam oleito sólido e rompem-se na superfície, em-

purrando as partículas de sólido para cima.A fluidização do tipo agregativa é aquela

que ocorre no processo de craqueamento ca-talítico.

5.1.4 Dimensões do Leito FluidizadoA altura necessária do equipamento que

contém o leito aumenta com a velocidade deescoamento do fluido, pois o volume de vaziosfica maior com o aumento da velocidade. As

partículas menores têm velocidade de quedamenor do que as maiores, ou seja, se uma par-tícula de 1 mm não é arrastada pelo fluido, uma

outra de 0,1 mm poderá ser arrastada e aban-donar o leito. Com o constante choque entreas partículas sólidas, aos poucos, elas vão sen-do reduzidas a tamanhos cada vez menores.Para que estas partículas não sejam arrastadas,seria necessária a utilização de velocidadesmuito baixas para o escoamento dos fluidos,o que equivale a construir equipamentos comdiâmetros muito elevados. Mesmo com aconstrução de equipamentos com diâmetrosmuito elevados, ainda haveria o problema de

que as partículas maiores não seriam movi-mentadas de forma adequada no leito. Por ou-tro lado, quando ocorre a redução de tama-nho das partículas, sempre existe o arraste de


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partículas finas para fora do leito. Nos casosem que o fluido é um gás, como no processode craqueamento catalítico, estas partículasfinas são retiradas através de equipamentos es-

peciais, denominados ciclones, que promovemo retorno destas para o equipamento que con-

tém o leito de sólidos.5.2 Separação sólido-gás

A separação de partículas sólidas de umgás pode ser efetuada através de diversas ma-neiras, por exemplo, filtração, precipitaçãoeletrostática, aspersão com líquidos, ciclonese outros processos. O mais utilizado em refi-narias, geralmente, é o ciclone, especialmenteempregado em processos de craqueamentocatalítico, onde são retidas as partículas finas

do processo de craqueamento. No processo de craqueamento catalítico,o gás que entra nos ciclones pela abertura la-teral encontra-se carregado de partículas decatalisador, saindo pela parte superior, o gás

purificado e, por baixo, as partículas de catali-sador, que voltam ao leito.

Dentro do ciclone, as partículas de sóli-dos chocam-se contra as paredes, perdem ve-locidade e, em conseqüência se precipitam.

5.2.2 Arranjos entre os CiclonesPara se obter maior eficiência de remoção de partículas nos ciclones, é possível fazer com-

binações de ligações entre os mesmos. Estas ligações poderão ser em série ou em paralelo,dependendo de cada caso desejado.

Para altas vazões de gás, utilizam-se as ligações em paralelo, com a finalidade de reduzir a perda de pressão (perda de carga) originada pelo processo de separação nos ciclones.

Na figura a seguir observam-se os arranjos mencionados.

O ciclone é um separador por decantação,em que a força da gravidade é substituída pelaforça centrífuga. A força centrífuga que agesobre às partículas pode variar de 5 a 2.500 ve-zes a mais do que a força da gravidade sobre amesma partícula, dependendo das condições dogás e do projeto do ciclone. O ciclone é um equi-

pamento muito eficiente e por isso muito utili-zado nos processos de separação sólido-gás.

5.2.1 Fatores que influenciam o funcionamentode um Ciclone

a) Diâmetro das partículas: o ciclone nãoé muito eficiente para partículas meno-res do que 0,005 mm.

b) Velocidade do gás na entrada do ciclo-ne: é muito importante notar que quan-

to maior a velocidade do gás que entrano ciclone, mais partículas finas serãoretirada do gás. A velocidade do gásque vai para o ciclone não pode ser aumentada de forma indiscriminada,

pois a perda de pressão (perda de car-ga) que ocorre no interior do ciclone

poderá ser muito grande.c) Viscosidade: O aumento da viscosidade

do gás dificulta a remoção das partículas.


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5.3 Noções básicas do processo de Craqueamento Catalítico

Um ciclone em operação é apresentado a seguir:


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No processo de craqueamento catalítico,a carga (gasóleo) entra em contato com o ca-talisador no riser, onde são iniciadas as rea-ções, que ocorrem em fase gasosa. O riser éum tubo de grande dimensão, que fica a mon-tante do reator. O reator, por sua vez, funcionacomo um vaso separador entre os produtosformados e o catalisador.

O catalisador em forma de pó, ou seja, partículas muito finas, quando retirado do rea-tor, está impregnado com coque; por isso ne-cessita de retificação para retornar ao reator.

No regenerador, o coque do catalisador é quei-mado na presença de ar, que vem do blower (soprador). Os gases gerados na combustão docatalisador (CO2, CO, H2O, H2, N2, O2 em ex-cesso, e outros gases), antes de serem envia-dos para a atmosfera, passam em uma caldei-

ra recuperadora de calor (caldeira de CO), paraque o calor latente dos gases, bem como a quei-ma do CO na caldeira possam ser aproveita-das na geração de vapor.

Os ciclones, que estão localizados no topodo reator, evitam que o catalisador contamineos produtos que saem do reator.

Os produtos gerados no reator seguem parauma torre de fracionamento, onde são separa-dos em frações, como GLP, nafta craqueada,diesel de FCC (LCO) e óleo combustível de

FCC. Na torre de fracionamento, ainda é produzids uma fração denominada borra, que, por conter algum catalisador arrastado do pro-cesso de craqueamento, retorna para o iníciodo processo, junto com a carga.

Anotações


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6 Bombas 6.1 Curvas características de BombasCentrífugasAs curvas características de bombas tra-

duzem o funcionamento do equipamento emquestão. São produzidas a partir de dadosempíricos (experimentais) do próprio fabrican-te do equipamento, fazendo a bomba vencer

diversas alturas de coluna de líquido, varian-do a vazão do líquido e ao mesmo tempo veri-ficando a potência absorvida pelo eixo da bom-

ba e a sua eficiência.As curvas características, fornecidas pe-

los fabricantes de bombas são:a) curva de carga (H) versus vazão volu-

métrica (Q);

b) curva de potência absorvida (Pabs)versus vazão volumétrica (Q);

c) curva de rendimento (h) versus vazãovolumétrica (Q).

Podem ser obtidas teoricamente ou, então,em testes de performance do equipamento emquestão.

6.2 Curva da carga (H) versus vazãovolumétrica (Q)

A carga de uma bomba pode ser definidacomo a energia por unidade de peso. As cur-

vas de carga versus vazão, fornecidas pelosfabricantes, apresentam, portanto, normalmen-te uma das seguintes unidades:

kgf x m / kgf = m ou lbf x ft / lbf = ft

A curva “carga” versus “vazão” recebediferentes denominações, de acordo com a for-ma que apresenta:

a) Curva tipo “rising”

Nesta curva, a altura manométrica (H)aumenta continuamente com a diminui-ção da vazão, como pode ser observa-do na figura a seguir:

b) Curva tipo “Drooping” Nesta curva, a altura manométrica, naausência de vazão (vazão zero ou va-zão de shut-off), é menor do que a de-senvolvida pelo equipamento para ou-tras vazões, conforme apresentado nafigura a seguir:

c) Curva tipo “steep” Nesta curva, a altura manométrica (H)aumenta rapidamente com a diminui-ção da vazão, conforme se observa nafigura a seguir:


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d) Curva tipo “Flat”:

As curvas características de bombas po-dem ser conceituadas como curvas do tipo es-tável e instável.

1. Curva tipo “estável”Curvas do tipo estável são aquelas em que

um determinado valor de altura manométrica(H) corresponderá somente a uma vazão (Q),como é o caso das curvas dos itens a, c, d(rising , steep, flat ).

2. Curva tipo “instável”São aquelas em que um determinado va-

lor de altura manométrica (H) poderá corresponder a uma ou duas vazões (Q), como é ocaso da curva do item b (drooping ).

6.3 Curva de potência absorvida (PABS

.)versus vazão volumétrica (Q)

Geralmente, quando se escolhe uma bomba, a maior preocupação é com a potência ab-sorvida pela bomba, pois esta é a requerida

pelo acionador da bomba. A seleção do equipamento será feita, portanto, com base nestedado de potência.

É importante que se faça a distinção entre“potência útil cedida ao fluido” e “potênciaabsorvida pela bomba”.

A potência útil cedida ao fluido não levaem consideração as perdas que ocorrem noequipamento, enquanto que a potência absor-vida no eixo da bomba é a energia efetivamenteentregue à bomba, para que esta realize traba-lho desejado. A potência absorvida pela bom-

ba considera, então, a eficiência do equipamento.a) Potência útil cedida ao fluido: a potên-

cia cedida ao fluido, que não consideraa eficiência da bomba, é a potência re-

cebida por ele para a realização do trabalho de deslocamento do mesmo e pode ser expressa pelas equações se-guintes:

PC = r . Q . H / 550

em que:PC = potência cedida em HPr = massa específica em lb/ft3

Q = vazão volumétrica em ft3/sH = altura manométrica em ft

PC = g . Q . H / 550

em que:PC = potência cedida em HPg = peso específico em lbf/ft3

Q = vazão volumétrica em ft3/sH = altura manométrica em ft

PC = g . Q . H / 75

em que:PC = potência cedida em CVg = peso específico em kgf/m3

Q = vazão volumétrica em m3/sH = altura manométrica em m

b) Potência absorvida pela bomba: é a po-tência que a bomba recebe do aciona-dor (motor, turbina ou outro equipa-mento). Analogamente à potência ce-dida, a potência absorvida pode ser ex-

pressa pelas equações seguintes:

Pabs = r . Q . H / 550 . h

em que:Pabs = potência absorvida em HPr = massa específica em lb/ft3

Q = vazão volumétrica em ft3/sH = altura manométrica em fth = rendimento da bomba

Pabs = g . Q . H / 550 . h

em que:Pabs= potência cedida em HPg = peso específico em lbf/ft3

Q = vazão volumétrica em ft3/sH = altura manométrica em fth = rendimento da bomba

Pabs = g . Q . H / 75 . h

em que:Pabs= potência cedida em CVg = peso específico em kgf/m3Q = vazão volumétrica em m3/sH = altura manométrica em mh = rendimento da bomba


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A curva de potência absorvida versus va-zão volumétrica é normalmente fornecida pelofabricante do equipamento e tem a forma que

pode ser observada no gráfico a seguir:

6.4 Curva de rendimento (h) versusvazão volumétrica (Q)

O rendimento total pode ser definido pelaseguinte expressão:

h = Potência útil cedida ao fluido / Potênciaabsorvida = PC / Pabs

A curva de rendimento em função da va-zão também é fornecida pelo fabricante doequipamento e tem a forma apresentada nográfico que segue:

6.5 Curvas características de BombasTodas as curvas apresentadas anteriormen-

te são fornecidas normalmente pelo fabrican-te de forma conjunta, ou seja, no mesmo grá-fico, conforme demonstrado na figura a seguir:

Uma outra forma de apresentar a curva derendimento, utilizada pelo fornecedor, pode ser observada no gráfico da figura seguinte:

Através do gráfico, para um par de valo-res H x Q, determina-se o valor do rendimen-to (h) da bomba sob tais condições. No exem-

plo do gráfico, para o par H1, Q1, o valor dorendimento da bomba, nestas condições, seriaaquele entre h3 e h4.

6.6 Altura Manométrica do SistemaA carga da bomba, H, quando expressa em

medida linear, por exemplo, metros (m) ou pés(ft), representa qual a altura manométrica quea bomba é capaz de elevar o fluido para cadavazão desejada.

A altura manométrica do sistema é a altu-ra correspondente à diferença de pressão entrea sucção e a descarga da bomba, acrescida dadiferença de pressão devido às perdas por atritona tubulação e nos acessórios da mesma (per-da de carga no sistema).

Considerando a figura seguinte, para setransferir um líquido, do reservatório A para oreservatório C, através de uma bomba B, estádeverá fornecer ao sistema uma carga suficien-te para:

1. compensar a altura geométrica entre osreservatórios (S);

2. compensar a diferença de pressão en-tre o ponto de sucção e o ponto de des-carga (Pd – Ps);

3. compensar a perda de carga na tubula-ção e acessórios da mesma, no trechocompreendido entre os reservatórios.


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Pode-se concluir que enquanto a carga, H,é uma característica da bomba, a altura mano-métrica é uma característica do sistema. A car-ga, H, expressa em medida linear, representaa altura manométrica que a bomba é capaz devencer em determinada vazão.

6.7 Construção gráfica da Curva de umSistema

O gráfico, que apresenta a variação da al-tura manométrica em função da vazão, é de-nominado de curva do sistema, ou seja, mos-tra a variação da energia necessária por unida-de de massa ou peso que o sistema solicita emfunção da vazão.

A determinação da curva de um sistema poderá ser feita seguindo os passos abaixo in-dicados:

1. fixam-se várias vazões, em torno deseis, escolhendo-se entre estes pontosos correspondentes à vazão de shut-off (vazão zero) e a vazão com a qual se

deseja que o sistema seja operado (va-zão de operação);

2. calculam-se as alturas manométricascorrespondentes às vazões fixadas noitem anterior, ou seja:Q1 ® H1Q2 ® H2Q3 ® H3Q4 ® H4Q5 ® H5

Q6 ® H63. com os valores dos pares H, Q, locar os pontos em um gráfico e construir acurva do sistema.

A curva de um sistema apresenta a formasemelhante ao gráfico da figura a seguir:

6.8 Ponto de TrabalhoO ponto de trabalho, também conhecido

como ponto de operação, pode ser encontradoquando se plota curva do sistema no mesmo grá-fico em que se encontram as curvas característi-

cas da bomba. A intersecção entre a curva dosistema e a curva H versus Q da bomba mostra o ponto de operação ou ponto normal de trabalho,conforme pode ser observado na figura a seguir:


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Do gráfico anterior, pode-se observar queos pontos normais de trabalho para a bombaem questão são os seguintes:

a) vazão normal de operação: QT; b) carga ou head normal de operação: HT;c) potência absorvida no ponto normal de

operação: PT

;d) rendimento da bomba no ponto normal

de operação:hT.Existem diversos recursos que possibili-

tam a modificação, da curva (H X Q) da bom-ba e da curva (H X Q) do sistema, desta for-ma existe a possibilidade da mudança do pon-to de trabalho normal, para o atendimento deuma outra necessidade operacional.

6.8.1 Alteração da Curva (H x Q) do SistemaAlterar a curva (H X Q) do sistema con-

siste, basicamente, em modificar o próprio sis-tema para o qual foi levantada a curva. Estasalterações podem ser realizadas de diversasformas, como por exemplo, a variação das

pressões dos reservatórios, a modificação dodiâmetro das linhas, a modificação das cotasdo líquido a ser transferido, modificação dosacessórios da linha, etc, ou seja, qualquer al-teração que implique em alteração da energianecessária para a movimentação do líquidoentre os pontos considerados.

Um simples fechamento de uma válvulade descarga altera a curva do sistema conside-rado, pois estará ocorrendo um aumento da

perda de carga do líquido neste sistema, exi-gindo mais energia para a realização da trans-ferência do líquido. Neste caso, a curva do sis-tema terá um súbito aumento e haverá, parauma bomba com curva estável, um decrésci-mo de vazão, conforme demonstrando no grá-fico a seguir:

6.8.2 Fatores que influenciam a Curva (H x Q)da Bomba

As curvas características das bombas po-derão ser alteradas modificando-se alguns fa-tores ou efeitos no próprio equipamento emquestão:

1. modificação da rotação da bomba;2. modificação do diâmetro externo do

impelidor;3. modificação das características do fluido;4. efeito do desgaste do equipamento

(tempo de operação da bomba).

6.9 Fenômeno da CavitaçãoCaso a pressão absoluta, em qualquer pon-

to de um sistema de bombeamento de líquido,for reduzida abaixo da pressão de vapor do lí-quido, na temperatura de operação, parte des-te líquido se vaporizará e nestas condições, as

bolhas de vapor formadas, ao atingir regiõesde maiores pressões sofrem um colapso eretornam para a fase líquida. O colapso das

bolhas tem como consequência a formação deondas de choque que causam o fenômeno dacavitação.

6.9.1 Inconvenientes da CavitaçãoOs principais inconvenientes da cavitação

são:a) barulho e vibração – são provocados

pelas ondas de choque geradas pelo co-lapso das bolhas;

b) alteração das curvas características – são provocadas pela diferença de volu-

me específico entre o líquido e o vapor, bem como pela turbulência gerada pelas ondas de choque;

c) remoção de partículas metálicas(pitting ) – são provocadas pelas ondasde choque e potencializados pelo au-mento da temperatura local do material,com a conseqüente alteração das carac-terísticas estruturais.

6.9.2 Principal Região da Cavitação

Uma vez que a cavitação é um fenômenoque ocorre quando a pressão em um ponto dosistema diminui para valores iguais ou meno-res do que a pressão de vapor do líquido bom-

beado, é necessária a determinação da regiãodo sistema de bombeamento onde é mais pro-vável que ocorra o fenômeno da cavitação.Uma ligeira análise aponta a entrada do impe-lidor como a região mais favorável para o iní-cio da cavitação. Nesta região, a energia dofluido é mínima, pois a energia cinética do flui-

do foi reduzida devido à perda de carga ocor-rida no trecho de escoamento e o líquido, naentrada do impelidor, ainda não recebeu ne-nhuma quantidade adicional de energia.


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6.9.3 Causas Secundárias da CavitaçãoAs causas secundárias, que podem favo-

recer o fenômeno da cavitação, são deficiên-cias de projeto, operação ou manutenção que

provoquem uma queda local de pressão.

Vazamentos excessivos de líquido atravésde anéis de desgaste de bombas, devido à de-ficiência de projeto ou ainda por falta de acom-

panhamento por parte da manutenção, podemgerar, portanto, um distúrbio na entrada dasucção da bomba, provocando perda de pres-são local e cons

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