1

CURSO TCNICO EM QUMICA

Disciplina:

OPERAES UNITRIAS NOS PROCESSOS INDUSTRIAIS I

Valdir Salgado

2012

2

CONTEDO: INTRODUO S OPERAES UNITRIAS 4 - 5 CLASSIFICAO: 1. OPERAES MECNICAS 5 1.1 Operaes envolvendo slidos granulares 1.2 - Operaes com sistemas slido-fluido 1.3 Operaes envolvendo sistemas fluidos 2 OPERAES COM TRANSFERNCIA DE CALOR 3 OPERAES COM TRANSFERNCIA DE MASSA 2. REVISO - CONCEITOS QUMICOS - MTODOS DE SEPARAO MISTURAS 6 - 8 2.1 MTODOS DE SEPARAO DE MISTURAS 3. MATERIAIS PARA EQUIPAMENTO DE PROCESSOS 9 4. ARMAZENAMENTO DE LQUIDOS 9 5. ARMAZENAMENTO DE GASES 9 6. ARMAZENAMENTO DE SLIDOS 9 - 11 6.1 Tipos de armazenamento de slido 7. TRANSPORTE DE SLIDOS 11 - 15 7.1 Tipos de transportadores de slidos 7.2 TRANSPORTADOR DE ROSCA (HELICOIDAL) 7.3 TRANSPORTADOR DE ELEVADOR DE CAAMBAS 8. TRANSPORTE PNEUMTICO 15 - 18

8 . 1 VANTAGENS E DESVANTAGENS DO TRANSPORTE PNEUMTICO CONSIDERANDO OUTROS TIPOS DE TRANSPORTE: 8.2 TIPOS DE TRANSPORTE PNEUMTICO:

9. TRANSPORTE DE LIQUIDOS 18 - 20 9.1 - BOMBA CENTRFUGA ( Fora Centrfuga) 10. EXTRAO DE MATEIRAIS 21 - 23 10.1 FILTRAO 10.1.2 -MEIO FILTRANTE 10.1.3 -TIPOS DE MEIOS FILTRANTES 10.1.4 TELAS METLICAS 10.1.5 TECIDOS 10.1.6 PLTICOS 10.1.7 - TIPOS DE TORTA 10.2 DECANTAO 23 - 24 10.3 DESTILAO 24 - 26

12. 1. -Escoamento das fases lquido e vapor nos pratos da coluna de destilao

10.4 CENTRIFUGAO 26 - 28- 10.4.1 -Aumento no efeito da gravidade: a centrfuga. 10.4.2 -Tipos de Centrfuga. 10.5. EXTRAO 29 - 30

3

CONVERSO DE MEDIDAS 31 33 TABELA DE CONVERSO 34 36 MECANICA DOS FLUIDOS 37 MASSA ESPECIFICA 37 - 38 PESO ESPECIFICO 38 PESO ESPECIFICO RELATIVO 39 REOLOGIA 40 VISCOSIDADE 40 41 PRESSO 42 - 43 PRESSO HIDROSTTICA 43 - 44 PRESSO ABSOLUTA 44- 45 LEI DE PASCAL 45 - 47 LEI DE STEVIN 47 - 48 VAZO 48 RELAO ENTRE VAZO E VELOCIDADE 49 VAZO MASSICA 49 - 50 VAZO EM PESO 50 EQUAO DA CONTINUIDADE 51 - 56 TIPOS DE ESCOAMENTO / REYNOLDS 57 - 59 PRESSO MANOMETRICA 60 - 64

4

OPERAES UNITARIAS PARTE I

INTRODUO S OPERAES UNITRIAS

Toda indstria qumica envolve um conjunto de processos: Processo qumico, Processo de estocagem de

materiais, processo de compras, processo de pagamentos, etc. As operaes unitrias sero importantes para

execuo dos processos qumicos, fsico-qumicos, petroqumicos, etc.

Um processo qumico um conjunto de aes executadas em etapas, que envolvem modificaes da

composio qumica, que geralmente so acompanhadas de certas modificaes fsicas ou de outra natureza, no

material ou materiais que (so) ponto de partida (matrias primas) para se obter o produto ou os produtos finais

(ou acabados).

Cada etapa dentro do processo que tem princpios fundamentais independentes da substncia (ou substncias),

que est sendo operada e de outras caractersticas do sistema, pode ser considerada uma operao unitria. O

engenheiro A. D. Little (1915) apresenta um conceito interessante para as operaes unitrias: "Qualquer processo

qumico, em qualquer escala, pode ser decomposto numa srie estruturada do que se podem denominar, operaes unitrias,

como moagem, homogeneizao, aquecimento, calcinao, absoro, condensao, lixiviao, cristalizao, filtrao, dissoluo,

eletrlise,etc."

Desde 1915 foram acrescentadas outras operaes unitrias a lista de Little como o transporte de fluidos, a

transferncia de calor, a destilao, a umidificao, a absoro de gases, a sedimentao, a classificao, a

centrifugao, a hidrlise, a digesto, a evaporao, etc.

As complexidades das Aplicaes de engenharia provem da diversidade das condies, como temperatura,

presso, concentrao, pureza, etc., sob as quais as operaes unitrias devem ser realizadas nos diversos

processos e das limitaes e exigncias aos materiais de construo e de projeto, impostas pelos aspectos fsicos e

qumicos das substancias envolvidas.

Todas as operaes unitrias esto baseadas em princpios da cincia que so traduzidos nas aplicaes

industriais em diversos campos de engenharia. O escoamento de fludo, por exemplo, estudado em mecnica dos

fludos, mas interessam muito a hidrulica que se liga mais engenharia civil e a engenharia sanitria.

Encontram-se, no setor da indstria exemplos de maior parte das operaes unitrias em aplicaes

as mais variadas.

5

CLASSIFICAO:

As operaes unitrias podem ser classificadas de acordo com critrios variados. Podemos, por exemplo,

classific-las em grupos de acordo com a sua finalidade dentro do processo produtivo.

Operaes preliminares:

So normalmente utilizadas antes de qualquer outra operao. Suas funes esto associadas preparao do

produto para posterior processamento de melhoria das condies sanitrias da matria prima. Ex. Limpeza,

seleo, classificao, eliminao, branqueamento, etc.

Operaes de conservao:

Entre estas podemos citar a esterilizao, a pasteurizao, o congelamento, refrigerao, evaporao, secagem,

etc.

Operaes de transformao: Moagem, mistura, extruso, emulsificao, etc.

Operaes de separao: Filtrao, cristalizao, sedimentao, centrifugao, prensagem, destilao,

absoro, adsoro, desumidificao, precipitao eletrosttica, etc. Uma classificao bem comum utilizada

levando-se em conta o tipo de operao envolvida (operaes mecnicas, operaes envolvendo transferncia

de calor e operaes envolvendo transferncia de massa), a saber:

1. OPERAES MECNICAS

1.1 Operaes envolvendo slidos granulares

- Fragmentao de slidos;

- Transporte de slidos;

- Mistura de slidos;

1.2 - Operaes com sistemas slido-fluido

- Slidos de slido;

- Peneiramento

- Separao hidrulica (arraste - elutriao)

- Slido de lquidos;

- Decantao

- Flotao (borbulhamento de ar)

- Floculao (sulfato de alumnio - aglutinao - flocos)

- Separao centrfuga

- Filtrao

- Slidos de gases

- Centrifugao (para gases - ciclones)

- Filtrao (para gases - filtros manga)

- Lquidos de lquidos

- Decantao

- Centrifugao

1.3 Operaes envolvendo sistemas fluidos

- Bombeamento de lquidos;

- Mistura e agitao de lquidos;

2 OPERAES COM TRANSFERNCIA DE CALOR

- Aquecimento e resfriamento de fluidos

- Evaporao e Cristalizao

- Secagem

3 OPERAES COM TRANSFERNCIA DE MASSA

- Destilao

- Extrao lquido-lquido

- Absoro de Gases

6

2. REVISO - CONCEITOS QUMICOS - MTODOS DE SEPARAO MISTURAS

Na qumica, a separao de misturas muito importante, pois para obtermos resultados mais corretos em

pesquisas e experincias, necessrio que as substncias utilizadas sejam as mais puras possvel. Para isso, utiliza-

se vrios mtodos de separao, que vo desde a "catao" at complicada "destilao fracionada".

Exemplos prticos onde a separao de misturas

aplicada:

- Tratamento de esgotos / Tratamento de gua: O esgoto urbano contm muito lixo "grosso", necessrio

separar este lixo do resto da gua (ainda suja, por componentes lquidos, que sero extrados depois

- Dessalinizao da gua do mar: Em alguns lugares do planeta, a falta de gua tamanha, que preciso

pegar gua do mar para utilizar domesticamente. Para isso, as usinas dessalinizadoras utilizam a osmose e

membranas semi-permeveis para purificar a gua.

- Destilao da cachaa

- Separao de frutas podres das boas em cooperativas (catao)

- Exame de sangue: Separa-se o sangue puro do plasma (lquido que compe parte do sangue, que ajuda no

carregamento de substncias pelo organismo), atravs de um processo de sedimentao "acelerada" (o sangue

posto em uma centrfuga, para que a parte pesada do composto se deposite no fundo do recipiente

Entre vrias outras aplicaes.

Para facilitar o processo de separao de uma mistura, deve-se observar primeiro a prpria mistura. Ela pode ser

de dois tipos:

- Homognea significa que as misturas tem um aspecto comum, dando a impresso de que no uma mistura.

- Heterognea o contrrio: nota-se claramente que se trata de duas (ou mais) substncias, exemplo: gua

misturada com areia.

Nas misturas homogneas, deve-se aplicar primeiro mtodos que envolvam fenmenos fsicos

(evaporao, solidificao, etc).

Nas heterogneas, deve-se separar as "fases" (os diferentes aspectos da mistura) utilizando mtodos

mecnicos (catao, levigao, etc), e depois, os mesmos mtodos utilizados em substncias homogneas (pois

cada fase poder ter mais de uma substncia, passando a ser ento, uma substncia homognea).

Abaixo est a lista de mtodos utilizados para separao de misturas:

7

2.1 MTODOS DE SEPARAO DE MISTURAS

Para misturas heterogneas:

Processo No que se baseia Tipo e exemplo Como feito

Catao Diferena de

tamanho e de

aspecto das

partculas.

Slido Slido

Feijo e impurezas

Mtodo rudimentar que utiliza as mos ou uma pina

para separar os componentes da mistura.

Peneirao ou

Tamisao

Diferena de

granulao dos

componentes.

SlidoSlido

Areia fina e pedras

Agita-se a peneira, o componente de granulao menor

atravessa a malha e recolhido.

Ventilao Diferena de

densidade entre os

slidos.

SlidoSlido

Arroz e palha

Passa-se uma corrente de ar pela mistura, o slido

menos denso arrastado e separado do mais denso.

Filtrao Diferena

acentuada de

tamanho das

partculas dos

componentes.

SlidoLquido

Areia e gua

Faz-se a mistura passar por um filtro que pode ser de

papel: o lquido atravessa o filtro enquanto o slido fica

retido.

Sedimentao

Fracionada

Diferena

acentuada de

densidade entre os

componentes.

SlidoSlido

Areia e serragem

Adiciona-se um lquido de densidade intermediria. O

slido mais denso se deposita no fundo do recipiente. O

menos denso flutua.

Decantao As substncias so

imiscveis, no so

solveis uma na

outra.

Lquido-Lquido

Slido-Lquido

leo em gua ou

terra em gua

Dois ou mais lquidos imiscveis se separam

espontaneamente (o menos denso em cima). Para

acelerar a separao de slidos dispersos em lquidos,

utiliza-se a centrfuga.

Levigao Um dos

componentes (em

forma de p)

facilmente

arrastado por um

lquido e o outro

no.

SlidoSlido

Ouro e impurezas

em p (areias

aurferas)

Emprega-se uma corrente de gua ou de outro lquido

adequado para arrastar o componente menos denso

(pulverizado).

Dissoluo

fracionada

Uma das

substncias

solvel num

determinado

solvente e a outra

no.

slidoslido

NaCl e Areia

Adiciona-se mistura um lquido que dissolve apenas

um dos componentes. O componente no dissolvido

separado por filtrao e o que se dissolveu, por

destilao.

8

Para misturas homogneas:

Processo No que se

baseia

Tipo e exemplo Como feito

Destilao

simples

Diferena

acentuada

entre os

pontos de

ebulio das

substncias.

Slido-Lquido

NaCl e gua

O balo de destilao aquecido sobre uma tela de

amianto na chama de um bico de Bnsen. O lquido entra

em ebulio, o vapor vai para o condensador, condensado

e recolhido no erlenmeyer.

Destilao

Fracionada

Diferena

pequena

entre os

pontos de

ebulio das

substncias.

Lquido-Lquido

Petrleo ou ar

liquefeito

Ao aparato de destilao acrescenta-se uma torre de

fracionamento com cacos de vidro ou bolinhas de porcelana

para dificultar a passagem do composto de menor ponto de

ebulio.

Dissoluo

fracionada

Uma das

substncias

solvel num

determinado

solvente e a

outra no.

slidoslido

NaCl e AgCl

Vide tabela 1.

Evaporao Diferena

acentuada

entre os

pontos de

ebulio das

substncias.

Slidos-Lquido

gua do mar

A mistura deixada em repouso ou aquecida at que o

lquido sofra evaporao.

Cristalizao

fracionada

Diferena

acentuada

entre as

solubilidades

das

substncias

Slidos-Lquido

gua do mar

Ao evaporar lentamente parte do lquido (solvente), a

substncia menos solvel se cristaliza antes das outras,

separando-se da mistura.

9

Outros processos:

Processo No que se

baseia

Tipo e exemplo Como feito

Separao

Magntica

Propriedades

magnticas

de um dos

componentes.

SlidoSlido

Ferro e enxofre

Submete-se a mistura ao de um m. O componente

que sofre magnetismo atrado e separado dos demais.

Sublimao Uma das

substncias

sofre

sublimao

em condies

amenas e a

outra no.

SlidoSlido

Iodo e impurezas

A mistura aquecida, a substncia sublima e quando o

vapor encontra uma superfcie fria volta a cristalizar. As

impurezas ficam retidas.

3. MATERIAIS PARA EQUIPAMENTO DE PROCESSOS

Equipamentos de processos so os equipamentos em indstrias de processamento, que so aquelas nas

quais os materiais slidos ou fluidos sofrem transformaes fsicas ou qumicas ou as que se dedicam

armazenagem, manuseio ou distribuio de fludos.

Classificam-se em Equipamentos de caldeiraria, Mquinas e Tubulaes.

Os equipamentos de processo podem trabalhar em trs condies especficas nas indstrias de processamento:

- Regime contnuo

- Cadeia contnua

- Situaes de alto risco

4. ARMAZENAMENTO DE LQUIDOS

A necessidade de armazenamento surge por vrios motivos:

- Reservar a matria-prima, slida ou fluida, recebida do fornecedor, muitas vezes em grandes quantidades;

- Armazenar o produto antes da venda;

- Possivelmente como uma etapa intermediria objetivando dar flego s outras etapas do processo, tais como

transporte, embalagem, entre outras.

Os recipientes que realizam este armazenamento chamam-se tanques, so especificados por normas apesar de

serem equipamentos mais simples. O armazenamento de lquidos pode ser realizado, basicamente, em duas

condies distintas:

- Armazenamento de lquidos a temperatura ambiente e presso atmosfrica;

- Armazenamento de lquidos a temperatura ambiente e presso acima da atmosfrica

5. ARMAZENAMENTO DE GASES

Os recipientes que realizam este armazenamento chamam-se vasos ou cilindros. Os vasos na maioria das

vezes so cilndricos horizontais ou verticais, dependendo da necessidade.

A forma com a qual o gs pode ser armazenado no depende somente do tipo do gs, mas das condies

em que ele se encontra.

Uma das propriedades que mais podem interferir no tipo de armazenamento de gases a TEMPERATURA

CRTICA DO GS , ou seja, a temperatura acima da qual o gs no pode ser liquefeito, pois o gs liquefeito

10

consegue ser armazenado em uma quantidade muito maior em massa do que no estado gasoso. Desta forma os

gases podem ser armazenados nas seguintes condies:

- Armazenamento de gases a temperatura ambiente e alta presso, sob a forma de gs;

- Armazenamento de gases liquefeitos a temperatura ambiente e alta presso;

- Armazenamento de gases liquefeitos a temperatura criognica e alta presso.

6. ARMAZENAMENTO DE SLIDOS

Armazenamento do material slido revela algumas caractersticas especficas quando se analisa o material

granular a granel, so elas:

- Deformao;

- Presso;

- Cisalhamento;

- Densidade.

No armazenamento de slidos existem trs fatores de influncia a serem considerados:

- O coeficiente de atrito: , por definio, a tangente do ngulo de equilbrio, no depende do peso do corpo,

somente dos materiais e do estado das superfcies;

- O ngulo de queda; o ngulo com o qual o corpo comea a cair,considerado o infinitsimo maior que o ngulo

de equilbrio;

- O ngulo de repouso: o ngulo que um corpo particulado forma quando cai livremente sobre o cho ou uma

superfcie qualquer. O contedo da umidade influencia diretamente no valor do ngulo de repouso, alterando-o

conforme sua intensidade.

6.1 Tipos de armazenamento de slido

6.1.1 Armazenamento em PILHAS: Armazenam-se em pilhas quando a quantidade do material muito

grande, e inviabiliza economicamente a utilizao de silos, ou quando o material armazenado no pode ser

confinado, pois cujo p, em presena de ar, forma uma mistura explosiva, exigindo o armazenamento em

ambientes abertos;

Amplamente utilizada na indstria de minerao, fertilizantes, etc...

6.1.2 Armazenamento em SILOS: Amplamente utilizada na indstria de gros, cimentos etc... Os silos so

utilizados para volumes menores de material, ou tambm quando o material armazenado por sofrerem

deteriorao (gros), ou serem sensveis umidade (cimentos).

Podem ser feitos de concreto ou de ao,com formato redondo, quadrado ou retangular, depende do critrio ou da

necessidade do projetista, porm o fundo deve ser cnico ou piramidal.

O ngulo do fundo deve ser MAIOR que o ngulo de queda do material armazenado. Alguns materiais granulares

ou em p no pode ser armazenados em silos pois formam , em contato com o ar, uma mistura explosiva, que na

presena de algum tipo de ignio pode gerar grandes prejuzos.

6.1.3 Problemas de armazenamento em SILOS: Na armazenagem por silos, um dos fatores mais

importantes no funcionamento a escoabilidade do material. Os principais problemas de escoamento pelos silos

so expostos nas figuras a seguir:

ARCO MECANICO SEGREGAO ARCO

DO MATERIAL COESIVO

11

FLUXO FLUXO FUXO FLUXO FUXO INADEQUADO

FUNIL INDISTINTO ERRTICO RPIDO DE VELOCIDADE

6.1.4 Solues para problemas de armazenamento em SILOS: Das solues mais primitivas surgiram

mtodos de eliminao ou, pelo menos, formas de minimizar os efeitos da falta de escoabilidade dos slidos

armazenados a granel.

Atualmente, a utilizao de martelos de borracha, para golpes na parte cnica do silo, ou meios de

desestabilizar o material que se aglomerou dentro do silo, ainda so utilizadas com freqncia porm, podem ser

substitudos por mecanismos mais precisos, tais como:

- VIBRADORES: Utilizados na parte cnica do silo. Consiste em aparelhos que vibram, impedindo a acomodao do

material na parede do silo;

- ATIVADORES DE SILOS : Utilizados na parte INTERNA cnica do silo com a funo de impedir que o material

aglomere e forme arcadas impedindo o escoamento. Consiste em um equipamento que obriga o material

armazenado a descer pelas paredes do silo

- FLUIDIFICADORES: Consiste em injetar ar dentro do silo com a finalidade de fluidificar o slido, eliminando o

atrito com as paredes e entre si

7. TRANSPORTE DE SLIDOS

Os transportes industriais abrangem 3 tipos distintos de operaes unitrias:

- Transporte de slidos

- Bombeamento de lquidos

- Movimentao de gases

Operaes de movimentao de slidos granulares em regimes contnuos para as etapas do processo; Dentre

muitos, pode-se citar os seguintes aspectos sobre a importncia do transporte de slidos:

- Grande importncia no custo da operao industrial;

- Automao dos processos, substituindo a mo de obra humana

- Necessidade de um transporte verstil para os vrios tipos de slidos

Para caracterizar, ou especificar, o equipamento, leva-se em considerao os seguintes aspectos:

- Capacidade:

de operao;

nominal;

de pico;

de projeto.

- Distncia e desnvel entre carga e descarga;

- Natureza do material transportado;

- Fatores econmicos.

12

Pode-se dividir os transportadores em dois grupos:

Os que se movimentam junto com o slido no transporte

Ps carregadeiras;

Vagonetas ;

Empilhadeiras ;

Caminhes;

Guinchos;

Guindastes;

etc...

Os que permanecem fixos no transporte do slido

Carregadores ;

Arrastadores ;

Elevadores ;

Alimentadores ;

Pneumticos

Os equipamentos carregadores so destinados a carregar de forma contnua o slido granular de um ponto a

outro dentro da fbrica, os mais comuns so:

- Correia

Esteira

Corrente

Caamba

- Vibratrio

- Por gravidade

7.1 Tipos de transportadores de slidos

7.1.1. TRANSPORTADOR DE CORREIA (ESTEIRAS)

O transportador de correias consiste em transportar o slido suportado por uma correia sem fim flexvel,

normalmente de borracha, que se desloca sobre roletes durante todo o percurso, nas extremidades encontra-se

tambores(polias), que se encontram livres no ponto de alimentao e motores(ou motrizes) no ponto de descarga.

realizado horizontalmente, podendo ser tambm inclinado, preferencialmente para cima. Podem medir

desde poucos metros at muitos quilmetros, trabalhando verstilmente em vrias velocidades e temperaturas.

A figura a seguir representa esquematicamente um transportador de correia:

13

Os roletes de retorno podem ser chamados tambm de esticadores, por terem a funo de manter a

correia esticada no momento do retorno( quando est vazia), desta forma otimizando a potncia do equipamento

e aumentando a vida til da correia, componente que gera maior manuteno do transportador.

As Correias so mais comumente constitudas por camadas superpostas de

borracha, para promover a resistncia a abraso e lonas de Nylon ou metlicas,

que daro resistncia mecnica trao, ao conjunto.

Conforme a necessidade, as correias podem ser constitudas por outras matrias-

primas, tais como PVC, couro, algodo, amianto, entre outros.

7.2 TRANSPORTADOR DE ROSCA (HELICOIDAL)

Consiste em uma calha semi-cilindrica

dentro da qual gira um eixo com uma

helicide. Alm do transporte

propriamente dito, este transportador

pode ser utilizados para algumas outras

operaes, tais como mistura,

resfriamento, extrao, moagem entre

outros;

So adaptveis a uma ampla gama de

processos operacionais, facilmente

isolados do ambiente externo

podendo trabalhar com atmosfera,

presso ou temperatura controladas;

14

7.3 TRANSPORTADOR DE ELEVADOR DE CAAMBAS

realizado para transportes verticais, transportador de

elevador consiste em transportar o slido suportado

por caambas, ou canecas, fixadas em correias verticais

ou em correntes que se movimentam entre uma polia

superior (normalmente motora) e outra inferior que

gira livremente.

Normalmente so equipamentos estanques, confinados

em carenagens de ao ou outro material adequado,

que impede a perda de materiais para o ambiente.

O descarregamento pode ser realizado de vrios modos, sendo as

formas mais comuns :

Elevao com descarga centrfuga:

- Mais comum;

- Destinado ao transporte de gros, areia, produtos qumicos secos;

15

Elevao com descarga positiva:

- Destinado a materiais que tendem a se compactar;

- Velocidade de transporte baixa;

Elevao contnua:

- A descarga delicada para evitar degradao excessiva do produto;

- Normalmente usada para materiais difceis de se trabalhar com descarga contnua;

- Trabalha com materiais finamente pulverizados;

16

8. TRANSPORTE PNEUMTICO

O transportador pneumtico um

equipamento utilizado em larga escala na

indstria para movimentao e elevao

de slidos granulados atravs das mais

variadas distncias e tipos de trajeto.

Consiste em movimentar um produto

(partculas de slidos) no interior de uma

tubulao estanque atravs de uma

corrente de sopro ou exausto, usando ar

ou outro gs como fluido transportador.

A maioria das atividades industriais

implica na movimentao de produtos

em p, granulados ou refiles, seja para as necessidades de fabricao ou para

remoo de resduos;

O sistema de transporte pneumtico constitudo basicamente por:

- Tubulao por onde circulam os slidos e o fluido transportado;

- Um soprador e/ou bomba de vcuo;

- Um alimentador de slidos e;

- Um separador de fluido e slidos na parte terminal tais como:

- Ciclones;

- Filtros de limpeza por ar comprimido ou contra-corrente;

- Ou at mesmo descarga direta em silo ou depsito; A utilizao da movimentao do ar para a movimentao de materiais representa vantagens a este processo se comparado movimentao mecnica (elevador, transportador helicoidal, etc.); - Pois oferece maior segurana ao produto uma vez que o mesmo transportado por meio de tubulaes, onde o ar como fluido possibilita o seu escoamento at o local desejado; - Ele se torna til para transportar slidos para locais de uma planta de processo, difceis ou economicamente inviveis de serem alcanadas por transportadores mecnicos; Usam tanto presso positiva como negativa, para empurrar ou puxar, respectivamente, os materiais

atravs da linha de transporte, em velocidades relativamente altas;

O transporte pneumtico pode ser usado para partculas que variam de ps a pellets e densidades de 16 a

3200Kg/m3; Alguns materiais que podem ser manipulados pelos sistemas de Transporte Pneumtico:

- Acar; - Finos de Carvo;

- Amendoim; - Granulados de Ao;

- Argila em Esferas; - Leite em P;

- Cal virgem e Hidratada; - xido de Ferro;

- Caulim; - Sal;

- Cimento; - Soda;

- Farinha; - Vidro; entre outros

17

8 . 1 VANTAGENS E DESVANTAGENS DO TRANSPORTE PNEUMTICO CONSIDERANDO OUTROS TIPOS DE TRANSPORTE::

Vantagens: - Sistema totalmente hermtico: minimiza o problema de controle de emisso de particulados; - Eficiente em consumo de energia e mo-de-obra; - Confivel devido s poucas partes mveis e menor desgaste do sistema; - Flexvel, permitindo instalaes de sistemas completos em espaos bem reduzidos;

Desvantagens: - Alto custo de instalao; - No pode transportar a longas distncias; - Limitao da distncia no transporte de materiais frgeis. - No transporte de materiais potencialmente explosivos, deve-se usar um gs inerte no lugar do ar

e evitar fontes de ignio no interior da linha de transporte, aumentando os custos;

Pode possuir vrias sub-divises e classificaes conforme sua competncia e aplicaes:

- Fase fluida ou convencional - Fase densa - Sistema direto - Sistema indireto

8.2 TIPOS DE TRANSPORTE PNEUMTICO:

Operao em fase diluda sob presso (empurando os slidos).

Fase Fluida ou Diluda:

sistemas de baixa presso

(inferior a 01 bar) e alta

velocidade (10 a 25m/s),

utilizando uma elevada

relao ar / material;

18

Operao em fase densa sob presso (empurando os slidos).

Fase Densa: utilizam presso

positiva para impulsionar os

materiais. So sistemas de alta

presso (superior a 01 bar) e

baixa velocidade (0,25 a

2,5m/s), utilizando uma relao

ar/material baixa.

- Exige baixa demanda de ar, o que significa menor exigncia de energia.

- A degradao do produto por atrito e a eroso na tubulao, no so problemas maiores do que no transporte

pneumtico em fase diluda, devido s baixas velocidades de slidos.

9. TRANSPORTE DE LIQUIDOS

9.1 - BOMBA CENTRFUGA ( Fora Centrfuga)

Zona de alta presso

Eixo fixo

Zona de baixa

presso

pre

caracol

Coletor em

caracol ou voluta

Ps do

rotor

Bocal de

sada

P guia ou diretriz

do difusor

P do rotor

Rotor fechado Rotor semi -aberto Rotor aberto

19

Uma bomba centrfuga , na maioria das vezes, o equipamento mais simples em qualquer planta de

processo. Seu propsito, converter a energia de uma fonte motriz principal (um motor eltrico ou turbina),

a princpio, em velocidade ou energia cintica, e ento, em energia de presso do fluido que est sendo

bombeado. As transformaes de energia acontecem em virtude de duas partes principais

da bomba: o impulsor e a voluta, ou difusor.

O impulsor a parte giratria que converte a energia do motor em energia cintica.

A voluta ou difusor, a parte estacionria que converte a energia cintica em energia de presso.

Note bem: Todas as formas de energia envolvidas em um sistema de fluxo de lquido, so expressas em

termos de altura de coluna do lquido, isto , carga

9.1.2 - BOMBAS A PISTO (Impulso)

As Bombas a Pisto, funcionam acopladas a um motor pneumtico alternativo acionado com ar.

Contam com um cilindro que contm o pisto e um jogo de vlvulas. Na parte inferior do cilindro se

encontra a boca de aspirao, enquanto que o de impulso est localizado lateralmente.

O princpio de funcionamento simples. O ar comprimido dentro do motor, direcionado por uma

vlvula distribuidora mecnica a um lado o outro de um pisto, gerando o movimento alternativo deste que

se transmitir ao eixo da bomba. A mesma de duplo efeito, ou seja, que o bombeio se realiza em ambos

sentidos do movimento do pisto.

Uma pea de desenho especial realiza a unio roscada entre a bomba e o motor. O movimento

alternativo se repete indefinidamente enquanto este conectado o subministro de ar, independente de estar ou

no alimentada com lquido.

Sendo que a presso atmosfrica que impulsa o lquido dentro da bomba uma vez produzido o

vcuo, a presso de suco mxima terica do equipamento de 101,3 Kpa, chegando na prtica a valores

prximos aos 70 Kpa (aproximadamente 10psi).

A diferena entre as reas efetivas dos pistes pneumticos e hidrulicos, se traduz na relao entre

as presses de ar subministrado e de produto entregado. Em modelos de alta presso poder obter-se uma

presso de produto de at 64123,5 Kpa (9300 psi).

20

9.1.3 - BOMBAS DE DIAFRAGMA

As Bombas Pneumticas de Diafragma so ideais para

bombeamento de produtos abrasivos ou corrosivos e produtos

contendo slidos, especialmente devido seu projeto no possuir

componentes giratrios e vedao por selos mecnicos, como as

bombas centrfugas.

Seu design construtivo proporciona confiabilidade operacional e tambm maior segurana em

ambientes com gases explosivos em razo de seu acionamento no utilizar motor eltrico. Tambm

apresenta muita facilidade na montagem e desmontagem de seus componentes.

Existe uma grande variedade de materiais para seleo, tanto do motor (acionador) como para

carcaa (parte mida da bomba), o que permite uma enorme variedade de aplicaes.

.

As bombas de diafragma ARO / INGERSOLL-RAND so utilizadas

nas Indstrias de Tinta, Qumica e Petroqumica, Farmacutica, Metal-

mecnica e em Estaes de Tratamento de Efluentes e Esgotos, entre

outras aplicaes.

21

10. EXTRAO DE MATEIRAIS

10.1 - FILTRAO

A FILTRAO e uma forma de separao das partculas slidas de uma suspenso, retendo-as sobre a superfcie de um meio filtrante (superfcie de filtrao) ou no interior de um meio poroso, tal como ocorre nos filtros de cigarros, de leo combustvel, etc.

Trataremos apenas da filtrao de suspenses lquidas foradas sob presso atravessar um meio filtrante que retm os slidos em sua superfcie, formando com o decorrer do tempo uma torta de espessura varivel e produzindo em conseqncia um lquido lmpido ou filtrado.

- OBJETIVOS DA OPERAO DE FILTRAO

1 Separar slidos de suspenses diludas.

2 Clarificao de lquidos contendo poucos slidos.

3- Remoo completa do lquido de uma lama j concentrada em um espessador.

A Figura 1 mostra um esquema da operao de filtrao.

O equipamento utilizado para desenvolver esta operao conhecido como FILTRO. Independentemente do objetivo final da operao o parmetro mais importante na seleo final de determinado tipo de filtro o custo global mnimo.

Tambm devem ser levados em considerao a facilidade de descarga da torta e a possibilidade de se observar o filtrado durante a operao.

22

10.1.2 -MEIO FILTRANTE

Geralmente a principal funo do meio filtrante (MF) atuar como suporte para a torta, enquanto as camadas iniciais da torta constituem o verdadeiro meio filtrante.

O MF deve ser forte, resistente ao corrosiva do fluido e oferecer pouca resistncia ao fluxo de filtrado. Normalmente no inicio da filtrao no se obtm filtrado lmpido, isto at que as camadas inicias da torta sejam formadas. Por esta razo o filtrado inicial deve ser reciclado.

A resistncia total desenvolvida pelo MF chamada resistncia do meio filtrante e tem certa importncia durante os primeiros instantes da operao.

10.1.3 -TIPOS DE MEIOS FILTRANTES

To grande a variedade de MF utilizada na indstria que seu pito pode ser utilizado como critrio de classificao dos filtros.

LEITOS GRANULARES SOLTOS

Areia, pedregulho, carvo britado, escria, carvo de madeira.

Aplicao: clarificar suspenses diludas.

LEITOS RGIDOS

So construdos sob a forma de tubos porosos de aglomerados de quartzo ou alumina (para a filtrao e cidos), de carvo poroso (para solues de soda e lquidos amoniacais) e de barro ou caulim cozidos a baixa temperatura (para clarificar gua potvel). 10.1.4 TELAS METLICAS

So constitudos por chapas perfuradas ou telas de ao-carbono,inox ou monel. Aplicao: Se utilizam nas tubulaes de condensados que ligam os purgadores s linhas de vapor. A sua funo reter ferrugem e outros detritos capazes de atrapalhar o funcionamento do pulgador.

10.1.5 TECIDOS

De origem vegetal: algodo, juta (para lcalis fracos), o cnhamo e o papel.

De origem animal: l de vidro (guas de caldeiras).

A durao de um tecido limitada pelo desgaste, o apodrecimento e o entupimento. Quando os filtros no estiverem funcionando, devem ficar cheios de gua para prolongar a vida til do tecido.

10.1.6 PLTICOS

Polietileno, polipropileno, PVC, nylon, teflon, oron, acriban e tergal.

10.1.7 - TIPOS DE TORTA

COMPRESSVEIS

So aquelas onde a porosidade diminui ao aumentar a diferena de presso.

23

INCOMPRESSVEIS Nestas tortas a porosidade no modificada com o aumento da presso. As tortas compressveis aumentam

a resistncia hidrulica da operao de filtrao. Exemplos, hidrxidos metlicos e sedimentos de partculas muito finas.

Exemplo de tortas incompressveis so as compostas por sustncias inorgnicas constitudas por partculas maiores que 0,1 mm, como areia, carbonato de clcio, etc.

A compresso nas tortas um fenmeno indesejvel na filtrao, devido fundamentalmente ao aumento da resistncia hidrulica do sistema, e conseqentemente a elevao dos custos energticos. Este fenmeno pode ser melhorado (diminuir) adicionando substncias floculantes suspenso, formando aglomerados de partculas que so mais difceis de deformar-se pela ao da presso e aumentam a porosidade da torta.

10.2. Decantao

A decantao um processo de separao que permite separar misturas heterogneas.

Utilizada principalmente em diversos sistemas bifsicos como slido-gua (areia e gua), slido-gs (poeira-gs), lquido-lquido (gua e leo) e lquido-gs (vapor dgua e ar).

Sendo esse processo fundamentado nas diferenas existentes entre as densidades dos componentes da mistura, e na espera pela sua decantao.

A mistura colocada em um recipiente de preferncia fechado (no caso de substncias como gs e vapor e de acordo o interesse do produto da separao, obrigatoriamente fechado) e espera-se a sedimentao do componente mais denso.

Os decantadores podem ser do tipo convencional (baixa taxa) ou de escoamento laminar (elementos tubulares ou de placas) denominados decantadores de alta taxa.

Em uma E.T.A. (Estao de Tratamento de gua) convencional os decantadores so horizontais simples,

geralmente retangulares ou circulares, que tem boa profundidade e volume, onde retm-se a gua por longo tempo, o necessrio para a deposio dos flocos. Em alguns locais pode-se observar decantadores verticais que tem um menor tempo de reteno da gua, porem necessrio equipamentos como mdulos tubulares que dificultam a sada dos flocos.

O decantador pode ser dividido em quatro zonas: Zona de turbilhonamento: a zona situada na entrada da gua; observa-se nesta zona uma certa agitao onde a localizao das partculas varivel. Zona de decantao: Nesta zona no h agitao e as partculas avanam e descem lentamente. Zona de ascenso: Os flocos que no alcanam a zona de repouso seguem o movimento da gua e aumentam a velocidade. Zona de repouso: onde se acumula o lodo. Esta zona no sofre influencia da corrente de gua do decantador em condies normais de operao.

24

O decantador deve ser lavado quando a camada de lodo tornar-se muito espessa, ou quando em processos

descontnuos se iniciar a fermentao. A decantao o preparo para a filtrao, quanto melhor for a decantao, melhor ser a filtrao. A sada da gua feita junto superfcie, e comumente por calhas dispostas, formando desenhos diversos e

sobre cujos bordos superiores a gua flui, constituindo esses bordos autnticos vertedouros.

10.3 Destilao

A destilao o modo de separao baseado no fenmeno de equilbrio lquido-vapor de misturas. Em termos

prticos, quando temos duas ou mais substncias formando uma mistura lquida, a destilao pode ser um mtodo

adequado para purific-las: basta que tenham volatilidades razoavelmente diferentes entre si. Um exemplo de

destilao que tem sido feito desde a antigidade a destilao de bebidas alcolicas. A bebida feita pela

condensao dos vapores de lcool que escapam mediante o aquecimento de um mosto fermentado. Como o teor

alcolico na bebida destilada maior do que aquele no mosto, caracteriza-se a um processo de purificao.

Simplificando: a destilao o processo no qual duas substncias so separadas atravs do aquecimento. Ex.:

soluo de gua e sal. Aquecendo a soluo, quando a gua entrar em ebulio e passar pelo condensador, sair

como gua lquida, enquanto o sal ficar no primeiro recipiente. Separando assim a gua destilada e o sal.

O petrleo um exemplo moderno de mistura que deve passar por vrias etapas de destilao antes de resultar

em produtos realmente teis ao homem: gases (um exemplo o gs liquefeito de petrleo ou GLP), gasolina, leo

diesel, querosene, asfalto e outros.

O uso da destilao como mtodo de separao disseminou-se pela indstria qumica moderna. Pode-se

encontr-la em quase todos os processos qumicos industriais em fase lquida onde for necessria uma purificao.

Em teoria, no se pode purificar substncias at 100% de pureza atravs da destilao. Para conseguir uma

pureza bastante alta, necessrio fazer uma separao qumica do destilado posteriormente.

25

A mistura a ser purificada em uma coluna de destilao aquecida. Surge ento um vapor quente. Ele sobe

pela coluna, mas vai se resfriando ao longo dela e acaba por condensar-se. Com a condensao, forma-se um lquido,

que escorre para baixo pela coluna, em direo fonte de calor. Vapores sobem continuamente pela coluna e

acabam por encontrar-se com o lquido. Parte desse lquido rouba o calor do vapor ascendente e torna a vaporizar-

se. A uma certa altura um pouco acima da condensao anterior, o vapor torna a condensar-se e escorrer para baixo.

Este ciclo de vaporizao e condensao ocorre repetidas vezes ao longo de todo o comprimento da coluna.

-Escoamento das fases lquido e vapor nos pratos da coluna de destilao

Os vrios obstculos instalados na coluna foram o contato entre o vapor quente ascendente e o lquido

condensado descendente. A inteno desses obstculos promover vrias etapas de vaporizao e condensao da

matria. Isto nada mais do que uma simulao de sucessivas destilaes flash. Quanto maior a quantidade de

estgios de vaporizao-condensao e quanto maior a rea de contato entre o lquido e o vapor no interior da

coluna, mais completa a separao e mais purificada a matria final.

Ela muito comum em refinarias de petrleo, para extrair diversos tipos de compostos, como o asfalto,

gasolina, gs de cozinha entre outros. Nestas separaes so empregadas colunas de ao de grande dimetro,

compostas de pratos ou de sees recheadas. Os internos, sejam pratos, chicanas ou recheios, tem como funo

colocar as fases vapor e lquido em contato, de modo a que ocorra a transferncia de massa entre elas. Ao longo da

26

coluna, a fase vapor vai se enriquecendo com os compostos mais volteis, enquanto a fase lquida se concentra com

os compostos mais pesados de maior ponto de ebulio.

10.4 -CENTRIFUGAO

A centrifugao uma operao unitria amplamente utilizada nas reas industriais e em bioqumica, biotecnologia, biologia celular, molecular, com a principal finalidade de separao de fraes ou a concentrao das molculas de interesse. Pode ser realizada com o objetivo de separar slidos de lquidos ou mesmo uma mistura de lquidos.Uma partcula em movimento linear continuar em velocidade constante e uniforme seno for influenciada por foras externas. Quando uma partcula submetida a uma fora centrfuga (g) para isolar partculas suspensas em seu meio, seja da forma em lotes ou fluxo contnuo, esta sedimentao forada. As aplicaes de centrifugao so muitas e incluem testes de anlises clnicas, testes bioqumicos, a sedimentao de clulas e vrus, a separao de massa celular, isolamento de DNA, RNA, protenas ou lipdios ou at mesmo para secar a roupa ou a salada em casa.

27

10.4.1 -Aumento no efeito da gravidade: a centrfuga. Se uma suspenso for deixada em repouso, as partculas dispersas iro se assentar por meio do fenmeno de decantao ou sedimentao, por ao da gravidade (g = 9,8 cm/s2).Primeiro sero sedimentadas as partculas maiores e depois as menores em valores de tempo variveis, o que dificulta determinar o trmino da operao. Atravs da centrifugao este tempo acelerado, pois pequenas partculas podem ser separadas com a aplicao da fora centrfuga. Se compararmos com a filtrao, a centrifugao mais cara, porm a principal ds vantagem da filtrao a possibilidade rpida de entupimento dos filtros, dependendo do tipo de material utilizado. Quando uma suspenso de partculas centrifugada a sedimentao das partculas proporcional fora aplicada. As propriedades da soluo tambm iro interferir na taxa de sedimentao. Figura 2. Esquema de sedimentao e centrifugao de partculas.

t

Sedimentao

t1 Centrifugao

10.4.2 -Tipos de Centrfuga.

-Centrfuga tubular: Esta centrfuga opera geralmente na vertical, com o rotor tubular provendo um longo caminho para a separao da mistura. Trabalha com a fora centrfuga variando de 13.000 a 20.000 g. A quantidade de slidos na mistura limita o uso desta centrfuga, assim como a formao de bolhas que tambm dificulta a centrifugao. O material a ser centrifugado alimentado pela parte inferior, e passa por toda a tubulao para ser separado ou clarificado. A parte slida vai depositando-se nas laterais, sendo retirada ao final do processo, enquanto os lquidos so retirados pela parte superior. Na indstria de alimentos utilizada para a separao e clarificao de extratos animaise vegetais e leo de peixe. Na indstria farmacutica amplamente utilizada para

arecuperao de bactrias e fraes de clulas.

Sedimentao

Sedimentao

t > t1

28

-Centrfuga de mltiplos discos: A cmara possui uma srie de discos paralelos que proporcionam uma grande rea de sedimentao. O material removido atravs de vlvulas.Em casos de clarificao de material biolgico, pode-se trabalhar com a fora centrfuga variando de 5.000 a 15.000g, sendo o fluxo contnuo de alimentao de 200 m3/h O tamanho da partcula pode auxiliar a centrifugao. Para aumentar o tamanho da partcula, utiliza-se o fenmeno de coagulao ou floculao. Para coagulao, realiza-se a mudana de pH da suspenso, removendo as cargas eletrostticas da partcula e ento elas aproximam-se umas s outras. Para floculao, adicionam-se pequenas quantidades de materiais de alto peso molecular, carregadas com carga oposta ao do

material, promovendo agregao dos componentes que podem estes baratos e efetivos, porm, sem afetar o produto de interesse. Para favorecer a coagulao so adicionados sais de alumnio, clcio e ferro, alm de polieletrlitos sintticos que reduzem a repulso entre as partculas e formam pontes entre elas.

-Centrfuga contnua: opera horizontalmente A hlice roda e distribui os slidos ao longo da superfcie do recipiente, retirando-o do lquido. O liquido sai pelo outro lado da cmara. O parafuso roda em velocidade diferente da cmara

. Centrfuga de Cestos: A centrfuga de cestos pode ser classificada como perfurada e no perfurada. A centrfuga perfurada associa as operaes de centrifugao e filtrao em conjunto,assemelhando-se ao tambor de uma mquina de lavar, por exemplo. Ento, neste caso especifico, pode-se considerar a centrifugao como uma operao de pr-secagem. No caso de slidos cristalinos, utiliza-se o cesto sem filtros e no caso de partculas deformveis, como por exemplo, protenas.No caso de cestos no perfurados, a ao apenas da fora centrfuga. As partculas slidas tendem a se acumular nas paredes da centrfuga e, com o passar do tempo estas comeam a ser liberadas junto com o filtrado.Outras caractersticas tambm devem ser consideradas como, por exemplo, o uso de refrigerao no caso de tratamento de material biolgico, centrfugas providas de aquecimento que alteram a viscosidade e a solubilidade do material.

29

10.5. EXTRAO

uma Operao Unitria integrada no conjunto das Operaes Baseadas na Transferncia de Massa. Dentro

deste conjunto de operaes a Extrao , semelhana da Destilao, uma das operaes que costuma ser

projetada com base no conceito de Andar em Equilbrio. De fato, o mecanismo subjacente operao de Extrao

baseia-se no Equilbrio Lquido/Lquido. A remoo do componente da mistura que se pretende separar (soluto)

induzida pela adio de um novo composto ao sistema (solvente), o qual tem mais afinidade para o soluto do que o

diluente onde este estava inicialmente dissolvido (alimentao). Por outro lado, o solvente adicionado deve ser to

imiscvel quanto possvel com o diluente da alimentao. esta diferena de solubilidade que permite a separao,

ou seja, que o soluto seja retirado alimentao. Quanto maior a diferena de solubilidades mais fcil a separao.

As correntes que deixam cada unidade do extrator supem-se em equilbrio.

A mistura a separar por extrao pode ser slida ou lquida. No primeiro caso falamos de Lixiviao (comum

nas indstrias extrativas ou na produo de leos vegetais), no segundo caso falamos de Extrao Lquido/Lquido.

Hoje em dia fala-se tambm muito de Extrao Supercrtica, quando o processo de extrao conduzido em

condies extremas de presso e temperatura (temperaturas extremamente negativas) o que permite usar como

solventes substncias que so gases presso e temperatura ambiente, como o caso do CO2. Deste modo evita-se

a utilizao dos solventes orgnicos caractersticos dos processos extrativos, embora com custos econmicos

acrescidos, pelo que estes processos usam-se apenas na purificao de compostos de alto valor acrescentado. Nos

processos de extrao mais comuns a operao decorre normalmente presso atmosfrica e temperatura

ambiente.

A extrao no , normalmente, uma operao de primeira linha, optando-se geralmente por esta operao apenas

quando a destilao no uma opo vivel (caso das misturas com compostos com volatilidades relativas prximas

da unidade, com azetropos ou com compostos sensveis temperatura). De fato, a extrao, s por si, no resolve

totalmente o problema da separao, sendo necessrio, posteriormente, separar o soluto do novo solvente, o que se

faz, normalmente, por destilao (a nova mistura muito mais fcil de separar por destilao do que a alimentao

inicial). Contudo, h muitas situaes para as quais a soluo extrao mais destilao mais econmica do que

apenas a destilao da mistura inicial.

Hoje em dia comeam a impor-se tambm os processos hbridos como o caso da Destilao Extrativa.

Alguns exemplos de aplicao da operao de extrao:

- Recuperao do cido actico de efluentes aquosos;

- Remoo do fenol na produo de policarbonato;

- Produo de essncias para o fabrico de perfumes ou aditivos alimentares;

- Produo de piridina para fins farmacuticos, etc.

possvel estabelecer um paralelismo entre Extrao Lquido/Lquido e Destilao. Em ambos os casos o

soluto passa da fase de alimentao (corrente lquida) para a outra fase que se adiciona ou forma no processo

(lquido ou vapor, respectivamente). O agente da separao na extrao o novo lquido/solvente que se adiciona,

enquanto que na destilao o calor que se fornece ao processo, o qual d origem a uma nova fase, desta vez vapor.

Assim, a extrao , normalmente, uma operao isotrmica enquanto na destilao existe, necessariamente,

variao de temperatura ao longo do processo.

30

Tabela 1: Comparao Extrao/Destilao.

Extrao Destilao

1. Extrao a Operao Unitria na qual

os constituintes da mistura lquida so

separados atravs da adio de um

solvente lquido insolvel.

1. Os constituintes da mistura lquida so

separados pela adio de calor.

2. A Extrao usa a diferena de

solubilidades dos componentes para

conseguir a separao

2. A Destilao usa a diferena de presso

de vapor dos componentes para conseguir

a separao

3. A Seletividade uma medida da

facilidade da separao.

3. A Volatilidade uma medida da

facilidade da separao.

4. Obtm-se uma nova fase lquida

insolvel por adio do solvente mistura

lquida inicial.

4. Forma-se uma nova fase por adio de

calor.

5. As fases so mais difceis de misturar e

separar.

5. A mistura e separao das fases fcil.

6. A extrao no fornece produtos puros e

requer outros tratamentos posteriores.

6. Fornece produtos praticamente puros.

7. Oferece maior flexibilidade na seleo

das condies operatrias.

7. Menor flexibilidade na seleo das

condies operatrias.

8. Requer energia mecnica para a mistura

e a separao.

8. Requer energia trmica.

9. No precisa de sistemas de aquecimento

ou arrefecimento.

9. Precisa de sistemas de aquecimento e

arrefecimento.

10. Normalmente a segunda escolha para

a separao dos componentes de uma

mistura lquida.

10. Normalmente a primeira escolha para

a separao dos componentes de uma

mistura lquida

Quando, para tratar uma dada mistura, tanto a destilao como a extrao so opes viveis, a escolha

recai, normalmente, sobre a destilao. Se certo que a destilao energeticamente mais exigente, tambm

certo que, normalmente, a extrao sozinha no resolve o problema tendo de ser seguida de uma destilao para

separar o soluto do novo solvente onde est dissolvido, dado que a extrao no conduz, por norma, a produtos

muito concentrados.

A extrao normalmente escolhida quando a separao por destilao da corrente original difcil (caso

das misturas azeotrpicas ou de volatilidade relativa prxima da unidade). Outra situao onde faz sentido recorrer

extrao no tratamento de misturas aquosas pouco concentradas. Extrai-se o soluto com um solvente voltil e

destila-se, posteriormente, a fase do solvente, com custos energticos substancialmente mais baixos.

31

OPERAES UNITARIAS PARTE II

CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Alguns conhecimentos so fundamentais para que se possa estudar de forma adequada a disciplina

denominada Operaes Unitrias, como conhecimentos sobre converso de unidades, unidades que podem ser

medidas lineares, de rea, de volume, de massa, de presso, de temperatura, de energia, de potncia. Outro

conceito-base para Operaes Unitrias o de Balano, tanto Material quanto Energtico.

Converso de Unidades

necessrio conhecer as correlaes existentes entre medidas muito utilizadas na Indstria Qumica, como

o caso das medidas de temperatura, de presso, de energia, de massa, de rea, de volume, de potncia e outras que

esto sempre sendo correlacionadas.

Sistema Internacional de Unidades

O Sistema Internacional de Unidades baseado em 6 unidades fundamentais. A unidade fundamental de comprimento o metro. Para cada unidade existem as unidades secundrias, que so expressas atravs da adio de um prefixo ao nome correspondente unidade principal, de acordo com a proporo da medida.

Prefixos Usados no SI

Prefixos Smbolos Fator de multiplicao da unidade

Exa E 1018

Peta P 1015

Tera T 1012

Giga G 109

Mega M 106

Quilo k 103

Hecto h 102

Deca da 101

Deci d 10-1

Centi c 10-2

Mili m 10-3

Micro 10-6

Nano n 10-9

Pico p 10-12

Fento f 10-15

Atto a 10-18

32

CONVERSO DE MEDIDAS

COMPRIMENTO

Quilmetro

km

Hectmetro

hm

Decmetro

dam

Metro

m

Decmetro

dm

Centmetro

cm

Milmetro

mm

1000 m 100 m 10 m 1 m 0,1 m 0,01 m 0,001 m

Os mltiplos do metro so utilizados para medir grandes distncias, enquanto os submltiplos, para pequenas distncias. Para medidas milimtricas, em que se exige preciso, utilizamos:

mcron () = 10-6 m angstrn () = 10-10 m

Para distncias astronmicas utilizamos o Ano-luz (distncia percorrida pela luz em um ano): Ano-luz = 9,5 1012 km

O p, a polegada, a milha e a jarda so unidades no pertencentes ao sistemas mtrico decimal, so utilizadas em pases de lngua inglesa. Observe as igualdades abaixo:

P = 30,48 cm

Polegada = 2,54 cm

Jarda = 91,44 cm

Milha terrestre = 1.609 m

Milha martima = 1.852 m

Observe que: 1 p = 12 polegadas 1 jarda = 3 ps

REA

Quilmetro quadrado

km2

Hectmetro quadrado

hm2

Decmetro quadrado

dam2

Metro Quadrado

m2

Decmetro quadrado

dm2

Centmetro quadrado

cm2

Milmetro quadrado

mm2

1x106 m2 1x104 m2 1x102 m2 1 m2 1x10-2 m2 1x10-4 m2 1x10-6 m2

VOLUME

Quilmetro cbico

km3

Hectmetro cbico

hm3

Decmetro cbico

dam3

Metro cbico

m3

Decmetro cbico

dm3

Centmetro cbico

cm3

Milmetro cbico

mm3

1x109 m3 1x106 m3 1x103 m3 1 m3 1x10-3 m3 1x10-6 m3 1x10-9 m3

LITRO

O litro( l ) uma medida de volume muito comum e que corresponde a 1 dm3

1 litro = 0,001 m3 => 1 m3 = 1000 litros

1 litro = 1 dm3

1 litro = 1.000 cm3

1 litro = 1.000.000 mm3

33

VAZO

Vazo a quantidade de lquido que passa atravs de uma seo por unidade de tempo. A quantidade de lquido pode ser medida em unidades de massa, de peso ou de volume, sendo estas ltimas as mais utilizadas. Por isso as unidades mais usuais indicam VOLUME POR UNIDADE DE TEMPO:

m3/h (metros cbicos por hora) l/h (litros por hora) l/min (litros por minuto) l/s (litros por segundo)

PRESSO

1 atm = 14,6959487755 psi (libras por polegada quadrada)

1 atm = 1,033 Kgf/cm (quilograma-fora por centmetro quadrado)

1 atm = 760 mmHg (milmetros de mercrio)

1 atm = 1,01325 bar

1atm = 760 mmHg 1atm = 760 mmHg = 101230 Pa 1atm = 760 mmHg = 101230 Pa = 1,0330 kgf/cm 1atm = 760 mmHg = 101230 Pa = 1,0330 kgf/cm = 1,01 bar 1atm = 760 mmHg = 101230 Pa = 1,0330 kgf/cm = 1,01bar = 14,7 psi 1atm = 760 mmHg = 101230 Pa = 1,0330 kgf/cm = 1,01bar = 14,7 psi = 10,33 mca

34

CONVERSO DE UNIDADES DE MEDIDA

GRANDEZA

PARA CONVERTER

SM- BOLO

MULTIPLI CAR POR

SM- BOLO

PARA OBTER

PARA OBTER DIVIDIR

POR

PARA CONVERTER

COMPRI MENTO

Metros Polegadas

Quilmetros

m

Km

3,281 25,4

0,6214

ft mm mile

Ps Milmetros

Milhas

REA

Alqueire Do Norte Alqueire Mineiro Alqueire Paulista

Ares Hectares

Quilmetros Quadrados Quilmetros Quadrados

Quadra Quadrada Quadra

- - - a

ha Km Km

-

27,255 48400 24200

100 10000 0,3861

100 17424

132

m m m m m

miles Ha m m

Metros Quadrados Metros Quadrados Metros Quadrados Metros Quadrados Metros Quadrados Milhas Quadradas Hectares Metros quadrados Metros

VOLUME

Litros Litros

Metros Cbicos Metros Cbicos Metros Cbicos

L L

m m m

0,264 0,0353 264,17 35,31 1000

Us/gal ft/cu

Us/gal ft

3

L

Gales Americanos Ps Cbicos Gales Americanos Ps Cbicos Litros

VAZO

Litros Por Segundo Litros Por Minuto

Litros Por Hora Litros Por Segundo

Litros Por Minuto Metros Cbicos p/Hora Metros Cbicos p/Hora Metros Cbicos p/Hora

L/s L/min

L/h L/s

L/min m/h m/h m/h

3600 0,0353

0,00059 15,85 0,264 0,59

4,403 1000

L/h ft

3/min

ft3/min.

gal/min gal/min ft

3/min.

gal/min L/h

Litros por Hora Ps Cbicos por Minuto Ps Cbicos por Minuto Gales por Minuto Gales por Minuto Ps Cbicos por Minuto Gales por Minuto Litros/hora

PRESSO

Atmosferas Metros de Coluna dagua Metros de Coluna Dagua

Libras p/ polegada. quadrada Quilograma p/ cent. quadrado Quilograma p/ cent. quadrado

Bar Mega Pascal Mega Pascal Mega Pascal

atm. mca mca

Lb/Pol. (PSI) Kg/cm Kg/cm

Bar MPa MPa MPa

1,033 3,284

0,1 0,703 14,22

10 10,197

10 101,9716 10,1971

Kg/cm ft

Kg/cm mca

Lb/Pol(PSI) mca mca bar mca

Kg/cm

Quilogram. p/centimetro quadrado Ps Quilogram. p/centmetro quadrado Metros de Coluna dgua Libra p/ polegada quadrada Metros de Coluna Dgua Metros de Coluna Dgua Bar Metros de Coluna Dgua Quilogram. p/centmetro quadrado

PESO Libras

Quilogramas Lb Kg

0,4536 2,2045

Kg Lb

Quilogramas Libras

VELOCIDADE

Metros Por Segundo Metros Por Segundo

Metros Por Minuto Quilmetros Por Hora Quilmetros Por Hora

m/s m/s

m/min. Km/h Km/h

3,281 3,6

0,03728 0,91134 0,27778

ft/s Km/h mile/h

ft/s m/s

Ps por Segundo Kilometros por hora Milhas por hora Ps por Segundo Metros por Segundo

POTNCIA

Cavalos Vapor Cavalos Vapor Cavalos Vapor

Quilowatt Megawatts

Kilowatts Kilowatt Hora

CV CV CV KW MW KW

KW/h

0,7355 0,9863 735,5 1000

100000 1,341

3412,98

KW HP W W W HP

BTU

Kilowatts Horse Power Watts Watts Watts Horse Power BTU

35

Alguns exemplos de correlaes entre medidas lineares 1 ft =12 in 1 in =2,54 cm 1 m =3,28 ft 1 m =100 cm = 1.000 mm 1 milha =1,61 km 1 milha =5.280 ft 1 km =1.000 m Alguns exemplos de correlaes entre reas 1 ft2 = 144 in2 1 m2 = 10,76 ft2 1 alqueire = 24.200 m2 1 km2 = 106 m2 Alguns exemplos de correlaes entre volumes 1 ft3 = 28,32 L 1 ft3 = 7,481 gal 1 gal = 3,785 L 1 bbl = 42 gal 1 m3 = 35,31 ft3 1 bbl = 0,159 1 m3 Alguns exemplos de correlaes entre massas 1 kg = 2,2 lb 1 lb = 454 g 1 kg = 1.000 g 1 t = 1.000 kg Alguns exemplos de correlaes entre presses 1 atm = 1,033 kgf/cm2 1 atm = 14,7 psi (lbf/in2) 1 atm = 30 in Hg 1 atm = 10,3 m H2O 1 atm = 760 mm Hg 1 atm = 34 ft H2O 1 Kpa = 102 kgf/cm2 Alguns exemplos de correlaes entre potncias 1 HP = 1,014 CV 1 HP = 42,44 BTU/min 1KW = 1,341 HP 1 HP = 550 ft.lbf/s 1KW = 1 KJ/s 1 KWh = 3.600 J 1KW = 1.248 KVA

36

Alguns exemplos de correlaes de energia 1 Kcal = 3,97 BTU 1BTU = 252 cal 1BTU = 778 ft.lbf 1Kcal = 3,088 ft.lbf 1Kcal = 4,1868 KJ 1 cal = 4,18 J

EXERCICIOS DE CONVERSO

1) Realize as converses de volume:

a) 12 m3 = _____________litros f) 8 ps3 = ______________m3

b) 350 ps3 = _____________m3 g) 602 m3 = ______________gales

c) 5600000 cm3 = _____________ps3 h) 0,95 gales= _____________cm3

d) 214 litros = _____________gales i) 5000 L= _____________m3

e) 4800 gales = _____________cm3 j) 7200 cm3 _____________litros

2) Realize as converses de presso:

a) 20 psi = _____________kgf/cm2 j) 700 mmHg = _____________psi

b) 10 kgf/cm2 = _____________bar k) 1390 mmHg = _____________kgf/cm2

c) 735,5 mmHg = _____________psi l) 28 psi =_____________mmHg

d) 14,22 psi = _____________mmHg m) 32 bar = _____________mmHg

e) 2,5 kgf/cm2 = _____________mmHg n) 12 psi = _____________mmHg

f) 10 kgf/cm2 = _____________ mmHg o) 0,9 kgf/cm2 = _____________mmHg

g) 1180 mmHg = _____________ psi p) 1,40 bar=_____________libras (psi)

h) 450 mmHg = _____________psi q) 1800 psi= _____________ bar

i) 1,5 kgf/cm2 = _____________psi r) 160 bar= _____________libras (psi)

37

Algumas observaes sobre medies de presso:

Presso Absoluta = Presso Relativa + Presso Atmosfrica

Presso Baromtrica = Presso Atmosfrica

Presso Manomtrica = Presso Relativa

- Unidades de presso:

1 atm = 101396 Pa = 10.336 kgf/m2 = 1,034 kgf/cm2 = 760 mmHg = 10,33 mca

MECNICA DOS FLUIDOS Em toda planta industrial necessrio transportar reagentes e produtos para diferentes pontos da planta. Na maioria dos casos, os materiais so fluidos (gases ou lquidos) e h necessidade de determinar os tamanhos e os tipos de tubulaes, acessrios e bombas (ou compressores) para moviment-los. A Hidrosttica ou Esttica dos Fluidos a parte da Mecnica que estuda os fluidos em equilbrio. A palavra hidrosttica vem de Hydro, gua, esttica, estado de repouso. FLUIDO: qualquer substncia no slida capaz de escoar e assumir a forma do recipiente que o contm. Os fluidos podem ser divididos em lquidos e gases. De uma forma prtica, os lquidos so aqueles que, quando colocados num recipiente, tomam o formato deste, apresentando, porm uma superfcie livre; enquanto que os gases preenchem totalmente o recipiente, sem apresentar nenhuma superfcie livre.

FLUIDO IDEAL: Fluido ideal aquele no qual a viscosidade nula, isto , entre suas molculas no se verificam foras tangenciais de atrito. FLUIDO INCOMPRESSVEL: Fluido incompressvel aquele em que seu volume no varia em funo da presso. A maioria dos lquidos tem um comportamento muito prximo a este podendo na prtica, serem considerados como fluidos incompressveis. LQUIDO PERFEITO: Fluido ideal, incompressvel, perfeitamente mvel contnuo e de propriedade homognea.

As propriedades dos fluidos relevantes para o estudo do escoamento dos fluidos so a: massa volmica, a tenso superficial, a

viscosidade, e restantes propriedades reolgicas.

MASSA ESPECFICA (): a sua massa por unidade de volume. = m/ V : massa especfica

m: massa V: volume

As unidades mais usuais so: kg/m3, kg/dm3 e lb/ft3.

38

Tabela de massas especficas de algumas substncias.

Substncia = kg/m3

gua 1000

Agua do mar 1025

Benzeno 879

Gelo 920

Etanol 789

Gasolina 720

leo lubrificante 880

Petrleo bruto 850

Querosene 820

Acetona 791

Ferro 7800

Chumbo 11200

Mercrio 13600

Densidade pode ser tambm simbolizado por () R

Uma unidade muito usual para a massa especfica o g/cm3

, mas no SI a unidade o kg/m3

. A relao entre

elas a seguinte:

_1 g_ = _10-3 kg_ = _103 kg_ 1 g/cm3 = 1000 kg/m3

cm3 10-6 m3 m3

EXERCCIOS 1)Uma substncia tem 80 g de massa e o volume de 10 cm3. Determine a densidade em kg/m3 2)Determinar o volume que ocupam 300 g de mercrio sabendo que sua densidade 13,6 g/cm3 3)Qual , em gramas, a massa de um volume de 50 cm3 de um lquido cuja densidade igual a 2 g/cm3? 4) Explique por que a massa diferente se o volume de gua e de leo igual. 5) A densidade do ferro igual a 7800 kg/m3. O que significa esse nmero? 6) Qual o volume final se misturarmos 50 mL de gua com 50 mL de lcool? 7) A massa especfica de uma determinada substncia igual a 740kg/m, determine o volume ocupado por uma massa de 500kg dessa substncia.

PESO ESPECFICO (): o seu peso por unidade de volume. = P/V P= m/g : peso especfico P= peso (N) Newton P: peso m= massa (Kg) quilograma V: volume g= acelerao da gravidade= 9,8 m/s2

As unidades mais usuais so: N/m3, kgf/m3, kgf/dm3, e lbf/ft3.

39

Como o peso especfico de uma substncia o produto de sua massa pela constante acelerao da gravidade, resulta a seguinte relao entre peso especfico e massa especfica. P= mg = m/ V

= P = _mg_ = g V V Ento: = g PESO ESPECIFICO RELATIVO: a relao entre seu peso especfico e o peso especfico de uma substncia padro. um nmero admensional, ou seja no tem unidade. Indica quantas vezes um determinado fluido exerce mais ou menos peso que a gua. No caso de lquidos, a substncia padro utilizada a gua temperatura de 15C ao nvel do mar, cujo peso especfico 1,0 kg/dm3. R = __ gua= 1000kg/m

3 ou 9800N/m3 gua 1Kgf = 9,81N

A densidade assim definida um adimensional e tambm denominada peso especfico relativo. NOTA IMPORTANTE: O termo densidade de certa forma ambguo, podendo ser encontrado com definio aqui utilizada. Assim em literaturas estrangeiras, por exemplo, o termo densidade (density) pode ser encontrado com a definio de massa especfica (). Este fato, contudo, em geral no apresenta maiores implicaes.

EXERCCIOS

1) A massa especifica de um fluido 1200 kg/m3.Determinar o seu peso especifico e o seu peso especfico relativo.

Dados g =9,8 m/s2.

2) A massa especfica de um fludo 120 utm/m. Determinar o peso especfico e o peso especfico relativo. (g= 9,8 m/s)

Dado: 1utm (unidade tcnica de massa) = 9,81kg

3) Determine a massa de um bloco cbico de chumbo que tem arestas de 10 cm. A massa especfica do chumbo 11,2 g/cm3.

4) Qual o peso especifico e o peso especifico relativo do mercrio cuja massa especfica 13600 kgf/m3 ? Dado g = 9,8 m/s2.

5) Determine a massa de um bloco cbico de chumbo que tem arestas 5 cm. A massa especfica do chumbo 11,2 g/cm3.

6) Sabendo-se que 1500 kg de massa de uma determinada substncia ocupa um volume de 2m, determine a massa

especfica, o peso especfico e o peso especfico relativo dessa substncia. Dados: H2O = 10000N/m, g = 10m/s

7) Um reservatrio cilndrico possui dimetro de base igual a 2 m e altura de 4 m, sabendo-se que o mesmo est totalmente

preenchido com gasolina (ver propriedades na Tabela), determine a massa de gasolina presente no reservatrio.

Volume do Reservatrio

V = Ab h A = _d2_

4

40

8) Sabe-se que 400 kg de um lquido ocupa um reservatrio com volume de 1500 litros, determine sua massa especfica, seu

peso especfico e o peso especfico relativo. Dados: H2O = 10000N/m, g = 10m/s, 1000 litros = 1m.

9) Um reservatrio cbico com 2m de aresta est completamente cheio de leo lubrificante (ver propriedades na Tabela).

Determine a massa de leo quando apenas do tanque estiver ocupado. Dados: H2O =10000N/m, g = 10 m/s.

aresta

2m 2m

2m

10) Sabendo-se que o peso especfico relativo de um determinado leo igual a 0,8, determine seu peso especfico em N/m.

Dados: H2O = 10000 N/m, g = 10 m/s.

REOLOGIA

A palavra reologia vem do grego rheo= fluxo logos= estudo, sendo sugerido pela primeira vez por Bingham e

Crawford, para descrever o fluxo, no caso de materiais lquidos e deformao, no caso de materiais slidos.

(MARTIN, A. Physical Pharmacy. 1993)

o ramo da fsica que estuda a viscosidade, plasticidade, elasticidade e o escoamento da matria, ou seja, um

estudo das mudanas na forma e no fluxo de um material, englobando todas estas variantes. Podemos ento

concluir que a cincia responsvel pelos estudos do fluxo e deformaes decorrentes deste fluxo, envolvendo a

frico do fluido.

Esta frico ocorre internamente no material, onde uma camada de fluido possui uma certa resistncia ao se

deslocar sobre outra. Tudo isto envolve uma complexidade de fatores. O tamanho e geometria de cadeia um

exemplo possvel. Enquanto temos os solventes que possuem uma viscosidade desprezvel, temos tambm as

resinas, com uma viscosidade elevada, graas ao tamanho de sua cadeia polimerizada. Ambos so compostos

orgnicos, mas seus comportamentos so totalmente diferentes.

Viscosidade: a propriedade fsica de um fluido que exprime sua resistncia ao cisalhamento interno, isto , a qualquer fora que tenda produzir o escoamento entre suas camadas. Assim, num fluido real, as foras internas de atrito tendem a impedir o livre escoamento. A viscosidade tem importante influncia ao fenmeno do escoamento, notadamente nas perdas de presso no escoamento dos fluidos. A magnitude do efeito depende principalmente da temperatura e da natureza do fluido. Assim, qualquer valor indicado para a viscosidade de um fluido deve sempre especificar a temperatura bem como a unidade em que a mesma expressa. Notar que nos lquidos a viscosidade diminui com o aumento da temperatura. A LEI DE NEWTON: Newton descobriu que em muitos fluidos, a tenso de cisalhamento proporcional ao gradiente da velocidade, chegando seguinte formulao: = dv : tenso de cisalhamento dt dv/dt : gradiente de velocidade : coeficiente de proporcionalidade

41

Os fluidos que obedecem esta lei so chamados Fluidos Newtonianos e os que no obedecem so chamados no Newtonianos. A maioria dos fluidos que so de interesse em nosso estudo, tais como a gua, vrios leos, etc, comportam-se de forma a obedecer esta lei, portanto considerados Fluidos Newtonianos.

TENSO DE CISALHAMENTO () E PRESSO: uma fora que aparece contrria ao sentido de aplicao da fora (Ft), ou seja, faz com que a placa de rea (A) resista a deslizar, assumindo uma velocidade (v0 )

VISCOSIDADE DINMICA(Fora) OU ABSOLUTA (): A viscosidade dinmica ou absoluta exprime a medida das foras internas de atrito do fluido e justamente o coeficiente de proporcionalidade entre a tenso de cisalhamento e o gradiente de velocidade da Lei de Newton. O smbolo normalmente utilizado para indic-lo a letra e as unidades mais usuais so o Centipoise (cP), o Poise (1P = 1dyn.s/m2), kgf.s/m2, o Pascal (Pa). = v0 = tenso de cisalhamento, em N/m

2 = viscosidade dinmica, em Ns/m2 v0 = velocidade mxima, em m/s = espessura da pelcula, em m

VISCOSIDADE CINEMTICA (movimento) (): A viscosidade cinemtica leva tambm em considerao a inrcia e definida como o quociente entre a viscosidade dinmica e a massa especfica, ou seja: c = / c : viscosidade cinemtica, m

2/s

: viscosidade dinmica, em Ns/m2 : massa especfica, em kg/m3

Exerccios

1.) Um lquido tem viscosidade igual a 0,04 N.s/m2 e massa especfica igual a 915kg/m3. (Dado g= 9,8 m/s2) Calcule: a) O seu peso especfico, b) Seu peso especifico relativo, c) Sua viscosidade cinemtica, d) Sua densidade. 2) A viscosidade cinemtica de um leo 0,028m/s e o seu peso especfico relativo 0,85. Determinar a viscosidade dinmica. 3) A viscosidade dinmica de um leo 5.10-4 kgf.s/m , e o peso especfico relativo 0,82. Determinar a viscosidade cinemtica em m/s. 4) A viscosidade cinemtica de um leo 0,028m/s e o seu peso especfico relativo 0,85. Determinar a viscosidade dinmica em kgf.s/m.(g=10m/s). 5) O peso de 3 dm de uma substncia 2,4 kgf.A viscosidade cinemtica de105m/s.Se g=10 m/s, qual ser a viscosidade dinmica?

42

Presso

Exemplo: se voc martelar dois pregos contra a parede vertical o prego com a ponta mais fina entrar com mais facilidade na parede. As foras que fazemos com o martelo so transmitidas pelos pregos parede. Supondo que essas foras sejam iguais, por que o prego com a ponta mais fina penetra com mais facilidade na parede? A diferena que o tamanho da superfcie de contato (regio do prego que encosta na parede) do prego de ponta mais fina menor que o tamanho da superfcie de contato do prego de ponta mais grossa, isto ,a rea onde a fora aplicada diferente nos dois casos. Podemos dizer que o prego pontudo entra na parede com mais facilidade porque a presso que ele exerce sobre a parede maior. Quanto menor fora rea de aplicao da fora, maior ser a presso que prego exerce sobre a parede. Se voc usar dois pregos iguais verificar que, quanto maior for a fora aplicada, mais facilmente o prego entrar na parede, pois maior ser a presso. Quanto maior a fora aplicada, maior ser a presso.

p presso N / m2

= Pascal (Pa) F Fora Newton (N) A rea onde exercida a Fora metro quadrado (m2)

1 atm = 760 mmHg = 101300N/m = 1,01 x 105

Pa

1Kgf = 9,81N

1 kPa = 1000 Pa

Exerccios

1) Qual a presso exercida por um tanque com um liquido que pesa 1000 N, sobre a sua base que tem uma rea de 2 m2 2) O vapor de uma caldeira exerce a presso de100kgf/cm2 na base de um pisto de 40cm2. Que fora o vapor exerce sobre o pisto? 3) Um tanque contm gua pesando 480kgf. O tanque tem 1,20m de comprimento por 80 cm de largura. Qual a presso no fundo do tanque? (Dado= 1 kgf = 9,81N) 4) A gua de uma represa exerce uma presso mdia de 0,3kgf/cm2 contra a muralha de 6 m de altura por 18 m de largura. Determine a fora total sobre a muralha. 5) Um liquido contido em um tanque exerce uma presso de 40N/m2 sobre a sua base. Se a base tem uma rea de 2m por 5m, calcule a fora exercida por este liquido sobre a base. 6) A base de um monumento tem uma rea de 4 m2. Se seu peso de 6 toneladas que presso ele exerce

P= _F_ A

43

7) Uma placa circular com dimetro igual a 0,5m possui um peso de 200N, determine em Pa a presso exercida por essa placa quando a mesma estiver apoiada sobre o solo. 8) Determine o peso em N de uma placa retangular de rea igual a 2m de forma a produzir uma presso de 5000 Pa. 9) Uma caixa d'gua de rea de base 1,2 m x 0.5 m e altura de 1 m pesa 1000N que presso ela exerce sobre o solo? a) Quando estiver vazia b) Quando estiver cheia com gua. Dados: H2O = 10000 N/m, g = 10m/s. 10) Uma placa circular com dimetro igual a 1m possui um peso de 500N, determine em Pa a presso exercida por essa placa quando a mesma estiver apoiada sobre o solo. Presso de uma coluna de lquido ou presso hidrosttica:

h V= Abase h

Abase

P = _ F_ _P_ _m g_ _d V g_ = _d A h g_ = d h g

A A A A A

Densidade pode ser tambm simbolizado por () R

Uma unidade muito usual para a massa especfica o g/cm3

, mas no SI a unidade o kg/m3

. A relao entre

elas a seguinte:

_1 g_ = _10-3 kg_ = _103 kg_ 1 g/cm3 = 1000 kg/m3

cm3 10-6 m3 m3

Exerccios

1) O nvel de gua contida numa caixa est 6 m acima de uma torneira. Qual a presso hidrosttica sobre a

torneira? Dado: g = 9,8 m/s2

; gua

= 1000 kg/m3

.

2)Um reservatrio contm gua at uma altura de 10 m. Determine a presso hidrosttica no fundo do reservatrio.

Dado: g = 9,8 m/s2

; gua

= 1000 kg/m3

.

3) Dois tanques de armazenagem industrial foram construdos com o mesmo material e a mesma capacidade

(volume, de 6,28 m3

, para armazenar uma substncia cuja massa especfica 1400 kg/m3

. O material de que foram

construdos os tanques resistem a uma presso de 50 kPa. os dois tanques resistem armazenar o produto?

PHidr = d h g

A = _d2_ 4

44

d = 1m d = 2m 8m 2m

4) Um reservatrio aberto em sua superfcie possui 8m de profundidade e contm gua, determine a presso hidrosttica no fundo do mesmo. Dados: H2O =10000N/m, g = 10m/s. 5) Qual a presso, em kgf/cm2, no fundo de um reservatrio que contm gua, com 3 m de profundidade? Faa o mesmo clculo para um reservatrio que contm gasolina (peso especfico relativo = 0,72). 6) O nvel de gua contida em uma caixa dgua aberta atmosfera se encontra 10m acima do nvel de uma torneira, determine a presso de sada da gua na torneira. Dados: H2O = 10000 N/m, g = 10 m/s.

Presso absoluta ou total:

Quando a superfcie lquida estiver exposta presso atmosfrica, a presso total, no fundo do recipiente, ser a soma da presso atmosfrica mais a presso hidrosttica.,o que chamamos presso absoluta Levando-se em conta a presso atmosfrica (Po ) , a presso absoluta (Pabs ) no fundo do vaso calculada por:

P = presso hidrosttica (N/m

2

) Pabs=Presso absoluta

d = densidade do lquido (kg/m3

) *

Po = Presso atmosfrica (101300N/m)

g = acelerao da gravidade (m/s2

)

h = altura (m)

Ptotal = Patm + d g h

45

Na tabela a seguir esto relacionadas as massas especficas de algumas substncias.

Substncia = g/cm3

= kg/m3

gua 1,0 1000

Gelo 0,92 920

lcool 0,79 790

Ferro 7,8 7800

Chumbo 11,2 11200

Mercrio 13,6 13600

Exerccios

1) Calcule a presso total no fundo de um reservatrio profundidade de 20 m. So dados: presso atmosfrica patm = 1x10

5 N/m2; acelerao da gravidade g = 10 m/2; densidade da gua d = 1x103 kg/m3. 2) Calcule a presso total no fundo de um tanque 10 m de profundidade. So dados: patm = 1x10

5 N/m2; g = 10 m/s2; dgua = 1.10

3 kg/m3. 3) Usando os dados do exerccios anterior, calcule a profundidade que um mergulhador pode atingir para fazer um reparo em uma plataforma sabendo que ele s pode suportar a presso mxima de 10 vezes a presso atmosfrica. 4) Qual a presso total em um ponto submerso 35m de profundidade na gua em um local cuja presso atmosfrica

de 100 kPa? g = 9,8 m/s 2

LEI DE PASCAL

Se um ponto qualquer de um lquido ideal em equilbrio sofrer uma variao de presso, todos os

demais pontos desse lquido sofrero a mesma variao. Utilizando a Lei de Pascal, teremos os sistemas

hidrulicos com grandes ganhos mecnicos (multiplicao da intensidade da fora aplicada). Exemplo os elevadores

hidrulicos

Temos que: PA = PB P= F/A

_FA_ = _FB_ AA AB

46

Exerccios

1) Um elevador hidrulico possui dois ramos de reas iguais a 4 mm2 e 20 cm2, respectivamente. Aplica-se uma fora

de 4 N sobre o menor embolo, calcule a fora que se obtm no maior.

2) Calcule a fora mnima que se deve aplicar no menor embolo de 20mm2 de um elevador hidrulico para erguer

atravs do maior embolo de 4cm2 , um objeto de 50kg. Dado: (P = F) F= mg

3) Um elevador possui dois mbolos de 3 mm e de 15cm de raio, respectivamente. Calcule o peso mximo que se

pode erguer atravs de seu maior embolo, quando se aplica uma fora de 6N no menor. Dado: A= r2

4) Um sistema hidrulico possui dois mbolos de dimetro de 5mm e de 8cm, respectivamente. Calcule a maior massa que se pode erguer atravs do maior embolo, quando se aplica uma fora de 8N sobre o menor. Dado: A= _d2_ 4 5) Na figura apresentada a seguir, os mbolos A e B possuem reas de 80cm e 20 cm respectivamente. Despreze os

pesos dos mbolos e considere o sistema em equilbrio esttico. Sabendo-se que a massa do corpo colocado em A igual a 100kg, determine a massa do corpo colocado em B.

6) As reas dos pistes do dispositivo hidrulico mostrado na figura mantm a relao 50:2. Verifica-se que um peso

P colocado sobre o pisto maior equilibrado por uma fora de 30N no pisto menor, sem que o nvel de fluido nas duas colunas se altere. Aplicando-se o principio de Pascal determine o valor do peso P.

7) A prensa hidrulica mostrada na figura est em equilbrio. Sabendo-se que os mbolos possuem uma relao de

reas de 5:2, determine a intensidade da fora F.

47

8) Na prensa hidrulica mostrada na figura, os dimetros dos tubos 1 e 2 so, respectivamente, 4 cm e 20 cm. Sendo o peso do carro igual a 10000 N, determine: a) a fora que deve ser aplicada no tubo 1 para equilibrar o carro. b) o deslocamento do nvel de leo no tubo 1, quando o carro sobe 20 cm

LEI DE STEVIN

Pontos de um mesmo liquido que estejam numa mesma linha horizontal esto sujeitos a uma mesma

presso, assim a presso no ponto A, e a presso no ponto B so iguais. Podemos usar o princpio dos vasos

comunicantes para determinar densidades de lquido utilizando dois ou mais lquido no miscveis:

PA = PB

Ex: PA = dA g HA = PB = dB g HB

Exerccios

1)Calcular a densidade do liquido B do esquema abaixo: Dados: HA= 30 cm; HB= 10 cm; HC= 20 cm dA= 0,8 g/cm

3 dC= 0,5 g/cm3

2) Trs lquido imiscveis, 1, 2 e 3 so colocados em um sistema de vasos comunicantes e se

dispem conforme a figura. Sendo d1= 0,5 g/cm3, d2= 2,5 g/cm

3, determine a massa

especifica do liquido 3.

48

3) Segundo o esquema ao lado, calcule a densidade do liquido B

4) Seja um tubo em U com dois lquidos A e B no miscveis de densidades diferentes. Considerando que HB=10 cm e HA=8cm, e que a densidade do fluido B de 900kg/m3, qual a densidade do fluido A ?

INTRODUO A CINEMTICA DOS FLUIDOS

Definio:

A cinemtica dos fluidos a ramificao da mecnica dos fluidos que estuda o comportamento de um fluido

em uma condio movimento.

Vazo Volumtrica:

Em hidrulica ou em mecnica dos fluidos, define - se vazo como a relao entre o volume e o tempo.

A vazo pode ser determinada a partir do escoamento de um fluido atravs de determinada seo

transversal de um conduto livre (canal,rio ou tubulao aberta) ou de um conduto forado (tubulao com presso

positiva ou negativa).

Isto significa que a vazo representa a rapidez com a qual um volume escoa.

As unidades de medida adotadas so geralmente o m/s, m/h, l/h ou o l/s.

Clculo da Vazo Volumtrica:

A forma mais simples para se calcular a vazo volumtrica apresentada a seguir na equao mostrada.

, onde: V = volume, t = tempo, Qv = vazo volumtrica

Mtodo Experimental:

Um exemplo clssico para a medio de vazo a realizao do clculo a partir

do enchimento completo de um reservatrio atravs da gua que escoa por uma

torneira aberta como mostra a figura.

Considere que ao mesmo tempo em que a torneira aberta um cronmetro

acionado. Supondo que o cronmetro foi desligado assim que o balde ficou

completamente cheio marcando um tempo t, uma vez conhecido o volume V do

Qv=_V_ t

49

balde e o tempo t para seu completo enchimento, a equao facilmente aplicvel resultando na vazo volumtrica

desejada

Relao entre rea e Velocidade

Uma outra forma matemtica de se determinar a vazo volumtrica atravs do produto entre a rea da

seo transversal do conduto e a velocidade do escoamento neste conduto como pode ser observado na figura a

seguir.

Pela anlise da figura, possvel observar que o volume do

cilindro tracejado dado por:

Substituindo essa equao na equao de vazo volumtrica,

pode-se escrever que:

A partir dos conceitos bsicos de cinemtica aplicados em Fsica, sabe-se que a relao d/t a velocidade do

escoamento,portanto,pode-se escrever a vazo volumtrica da seguinte forma:

Qv representa a vazo volumtrica,V a velocidade do escoamento e A a rea da seo transversal da

tubulao.

rea da seo transversal circular: A = _ D2 4

= 3,14

Vazo em Massa e em Peso

De modo anlogo definio da vazo volumtrica possvel se definir as vazes em massa e em peso de um fluido, essas vazes possuem importncia fundamental quando se deseja realizar medies em funo da massa e do peso de uma substncia. Vazo em Massa : A vazo em massa caracterizada pela massa do fluido que escoa em um determinado intervalo de tempo, dess