Universidade Federal do Rio GrandeEscola de Química e Alimentos

Laboratório de Operações UnitáriasCódigo: 2155 7 horas/semana

Prof. Dr. Luiz A. A. PINTO

DISCIPLINA DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS

1ª Bimestre/2013Mestranda: Tatiane Vieira Rêgo

engtati@hotmail.com

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Operações com manuseio de sólidos e fluidos:

Aulas Práticas:

Caracterização de Partículas Peneiramento e Moagem

Elutriação Permeametria Filtração

Centrifugação Sedimentação

Transporte Pneumático e Ciclonagem Fluidização

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Operações com Transferência de Calor e/ou Massa:

Aulas Práticas:

Trocador de Calor Caldeira e Linhas de Vapor

Evaporador Secagem

Torre de Resfriamento

Destilação Lixiviação

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PLANO DE ENSINO

GEANKOPLIS, C. J. – Transport Processes and Unit Operation, 3ª edition, Prentice Hall, 1993.

FOUST, A. S., WENZEL, L.A., CLUMP, C. W., MAUS, L. & ANDERSEN, L. B. – Princípios das operações unitárias, 2ª ed., Editora guanabara Dois, Rio de Janeiro.

GOMIDE, R. – Operações Unitárias, Vols 1, 2, 3 e 4, Ded. o autor, São Paulo, SP., 1983.

McCABE, W. . & SMITH, J. C. – Unit Operações of Chemical Engineering, 3ª edition, Ed. McGraw-Hill inc. 1986.

TREYBAL, R. E. – Mass Transfer Operations. McGraw-Hill Ltda, 3ª edition, Rio de Janeiro, 1993.

MASSARANI, G; Fluidodinâmica em sistemas particulados; Editora UFRJ; Rio de Janeiro, 2003.

Bibliografia:

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PLANO DE ENSINO

KERN, D. Q. – Processos de Transmissão de calor. Editora Guanabara Dois S. A., Rio de Janeiro, 1987.

MACINTTYRE, J. A. – Bombas e Instalações de Bombeamento. Ed. Guanabara Dois S. A., Rio de Janeiro, 1980.

PERRY, R. H. & CHILTON, C.H. – Manual de Engenharia Química. 5ª Edição. Guanabara Dois S. A., Rio de Janeiro, 1986.

VIAN, A. & OCÓN, J. Elementos de Ingeneria Química (Operações Básicas), Aguiar S. A. de Ediciones, 5ª edições, Madrid, 1976.

COULSON, J. M. & RICHARDSON. J. F. Chemical Engineering, vol 2, Oxford Pregamon Press, 1994.

Complementar:

Metodologia e procedimentos:

Aulas:

Prática (2 h/semana): Serão disponibilizados 2 dias para as aulas práticas com 10 alunos por turma aproximadamente.

Teóricas (5 h/semana): Todos os alunos de Engenharia de Alimentos.

OPERAÇÕES UNITÁRIAS

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Presença e Relatório: Será sorteada 1 prática por dupla no final aula da prática e este deverá entregar um material escrito conforme as normas ABNT.

Avaliação:

Apresentação: Será individual (10-15 min) relativo a prática sorteada.

60% nota

40% nota

Prova

Sorteio:

Escolher as duplas:

OPERAÇÕES UNITÁRIAS

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Após cada aula será sorteada uma dupla que deverá entregar o relatório

Esta dupla deverá escrever um relatório nas normas ABNT.

Após deverá ser feito a apresentação individual

Observação: Todos devem estar de jaleco durante aula prática.

A presença vale 1 ponto do relatório

Xerox tem o roteiro de todas as aulas práticas

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Aula Prática

9

Aula 1:

Apresentação

Do laboratório

10

Aula 1: Apresentação

Cronograma 1° Bim

Caracterização de partículas;

Peneiramento e moagem;

Elutriação;

Permeameametria (Leito de areia);

Fluidização (Leito de jorro e leito fluidizado).

Permeameametria (Leito de polietileno);

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Aula 2:

Caracterização de partículas

12

Caracterização de Partículas

Diâmetro (Peneiramento, Picnometria e Paquimetria);

Massa específica (Aparente, mistura e Real);

Porosidade;

Esfericidade (Por definição e Stokes).

13

Picnometria

Conhecer o número de partículas utilizadas;

Massa da amostra e do solvente;

Volume de partículas;

Amostra não deve ser solúvel no solvente.

6==

3partícula

esferapartícula

DπVV Eq. (1)

É um método simples;

14

Peneiramento

Peneiras padronizadas;

Agitação manual ou mecanicamente;

Partículas de tamanhos diferentes (frações).

2

+= 21 DD

D Eq. (2)

Método mais comum;

15

Paquimetria

Permite calcular um diâmetro médio;

Dimensões que caracterizam a partícula.

asdepartículN

DD

partícula

º

∑=

asdepartículNDimensõesN

Dimensões

Dº

º

Partículas com uma dimensão

Partículas com mais de uma dimensão

Eq. (3)

Eq. (4)

Método mais simples de medida;

16

Determinação da massa específica

Pode ser realizada por:

amostra

amostrapartícula V

mρ = Eq. (5) Picnometria (Real)

i

imistura x

1

Eq. (6) Mistura (Comp. Quím. ≠)

total

totalaparente V

mρ = Eq. (7)Aparente (Proveta)

17

Determinação da Porosidade

Relaciona o volume de espaços vazios entre as partículas e o

volume total do leito;

Adimensional;

Uniformidade das partículas;

partículaρ

ρε

aparente -1 = Eq. (8)

18

Determinação da Esfericidade

Por definição:

Vpartícula

esfera

A

A

Appaq

circular

L

D

.

pPpaq

circular

L

D

.

Volume

Área Projetada

Perímetro Projetado

Eq. (9)

Eq. (10)

Eq. (11)

19

Lei de Stokes:

Mede a velocidade terminal da partícula no interior de um

fluido.

quedat t

DistânciaV = Eq. (12)

Regime Laminar:( )

fluído

1fluídopic2

paq

μ 18

K g ρ- ρ D=tV Eq. (13)

Onde: K1 fator de correção para partículas

não perfeitamente esféricas 065,0log. 843,0=1

φk Eq. (14)

20

Regime Turbulento

Quando o número de Reynolds da partícula é igual ou maior

a 0,5, deve-se considerar o regime de Newton, cujo

equacionamento conduz ao fator K2.

( )fluído

fluídopicpaq

t μK

gρρDV

**3

- *4=

2

2

Eq. (15)

4,88φ- 5,31=2k Eq. (16)

21

Aula 3:

Peneiramento e moagem

22

MOAGEM

MOINHO DE FACAS

23

MOAGEM

MOINHO DE BOLAS

24

PENEIRAMENTO

Figura – Agitador mecânico e peneiras da série Tyler

25

OBJETIVOS

Fazer a distribuição granulométrica do milho de pipoca

antes e após a moagem;

Determinar o diâmetro médio de Sauter através do modelo

experimental;

Determinar o diâmetro médio pelos modelos GGS e RRB.

Determinar a potência requerida pelo moinho de facas;

Determinar as constantes de Rittinger, Kick e Bond.

PENEIRAMENTO

MOAGEM

Modelo Função Diâmetro Médio

GGS

RRB

Para o cálculo do diâmetro testamos o modelo GGS e o RRB através do equacionamento abaixo:

O diâmetro de Sauter é calculado através da equação abaixo:

i i

i

DX

D1

Eq. (21)

m

P K

DX

Eq. (17)

)))'/((exp(1 nP DDX Eq. (19)

K*m

1mDp

_

Eq. (18)

))/1(1('

'_

n

DDP

Eq. (20)

26

27

LEIS EMPÍRICAS DA MOAGEM

Lei de Kick:

Lei de Rittinger:

Lei de Bond:

KK, KR e KB são constantes e dependem da natureza do material e

do tipo de equipamento

Eq. (22)

Eq. (23)

Eq. (24)

E = KK log (D1/ D2)

E = KR (1/D2 – 1/ D1)

E = KB [1/ (D2)½]

28

Aula 4:

Elutriação

29

ELUTRIAÇÃO

30

OBJETIVO

Caracterizar sólidos de diferentes granulometrias;

Determinar diâmetro da terra diatomácea;

Determinar a eficiência do elutriador;

Relacionar a velocidade terminal com modelos de ajuste.

065,0/log843,0

1K

88,431,52

K

As equações utilizadas para os regimes de Stokes e Newton são as seguintes:

onde: n = 1,2

32

)-(

34Re/

vf

gfs

DC

Eq. (25)

Eq. (27)

Eq. (28)

31

Eq. (26)

nn

CD

Kn

CDK

1

Re/22

Re)/(*1

24Re

A eficiência da elutriação é calculada pela equação:

2

1

1**)(

**18

Kg

vDp

fs

gvK

DfS

fP

2

2

4

3

%100total

elutriada

m

m

Calculado o número de Re, se Re<0,5, o regime é de Stokes, e o equacionamento usado é:

Se 103 < Re < 5* 104 tem-se o regime de Newton, e a expressão utilizada para a determinação do diâmetro da partícula é:

Eq. (29)

Eq. (30)

Eq. (31)

32

33

Aula 5:

Permeametria

(leito de areia)

34

PERMEÂMETRO

35

OBJETIVO

Determinar as constantes de permeabilidade de um leito

particulado de polietileno e de areia fina pelo método do

permeâmetro, e comparar os resultados obtidos

experimentalmente com dados teóricos.

36

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

A permeabilidade pode ser quantificada pela equação

de Forcheimer:

2

21Vs

kVs

kL

P

Eq. (32)

37

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Na configuração do permeâmetro a Equação de Darcy

em escoamento incompressível toma a forma:

VskL

P Eq. (33)

38

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Sendo que a velocidade superficial está relacionada

com a velocidade média, chega-se ao número de Reynolds

para leitos empacotados:

)1(64

Re

vDpEq. (34)

39

Equação de Kozeny-Carman:

2

32

)1(150

)(

Dp

k Eq. (35)

40

Aula 6:

Permeametria

(leito de polietileno)

41

FLUIDODINÂMICA DO LEITO FLUIDIZADO

42

OBJETIVO

Obtenção de curva característica para o leito;

Determinação da velocidade mínima de fluidização.

Equação de Ergun

3

2

322

2 )1('75,11150

p

mf

p

mf

mf D

v

D

v

L

P

Eq. (36)

43

Aula 7:

Fluidização

44

CICLONAGEM

45

Objetivos

Identificar o tipo de ciclone utilizado;

Determinar o diâmetro de corte do ciclone;

Calcular as velocidades de entrada e no interior do ciclone;

Determinar as perdas de carga teórica e experimental;

Determinar as eficiências real e global.

Ciclones

Lapple Stairmand

Bc/Dc 0,25 0,20

D0/Dc 0,50 0,50

Hc/Dc 0,50 0,50

Lc/Dc 2,0 1,50

Sc/Dc 0,62 0,50

Zc/Dc 2,0 2,50

Du/Dc 0,25 0,37Figura: Ciclone Lapple.

Tabela 1: Configuração dos ciclones a gás.

46

47

Equações Básicas

2

1

FS

cc Q

DDKD

Eq. (37)cc

entrada HB

Qv Eq. (38)

42c

dentro D

Qv

Eq. (39)

nDDeDX '1 Eq. (42)

18

2

1

gDKv FS

t

Eq. (43)

1

0

dXI Eq. (44)

214 vP Eq. (40) ciclonehgerimentalP exp Eq. (41)

100massatotal

etormassadocol Eq. (46) 100

'

'322,081,1118,0

11,1

D

D

DDnn

n

I Eq. (45)

48

OBRIGADA