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Laboratórios Virtuais de Processos Químicos
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Apresentação do Portal
Laboratórios Virtuais de Processos Químicos
Maria da Graça Rasteiro
Sessão de Apresentação para os Professores do Ensino Secundário
DEQ/FCTUC, 14.Março.2008
Sumário
Breve apresentação do Portal
Resumo do que podem encontrar os utilizadores
do Ensino Secundário
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Laboratórios Virtuais de Processos Químicos
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Apresentação dos conteúdos da secção Ensino Secundário (outros elementos da equipa)
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O PORTALO PORTAL
Objectivos
Ferramentas de apoio ao ensino da Engenharia Química
•Preocupação com o apoio à aprendizagem no quadro do Processo de Bolonha;
•Estímulo ao desenvolvimento de capacidades de autonomia e espírito crítico no estudante;
•Enquadramento prático dos conhecimentos científicos.
Divulgação do que é a engenharia Química•História;
•Aplicações;
•Novos domínios de desenvolvimento;
•O que faz o Engenheiro Químico……………………..
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Laboratórios Virtuais de Processos Químicos
http://labvirtual.eq.uc.pt Objectivos (cont.)
Aproximação ao Ensino Secundário•Ponte entre conhecimentos básicos de Física e Química e Engenharia (Processos Químicos);
•Conteúdos desenvolvidos tendo em atenção o programa de Física e Química do Ensino Secundário;
•Colmatar o desconhecimento sobre o que é a Engenharia Química;
•Conteúdos para o Ensino Secundário integrados numa plataforma genérica sobre Engenharia Química e Ensino da Engenharia Química para estimular a curiosidade do utilizador (levar o utilizador a explorar outros campos do Portal para além dos incluídos na secção Ensino Secundário).
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Laboratórios Virtuais de Processos Químicos
http://labvirtual.eq.uc.pt Parcerias
Financiamento do POS_C
Departamento de Eng. Química da FCTUC
Departamento de Eng. Química da FEUP
Universidade Agostinho Neto
Mediaprimer
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O PORTALO PORTAL
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O PORTALO PORTAL
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Ferramentas de Apoio ao ensino dos Processos Químicos
O Portal
Áreas cobertas Processos de Separação e Operações Unitárias
•Destilação
•Extracção líquido/líquido
•Absorção
•Adsorção e permuta iónica
•Operações com partículas sólidas
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Ferramentas de Apoio ao ensino dos Processos Químicos
O Portal
Áreas cobertas (cont.) Reacção Química
•Reactores ideais
•Reactores catalíticos
•Distribuição de tempos de residência num reactor
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Ferramentas de Apoio ao ensino dos Processos Químicos
O Portal
Áreas cobertas (cont.) Engenharia de Sistemas e Processos (PSE)
•Controlo e Instrumentação(inclui monitorização on-line da qualidade do ar)
•Integração de processos
•Projecto de Produto
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Ferramentas de Apoio ao ensino dos Processos Químicos
O Portal
Áreas cobertas (cont.) Processos Biológicos
•Fermentação
•Reactores enzimáticos
•Processos de separação biológicosCromatografiaSeparação por membranas
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Ferramentas de Apoio ao ensino dos Processos Químicos
O Portal
Estratégia Bibliotecas multimédia (Fundamentos)
Conceitos, animações, aplicações, outros links, bibliografia
Simulações Interactivas•Projecto de equipamento de processo
•Influência das condições operatórias no projecto do equipamento
•Formulários de input de dados/especificações
•Outputs on-line (Gráficos, tabelas, esquemas)
INPUTSTipo de cálculoEspecificações (alimentações, condições operatórias…)ModeloEtc.
OUTPUTSGráficos
TabelasRelatóriosEsquemas
Bases de dados
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O Portal
Ferramentas de Apoio ao ensino dos Processos Químicos
Simulações Interactivas
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Ferramentas de Apoio ao ensino dos Processos Químicos
O Portal
Simulações Interactivas - ExemploExtracção líquido/líquido
InputInput
OutputOutput
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Ferramentas de Apoio ao ensino dos Processos Químicos
O Portal
Estratégia (cont.) Casos de Estudo
Laboratórios on-line•Visualização de experiências laboratoriais (vídeos)
•Explicação dos objectivos da experiência e da forma de execução
•Preparar o aluno para a execução experimental
•Orientar o aluno na preparação do relatório
•Interacção com alguns dos conteúdos da secção Processos Químicos/Simulações Interactivas; comprovação experimental de alguns dos conceitos/fenómenos aí descritos.
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Ferramentas de Apoio ao ensino dos Processos Químicos
O Portal
Laboratórios on-line (Tópicos)
•Determinação da constante cinética de uma reacção química (Reacção Química/Cinética Química)
•Caracterização de um reactor tubular (Reacção Química/Tempos de Residência)
•Estudo da inversão da sacarose (Reacção Química e Processos Biológicos/Reactores Enzimáticos)
•Estudo de uma resina de permuta catiónica (Processos de Separação/Adsorção e Processos Biológicos/Cromatografia)
•Controlo remoto do nível de líquido numa cascata de dois tanques (Engenharia de Sistemas e Processos/Controlo)
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Ferramentas de Apoio ao ensino dos Processos Químicos
O Portal
Utilização:
Utilização directa nas aulas (1º e 2º ciclos)
•Ilustração e aplicação de conceitos;
•Resolução de casos práticos.
Utilização autónoma
•Estudo individual
•Resolução de problemas de projecto/dimensionamento de Processos Químicos;
•Desenvolvimento de tarefas de projecto mais complexas;
•Preparação de aulas laboratoriais;
•Preparação dos relatórios dos trabalhos práticos.
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Divulgação do que é a Engenharia QuímicaDivulgação do que é a Engenharia Química
História da Engenharia Química
O que é a Engenharia Química
Novas áreas de actuação da Engenharia Química•Ambiente e energia
•Processos biológicos
•Nanotecnologias
O que faz o Engenheiro Químico
Ensino e investigação em Engenharia Química•Links
•Engenharia Química no Mundo
•Engenharia Química em Portugal e nos países da CPLP
•Ordens dos Engenheiros nos países da CPLP
•Principais instituições ligadas à Eng. Química (EFCE, IChemE, AIChE)…………………………………………..
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Ensino SecundárioEnsino Secundário
Objectivos:
Interface com o Ensino Secundário;
Conteúdos relacionados com os programas de Física e Química abordados numa perspectiva de Engenharia;
Ponte entre conceitos básicos e aplicações práticas (integração com o quotidiano):
•Casos de estudo
•Aplicações computacionais
•Vídeos
•Questionários
•Links para outros portais (Tabela Periódica http://profmokeur.ca/
quimicap/)
•Bibliografia.
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Ensino SecundárioEnsino Secundário
Conteúdos:
FÍSICAFÍSICA QUÍMICAQUÍMICA
Calor e EnergiaCalor e EnergiaTermodinâmica QuímicaTermodinâmica Química Reacção QuímicaReacção Química
Processos de SeparaçãoProcessos de SeparaçãoCinética QuímicaCinética Química
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Ensino SecundárioEnsino Secundário
Tópicos:
Física•Energia, Calor e Temperatura•Transferência de calor•Conservação de energia – Balanço energético
Química•Termodinâmica Química
•Vaporização e ebulição•Substâncias puras•Misturas
•Modelos termodinâmicos
•Processos de Separação•Destilação
•Conceitos básicos•Aplicações•Equipamento•Caso de estudo: destilação do petróleo-crude (aplicação aplicação computacionalcomputacional)
•Links para outros Processos de Separação
•Reacção Química•Cinética química
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Porta de entrada para a exploração de outras secções do Portal;
Para as aceder às restantes secções é necessário efectuar o Registo prévio como utilizador do Portal.
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Elementos de divulgação do Portal:
CD (inclui alguns dos conteúdos do portal; é auto-suficiente; algumas aplicações implicam a ligação à internet);
Cartaz para afixação nas Escolas;
Desdobrável.
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Outras funcionalidadesOutras funcionalidades
Fórum de discussão
• FAQ (após edição pela equipa do Portal);
• Contactos com a equipa organizada por áreas.
Endereço geral para contacto: gestaolabvirtual@eq.uc.pt
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Obrigada pela Atenção!
Maria da Graça Rasteiro
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Secção: Ensino Secundário
Módulo: Física
M. Graça V.S. Carvalho mgc@eq.uc.pt
Sessão de Apresentação para os Professores do Ensino Secundário
DEQ/FCTUC, 14.Março.2008
Física
Objectivos do Módulo
Revisão dos conceitos fundamentais associados a
“Fenómenos de Transferência de Calor”
Integração de conhecimentos
Ilustração com exemplos do quotidiano
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Física
Física - Introdução
Fontes e Formas de Energia
Energia, Calor e Temperatura
Modos de Transferência de Energia Térmica (Calor)
Conservação da Energia e Balanço Energético
Caso de
Estudo
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Física
Caso de Estudo: aquecimento de água numa chaleira
Faça uma estimativa do tempo que demora a aquecer 1 L
de água até à ebulição numa chaleira equipada com uma
resistência eléctrica que debita 1500 W. Admita uma
temperatura inicial de 20 ºC.
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Conceitos:
Energia/calor
Transferência de Energia/Calor
Regime transiente
Balanço energético (Sistema aberto e Sistema fechado)
Calor específico da água (Calor T energia
sensível)
Simplificações/erros associados
DEQ/FCTUC, 14.Março.2008 – M. Graça Carvalho
Caso de Estudo: aquecimento de água numa chaleira
Comentário: tempo calculado por defeito (não foram consideradas as perdas de calor para o ambiente nem o aquecimento da própria chaleira).
Suponha que se esqueceu de desligar a chaleira. Faça
uma estimativa da massa de água evaporada, se a água
se mantiver em ebulição (a 100ºC) durante 10 min.
DEQ/FCTUC, 14.Março.2008 – M. Graça Carvalho
Caso de Estudo: aquecimento de água numa chaleira
Conceitos adicionais:
Mudança de fase (Calor energia latente)
Simplificações/erros associadosComentário: massa calculada por defeito (não foram consideradas as perdas de calor para o ambiente).
Na realidade, durante o tempo de 10 min,
evaporam-se 0,45 kg de água. Determine o calor
perdido para o exterior.
DEQ/FCTUC, 14.Março.2008 – M. Graça Carvalho
Caso de Estudo: aquecimento de água numa chaleira
Conceitos adicionais:
Calor e Velocidade de Transferência de Calor
Modos de Transferência de Calor: Condução, Convecção
(livre ou forçada) e Radiação térmica
Link ao módulo de “Transferência de Calor e de Massa”
Mecanismos de Transferência de Calor
DEQ/FCTUC, 14.Março.2008 – M. Graça Carvalho
Outros exemplos do quotidiano
Mecanismos de Transferência de Calor
Outros exemplos do quotidiano
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Mecanismos de Transferência de Massa
Outros exemplos do quotidiano
Semelhanças entre os processos de transferência
de calor e de massa
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Transferência Simultânea de Calor e de Massa
Outros exemplos do quotidiano
Transf. massa (convecção)
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Aplicações Industriais
No portal são abordados
processos onde ocorre
maioritariamente
Transferência de Massa
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Obrigada pela Atenção!
M. Graça V.S. Carvalho mgc@eq.uc.pt
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Secção: Ensino Secundário
Módulo: Química/ Reacção
QuímicaCristina Gaudêncio
Baptista cristina@eq.uc.pt
Sessão de Apresentação para os Professores do Ensino Secundário
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Reacção Química
DEQ/FCTUC, 14.Março.2008 – Cristina Gaudêncio
MOLÉCULAS ENGENHARIA QUÍMICA PRODUTOS
“A Engenharia Química põe as Moléculas a trabalhar para nós”
Reacção Química
Objectivos do Módulo
Revisão dos diferentes tipos de Reacções
Químicas e sua classificação.
Introdução à Cinética Química.
Link às secções sobre Cinética de Reacções.
DEQ/FCTUC, 14.Março.2008 – Cristina Gaudêncio
Reacção Química
DEQ/FCTUC, 14.Março.2008 – Cristina Gaudêncio
Introdução à Cinética Química
Factores que afectam a velocidade de uma reacção
química
Concentração
Temperatura
Pressão
Área de contacto entre fases
Utilização de catalisadores
Reacção Química
DEQ/FCTUC, 14.Março.2008 – Cristina Gaudêncio
Introdução à Cinética Química
Para a reacção
αAA + αB B + αCC αDD + αEE
Equação cinética geral é
r = k CAnA CB
nB CCnC
Link à secção “Processos Químicos/Reacção Química/Estudos Cinéticos”
Reacção Química
DEQ/FCTUC, 14.Março.2008 – Cristina Gaudêncio
“Processos Químicos/Reacção Química/Estudos Cinéticos”
Reacção Química
DEQ/FCTUC, 14.Março.2008 – Cristina Gaudêncio
“Processos Químicos/Processos Biológicos/Fermentação/Fundamentos”
DEQ/FCTUC, 14.Março.2008 – Cristina Gaudêncio
“Laboratórios Virtuais/Reacção/Determinação da Constante Cinética”
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Secção: Ensino Secundário
Módulo: Química
Processos de Separação
Maria da Graça Rasteiro mgr@eq.uc.pt
Sessão de Apresentação para os Professores do Ensino Secundário
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Química/Processos de Separação
Objectivos do Módulo
Aplicação dos conceitos de
Termodinâmica Química – Equilíbrio
líquido/vapor
Transferência de massa
aos Processos de Separação.
Caso prático
Projecto de um sistema integrado de Colunas Colunas
de de DestilaçãoDestilação para a Refinação do PetróleoRefinação do Petróleo
(crude)
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Química/Processos de Separação
Conteúdos:
Noções gerais de Processos de Separação
Processos de Separação: aplicação de conceitos básicos de Física (mecanismos de transferência) e Química (Termodinâmica Química)
Importância dos Processos de Separação
Processos de Separação e o nosso quotidiano
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Química/Processos de Separação
Conteúdos (cont.):
Aplicações
•Ambiente
Tanque de tratamento de efluentes Tanque de tratamento de efluentes (Sedimentação)(Sedimentação)
Dessalinização da água (Destilação Dessalinização da água (Destilação FlashFlash))
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Química/Processos de Separação
Conteúdos (cont.):
Aplicações
•Aplicações industriais
Colunas de DestilaçãoColunas de Destilação Bateria de HidrociclonesBateria de Hidrociclones
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Química/Processos de Separação
Conteúdos (cont.):
Aplicações
•Saúde Equipamento de DiáliseEquipamento de Diálise
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Conteúdos (cont.):
Separação por Destilação
•Aplicação à Refinação do Petróleo
Simulador para o projecto de uma coluna de
Destilação para a separação dos componentes do
petróleo (hidrocarbonetos).
Química/Processos de Separação
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DestilaçãoDestilação
Química/Processos de Separação
Aplicação dos conceitos de transferência (de massa) e de Termodinâmica Química (equilíbrio de fases) Simulação molecular do equilíbrio de fases
Apresentação e discussão dos princípios e mecanismos em que se baseia separação por destilação
•Volatilidade relativa (medida da facilidade da separação)
•Andar em equilíbrio
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DestilaçãoDestilação
Química/Processos de Separação
Sistemas complexos
•Azeótropos
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DestilaçãoDestilação
Química/Processos de Separação
Organização dos conteúdos:Fundamentos
•Andar em equilíbrio
•Constituintes da coluna (Animação)
•Relação entre condições operatórias e projecto da coluna (animação)
•Algumas noções sobre projecto de uma coluna de destilação (rudimentares)
Caso prático
•Destilação do petróleo (Petróleo Simulado)
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Destilação do PetróleoDestilação do Petróleo
Química/Processos de Separação
Combustíveis
Caracterização do Petróleo
•Composição
•Tipos de Petróleo
•Tipos de Hidrocarbonetos
Produtos da Refinação do Petróleo
Índice de octanas
Composição da gasolina (blending)
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Química/Processos de Separação
Destilação do PetróleoDestilação do Petróleo
O que é uma refinaria de crude
(etapas e operações)
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Química/Processos de Separação
Destilação de um Petróleo SimuladoDestilação de um Petróleo Simulado
Simulador de Destilação do Simulador de Destilação do Petróleo Petróleo ((Destilação do Petróleo))
Dados introduzidos por defeito
Discussão dos inputs
Discussão dos resultados
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Química/Processos de Separação
Destilação de um Petróleo SimuladoDestilação de um Petróleo Simulado
Resultados:
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Química/Processos de Separação
Destilação de um Petróleo SimuladoDestilação de um Petróleo Simulado
Resultados:
Perfil de composições (fracções molares)Perfil de composições (fracções molares)todo o n-butano sai no destiladotodo o n-dodecano sai no resíduo
Perfil de temperaturasPerfil de temperaturas
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Química/Processos de Separação
DestilaçãoDestilação
Destilação de outras misturas
Aplicação do simulador na purificação de biocombustíveis (destilação do bioetanol)
Ligação ao simulador geral de destilação (base de dados com 25 compostos)
Outros Processos de SeparaçãoOutros Processos de Separação (registo prévio como utilizador do portal)
Link Processos Químicos/Processos de Separação
Link Processos Químicos/Processos de Separação Biológicos
Laboratórios Virtuais de Processos Químicos
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Obrigada pela Atenção!
Maria da Graça Rasteiro mgr@eq.uc.pt