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Eng Quimica.

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  • Principais reas da Engenharia

    Qumica.

    ( reas mais estudadas pelos engenheiros em graduao e cursos de ps.)

    Thais Gusmo Fev./2011

    Unisanta - Santos

  • Introduo:

    1. Catlise e cintica ( 6 ciclo)

    2. Controle de processos qumicos ( 7 ciclo)

    3. Engenharia ambiental ( 8 e 9 ciclo)

    4. Fenmenos de Transporte ( 7 8 e 9 ciclo)

    5. Materiais ( 8 ciclo)

    6. Modelagem e simulao de processos qumicos ( 8 e 9 ciclo)

    7. Processos biotecnolgicos

    8. Processos de separao ( 6 7 e 8 ciclo)

    9. Reatores qumicos ( 7 ciclo )

    10. Termodinmica ( 4 e 5 ciclo)

    1) Cintica Qumica

    Velocidade de reao

    aA + bB cC + dD

    vmdia de formao de C = D[C]

    Dt

    vmdia de consumo de A = -D[A]

    Dt

    vmdia da reao = -D[A]

    aDt

    = -D[B]

    bDt

    = -D[C]

    cDt

    = -D[D]

    dDt

  • Energia de ativao

    Complexo ativado uma estrutura intermediria entre os reagentes e os produtos, com ligaes intermedirias entre as dos reagentes e as dos produtos.

    Energia de ativao a energia mnima necessria para a formao do complexo ativado.

    Teoria da coliso

    Pela teoria da coliso, para haver reao necessrio que:

    as molculas dos reagentes colidam entre si; a coliso ocorra com geometria favorvel formao do complexo ativado; a energia das molculas que colidem entre si seja igual ou superior energia de

    ativao.

    Coliso efetiva ou eficaz aquela que resulta em reao, isto , que est de acordo com as duas ltimas condies da teoria da coliso. O nmero de colises efetivas ou eficazes muito pequeno comparado ao nmero total de colises que ocorrem entre as molculas dos reagentes.

    Quanto menor for energia de ativao de uma reao, maior ser sua velocidade.

    Uma elevao da temperatura aumenta a velocidade de uma reao porque aumenta o nmero de molculas dos reagentes com energia superior de ativao.

    Regra de van't Hoff - Uma elevao de 10C duplica a velocidade de uma reao.

    Esta uma regra aproximada e muito limitada.

    O aumento da concentrao dos reagentes aumenta a velocidade da reao.

    Lei da velocidade de reao

    aA + bB + ... produtos v = k [A]p [B]q

    p e q so experimentalmente determinados k = constante de velocidade de reao; aumenta com a temperatura p = ordem da reao em relao a A q = ordem da reao em relao a B p + q + ... = ordem da reao

    Reagente(s) gasoso(s) - A presso de um gs diretamente proporcional sua concentrao em mol/L. Por isso, no caso de reagente(s) gasoso(s), a lei de velocidade pode ser expressa em termos de presso.

  • Para aA(g) + bB(g) + ... produtos, temos:

    v = kppApq

    B

    O aumento da presso aumenta a velocidade da reao. Quando no h reagente gasoso, a presso no influi na velocidade da reao.

    Reao elementar aquela que ocorre numa nica etapa. Neste caso, para aA + bB + ... produtos, temos:

    v = k [A]a [B]b...

    Mecanismo de reao o conjunto das etapas em que ocorre a reao. A etapa lenta a que determina a velocidade da reao. O mecanismo de uma reao proposto com base no estudo de sua velocidade.

    Superfcie de contato - Quanto maior for o grau de disperso de um slido, maior ser a sua superfcie e maior ser a velocidade da reao na qual reagente.

    Catlise e catalisador

    Catlise uma reao na qual toma parte um catalisador.

    Catalisador uma substncia que aumenta a velocidade de uma reao, permanecendo inalterado qualitativa e quantitativamente no final da reao.

    A ao do catalisador abaixar a energia de ativao, possibilitando um novo caminho para a reao. O abaixamento da energia de ativao que determina o aumento da velocidade da reao.

    Catlise homognea - Catalisador e reagentes constituem uma s fase. Catlise heterognea - Catalisador e reagentes constituem duas ou mais fases

    (sistema polifsico ou mistura heterognea).

    Enzima

    Enzima uma protena que atua como catalisador em reaes biolgicas. Caracteriza-se pela sua ao especfica e pela sua grande atividade cataltica. Apresenta uma temperatura tima, geralmente ao redor de 37C, na qual tem o mximo de atividade cataltica.

    Promotor de reao ou ativador de catalisador uma substncia que ativa o catalisador, mais isoladamente no tem ao cataltica na reao.

    Veneno de catalisador ou inibidor uma substncia que diminui e at destri a ao do catalisador, sem tomar parte na reao.

  • Autocatlise - Quando um dos produtos da reao atua como catalisador. No incio, a reao lenta e, medida que o catalisador (produto) vai se formando, sua velocidade vai aumentando.

  • 2) Controle de Processos

    Introduo ao Controle de Processos

    1. Entendimento do problema 2. Conceitos bsicos 3. Abrangncia da automao 4. Motivao para controle de processo 5. Leis de Luyben 6. Terminologia 7. Simbologia de Instrumentao 1. Entendimento do problema 1.1 Dinmica e controle O principal objetivo deste curso capacitar o (futuro) Engenheiro Qumico em Controle de Processos. A primeira etapa consiste em entender e saber responder a perguntas tais como:

    o que controle de processos? por que controlar um processo? como controlar um processo? o que o engenheiro capaz de fazer para isto?

    Um dos conceitos mais queridos dos estudantes de engenharia qumica o estado estacionrio. Sempre que ele aparece em uma questo de prova, rapidamente percebemos que ser possvel utilizar uma equao simplificada (obtida igualando a zero todas as derivadas em relao ao tempo). Esta simplificao extremamente til para o dimensionamento de equipamentos, j que reflete a condio de operao desejvel. Mas o estado estacionrio, na maior parte das vezes, somente um objetivo buscado, mas nem sempre atingido ou mantido por muito tempo. Dinmica: as coisas mudam Em qualquer processo industrial, as condies de operao esto sujeitas a mudanas ao longo do tempo. O nvel de lquido em um equipamento, a presso em um vaso, a

  • vazo de um reagente ou sua composio; todas estas condies podem (e costumam) variar. Mesmo os dados que consideramos constantes no projeto (por exemplo, a temperatura ambiente) tm o hbito de variar apesar de nossas premissas em contrrio. Controle: uma tentativa de influir no processo Controlar um processo significa atuar sobre ele, ou sobre as condies a que o processo est sujeito, de modo a atingir algum objetivo - por exemplo, podemos achar necessrio ou desejvel manter o processo sempre prximo de um determinado estado estacionrio, mesmo que efeitos externos tentem desvi-lo desta condio. Este estado estacionrio pode ter sido escolhido por atender melhor aos requisitos de qualidade e segurana do processo. Objetivo de controle: precisa-se Conta-se que um sujeito entrou correndo em um elevador, quase sem flego. O ascensorista pergunta: "Que andar?", e ouve em resposta: "Qualquer um, estou no prdio errado mesmo". Infame como piada, a anedota serve para ilustrar uma questo fundamental em controle de processo. Devemos ter uma clara noo de nossos objetivos. intil influir em um processo sem saber o que desejamos obter. 1.2 Exemplos cotidianos

    Manter um carro na estrada

    monitora-se a trajetria/ velocidade/ trfego atua-se sobre volante/ acelerador/ freio controla-se a trajetria segurana: guard-rails/ muretas

    Tomar uma ducha quente

    x Figura imprpria para este horrio

    monitora-se temperatura/ vazo da gua atua-se sobre as torneiras controla-se a temperatura (e vazo, se der) segurana: box maior que o jato da ducha

    Controle de oramento

    monitora-se o saldo bancrio atua-se sobre desembolsos controla-se o oramento segurana: poupana?

  • Navegao interplanetria

    monitora-se trajetria/ combustvel atua-se por meio de TCMs controla-se a trajetria segurana: . . .

    Altitude de vo

    monitora-se tudo atua-se sobre manche, etc. controla-se a altitude segurana: . . .

    1.3 Uma representao esquemtica simplificada A atuao de um controlador pode ser representada graficamente como um fluxo de informaes entre mdulos com funes distintas. Na figura abaixo, um mdulo de monitorao obtm uma informao proveniente do processo e envia ao controlador (este procedimento pode conter vrias etapas, por exemplo de converso de sinais). O controlador recebe esta informao, toma decises e comunica a um elemento final a ao a ser tomada. O elemento final, por sua vez, interfere em alguma condio de processo para tentar alterar o comportamento do processo.

    Observe que este esquema no representa um fluxo de informao fundamental: de onde o controlador obtm os objetivos de controle? 1.4 O papel do Engenheiro Qumico Nos prximos captulos, veremos como o Engenheiro Qumico pode ter participao ativa nas seguintes atividades:

    contribuir na fase de projeto (projeto controlvel) determinar estratgias de controle selecionar sensores (tipo, localizao) selecionar elementos finais de controle dimensionar sistemas de controle contribuir no desenvolvimento da interface com os operadores (displays)

  • 2. Conceitos bsicos Utilizando como exemplo um aquecedor eltrico de lquido, vamos definir alguns conceitos bsicos de controle de processo.

    No desenho, T e F representam respectivamente temperatura e vazo. Os subscritos indicam entrada e sada. O objetivo do processo aquecer o lquido (inicialmente na temperatura Te) at um valor desejado, TR. 2.1 O ponto de vista do projeto Dimensiona-se o equipamento de modo a fornecer a quantidade de calor adequada aos objetivos do processo. Balano material: Fe = Fs = F Balano trmico: Q = F.c.(TR - Te) para que Ts = TR 2.2 O ponto de vista da operao O processo raramente opera de forma estvel nas condies de projeto. Para operar com sucesso, necessrio compensar o efeito de perturbaes externas. Supondo que Te esteja sujeita a perturbaes, qualquer uma das abordagens a seguir poderia ser utilizada:

    varivel controlada varivel medida varivel manipulada

    TR Ts Q

    TR Te Q

    TR Ts F

    TR Te F

    TR Te e Ts Q

    TR Te e Ts F

    Observao: em certos casos, o objetivo do processo pode ser garantido sem controle => aumentar capacitncia do sistema (volume) Controle por realimentao (feed-back): o controle feito com base na comparao entre o resultado obtido e o desejado. Controle feed-forward (chamado s vezes de preditivo): o controle feito com base

  • nos dados de entrada. Para sua aplicao, o controlador deve entender as relaes de causa e efeito relativos ao comportamento do processo. 2.3 Controle automtico simplificado Q = Qproj + K. (TR - Ts) Representao esquemtica

    3. Abrangncia da automao 3.1 Controle de processo

    Controle de temperatura, vazo, presso, nvel Controle de pH Balanceamento de passes, controle de razo, etc.

    3.2 Segurana do processo

    Vlvulas de segurana/ discos de ruptura Intertravamento Diagrama de causa e efeito Diagrama lgico

    3.3 Nveis de automao No incio da revoluo industrial, o objetivo da automao se restringia a controlar (no sentido de manter constante) uma varivel especfica. Not anymore...

    3.4 Controle e superviso

    Tempo de resposta

  • Algoritmos de controle Otimizao de processo

    3.5. Controle tradicional e controle avanado

    Modelos empricos Controle baseado em modelos

    4. Motivao para controle de processo 4.1 Principais objetivos de controle

    Segurana operacional e pessoal Adaptao a perturbaes externas Estabilidade operacional Especificao do produto Reduo do impacto ambiental Adaptao s restries inerentes (equipamento/ materiais/ etc.) Otimizao Resultado econmico do processo

    4.2 Justificativa econmica Um sistema de controle confivel permite operar prximo aos limites impostos pela segurana, pelo meio-ambiente e pelo processo (temperatura mxima, pureza mnima), o que permite alterar as condies de operao normais (linha tracejada na figura) para uma condio mais favorvel (linha contnua).

    Os ganhos associados a uma menor variabilidade se tornam ainda maiores em processos onde existem transies entre produtos com diferentes graus ou especificaes, como ocorre freqentemente no refino do petrleo e em unidades de

  • polimerizao. Inevitavelmente, durante a transio, haver um perodo em que ser gerado um produto fora de especificao, que ser reciclado (maior gasto de energia) ou vendido (a preos mais baixos). A seleo de uma boa estratgia de controle permite reduzir o tempo de produo fora da especificao, e conseqentemente melhora o resultado econmico do processo. 5. Leis de Luyben O autor do livro-texto prope duas leis bsicas para quem pretende trabalhar com controle de processo. Primeira Lei: O sistema de controle mais simples que atende aos requisitos o melhor. Segunda Lei: Entender o processo requisito para poder control-lo. 6. Terminologia

    Dinmica do Processo Variveis de processo medida/ monitorada controlada manipulada perturbao externa Estabilidade do processo Malha Aberta Malha Fechada Setpoint PV Erro Feedback Feedforward

    7. Simbologia de Instrumentao

    Instrumentos Sinais

    o Pneumticos (0,2 a 1,0 kgf/cm2) o Eletrnicos (4-20 mA; ON-OFF) o Digitais (software)

    Elemento final de controle o Vlvula de controle o Variador de freqncia o Cursor (stroke) de bomba alternativa o Tiristores

    Controlador

  • Nomenclatura dos instrumentos

    1 letra: tipo de varivel

    2 letra em diante: funo do instrumento

    A composio (analisador) A alarme

    B detetores de chama C controlador

    D densidade E elemento sensor

    E tenso, DDP G visor

    F vazo, fluxo I indicador

    H ao manual Q totalizador, acumulador

    I corrente eltrica R registrador

    K tempo S chave

    L nvel T transmissor

    M umidade V vlvula

    P presso Y outras funes

    S velocidade

    T temperatura 2 letra: modificador

    W peso, vazo mssica D diferencial

    X outros instrumentos F razo

    Z posio

    Modificadores de varivel de processo: a letra F na 2 posio indica "razo": FFI um

    indicador de razo entre vazes; a letra D na 2 posio indica "diferencial": PDI um

    indicador de presso diferencial (delta p).

    Modificadores de funo: colocados no final do "TAG" para chaves e alarmes: H, HH, L,

    LL

    Normalmente so usadas combinaes, como por exemplo:

    FRC PDIC FQIT FIT TSH PDALL

    3) Engenharia Ambiental

    Cincia cujo objetivo seja conjugar os conhecimentos especializados ( cientficos) e

    ,atravs de mtodos especficos, produzir e transformar recursos da natureza em bens

    teis ao ser humano.

    Engenharia Ambiental : Ramo da engenharia que desenvolve tecnologia especfica

    para estudar os problemas ambientais de forma integrada nas suas dimenses :

    ecolgica,social,econmica e desenvolver projetos com objetivo seja o

    desenvolvimento sustentvel.

  • Engenheiro Ambiental: profissional capacitado para implantar programas de

    minimizao, monitoramento ,controle e recuperao de reas degradadas,implantar

    medidas em processos industriais a fim de minimizar,reutilizar,reciclar,tratar ou

    destinar adequadamente efluentes e resduos.

    Perfil acadmico do Engenheiro Ambiental : engloba conhecimentos dos processos

    naturais e antrpicos que impactam o meio ambiente, e ao mesmo tempo,capaz de

    propor e/ou executar solues tcnicas sobre quaisquer necessidades ambientais,ou

    de coordenar equipes multidisciplinares encarregas de solucionar problemas e de

    planejar o aproveitamento econmico de reas ( regies ) dentro de pressupostos

    ambientalmente equilibrados.

    Meio Ambiente : Conjunto de fatores fsicos,biolgicos e qumicos que cercam os

    seres vivos, influenciando-os e sendo influenciado por eles.

    Degradao do Meio Ambiente : Qualquer alterao adversa das caractersticas do

    meio ambiente e que possam causar o seu esgotamento devido a utilizao em ritmo

    maior que sua capacidade de reposio natural.

    Poluio : Ato ou efeito de poluir. Degradao das caractersticas fsicas ou qumicas

    dos ecossistemas.

    Meio Ambiente - Lei 6938/81 Art. 3 : Para os fins previstos nesta Lei, entende-se por

    meio ambiente, o conjunto de condies,leis,influncias e interaes de ordem

    fsica,qumica e biolgica, que permite,abriga e rege a vida em todas as suas formas.

    CONAMA 306:2002 Meio ambiente o conjunto de condies,leis,influncia e

    interaes de ordem fsica,qumica,biolgica,social,cultural e urbanstica, que

    permite,abriga e rege a vida em todas as suas formas.

    ISO 14001:2004 - circunvizinhana em que uma organizao opera,incluindo-se

    ar,gua, solo, recursos naturais, flora,fauna,seres humanos e suas inter-relaes.

    ISO 14000 uma srie de normas desenvolvidas pela INTENATIONAL ORGANIZATION

    DOR STANDARDIZATIONS ( ISSO ) e que estabelecem diretrizes sobre a rea de gesto

    ambiental dentro de empresas.

    Recursos Naturais : Todo e qualquer material ou substncia encontrado na natureza

    como a terra,mar,gua,vegetais,animais,peixes, bosques,petrleo, ferro,etc.,

    potencialmente teis ou valiosos ao ser humano.

    Recursos Naturais Renovveis : Os recursos naturais renovveis so aqueles

    que,depois de serem utilizados ,ficam disponveis novamente graas aos ciclos

    naturais.

    Ex:. gua,ar,biomassa ,energia elica e etc.

  • Biomassa: massa de matria viva ou massa de uma matria orgnica.

    Produtos derivados da biomassa:

    Biodisel : feito de leo de dend,mamona,soja e etc. Metano : resduos,esgoto,esterco,alimentos. leo Vegetal: uma gordura extrada de plantas,sementes.

    Recursos Naturais No-Renovveis : Os recursos no-renovveis so aqueles que,depois de serem utilizados,no podem mais ser reaproveitados. Ex:. minerais no-energticos como fsforo,clcio e os energticos como combustveis fsseis ( petrleo),urnio ( usado como combustvel nuclear),etc.

    Energia : Podemos definir energia como a capacidade que um corpo, uma substncia ou um sistema fsico tm de realizar trabalho.

    Tipos de Energia :

    Energia Eltrica Energia Hidrulica energia Nuclear Energia Radiante Energia Trmica Energia Elica Energia das Mars Energia Solar Energia Potencial Energia Cintica Energia Geotrmica

  • As transformaes que causaram as mudanas climticas que vemos hoje em dia na Terra (Gaia da mitologia grega significa a Deus da Terra idade mdia da terra 4,5 bilhes de anos).

    Transformaes: Grandes mudanas ocorreram num espao minsculo de tempo em comparao com os 4,5 bilhes de anos da terra: 1.A vegetao se alterou (agricultura)

    2.O aumento das atividades urbanas

    3.As atividades da era industrial

    4.O consumo de combustveis fsseis

    5.O aumento de dixido de carbono

    6.A mudana do clima

    7.O aquecimento global

    8.O crescimento da populao

    9.Outros fatores

    Impactos Ambientais

    Irei separar esse tpico em trs subtpicos:

    gua:

  • A gua esta distribuda da seguinte forma:

    Oceanos 96,5% Calotas Polares 1,74% gua subterrnea 1,7% gua doce ( lagos,rios) 0,06%

    REUSO UMA DAS SADAS MAIS PENSADAS LTIMAMENTE.

    Alm de problemas relacionados com gua como a escassez,estiagem e cheia,h ainda aqueles relacionados qualidade da gua. A contaminao de mananciais,contribui ainda mais pela escassez. A ORGANICAO MUNDIAL DA SADE- OMS estima que 25milhes de pessoas morrem no mundo em virtude de doenas transmitidas pela gua,como clera e diarrias.

    Meio Terrestre SOLO

    H vrias formas de ver o que pode-se obter do solo e so esses tipos de vista que devem ser repensados,pois a agricultura e construo desenfreada no levar apenas a um crescimento descomunal como tambm a uma deteriorao sem volta do solo. Para o agricultor o solo se destaca pela sua capacidade de produo agrcola. Para o engenheiro civil o solo importante por sua capacidade de suportar carga. O solo de um modo geral pode se conceituado como um manto superficial formado por rocha desagregada e,eventualmente, cinzas vulcnicas, em mistura com matria orgnica em decomposio, contendo, ainda gua e ar em propores variveis e organismos vivos.

    FERTILIZANTES: Uso extensivo de fertilizantes sintticos e defensivos estes eram constitudos basicamente por restos de vegetais decompostos e dos excrementos de animais ( estrume). Mais tarde,em maios escala surgiu o salitre( nitrato de potssio ) . Como se tratava de produtos naturais a biodegradao era imediata e no havia criao de desequilbrios ou danos ambientais maiores. O uso de fertilizantes ao solo visa atender demanda de nutrientes das diversas culturas. Macro e Micro nutrientes: nitrognio,fsforo,potssio e clcio,magnsio,enxofre.

    Defensivos Agrcolas: Os defensivos agrcolas so classificados em grupos de acordo com o tipo de praga que combatem. Inseticidas: ( que combate insetos) Fungicidas ( que combate fungos) Herbicidas ( que combate ervas daninhas) Rodenticidas ou raticida (contra roedores)

    Meio Atmosfrico

    Composio:

    Nitrognio (N2) 78,11% Oxignio (O2) 20,95% Outros gases- 0,94%

  • Euclides Etiene Queiroz

    Principais Poluentes : Monxido de Carbono CO Dixido de Carbono CO2 xidos de Enxofre SO2 xidos de Nitrognio NOx Hidrocarbonetos Queima incompleta Material Particulado Material em suspenso Asbestos Gerado pela minerao do amianto Amnia NH3 gerado na industria qumica Gs Sulfdrico H2S gerado do petrleo Pesticidas Compostos Qumicos Calor Liberados nos processos de combusto Som Poluio Sonora

    SUSTENTABILIDADE: Sustentabilidade corresponde a uma caracterstica ou condio do que sustentvel. Sustentvel significa suster-se,manter o equilbrio,manter-se.

    Sabendo-se que todos os dias teremos de trabalhar com o estrago que ns mesmo proporcionamos ao planeta e a contaminao e conseqncias geradas por nossas atitudes. Ex:.

  • Uma das funes do Engenheiro Qumico na rea do meio ambiente, em tratamentos de gua,em ETAs ( estao de tratamento de gua):

  • 1 Captao e aduo : Bombeamento e transporte de gua dos rios,represas ou poos,por meio de tubulaes,at as unidades de tratamento;

    2 - Pr- clorao: Aplicao prvia de cloro na gua para a oxidao,no caso de haver grande quantidade de substncias orgnicas e bactrias presentes na gua bruta;

    3 Coagulao e Floculao : remoo das impurezas da gua por meio da adio de produtos qumicos. Esses produtos formam flocos,aos quais as partculas de sujeira se agregam separando-se da gua;

    4 Decantao : Escoamento da gua limpa pela superfcie dentro dos decantadores, fazendo com que os flocos fiquem no fundo.;

    5 Filtrao : Passagem da gua por filtros de areia retirar as partculas pequenas;

    6 Desinfeco : Adio de cloro para garantir que a gua,distribuda populao esteja livre de bactrias;

    7 Fluoretao: Adio de flor na gua para prevenir cries dentrias em toda a populao;

    8 Reservatrio e distribuio: Armazenamento da gua tratada em grandes reservatrios, as chamadas caixas dgua, para posterior distribuio as residncias, comrcios e industrias atravs de tubulaes ES estaes de bombeamento.

    No existe gua pura na natureza, a no ser as molculas de gua presentes na

    atmosfera na forma de vapor. Assim sendo,so necessrios indicadores fsicos,

    qumicos e biolgicos para caracterizar a qualidade da gua. As variveis fsicas so

    medidas em escalas prprias enquanto as variais qumicas so usualmente dadas em

    concentrao ( mg/L ou ppm) e as variveis biolgicas, pela indicao de densidade

    populacional do organismo de interesse.

    Indicadores Fsicos: Nas caractersticas fsicas temos a cor, o sabor a turbidez e o odor.

    Indicadores Qumicos: As caractersticas qumicas da gua ocorrem em funo da

    presena de substncias dissolvidas, geralmente mensurveis apenas por meios

    analticos. Entre essas caractersticas temos a salinidade, dureza, alcalinidade,

    corrosividade, ferro e manganz, impurezas orgnicas, nitrognio e cloretos,

    compostos txicos como o cobre, zinco, chumbo, etc, os fenis (provenientes dos

    resduos industriais produzem odor e sabor desagradvel quando combinado com o

    cloro), os detergentes, agrotxicos e a radioatividade (proveniente da indstria

    nuclear).

    Indicadores Biolgicos: Os microorganismos aquticos desenvolvem, na gua, suas

    atividades biolgicas de nutrio, respirao, excreo, etc., provocando modificaes

    de carter qumico e ecolgico no meio ambiente.Os microorganismos de origem

    externa, como os patognicos, por exemplo, introduzidos na gua junto com a matria

    fecal, normalmente no se alimentam nem se reproduzem no meio aqutico, tendo

    carter transitrio nesse ambiente. Entre os organismos que podem ser encontrados

    na gua, temos as algas e os microorganismos patognicos.

  • 4) Fenmeno de transporte

    Definida como a juno das matrias mais estudas na engenharia qumica envolve alguns processos j bem conhecidos pelos alunos. O processo de transporte caracterizado pela tendncia ao equilbrio, que uma condio onde no ocorre nenhuma variao. Os fatos comuns a todos processos de transporte so : A Fora Motriz :O movimento no sentido do equilbrio causado por uma diferena de potencial O Transporte :Alguma quantidade fsica transferida O Meio: A massa e a geometria do material onde as variaes ocorrem afetam a velocidade e a direo do processo. 1. TRANSFERNCIA DE CALOR Transferncia de Calor (ou Calor) energia em trnsito devido a uma diferena de temperatura. Sempre que existir uma diferena de temperatura em um meio ou entre meios ocorrer transferncia de calor. Por exemplo, se dois corpos a diferentes temperaturas so colocados em contato direto, como mostra a figura 1.1, ocorrera uma transferncia de calor do corpo de temperatura mais elevada para o corpo de menor temperatura at que haja equivalncia de temperatura entre eles. Dizemos que o sistema tende a atingir o equilbrio trmico.

    Est implcito na definio acima que um corpo nunca contm calor, mas calor identificado com tal quando cruza a fronteira de um sistema. O calor portanto um fenmeno transitrio, que cessa quando no existe mais uma diferena de temperatura. Os diferentes processos de transferncia de calor so referidos como mecanismos de transferncia de calor. Existem trs mecanismos, que podem ser reconhecidos assim : 1) Quando a transferncia de energia ocorrer em um meio estacionrio, que pode ser um slido ou um fluido,em virtude de um gradiente de temperatura, usamos o termo transferncia de calor por conduo. A figura 1.2 ilustra a transferncia de calor por conduo atravs de uma parede slida submetida uma diferena de temperatura entre suas faces.

  • 2) Quando a transferncia de energia ocorrer entre uma superfcie e um fluido em movimento em virtude da diferena de temperatura entre eles, usamos o termo transferncia de calor por conveco. A figura 1.3 ilustra a transferncia de calor de calor por conveco quando um fluido escoa sobre uma placa aquecida.

    3)Quando, na ausncia de um meio interveniente, existe uma troca lquida de energia (emitida na forma de ondas eletromagnticas) entre duas superfcies a diferentes temperaturas, usamos o termo radiao. A figura 1.4 ilustra a transferncia de calor por radiao entre duas superfcies a diferentes temperaturas.

    Na maioria das situaes prticas ocorrem ao mesmo tempo dois ou mais mecanismos de transferncia de calor atuando ao mesmo tempo. Nos problemas da engenharia, quando um dos mecanismos domina quantitativamente,solues aproximadas podem ser obtidas desprezando-se todos, exceto o mecanismo dominante. Entretanto, deve

  • ficar entendido que variaes nas condies do problema podem fazer com que um mecanismo desprezado se torne importante. 2 ) MECNICA DOS FLUIDOS Fluido uma substncia que no possui forma prpria ( assume o formato do recipiente) e que, se em repouso, no resiste a tenses de cizalhamento ( deforma-se continuamente ). Tenso de Cizalhamento a razo entre a o mdulo da componente tangencial da fora a rea da superfcie sobre a qual a fora est sendo aplicada.

    Consideremos um fluido em repouso entre duas placas planas. Suponhamos que a placa superior em um dado instante passe a se movimentar sob a ao de uma fora tangencial A fora Ft , tangencial ao ao fluido, gera uma tenso de cizalhamento. O fluido adjacentes placa superior adquirem a mesma velocidade da placa ( princpio da aderncia ) As camadas inferiores do fluido adquirem velocidades tanto menores quanto maior for a distncia da placa superior ( surge um perfil de velocidades no fluido ). Tambm pelo princpio da aderncia, a velocidade do fluido adjacente placa inferior zero. Como existe uma diferena de velocidade entre as camadas do fluido, ocorrer ento uma deformao contnua do fludo sob a ao da tenso de cizalhamento. Propriedades do Fludo.

    VISCOSIDADE ABSOLUTA OU DINMICA A definio de viscosidade est relacionada com a Lei de Newton : A tenso de cisalhamento diretamente proporcional variao da velocidade ao longo da direo normal s placas

    A relao de proporcionalidade pode ser transformada em igualdade mediante uma constante, dando origem equao 2.1 ( Lei de Newton ).

  • A viscosidade dinmica o coeficiente de proporcionalidade entre a tenso de cizalhamento e o gradiente de velocidade. O seu significado fsico a propriedade do fluido atravs da qual ele oferece resistncia s tenses de cizalhamento. Os fluidos que apresentam esta relao linear entre a tenso de cizalhamento e a taxa de deformao so denominados newtonianos e representam a maioria dos fluidos. O valor da viscosidade dinmica varia de fluido para fluido e, para um fluido em particular, esta vicosidade depende muito da temperatura. Os gases e lquidos tem comportamento diferente com relao dependncia da temperatura, conforme mostra a tabela 2.1 :

  • BAROMTRO: A presso atmosfrica medida pelo barmetro. A Figura 15 esquematiza um barmetro. Que consiste de um tubo de vidro graduado cheio de lquido e virado de cabea para baixo dentro de um recipiente, aberto para a atmosfera, e cheio do mesmo lquido. O lquido dentro do tubo de vidro descer at uma certa posio, a ser posteriormente lida na graduao do tubo, quando se equilibrar com a presso atuante na superfcie livre do lquido no recipiente. Na parte superior do tubo de vidro ocorre o vcuo, praticamente, ou presso zero absoluto, pois despreza-se a presso de vapor do lquido. O lquido utilizado geralmente o mercrio, pois possui alta densidade possibilitando trabalhar-se com tubo de pequeno comprimento. A presso atmosfrica padro :

  • Presses ou depresses so medidas normalmente por manmetros metlicos, que consistem de um tubo metlico, que quando submetido presso se deforma, causando o deslocamento de sua extremidade que est ligada a um ponteiro por um sistema de alavancas. A Figura 14 mostra um esquema deste medidor.

    Consiste de um tubo de vidro graduado ligado diretamente tomada de presso. Sabendo-se o peso especfico do fluido, calcula-se a presso. Somente usado para pequenas presses e para presses efetivas positivas de lquidos.

    A Figura 18 mostra um manmetro de tubo em U, que adequado para medir presses negativas, quando o nvel do fluido estiver abaixo do nvel AA, no ramo direito do tubo. Pode ser usado para medir presso de gases quando usado um fluido manomtrico que, em geral, o mercrio:

  • A Figura 19 mostra manmetros diferenciais, pois possuem os dois ramos fechados, ligados a duas tomadas de presso:

    TIPOS DE REGIME DE ESCOAMENTO REGIME PERMANENTE :Neste regime as propriedades do fluido no variam com o tempo, num mesmo ponto. Podendo variar de ponto para ponto. Atravs da Figura 23 podemos exemplificar este tipo de regime: A quantidade de gua que entra em 1 idntica quantidade de gua que sai por 2, desta forma as propriedades do fluido, como velocidade, massa especfica, presso, etc., em cada ponto, so as mesmas em qualquer instante. Mas de um ponto para outro ponto variam a presso, pela Lei de Stevin, e varia a velocidade. REGIME VARIADO/TRANSIENTE :Neste regime as propriedades do fluido variam com o tempo, num mesmo ponto. Para exemplificar este tipo de regime, atravs da Figura 23: Se no houver fornecimento de gua em (1), as propriedades do fluido variaro continuamente em cada ponto com o tempo.

    TIPOS DE ESCOAMENTO: A definio dos tipos de escoamento foi baseada na experincia de Reynolds (1883). Esta experincia consistiu de um reservatrio contendo gua, com um tubo transparente, ligado a este reservatrio, possuindo uma

  • vlvula de regulagem de velocidade no final deste tubo. Dentro do reservatrio de gua foi colocado outro pequeno reservatrio contendo corante, que permitia a introduo de um filete de corante no eixo do tubo transparente, conforme Figura 24.

    Desta experincia concluiu-se que: 1 - ao abrir pouco a vlvula (5), forma-se um filete reto e contnuo de fluido colorido no eixo do tubo. 2 - ao abrir um pouco mais a vlvula (5), o filete comea a apresentar ondulaes e desaparece depois de certa distncia do ponto de injeo. ESCOAMENTO LAMINAR: aquele em que as partculas do escoamento possuem trajetria reta, sem agitaes transversais, mantendo-se em lminas, conforme descrito na 1 Concluso da experincia de Reynolds. ESCOAMENTO TURBULENTO: aquele em que as partculas do escoamento possuem velocidades transversais, conforme descrito na 2 Concluso da experincia de Reynolds. Reynolds verificou que o tipo de escoamento depende de um nmero adimensional dada por

    VAZO VELOCIDADE MDIA NA SEO Define-se vazo em volume com sendo o volume de fluido que atravessa uma certa seo do escoamento por unidade de tempo, conforme a seguinte relao:

    Existe uma relao importante entre a vazo e a velocidade do fluido. Considerando a Figura 25.

  • EQUAO DE BERNOULLI :A Equao de Bernoulli vlida para um sistema de fluido em movimento, com as seguintes consideraes: a) regime permanente; b) sem mquina no trecho de escoamento em estudo; c) sem perdas por atrito no escoamento ou fluido ideal; d) propriedades uniformes nas sees; e) fluido incompressvel; f) sem trocas de calor. Considerando a Figura 30

  • Ela d parmetros para se obter a equao de Energia para fludo real.

    PERDA DE CARGA :Perda de carga a energia perdida pela unidade de peso do fluido quando este escoa. PERDA DE CARGA DISTRIBUDA (hpd) Acontece ao longo de tubos retos, de seo constante, devido ao atrito das partculas entre si e nas paredes do tubo. Para o clculo desta perda pode-se utilizar inmeras expresses que foram determinadas experimentalmente, mas em nosso estudo utilizaremos somente as que se seguem:

  • PERDA LOCALIZADA (hpl) :Este tipo de perda de carga ocorre sempre que o escoamento do fluido sofre algum tipo de perturbao, causada, por exemplo, por modificaes na seo do conduto ou em sua direo. Tais perturbaes causam o aparecimento ou o aumento de turbulncias, responsveis pela dissipao adicional de energia. As perdas de carga nesses locais so chamadas de perdas de carga localizadas,ou perdas de carga acidentais,ou perdas de carga locais, ou ainda, perdas de carga singulares. Alguns autores denominam as mudanas de direo ou de seo desingularidades. A Figura 34 representa uma instalao de bombeamento, com algumas singularidades responsveis por perdas localizadas. Para o clculo das perdas de carga localizadas podemos utilizar as seguintes expresses: Expresso geral para o clculo das perdas de carga localizadas

    Onde: V velocidade mdia no conduto onde est inserida a singularidade ; k coeficiente determinado experimentalmente. Mtodo dos comprimentos equivalentes ou virtuais: O comprimento equivalente da tubulao aquele que causa a mesma perda de carga devida a uma dada singularidade. tambm chamado de comprimento fictcio ou comprimento virtual. Se compararmos a expresso de Darcy-Weisbach:

    verificamos que, para um mesmo valor de hp, possvel comparar o valor de k com o produto f(L/D):

  • Assim, possvel organizar uma tabela em que, uma vez fixado o material da canalizao e seu dimetro, estabelece-se o comprimento equivalente desta canalizao singularidade introduzida.

    MEDIDOR VENTURI OU VENTURMETRO :O princpio de funcionamento do tubo Venturi o mesmo do diafragma, com a diferena de ser constitudo por um tubo convergente, que atinge uma seo menor chamada de garganta, aumentando gradativamente num tubo divergente, conforme mostrado na Figura 42, a seguir. Para o clculo da vazo pode-se utilizar a seguinte expresso

  • Onde: C = coeficiente que depende do nmero de Reynolds e da relao D2/D1, no entanto, seu valor varia de 0,95 a 0,99, sendo adotado o maior valor para dimetros maiores.

    ROTMETRO :Consiste de um elemento flutuante com ranhuras helicoidais, inserido dentro de um tubo, de tal forma que, dependendo da vazo, o flutuante se desloca ao longo de uma escala cuja vazo correspondente foi predeterminada . A Figura 43 apresenta um esquema deste dispositivo.

    MEDIO DE VAZO EM CANAIS ABERTOS : Para medio de vazo em canais podem ser utilizados vrios tipos de dispositivos, mas neste estudo destacamos os medidores de vazo do tipo Vertedor. A Figura 44 mostra um esquema de um vertedor, que so obstrues inseridas dentro dos canais de forma que a massa lquida deva se elevar para transpor a obstruo. Desta forma, a vazo calculada em funo da altura da lmina lquida que transpe o vertedor, conforme a seguinte expresso:

  • 5) Materiais Os materiais a serem estudados nesta disciplina destinam-se exclusivamente construo de equipamentos de processos das indstrias qumicas, petroqumicas, farmacuticas e correlatas. Tais equipamentos so designados como equipamentos de caldeiraria e so eles: vasos de presso: colunas de destilao ou absoro, reatores, tanques de processo para lquidos, esferas de armazenagem de gases, etc.; caldeiras; trocadores de calor: aquecedores, resfriadores, evaporadores, condensadores, etc.; fornos; tanques de armazenagem de lquidos com apenas coluna hidrosttica; tubulaes: de fluidos de processo, de utilidades, de drenagem, etc. Nesses equipamentos tambm devem ser consideradas as condies em que eles esto submetidos: variveis de processo: em regime (normais) e extremas (mximas); condies operacionais: regimes contnuo ou descontnuo; manuseio de produtos de risco: txicos, explosivos, inflamveis, etc.; tempo de vida econmica da unidade produtiva. Outros equipamentos, considerados como sendo de fabricantes ou como mquinas, tais como bombas, vlvulas, ejetores, moinhos, centrfugas, etc., possuem seus diferentes materiais previamente especificados. Normalmente o engenheiro de processo especifica somente o material predominante, que entra em contato com o fluido de processo. Exemplo: bombas. rotor e casco so especificados pelo engenheiro de processo, enquanto eixo, rolamentos, etc., pelo fabricantes

    6) Modelagem e simulao de processos qumicos

    O modelo matemtico , em princpio, um conjunto de relaes matemticas entre as variveis de processo e que deve descrever o comportamento de um sistema fsico. Tradicionalmente, a modelagem de processos tem sido usada para projetos de fluxogramas e para especificar apenas parmetros importantes de equipamentos como o nmero de pratos de uma coluna de destilao e o dimetro de um vaso. Outras reas de aplicao vem crescendo em importncia, tratando o processo em todos os estgios, da sntese ao projeto, construo, partida, modificaes e paradas. O modelo do processo pode ser utilizado tambm para o projeto de sistemas de controle industrial. No exemplo a seguir iremos ilustrar o desenvolvimento de um modelo matemtico, aplicando os princpios da Fsica e Qumica (balanos de massa, energia, momento, equilbrio, cintica qumica, etc.) para um processo, identificar o objetivo de controle e

  • listar as estratgias de controle para o mesmo. Procuraremos ainda distinguir entre modelo no estado estacionrio e transiente. Um tanque de aquecimento conforme pode ser visto na Figura 1 recebe um lquido, com uma vazo mssica W. O volume do aquecedor dado por V (A.h). A temperatura de entrada do lquido Ti e ela aquecida at temperatura T. Uma resistncia eltrica, ligada a um VARIAC (ajuste de tenso) fornece o calor Q para o processo. O objetivo do processo fornecer o lquido aquecido, a uma temperatura TR (setpoint).

    Figura 1 - Representao esquemtica de um tanque de aquecimento. A primeira questo que se coloca qual deve ser o fluxo de calor fornecido ao tanque para que a temperatura passe de Ti (temperatura de entrada) para TR (Set-Point da temperatura). Podemos fazer algumas consideraes a respeito do processo. Como o fluxo de sada ocorre por trasbordamento, o volume de lquido no tanque mantm-se constante. Desta forma a vazo mssica de sada a mesma da entrada, no sendo necessrio, portanto, fazer um balano de massa para o processo. Note que estamos interessados em um valor de Q (fluxo de calor) para elevar a temperatura de entrada de Ti TR, o que podemos chamar de um estudo para condies de projetos, ou seja, sendo a vazo W, o volume do tanque V, a temperatura de entrada Ti e a temperatura de sada TR, qual o valor de Q? Efetuaremos os clculos (balano de energia) baseados em condies no estado estacionrio, no existe nenhuma perturbao nas variveis de processo, nada est variando com o tempo. Podemos considerar ainda que o tanque seja de mistura perfeita, ou seja, todas as propriedades intensivas do fluido so invariantes no espao, ou seja, so as mesmas em qualquer ponto do tanque. Assim a temperatura do tanque na sada a mesma que em qualquer ponto do tanque. Consideraremos ainda que as perdas de calor do tanque para as vizinhanas so desprezveis. Por fim, vamos supor que a capacidade

  • calorfica do fludo constante, dentro da faixa de temperatura envolvida no problema. Balano de Energia Lembramos que uma equao para geral para um balano qualquer pode ser expressa como:

    Desta forma o balao de energia fica:

    Como desejamos saber qual o fluxo de calor para as condies especificadas no processo:

    Se fornecermos um fluxo de calor constante, ao processo, conforme dado pela equao [3], a temperatura de sada ser constante e igual a TR, desde que a vazo e a temperatura de entrada permaneam constates e iguais a W e Ti. Outro ponto que podemos tentar analisar pensar em como fazer com que a temperatura de sada T, mantenha-se prxima a TR, por exemplo, quando a temperatura de entrada, Ti, uma funo do tempo. Que estratgia poderamos adotar para fazer com que este objetivo seja cumprido? Podemos seguir a seguinte linha de raciocnio: Se a temperatura de entrada for maior do que o valor especificado no projeto, mantendo-se as outras variveis constantes, a temperatura de sada tambm ir

  • aumentar; Se a temperatura de entrada for menor do que o valor especificado no projeto, mantendo-se as outras variveis constantes, a temperatura de sada do tanque ir diminuir. Devemos selecionar na estratgia de controle da temperatura de sada do tanque uma varivel medida, para monitorarmos o processo e uma varivel manipulvel, ou seja, uma varivel que ns iremos alterar de forma a compensar o efeito da mudana da temperatura de entrada. Para demonstrar a alternativas presentes em apenas um processo seguem algumas opes: E S T R A T G I A 1 M E D I R T E A J U S T A R Q Podemos utilizar a temperatura do tanque como varivel medida e o fluxo de calor como varivel manipulada. Assim, se a temperatura do tanque aumentar (nica varivel que estamos monitorando) diminui o fluxo de calor at que a temperatura do tanque atinja o valor desejado. Se, por outro lado, a temperatura do tanque diminuir, aumenta o fluxo de calor at que a temperatura de sada atinja o valor desejado. E S T R A T G I A 2 M E D I R T I E A J U S T A R Q Outra alternativa para controlar a temperatura do tanque medir a temperatura de entrada e utilizar o fluxo de calor como varivel manipulada. Neste caso, se a temperatura de entrada aumentar, deve diminuir o fluxo de calor, uma vez que sabemos que esta alterao trar como conseqncia o aumento da temperatura de sada. Se a temperatura de entrada diminuir deve aumentar o fluxo de calor, pois sabemos que esta mudana trar como efeito a diminuio da temperatura de sada. A questo que se coloca aqui , se no estamos medindo a temperatura do tanque como saberemos quanto devemos aumentar ou diminuir o fluxo de calor, para que a temperatura do tanque atinja o valor desejado? Podemos utilizar a equao [3] para isto. Sabendo o valor de Ti, podemos calcular o valor de Q para que a temperatura do tanque atinja o valor desejado TR. Observe que esta mesma equao no seria til no caso da estratgia 1, uma vez que no teramos conhecimento do valor de Ti. Para ilustrar esta estratgia, suponhamos o seguinte caso; o sistema esta operando dentro das condies de projeto: W = 200 kg/h Ti = 20 C TR = 65C Suponha ainda que: CP = 1.5 Kcal/C Kg Aplicando a equao a equao [3] conclumos que Q = 200 x 1.5 x (65 20) = 13 500 Kcal/h Este fluxo de calor que devemos adicionar ao processo para satisfazer as condies de projeto. Se a temperatura de entrada cair para 15C (temperatura medida), sabe

  • que a temperatura do tanque tambm vai cair. Acontece que no estamos monitorando ela, mas somente a temperatura de entrada. Mas, aplicando a equao [3] para esta nova situao, e tendo em mente que desejamos manter a temperatura do tanque em 65C, Q = 200 x 1.5 x (65 15) = 15 000 Kcal/h Este o novo fluxo de calor que devemos adicionar ao processo para que a temperatura do tanque seja mantida em 65C, quando a temperatura de entrada est em 15C. E S T R A T G I A 3 M E D I R T E A J U S T A R W At agora pensamos apenas em Q como varivel manipulada. Entretanto, a modificao da vazo de entrada e, conseqentemente, a vazo de sada tambm pode ser utilizada como recurso para controlar a temperatura do tanque. Se ns aumentarmos a vazo do tanque estaremos, em ltima anlise, diminuindo a temperatura do tanque. Estaremos diminuindo o tempo de residncia do fluido e, por conseguinte, menos calor ele recebe efetivamente. Se aumentarmos o tempo de residncia, ou seja, se fizermos o fluido passar mais tempo dentro do tanque, estaremos aumentando a sua temperatura de sada. Para aumentarmos o tempo de residncia devemos diminuir a vazo. Dentro da estratgia de controle sugerida, o que poderemos fazer medir a temperatura do tanque e se, por exemplo, ela estiver acima do valor de projeto, devemos aumentar a vazo (diminuir o tempo de residncia) e, por conseguinte, estaremos diminuindo a temperatura. Aumentamos a vazo at que a temperatura do tanque atinja o valor desejado. Se, ao contrrio, a temperatura do tanque (temperatura lida) for menor que o valor de projeto, devemos aumentar o tempo de residncia (diminuir a vazo) at que a temperatura, que estar aumentando, atinja o valor de projeto. E S T R A T G I A 4 M E D I R T I E A J U S T A R W A alternativa que aparece, pensando na vazo de entrada como varivel manipulada, medir a temperatura de entrada do tanque e manipular a vazo de entrada. Mais uma vez ocorre o problema de no sabermos efetivamente quanto vale a temperatura do tanque, quando a temperatura sai das condies especificadas em projeto, e, portanto, temos que pensar em como variar a vazo de entrada em funo da variao da temperatura de entrada. Rearranjando a equao [3], podemos explicitar a vazo, como funo das outras variveis:

    Neste caso, o fluxo de calor permanece constante, e igual ao valor especificado no projeto. Assim, no exemplo ilustrativo apresentado na estratgia 2, para as mesmas condies, poderamos calcular o valor da vazo de entrada para atender as novas condies do processo :

  • Ou seja, quando a temperatura de entrada diminui de 20 C para 15 C, a vazo de entrada deve reduzida de 200 kg/h para 180 kg/h de forma a manter a temperatura do tanque em 65 C. E S T R A T G I A 5 M E D I R T I E T E A J U S T A R Q Uma outra possibilidade para o controle da temperatura do tanque seria medirmos a temperatura de entrada e a temperatura do tanque, ajustando o fluxo de calor. Poderamos assim, ter aes antecipadas para mudanas na temperatura de entrada e corrigir as distores atravs dos valores lidos da temperatura do tanque. Aqui temos uma combinao das estratgias 1 e 2. E S T R A T G I A 6 M E D I R T I E T E A J U S T A R W Da mesma forma, poderamos ler a temperatura de entrada e a temperatura do tanque e manipular a vazo de entrada. Neste caso, temos uma combinao das estratgias 3 e 4. E S T R A T G I A 7 T R O C A D O R D E C A L O R Uma outra possibilidade seria colocar um trocador de calor na entrada do tanque de forma a manter a temperatura de entrada constante. E S T R A T G I A 8 T A N Q U E D E A M O R T E C I M E N T O Finalmente, uma outra possibilidade seria utilizar um tanque com um grande volume de forma a atenuar as variaes na temperatura de entrada. Modelo Dinmico do Processo At aqui trabalhamos apenas com o modelo no estado estacionrio. Quando fizemos a suposio da mudana na temperatura de entrada e correo do fluxo de calor, para compensar esta mudana, calculamos o valor utilizando o modelo no estado estacionrio. Ou seja, o processo estava em uma condio inicial, e aps as mudanas ele estabilizar em um novo valor. Porm no fizemos nenhuma anlise sobre a trajetria do processo, ou seja, o que ocorre com ele entre o estado estacionrio inicial e o estado estacionrio final. Para isto, devemos levar em conta o termo do acmulo de energia, o qual foi desprezado no desenvolvimento da equao de projeto. A variao de energia no tanque pode ser dada por :

  • Como o volume de lquido no tanque constate, considerando que a massa especfica e a capacidade calorfica so constantes para as variaes de temperatura do processo, podemos escrever:

    E o balano descrito do projeto fica:

    Que descreve a variao da temperatura do tanque em funo do tempo. Observe que o modelo para o estado estacionrio o mesmo que para o estado transiente (dinmico) exceto que o termo de acmulo nulo. Por meio deste exemplo ficou claro as variveis em um processo qumico.

    7) Processos Biotecnolgicos O impacto causado pelas primeiras experincias de Engenharia Gentica estimulou numerosas tentativas de redefinio do campo da Biotecnologia. Mediante a substituio da expresso interveno de organismos vivos por utilizao de processos celulares e moleculares tratou-se de diferenciar a Biotecnologia clssica da moderna. Porm, devido enorme difuso das tcnicas de manipulao gnica, elas acabam se superpondo, e, fora do contexto histrico, difcil distinguir o limite entre ambas. Por outro lado, como a definio de um setor de atividades depende dos interesses dos grupos envolvidos, muitas vezes reflete a viso dos setores profissionais predominantes. Por isso, se revisitarmos os textos da dcada de 1980, anos em que a expresso biotecnologia se expande, encontraremos mais de uma dzia de definies diferentes do termo.

  • Levantamos, entre as definies encontradas com maior freqncia, as seguintes: OECD - Organisation for Economic Co-Operation and Development: A aplicao dos princpios da cincia e da engenharia no tratamento de matrias por agentes biolgicos na produo de bens e servios (1982). OTA Office of Technology Assessment: Biotecnologia, de uma forma abrangente, inclui qualquer tcnica que utiliza organismos vivos (ou partes deles) para obter ou modificar produtos, melhorar plantas e animais, ou desenvolver microrganismos para usos Especficos (1984). EFB - European Federation of Biotechnology: Uso integrado da bioqumica, da microbiologia e da engenharia para conseguir aplicar as capacidades de microrganismos,clulas cultivadas animais ou vegetais ou parte dos mesmos na indstria, na sade e nos processos relativos ao meio ambiente (1988). E.H. Houwink: o uso controlado da informao biolgica (1989). Biotechnology Industry Organization: em sentido amplo, Biotecnologia "bio" + "tecnologia", isto o uso de processos biolgicos para resolver problemas ou fazer produtos teis (2003). Observa-se que, com o tempo, o conceito ganha uma expresso mais simples. As definies mais recentes no fazem mais referncia aos processos tecnolgicos envolvidos; talvez porque, alm de complexos e diversos, estes evoluam muito rapidamente. Neste texto consideraremos a biotecnologia de uma maneira ampla, definida como uma atividade baseada em conhecimentos multidisciplinares, que utiliza agentes biolgicos para fazer produtos teis ou resolver problemas. Esta definio suficientemente abrangente para englobar atividades to variadas como as de engenheiros, qumicos, agrnomos, veterinrios, microbiologistas, bilogos, mdicos, advogados, empresrios, economistas etc.

    J no se trata de promessas ou de perspectivas futuras; os produtos e processos biotecnolgicos fazem parte de nosso dia a dia, trazendo oportunidades de emprego e investimentos. Trata-se de plantas resistentes a doenas, plsticos biodegradveis, detergentes mais eficientes, biocombustveis, e tambm processos industriais menos poluentes, menor necessidade de pesticidas, biorremediao de poluentes, centenas de testes de diagnstico e de medicamentos novos.

  • Matrias mais estudadas: AS CLULAS E OS CROMOSSOMOS A CLULA COMO UNIDADE DOS SERES VIVOS Unidade estrutural Unidade funcional Relao entre as estruturas celulares e sua funo Tcnicas laboratoriais Toda clula deriva de outra preexistente OS CROMOSSOMOS A TEORIA CROMOSSMICA DA HEREDITARIEDADE AS CLULAS E OS CROMOSSOMOS COMO AGENTES BIOLGICOS OS MICRORGANISMOS A DIVERSIDADE MICROBIANA As eubactrias As arqueas Os protistas Os fungos Os vrus, na fronteira do vivo e do no vivo AS TCNICAS MICROBIOLGICAS BIOSSEGURANA E BIOSSEGURIDADE OS MICRORGANISMOS COMO AGENTES BIOLGICOS

  • AS ENZIMAS E OS ANTICORPOS AS PROTENAS Estrutura As bases de algumas tcnicas laboratoriais (Cromatografia, eletroforese, espectrometria de massa) AS ENZIMAS A catlise enzimtica Os diversos tipos de enzimas Importncia econmica OS ANTICORPOS A molcula de anticorpo A produo de anticorpos no organismo A produo de anticorpos no laboratrio A utilizao dos anticorpos OS CIDOS NUCLEICOS E OS GENES OS CIDOS NUCLEICOS A DUPLA HLICE O CDIGO GENTICO A AO GNICA A REGULAO DA AO GNICA Clulas procariticas Clulas eucariticas A GENMICA O genoma humano A genmica brasileira OS PROCESSOS FERMENTATIVOS OS PROCESSOS FERMENTATIVOS E A INDSTRIA OS MICRORGANISMOS INDUSTRIAIS Noes sobre o metabolismo As linhagens industriais A ESCOLHA DA MATRIA-PRIMA OS PROCESSOS TRADICIONAIS OS PROCESSOS SUBMERSOS Os fermentadores ou biorreatores A mudana de escala A conduo do processo A recuperao do produto OS BIOPROCESSOS NA INDSTRIA DE BIOFERTILIZANTES A CULTURA DE CLULAS E TECIDOS A MICROPROPAGAO DE PLANTAS

  • As etapas Os meios de cultura As diferentes modalidades Melhoramento econservao da biodiversidade vegetal A difuso da tecnologia A CULTURA DE CLULAS ANIMAIS A manipulao in vitro das clulas animais As aplicaes da cultura in vitro de clulas de mamferos A TECNOLOGIA DO DNA AS FERRAMENTAS DISPONVEIS AS NUCLEASES OU ENZIMAS DE RESTRIO A ELETROFORESE DO DNA Hibridizao e sondas gnicas A tcnica de Southern O fingerprint A SNTESE E AMPLIFICAO DE DNA Sntese de oligonucleotdeos Sntese de cDNA A reao em cadeia da polimerase O SEQUENCIAMENTO DO DNA OS ARRAYS A ENGENHARIA GENTICA O NASCIMENTO DA BIOTECNOLOGIA MODERNA As primeiras experincias Mitos e realidades As bibliotecas de genes A CONSTRUO DE UM MICRORGANISMO RECOMBINANTE Encontrar o gene Inserir o gene Identificar os microrganismos recombinantes A CONSTRUO DE PLANTAS TRANSGNICAS O transgene A transferncia dos genes a clulas vegetais O problema dos marcadores seletivos Do laboratrio ao campo CLULAS E ANIMAIS TRANSGNICOS O supermouse Os animais como modelos para a experimentao Os animais como biofbricas

  • 8) Processos de separao 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: 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

  • 9) Reatores Qumicos : Em engenharia qumica, reatores qumicos so vasos projetados para conter reaes qumicas de interesse e escala industrial. O projeto de um reator qumico trata com mltiplos aspectos de engenharia qumica, sobre os quais os engenheiros qumicos trabalham para obter a maximizao dos valores obtidos para a reao dada. Projetistas garantem que a reao se processa com maior eficincia para o produto de sada desejado, produzindo o mais alto rendimento do produto, mas gerando o mnimo de custos para serem comprados e operarem. As despesas normais de operao incluem uma fonte de energia, remoo (dissipao) de energia, custos de matrias-primas, trabalho humano, etc. Transferncias de energia podem vir na forma de aquecimento ou resfriamento, bombeamento para aumentar a presso, a perda de presso pelo atrito (como a queda de presso atravs de um cotovelo de 90 na tubulao ou uma placa de orifcio, agitao, etc Existem vrios tipos de reactores qumicos e vrias maneiras de classific-los. Quanto ao vaso (o formato mais bsico do espao fsico onde se do as reao), existem dois tipos principais bsicos: Reatores em tanques Reatores em tubos Ambos os tipos podem ser usado como reatores contnuos ou de bateladas. Mais comumente, reatores operam em estado estacionrio, mas podem tambm ser operados em um estado transiente. Quando primeiramente trazido operao novamente (aps uma manuteno ou inoperao) seria considerado em um estado transitrio, onde as variveis -chave do processo mudam com o tempo. Ambos os tipos de reatores tambm pode acomodar um ou mais slidos (reagentes, catalisador ou material inerte), mas os reagentes e os produtos so normalmente lquidos e gases. Os reatores reais so verses imperfeitas de alguns reatores ideais, sendo que existem trs modelos bsicos utilizados para estimar as variveis de processo mais importantes de diferentes reatores qumicos: Reator em batelada, em ingls batch reactor, de aplicao bastante geral na indstria qumica mas limitada para processos industriais pesados, pois no permite produo contnua. Reator perfeitamente agitado (RPA) ou reator tanque agitado contnuo (CSTR, de continuous stirred-tank reactor model). Reator de fluxo em pisto (PFR, plug flow reactor model), ou simplesmente reator pisto (RP). Na prtica, os diversos reatores operam em regimes intermedirios entre estes dois ltimos tipos bsicos. Alm disso, reatores catalticos requerem tratamento separado, se eles so reatores em batelada, RPA ou RP, muitas das suposies dos modelos mais simples no so vlidas. As variveis chave de processo incluem: Tempo de residncia (, letra grega tau minscula) Volume (V) Temperatura (T) Presso (P)

  • Concentraes de espcies qumicas (C1, C2, C3, ... Cn) Coeficientes de transferncia de calor (h, U) No clculo de reatores atual, conveniente e econmico no perder-se tempo em estudos de cintica qumica extremamente profundos nos processos qumicos em suas diversas escalas, reduzindo-se o tempo de pesquisa e desenvolvimento na extrapolao dos dados obtidos em laboratrio para as plantas piloto, e destas, para as escalas das plantas qumicas industriais. Nesse processo de ampliao de escala, h a considerao que dois processos qumicos so similares quando para uma mesma reao qumica so obtidas as mesmas converses, o que permite a extrapolao dos parmetros da cintica qumica. Os reatores tambm podem ser classificados quanto a natureza das fases participantes como reatores homogneos de meios totalmente gasosos ou lquidos, e reatores heterogneos, com reagentes estando nas diversas combinaoes de fases possveis: gs-lquido, gs-slido, lquido-slido e gs-lquido-slido. Reatores de reaes qumicas slido-slido so relativamente raros. Detalhamento dos tipos: Reator perfeitamente agitado (RPA): Em um RPA, um ou mais fluidos reagentes so introduzidos em um reator tanque com um agitador enquanto o efluente do reator removido. O agitador agita os reagentes para garantir a mistura adequada. Simplesmente dividindo o volume do tanque pela vazo volumtrica mdia atravs do tanque resulta no tempo de residncia, ou a quantidade mdia de tempo na qual uma quantidade discreta de reagente passa dentro do tanque. Reatores RPA/CSTR tambm so chamados de reatores de concentrao uniforme.Usando cintica qumica, a realizao completa da reao esperada em porcentagem pode ser calculada. Alguns aspectos importantes do RPA: Em estado estacionrio, a taxa de fluxo de entrada quase igual a taxa de fluxo de massa de sada, do contrrio, o tanque transbordaria ou ficaria vazio (estado transiente). Enquanto o reator est em um estado transiente a equao do modelo deve ser derivada da massa diferencial e balanos energticos. A reao ocorre na velocidade de reao associada concentrao final (de sada). Freqentemente, economicamente benfico operar diversos reatores RPA em srie. Isto permite, por exemplo, que o primeiro RPA opere em uma concentrao de reagente mais alta e conseqentemente numa mais alta taxa de reao. Nestes casos, os tamanhos dos reatores podem variar de maneira a minimizar o capital de investimento requerido para implementar o processo. Pode ser visto que um nmero infinito de infinitamente pequenos reatores RPA operando em srie seria equivalente a um reator RP. O comportamento de um RPA freqentemente aproximado ou modelado por aquele que seria um reator tanque idealmente agitado contnuo, ou reator tanque agitado contnuo ideal (CISTR, Continuous Ideally Stirred-Tank Reactor), que podemos tratar pela sigla RTACI. Todos os clculos realizados com RTACI assumem mistura perfeita. Se o tempo de residncia 5 a 10 vezes o tempo de mistura, esta aproximao vlida

  • para os propsitos de engenharia. O modelo RTACI freqentemente usado para simplificar clculos de engenharia e pode ser usado para descrever reatores de pesquisa. Na prtica pode-se somente realizar aproximaes, em particular nos reatores de escala industrial. Reator de fluxo em pisto (RFP ou RP): Em um RFP, um ou mais reagentes fluidos so bombeados atravs de uma tubulao que o prprio reator. A reao qumica ocorre na medida em que os reagentes viajam atravs do RFP. Neste tipo de reator, a taxa de reao cria um gradiente em relao distncia percorrida; na entrada do RFP, a taxa muito alta, mas como as concentraes dos reagentes diminuem e a concentrao do produto aumenta (ou as concentraes dos produtos aumentam) a taxa de reao diminui. Alguns aspectos importantes dos reatores do tipo RFP: Todos os clculos realizados com reatores RFP supe no haver mistura das correntes de montante e jusante, como implicado no termo "fluxo em pisto". Reagentes podem ser introduzidos no RFP em posies no reator que no seja o de entrada. Desta forma, uma maior eficincia pode ser obtida, ou o tamanho e o custo do reator RFP podem ser reduzidos. Um reator RFP normalmente tem uma eficincia mais alta que um reator RPA do mesmo volume. Isto , dado o mesmo espao-tempo, uma reao ir ocorrer a uma maior taxa de completao em um RFP que num RPA. Para a maioria das reaes qumicas, impossvel alcanar-se 100% de completao. A taxa da reao decai a medida que a completao aumenta at um ponto onde o sistema alcana um equilbrio dinmico (nenhuma reao no balano, ou mudana em espcies qumicas ocorre). O ponto de equilbrio para a maioria dos sistemas menos que 100% completo. Por esta razo um processo de separao, tal como destilao, freqentemente posterior a um reator qumico de maneira a separar qualquer reagentes remanescentes ou subprodutos do produto desejado. Estes reagentes podem algumas vezes ser reutilizados no incio do processo, tal como no processo Haber. Reator de fluxo oscilatrio (RFO), oscillatory flow reactor (OFR):algumas vezes chamado de reator compartimentado oscilatrio ou reator oscilatrio compartimentado (ROC), oscillatory baffled reactor (OBR), so reatores tubulares com estrutura interna provida de chicanas que geram o movimento oscilatrio dos fluidos em reao aumentando seu tempo de residncia e sua capacidade de mistura com conseqente melhora da performance reacional. So reatores que intensificam processos, sendo capazes de processar de forma contnua reaes que so processadas normalmente de forma descontnua, pois necessitam de longos tempos de residncia. So pesquisados, por exemplo, para a produo de biodiesel. Reator compartimentado oscilatrio contnuo (RCOC), continuous oscillatory baffled reactor (COBR) : um reator de fluxo em pisto tubular. A mistura em um reator RCOC alcanada pela combinao de oscilao de fluido e defletores em orifcios, permitindo o fluxo em pisto a ser alcanado sob condies de regime laminar com o nmero de Reynolds do fluxo de balano de apenas aproximadamente 100.

  • Reator semi-batelada: Um reator semi-batelada ou semi-contnuo operado tanto com entradas e sadas em bateladas. Um fermentador, por exemplo, carregado com uma batelada, que constantemente produz dixido de carbono, que tem que ser removido de forma contnua. Analogamente, conduzir uma reao de gs com um lquido geralmente difcil, pois h perdas do gs em bolhas. Portanto, uma alimentao contnua de gs injetada na batelada de um lquido. Um exemplo de uma reao destas a clorao. Reator cataltico: Embora reatores catalticos sejam freqentemente implementados como reatores de fluxo em pisto, sua anlise requer tratamento mais complexo. A taxa de uma reao cataltica proporcional a quantidade de catalisador com os quais os reagentes entram em contato. Com um catalisador de fase slida e reagentes de fase fluida, isto proporcional a rea exposta, ou rea de contato, eficincia de difuso dos reagentes nele e sada dos produtos, e mistura turbulenta ou falta dela. Mistura perfeita no pode ser suposta. Alm disso, uma marcha de uma reao cataltica freqentemente multi-etapas com intermedirios que so quimicamente ligadas ao catalisador; e como a ligao qumica ao catalisador tambm uma reao qumica, isto pode afetar a cintica. O comportamento do catalisador tambm algo a ser considerado. Particularmente em processos petroqumicos a alta temperatura, catalisadores so desativados por sinterizao, coqueificao e processos similares. Um exemplo comum de uma reao cataltica a converso cataltica posterior a um motor de combusto interna, para os gases de exausto.

    10) Termodinmica

    Termodinmica o ramo da fsica que estuda as relaes entre calor, temperatura, trabalho e energia. Abrange o comportamento geral dos sistemas fsicos em condies de equilbrio ou prximas dele. Qualquer sistema fsico, seja ele capaz ou no de trocar energia e matria com o ambiente, tender a atingir um estado de equilbrio, que pode ser descrito pela especificao de suas propriedades, como presso, temperatura ou composio qumica. Se as limitaes externas so alteradas (por exemplo, se o sistema passa a poder se expandir), ento essas propriedades se modificam. A termodinmica tenta descrever matematicamente essas mudanas e prever as condies de equilbrio do sistema. Conceitos bsicos da Termodinmica: No estudo da termodinmica, necessrio definir com preciso alguns conceitos bsicos, como sistema, fase, estado e transformao. Sistema qualquer parte limitada do universo passvel de observao e manipulao. Em contraposio, tudo o que no pertence ao sistema denominado exterior e dele separado por suas fronteiras. A caracterizao de um estado do sistema feita por reconhecimento de suas propriedades termodinmicas. Chama-se fase qualquer poro homognea de um sistema. O estado depende da natureza do sistema e, para ser descrito, necessita de grandezas que o representem o mais completamente possvel. Denomina-se

  • transformao toda e qualquer mudana de estado. Quando formada por uma sucesso de estados de equilbrio, a transformao dita reversvel. No estudo da termodinmica, consideram-se alguns tipos particulares de transformaes. A transformao isotrmica a que se processa sob temperatura constante, enquanto a isobrica aquela durante a qual no h variao de presso do sistema. A transformao isomtrica se caracteriza pela constncia do volume do sistema, a adiabtica pela ausncia de trocas trmicas com o exterior e a politrpica pela constncia do quociente entre a quantidade de calor trocado com o meio externo e a variao de temperatura. Conhecem-se ainda mais dois tipos de transformao -- a isentlpica e a isentrpica -- nas quais se observa a constncia de outras propriedades termodinmicas, respectivamente a entalpia (soma da energia interna com o produto da presso pelo volume do sistema) e a entropia (funo associada organizao espacial e energtica das partculas de um sistema). Existem muitas grandezas fsicas mensurveis que variam quando a temperatura do corpo se altera. Em princpio, essas grandezas podem ser utilizadas como indicadoras de temperatura dos corpos. Entre elas citam-se o volume de um lquido, a resistncia eltrica de um fio e o volume de um gs mantido a presso constante. A equao de estado de uma substncia slida, lquida ou gasosa uma relao entre grandezas como a presso (p), a temperatura (t), a densidade (s) e o volume (v). Sabe-se, experimentalmente, que existem relaes entre essas grandezas: em princpio, possvel obter uma funo do tipo f (p, t, s, v) = 0. Nos casos mais gerais, essas funes so bastante complicadas. Uma forma de estudar as substncias representar graficamente a variao de uma grandeza com outra escolhida, estando todas as demais fixas. Para gases a baixa densidade, podem-se obter equaes de estado simples. Nesse caso, observa-se um comportamento geral, que expresso pela relao:

    P.V = n. R.T em que P a presso do gs, V o volume por ele ocupado, T a temperatura, n o nmero de moles do gs e R uma constante igual a 8,3149 J/kg.mol.K. Para gases de densidades mais elevadas, o modelo do gs ideal (ou perfeito) no vlido. Existem ento outras equaes de estado, empricas ou deduzidas de princpios mais fundamentais, como a de van der Waals:

    em que a e b so constantes a serem ajustadas para cada gs e v o volume especfico molar v = V/n. Leis da termodinmica: As principais definies de grandezas termodinmicas constam de suas leis: a lei zero a que define a temperatura; a primeira lei (calor, trabalho mecnico e energia interna) a do princpio da conservao da energia; a segunda lei define entropia e fornece regras para converso de energia trmica em trabalho mecnico ; a terceira lei aponta limitaes para a obteno do zero absoluto de temperatura.

  • Lei zero: Embora a noo de quente e frio pelo contato com a pele seja de uso corrente, ela pode levar a avaliaes erradas de temperatura. De qualquer forma, da observao cotidiana dos corpos quentes e frios que se chega ao conceito de temperatura. Levando em conta essas observaes, assim postulou-se a lei zero: se A e B so dois corpos em equilbrio trmico com um terceiro corpo C, ento A e B esto em equilbrio trmico um com o outro, ou seja, a temperatura desses sistemas a mesma. Primeira lei : A lei de conservao de energia aplicada aos processos trmicos conhecida como primeira lei da termodinmica. Ela d a equivalncia entre calor e trabalho e pode enunciar-se da seguinte maneira: "em todo sistema quimicamente isolado em que h troca de trabalho e calor com o meio externo e em que, durante essa transformao, realiza-se um ciclo (o estado inicial do sistema igual a seu estado final), as quantidades de calor (Q) e trabalho (W) trocadas so iguais. Assim, chega-se expresso:

    W = J.Q em que J uma constante que corresponde ao ajuste entre as unidades de calor (usada na medida de Q) e Joule (usada na medida de W). Essa constante empregada na prpria definio de caloria (1 cal = 4,1868J). A primeira lei da termodinmica pode ser enunciada tambm a partir do conceito de energia interna, entendida como a energia associada aos tomos e molculas em seus movimentos e interaes internas ao sistema. Essa energia no envolve outras energias cinticas e potenciais, que o sistema como um todo apresenta em suas relaes com o exterior. A variao da energia interna DU medida pela diferena entre a quantidade de calor (Q), trocado pelo sistema com seu exterior, e o trabalho realizado (W) e dada pela expresso :

    DU = K - W que corresponde ao enunciado da lei da termodinmica. comum no estudo das transformaes o uso da funo termodinmica da entalpia (H), definida pela relao H = U + pV, em que U a energia interna, p a presso e V o volume do sistema. Num processo em que s existe trabalho de expanso (como, por exemplo, na fuso sob presso e temperatura constante), a entalpia a medida do calor trocado entre o sistema e seu exterior. A relao entre a variao DQ e o aumento correspondente de temperatura Dt , no limite, quando Dt tende a zero, chamada capacidade calorfica do sistema:

    O calor especfico igual capacidade calorfica dividida pela massa do sistema:

    Tanto o calor especfico quanto a capacidade calorfica do sistema dependem das condies pelas quais foi absorvido ou retirado calor do sistema.

  • Segunda lei : A tendncia do calor a passar de um corpo mais quente para um mais frio, e nunca no sentido oposto, a menos que exteriormente comandado, enunciada pela segunda lei da termodinmica. Essa lei nega a existncia do fenmeno espontneo de transformao de energia trmica em energia cintica, que permitiria converter a energia do meio aquecido para a execuo de um movimento (por exemplo, mover um barco com a energia resultante da converso da gua em gelo). De acordo com essa lei da termodinmica, num sistema fechado, a entropia nunca diminui. Isso significa que, se o sistema est inicialmente num estado de baixa entropia (organizado), tender espontaneamente a um estado de entropia mxima (desordem). Por exemplo, se dois blocos de metal a diferentes temperaturas so postos em contato trmico, a desigual distribuio de temperatura rapidamente d lugar a um estado de temperatura uniforme medida que a energia flui do bloco mais quente para o mais frio. Ao atingir esse estado, o sistema est em equilbrio. A entropia, que pode ser entendida como decorrente da desordem interna do sistema, definida por meio de processos estatsticos relacionados com a probabilidade de as partculas terem determinadas caractersticas ao constiturem um sistema num dado estado. Assim, por exemplo, as molculas e tomos que compem 1kg de gelo, a 0 C e 1atm, apresentam caractersticas individuais distintas, mas do ponto de vista estatstico apresentam, no conjunto, caractersticas que definem a possibilidade da existncia da pedra de gelo nesse estado. A variao da funo entropia pode ser determinada pela relao entre a quantidade de calor trocada e a temperatura absoluta do sistema. Assim, por exemplo, a fuso de 1kg de gelo, nas condies de 273K e 1atm, utiliza 80.000cal, o que representa um aumento de entropia do sistema, devido fuso, em 293J/K. A aplicao do segundo princpio a sistemas de extenses universais esbarra em dificuldades conceituais relativas condio de seu isolamento. Entretanto, pode-se cogitar de regies do universo to grandes quanto se queira, isoladas das restantes. Para elas (e para as regies complementares) valeria a lei do crescimento da entropia. Pode-se ento perguntar por que motivo o universo no atingiu ainda a situao de mxima entropia, ou se atingir essa condio um dia. A situao de mxima entropia corresponde chamada morte trmica do universo: toda a matria estaria distribuda na vastido espacial, ocupando uniformemente os estados possveis da energia. A temperatura seria constante em toda parte e nenhuma forma de organizao, das mais elementares s superiores, seria possvel. Terceira lei: O conceito de temperatura entra na termodinmica como uma quantidade matemtica precisa que relaciona calor e entropia. A interao entre essas trs quantidades descrita pela terceira lei da termodinmica, segundo a qual impossvel reduzir qualquer sistema temperatura do zero absoluto mediante um nmero finito de operaes. De acordo com esse princpio, tambm conhecido como teorema de Nernst, a entropia de todos os corpos tende a zero quando a temperatura tende ao zero absoluto.

  • Termodinmica estatstica : As leis da termodinmica so obtidas experimentalmente, mas podem ser deduzidas a partir de princpios mais fundamentais, por meio da mecnica estatstica, desenvolvida sobretudo por Josiah Willard Gibbs e Ludwig Boltzmann. O propsito fundamental da termodinmica estatstica o de interpretar grandezas macroscpicas, como temperatura, energia interna e presso, em termos das grandezas dinmicas, e reescrever os princpios da termodinmica em termos das leis gerais que as afetam. A energia interna, U, por si uma grandeza mecnica e dispensa interpretaes adicionais. A anlise se concentra, portanto, nas interpretaes mecnicas da temperatura e da entropia. Os fundamentos da termodinmica estatstica foram estabelecidos a partir de meados do sculo XIX por Rudolf Julius Emanuel Clausius, James Clerk Maxwell e Ludwig Boltzmann. A interpretao mecnica da temperatura deve muito aos trabalhos dos dois primeiros cientistas sobre o comportamento dos gases. Maxwell demonstrou que a temperatura T de um gs ideal em equilbrio est relacionada com a energia cintica mdia de suas molculas (E) por E = 3/2 k.T, em que k a constante de Boltzmann. Seus trabalhos foram posteriormente desenvolvidos por Boltzmann e levaram a uma generalizao importante desse resultado, conhecida como eqipartio da energia: o valor mdio da energia de um sistema cujo movimento microscpico tem s graus de liberdade (nmeros de coordenadas de posio e de impulso que determinam as energias de translao, vibrao e rotao de uma molcula), em equilbrio termodinmico temperatura T, distribui-se igualmente entre os diferentes graus de liberdade, de tal modo que cada um contribui com k.T/2 para a energia total. Assim, para s graus de liberdade,E = s/2 k.T. Para gases monoatmicos, o movimento de cada molcula tem apenas trs graus de liberdade de translao. Para gases diatmicos, alm da translao, haver vibraes e rotaes, num total de seis graus de liberdade. A falha na previso do valor correto para o calor especfico a volume constante de gases diatmicos (e tambm de slidos cristalinos monoatmicos) foi o primeiro exemplo histrico da inadequao dos conceitos e mtodos da mecnica clssica para o tratamento dos movimentos microscpicos. Essa e outras contradies com a formulao terica da eqipartio da energia de Maxwell-Boltzmann vieram a ser elucidadas posteriormente, luz dos argumentos da mecnica quntica.

  • Fontes: http://www.peq.coppe.ufrj.br http://www.fisica.net/quimica/resumo20.htm http://www.users.rdc.puc-rio.br Introduo a Engenharia Ambiental - Euclides Etiene Queiroz. ( apostila ). Transferncia de Calor Flavio Nelson Pereira Unisanta ( apostila). Fenmenos de transporte - Eduardo Emery Cunha Quites - FUNDAO DE ENSINO E PESQUISA DE ITAJUB (apostila). Mecnica dos Fludos Marcos Rocha Vianna Elementos de resitncia dos materiais Iniversidade federal de Mato Grosso - Norman Barros Logsdon ( apostila) Materiais na industria Qumica Unisanta Luis Henrique Schiavon- Flvio Nelson Pereira ( apostila ) Modelagem e simulao de processos qumico Universidade de Caxias do Sul Departamento de engenharia Qumica ( apostila) Biotecnologia, fundamentos INSTITUTO DE TECNOLOGIA ORT do Rio de Janeiro - Maria Antonia Malajovich ( apostila ) OPERACOES UNITARIAS - A P O S T I L A - 2 MDULO - PROF . FABIO CALHEIROS CAIRES http://pt.wikipedia.org/wiki/Reator_qu%C3%ADmico Levenspiel, O., "Engenharia das Reaes Qumicas", Vols. 1 e 2 , Edgard Blucher Ltda, So Paulo, 1972. http://www.coladaweb.com/fisica/termologia/termodinamica http://pcc261.pcc.usp.br/Termodin%C3%A2mica%2009-02%20internet.pdf