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OPERAÇÕES UNITÁRIAS I - University of São Paulo

opera ES unit RIAS I. Prof. Ger nimo Virg nio Tagliaferro Ementa: Introdu o s opera es unit rias. Transporte de flu dos: bombeamento. Transfer ncia de calor: Trocador de calor. Transporte de S lidos. Refer ncias Bibliogr ficas: 1) Foust et al. opera es unit rias. 2) Mc Cabe/Smith, opera es B sicas de Engenharia Qu mica. 3) Azevedo Netto et al., Hidr ulica. 4) M rcio B. Baptista, et al. Fundamentos de Engenharia Hidr ulica. 5) Incropera et al., Fundamentos de Transfer ncia de Calor e Massa. 6) Gomide, R. opera es unit rias. S o Paulo . Cenpro editores, 1988 V4. 7) Gomide, R. opera es unit rias: Flu dos na Ind stria. S o Paulo . Vol. 2. 1993. INTRODU O: Conceitua o de opera es unit rias: Defini o de opera es unit rias;. Tipos de opera es unit rias;. Principais Aplica es na Ind stria. Defini o: Em 1915, Arthur Little estabeleceu o conceito de opera o unit ria , segundo o qual um processo qu mico seria dividido em uma s rie de etapas que podem incluir: transfer ncia de massa; transporte de s lidos e l quidos, destila o, filtra o, cristaliza o, evapora o, secagem, etc.

Referências Bibliográficas: 1) Foust et al. Operações Unitárias. 2) Mc Cabe/Smith, Operações Básicas de Engenharia Química. 3) Azevedo Netto et al., Hidráulica.

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1 opera ES unit RIAS I. Prof. Ger nimo Virg nio Tagliaferro Ementa: Introdu o s opera es unit rias. Transporte de flu dos: bombeamento. Transfer ncia de calor: Trocador de calor. Transporte de S lidos. Refer ncias Bibliogr ficas: 1) Foust et al. opera es unit rias. 2) Mc Cabe/Smith, opera es B sicas de Engenharia Qu mica. 3) Azevedo Netto et al., Hidr ulica. 4) M rcio B. Baptista, et al. Fundamentos de Engenharia Hidr ulica. 5) Incropera et al., Fundamentos de Transfer ncia de Calor e Massa. 6) Gomide, R. opera es unit rias. S o Paulo . Cenpro editores, 1988 V4. 7) Gomide, R. opera es unit rias: Flu dos na Ind stria. S o Paulo . Vol. 2. 1993. INTRODU O: Conceitua o de opera es unit rias: Defini o de opera es unit rias;. Tipos de opera es unit rias;. Principais Aplica es na Ind stria. Defini o: Em 1915, Arthur Little estabeleceu o conceito de opera o unit ria , segundo o qual um processo qu mico seria dividido em uma s rie de etapas que podem incluir: transfer ncia de massa; transporte de s lidos e l quidos, destila o, filtra o, cristaliza o, evapora o, secagem, etc.

2 INTRODU O: Cada uma das etapas sequenciais de uma linha de produ o industrial , portanto, uma opera o unit ria. O conjunto de todas as etapas comp e um PROCESSO unit RIO. opera es unit rias s o sequencias de opera es f sicas necess rias viabiliza o econ mica de um processo qu mico. TIPOS DE opera ES unit RIAS. Mec nicas. Transfer ncia de calor. Transfer ncia de massa. Figura retirada do material de apoio do livro Termodin mica - Van Wylen, Borgnakke, Sonntag INTRODU O: opera ES unit RIAS MEC NICAS: S o as opera es de transporte e separa o de flu dos. CONCEITOS DE MEC NICAS DOS FLU DOS. Defini o de Flu dos: uma substancia, que ao ser submetido a uma tens o de cisalhamento, ao inv s de deformar-se como um s lido, escoa. S o basicamente, l quidos, gases e part culas fluidizadas. Para o estudo das opera es de transporte e separa o de flu dos, . importante o conceito de mec nica dos flu dos, ou seja, o comportamento desses flu dos quando submetidos a uma for a.

3 Caracter sticas dos flu dos mais importante para dimensionamento de equipamentos e processos: Viscosidade e press o. INTRODU O: Transporte e armazenamento de Flu dos. - Bombas Centr fugas (rotor). Deslocamento positivo (pist o). -V lvulas (Controle e bloqueio). - Tubula es. - Medidores de vaz o. - Vasos Pressurizados. - Mistura e agita o. INTRODU O: Separa es Mec nicas em Flu dos. - Centrifuga o. - Filtra o. opera es Mec nicas envolvendo sistemas de s lidos granulares. - Fragmenta o - Transporte - Peneiramento - Mistura -Armazenamento INTRODU O: opera ES unit RIAS DE TRANSFER NCIA DE CALOR. S o as opera es de trocas t rmicas entre flu dos. Mecanismos de troca de calor: Condu o Contato entre dois corpos. Convec o Mistura de flu dos. Radia o Ondas de calor. Principais Equipamentos de Transfer ncia de Calor. Trocadores de calor. Evaporadores. Trocadores de calor: Casco e tubos. Os mais utilizados.

4 INTRODU O: opera ES unit RIAS DE TRANSFER NCIA DE MASSA. S o as opera es de flu dos misc veis. - Propriedades das solu es: Principalmente diferen as de ponto de Ebuli o. Volatilidade relativa. - Principais opera es de transfer ncia de massa. Destila o. Adsor o solu es l quido g s. Absor o Extra o l quido-l quido Cristaliza o Troca i nica Secagem de s lidos INTRODU O: Quais s o as duas leis que descrevem todos os fen menos mencionados anteriormente? Lei Universal da Conserva o da Massa;. Lei Universal da Conserva o da Energia. INTRODU O: Balan o de Massa para um Volume de Controle. Taxa temporal de varia o . de massa contida no interior Taxa temporal de fluxo de Taxa temporal de fluxo de . massa atrav s da entrada e massa atrav s da sa da s no . do volume de controle no . no instante t instante t . instante t . dmvc mentrada msa da dt Para "n" entradas e sa das, temos: dmvc mentrada msa da dt entrada sa da Para regime permanente.

5 Entrada mentrada m sa da sa da Taxa de entrada Taxa de sa da de massa de massa INTRODU O: Balan o de Energia para um Volume de Controle. Taxa l quida na Taxa l quida na Taxa l quida da . Taxa temporal de . varia o da energia qual a enegia est qual a energia energia tranferida . sendo transferida est sendo para o volume de . contida no interior do . para dentro por transferida para controle . volume de controle tranfer ncia de fora por trabalho juntamente com . no instante t . calor no instante t no instante t fluxo de massa . dEvc Ve2 Vs2. Qvc Wvc mentrada (he gze ) msa da (hs gz s ). dt entrada 2 sa da 2. INTRODU O: M quinas Hidr ulicas. Defini o: As m quinas hidr ulicas promovem as trocas entre as energias mec nicas e hidr ulica e se dividem em dois grupos : 1. M quinas geratrizes (Turbinas): transformam a energia hidr ulica em energia mec nica, quando o flu do impelido contra as suas p s e produz um conjugado no eixo: A.

6 Turbinas Hidr ulicas : a. Francis : de rea o, radiais e de p s fixas b. Propeller : de rea o, axiais e de p s fixas c. Kaplan : de rea o, axiais, de p s orient veis d. Pelton : de impuls o, jato tangenciais B. Rodas d' gua : o flu do vem por um canal, sendo impelido contra as p s, provocando um conjugado no motor, a gua atua por peso ou por velocidade, em geral prevalecendo uma delas. INTRODU O: Turbina Francis (Radial). Turbina Kaplan (Axial). Turbina Pelton (Tangencial). Turbina Propeler (Axial). INTRODU O: Esquema de funcionamento de uma turbina hidr ulica Turbina Hidr ulica instalada em um dique INTRODU O: INTRODU O: Rodas d' gua For a Velocidade INTRODU O: M quinas Motrizes: BOMBAS. Transformam o trabalho mec nico em energia hidr ulica, comunicando ao l quido um acr scimo de energia na forma de energia potencial de press o e cin tica: Bombas: Deslocamento positivo Bombas centr fugas Bombas especiais INTRODU O: Esquema b sico de uma bomba de deslocamento positivo.

7 O flu do pulsa. Recalque INTRODU O: Exemplo de uma bomba de deslocamento positivo INTRODU O: Exemplo de uma bomba rotativa (Volum tricas). Bomba de engrenagem cria uma determinada vaz o devido ao constante engrenamento e desengrenamento de duas ou mais rodas dentadas. INTRODU O: Exemplo de uma bomba Rotativa. - Bomba de l bulos. INTRODU O: Bombas. Defini o: S o m quinas operatrizes hidr ulicas que entregam energia a uma massa l quida com a finalidade de transport -la de um ponto a outro atendendo a certas condi es de processo. As bombas recebem energia em seu eixo de uma fonte externa e entregam parte desta energia ao l quido que circula em seu interior sob forma de energia cin tica, energia de press o ou ambas. A rela o entre a energia entregue a bomba e a energia cedida ao flu do recebe o nome de rendimento da bomba. INTRODU O: Classifica o das Bombas. PURAS OU RADIAIS. BOMBAS CENTR FUGAS. TIPO FRANCIS.

8 DIN MICAS. BOMBAS DE FLUXO. (TURBO-BOMBAS) MISTO. BOMBAS AXIAIS. BOMBAS. PIST O. BOMBAS. ALTERNATIVAS MBOLO. DIAFRAGMA. VOLUM TRICAS ENGRENAGENS. (DESLOC. POSITIVO). L BULOS. BOMBAS ROTATIVAS. PARAFUSOS. PALHETAS. Bombas Bomba Diafragma. Vaz es de at 10 gpm aproximadamente;. Flu do bombeado n o contamina o meio e n o vaza;. Limites de press o de descarga e de temperatura do fluido definidos pelo material do diafragma. Bombas Bomba Diafragma. Formas de instala es. Compara o entre bombas de deslocamento positivo e turbo bombas. VOLUM TRICAS. TURBO BOMBAS. (DESLOC. POSITIVO). PRECISAM ESTAR CHEIAS DE. S O AUTO-ESCORVANTES. L QUIDO. VAZ O INDEPENDE DA ALTURA POSSUI UMA CURVA. OU PRESS O VAZ O X ALT. MANOM TRICA. D O ENERGIA DE PRESS O O IMPELIDOR D ENERGIA. EXCLUSIVAMENTE CIN TICA E DE PRESS O. N O NECESSITAM DE. NECESSITAM DE DISPOSITIVO DE. DISPOSITIVO DE AL VIO NA. AL VIO NA DESCARGA. DESCARGA.

9 L QUIDO E RG O. L QUIDO E RG O. IMPULSIONADOR N O TEM. IMPULSIONADOR TEM O MESMO. MOVIMENTOS ABSOLUTAMENTE. MOVIMENTO. IGUAIS. VAZ O PULSANTE VAZ O CONSTANTE AO LONGO. (ALTERNATIVAS) DO TEMPO. Exerc cios: 1- O que opera o unit ria e quais os tipos existentes, explique? 2 Qual a rela o das duas leis universais da Conserva o da Massa e da Energia com a opera o unit ria? 3 O que um processo unit rio? 4 O que s o m quinas hidr ulicas ? Como a energia e a massa s o transportados por essas m quinas? 5 Define bombas hidr ulicas e sua classifica o. 6 Compare as caracter sticas entre bombas de deslocamento positivo e turbo bombas.